Niedrigere Leckageraten

Wolfgang Abt

Weichstoffdichtungen aus expandiertem Grafit haben sich neben Faser- und PTFE-Dichtungen seit vielen Jahren im industriellen Einsatz bewährt. Sie zeichnen sich durch eine umfassende Medienbeständigkeit und – je nach Reinheit der Grafitfolie und des evtl. verwendeten Oxidationsinhibitors – durch einen Temperatureinsatzbereich von bis zu ca. +500 °C aus. Die verwendeten Grafitfolien werden aus expandierten Grafitflocken gewalzt und weisen daher herstellungsbedingt aufgrund der niedrigen Dichte (meist 1,0 g/cm³) eine relativ große Porosität auf. Sie sind daher den ebenfalls mikroporösen Dichtwerkstoffen auf Faserbasis und aus PTFE im Leckageverhalten meist unterlegen. So lässt sich z. B. der Bauteilversuch nach VDI-2200 für den Nachweis anwendungsgerechter Dichtungen im Sinne der TA-Luft mit herkömmlichen Grafitdichtungen in der Regel nicht erfüllen. Für eine Verbesserung der Dichtheit muss den Grafitdichtungen bei der Herstellung ein Dichthilfsmittel, z. B. in Form einer organischen Imprägnierung mit einem Harz oder einer Kunststoffdispersion, zugesetzt werden. Dadurch können niedrigere Leckageraten erzielt werden, allerdings beeinflusst die Imprägnierung auch die gesamten restlichen Dichtungskennwerte.

Bei Industrieanlagen geraten zunehmend die diffusen Emissionen in den Fokus des öffentlichen Interesses, also jene, die durch die Dichtelemente selbst entweichen. Vor diesem Hintergrund gibt es eine Diskussion, welche Dichtheitsklasse nach EN 13555 heute dem Stand der Technik entspricht und mit den vorhandenen Flanschverbindungen auch erreicht werden kann. Es ist zu erwarten, dass zukünftig bei genehmigungsbedürftigen Anlagen nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz eine technische Dichtheit von 10-3 mg/(s*m), mindestens jedoch von 10-2 mg/(s*m), gefordert werden wird. Die Einhaltung dieser Dichtheitsklassen muss dann durch eine Flanschberechnung nach EN 1591-1 nachgewiesen werden.

Der in der Praxis häufigste Fall, nämlich die Verwendung von Flanschen nach EN 1092-1 mit glatter Dichtleiste (Form B) in Verbindung mit Schrauben der Güte 5.6 soll hier etwas näher betrachtet werden. Die Ergebnisse sind auch auf die in der Praxis noch häufig anzutreffenden DIN-Flansche zu übertragen, da sich die Maße nur an wenigen Stellen geändert haben. Bild 1 zeigt die theoretisch maximal erzielbaren Flächenpressungen bis zur Druckstufe PN 40. Dabei wurde die Entlastung durch den Innendruck bei der jeweiligen Nenndruckstufe bereits abgezogen. Die Flächenpressungen wurden mit der Dichtungssoftware Klinger Expert berechnet, wobei die Flansche vereinfachend als vollkommen steife Bauteile betrachtet werden. Bis auf wenige Ausnahmen liegen die Flächenpressungen zwischen 20 und 40 MPa, bei den in der chemischen Industrie häufigen Druckstufen PN 10 und PN 16 überwiegend sogar nur zwischen 20 und 30 MPa. D. h. ein geeigneter Dichtungswerkstoff sollte in Zukunft in diesem Bereich der Flächenpressungen die Dichtheitsklasse L0,01 oder besser L0,001 erreichen.

Klinger hat mit Klingergrafit-Laminat TSM einen Werkstoff im Programm, der sich durch besonders niedrige Leckageraten bereits bei geringen Flächenpressungen auszeichnet. Bild 2 zeigt einen Dichtring aus diesem Material. Dabei handelt es sich um ein klebstoff- und haftvermittlerfreies Dichtungslaminat aus imprägnierten expandierten Grafitfolien. Die Verstärkung erfolgt bewährt rein mechanisch durch ein 0,1 mm dickes Spießblech aus Edelstahl, Werkstoff-Nummer 1.4401.

Die Dichtung erfüllt die Anforderungen der TA-Luft. Im Bauteilversuch nach VDI-2200 wurden bei einer Auslagerungstemperatur von +300 °C und einer Ausgangsflächenpressung von 30 MPa die in der Tabelle dargestellten Leckageraten gemessen.

Bild 3 zeigt die Leckagerate in Abhängigkeit von der Flächenpressung für einen Innendruck von 40 bar. Aus dieser Darstellung können die erforderlichen Mindestflächenpressungen QMIN(L) bei der Montage und QSMIN(L) nach Entlastung für die jeweiligen Dichtheitsklassen entnommen werden. Man erkennt, dass bei einer 2 mm dicken Dichtung die Dichtheitsklasse L0,01 bereits bei 15 MPa und die Dichtheitsklasse L0,001 bereits bei 24 MPa erreicht wird. Diese Werte reichen allerdings für einen alleinigen Nachweis zur Einhaltung der jeweiligen Dichtheitsklassen noch nicht aus, sie können jedoch sehr gut zur ersten Orientierung dienen. Der Nachweis selbst wird zukünftig bezogen auf die jeweilige Flanschverbindung durch eine Berechnung nach EN 1591-1 erfolgen, dazu werden alle Dichtungskennwerte nach EN 13555 benötigt.

Mit Klingergrafit-Laminat TSM steht eine bewährte Grafit-Spießblech-Dichtung zur Verfügung, die auch für zukünftige, weiter verschärfte Anforderungen an die Dichtheit geeignet ist. Für die Praxis ist zu beachten, dass für die Einhaltung niedriger Dichtheitsklassen neben dem geeigneten Dichtungswerkstoff und der entsprechenden Flanschberechnung vor allem eine fachgerechte Montage von entscheidender Bedeutung ist.

Online-Info www.cav.de/0710448