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Ohne Kleber länger dicht

Graphitflachdichtungen halten in allen verfügbaren Dicken das Leckagekriterium der TA Luft sicher ein
Ohne Kleber länger dicht

Steigende Anforderungen an die Qualität und an die Wirtschaftlichkeit machen Sicherheit, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Montagefreundlichkeit zu den zentralen Kriterien bei der Auswahl von Dichtungen. An diesen Kriterien orientierte sich SGL Technologies bei der Weiterentwicklung ihres bewährten Dichtungswerkstoffs Sigraflex Hochdruck. Resultat sind universell einsetzbare, TA-Luft-konforme und langzeitstabile Graphitflachdichtungen.

Dipl.-Ing. (FH) Peter Stumper

Für die Anlagensicherheit sind Dichtungen von großer Bedeutung. Dies betrifft besonders solche Anlagenteile, die unter erhöhtem Druck stehen oder in denen aggressive und/oder heiße Medien verarbeitet oder geführt werden. Seit vielen Jahren werden in der Prozessindustrie zunehmend Dichtungen aus dem sandwichartig aufgebauten Graphitverbundwerkstoff Sigraflex Hochdruck eingesetzt. Zur Achema 2006 kam eine Weiterentwicklung unter dem Namen Sigraflex Hochdruck Pro auf den Markt, die – bei unveränderten mechanischen Eigenschaften – für alle Dichtungsdicken TA-Luft-zertifiziert ist.
Bei beiden Werkstoffen liegen mehrere Graphit- und Edelstahlfolien alternierend übereinander und sind klebstofffrei miteinander verbunden. Die verbesserte Dichtheit des weiterentwickelten Werkstoffs ergibt sich aus speziell für dieses Produkt ausgewählten Rohstoffen, einer verbesserten Imprägnierung und einer auf beides abgestimmten Prozessführung.
Rohstoff und Expansionsprozess verbessert
Ausgangsmaterial für die Herstellung der Graphitfolie, die im weiterentwickelten Werkstoff eingesetzt wird, ist ein qualitativ hochwertiger Naturgraphit. Aus diesem wird eine Einlagerungsverbindung hergestellt, die durch thermische Behandlung in expandierten Graphit überführt wird. Der expandierte Graphit wird durch Verdichten und Walzen zu einer flexiblen Folie verarbeitet, die wiederum als Ausgangsprodukt für die Herstellung der Dichtungsplatten dient.
Die Auswahl des Rohstoffes sowie die Güte der hausinternen mechanischen, chemischen und thermischen Reinigungs- und Veredlungsverfahren und des Expansionsprozesses haben einen großen Einfluss auf die Qualität der erzeugten Graphitfolie. Zur Herstellung von Sigraflex Hochdruck Pro werden kristallin optimal geordnete Naturgraphite in höchster Reinheit und mit definierter Korngrößenverteilung eingesetzt. Durch exakt auf den Ausgangsstoff abgestimmte Prozesse entsteht eine Porenstruktur, die im Hinblick auf die spätere Anwendung als hochdichter Werkstoff optimal ist. Auch wird die Zusammensetzung der Asche so gesteuert, dass die Oxidationsstabilität und damit die thermische Belastbarkeit des Graphits vergrößert wird.
Graphitfolien werden bei SGL Technologies generell ohne Einsatz von Zusatzstoffen wie Klebemitteln, Bindemitteln und Füllstoffen hergestellt. Damit ist eine zeitliche Veränderung der Materialeigenschaften ausgeschlossen, die sich z. B. durch eine Versprödung oder Alterung sowie durch Erweichen bei thermischer Belastung ergeben würden. Dies trägt wesentlich zu einer hohen Betriebssicherheit sowie einer sehr hohen Langzeit- und Temperaturstabilität des Dichtungswerkstoffs bei.
Kleberfreier Verbund
Metallarmierungen verleihen Graphitflachdichtungsmaterialien die in der Praxis benötigte mechanische Stabilität. Typische Einlagewerkstoffe sind glatte Edelstahlfolien oder Spieß-, Streck- und Klettbleche. Verstärkungen aus Glattblech vermeiden Inhomogenitäten im Werkstoff und haben darüber hinaus den Vorteil, dass sich der Werkstoff gut schneiden lässt. Dies ermöglicht einerseits die Herstellung dünner Stege und reduziert andererseits das Verletzungsrisiko. Gängige Praxis ist das Verkleben der glatten Graphit- und Edelstahlfolien. Diese Verbindungstechnik wirkt sich jedoch negativ auf die Belastungsfähigkeit und Langzeitstabilität des Dichtungsmaterials aus. SGL Technologies hingegen verfügt über ein Verfahren, mit dem ein kleberfreier Verbund der Graphit- und Edelstahlfolien erreicht wird. Gefördert werden dabei starke Adhäsionskräfte, die sich unter Druck und Temperatur zwischen Graphit und Edelstahl aufbauen. Diese Technologie vermeidet Klebefugen – und damit sämtliche Probleme, die aus der Anwesenheit von Klebefugen erwachsen würden (Erweichen bei höheren Temperaturen, Versprödung, Alterung und Zersetzung).
Als Folge dieser Technologie zeichnen sich die beiden sandwichartig aufgebauten Graphitwerkstoffe durch hohe maximale Flächenpressungen sowie eine hohe Ausblassicherheit aus und eignen sich zum Einsatz bei Betriebstemperaturen von -250 bis ca. +500 °C und Betriebsdrücken bis zu 250 bar. Der weiterentwickelte Dichtungswerkstoff ist wie sein Vorgängermaterial in Platten verschiedener Dicken bis 4 mm lieferbar. Die Dicke wird dabei durch die Anzahl der verbundenen Schichten bestimmt. Je dicker eine Graphitflachdichtung ist, desto höher ist ihr Anpassungsvermögen und desto leichter kann sie Unebenheiten ausgleichen. Für die meisten Anwendungen ist eine Dichtungsdicke von 2 mm ausreichend. Bei stark unebenen Dichtflächen oder bei sehr großen Dichtungsabmessungen kann die erhöhte Ausgleichfähigkeit von 3 oder 4 mm starken Dichtungen von Vorteil sein.
Große Abmessungen dank Laserschweißen
In der chemischen Industrie werden in Reaktoren und Behältern häufig Dichtungen mit großen Abmessungen und in schwierigen Geometrien benötigt. Aus einem Stück lassen sich solche Dichtungen nur aus entsprechend großen Dichtungsplatten fertigen. Deshalb werden Dichtungsplatten auch im Format 1,5 x 1,5 m hergestellt.
Da die verwendeten 50 µm starken Edelstahlfolien jedoch auf dem Weltmarkt nur in Breiten bis maximal 1000 mm erhältlich sind, müssen zwei Folienbahnen zusammengefügt werden, um die gewünschte Breite von 1,5 m zu erreichen. Auf herkömmliche Weise können zwei Folien nur überlappend verbunden werden (z. B. durch Punkt- oder Rollschweißen), was sich negativ auf die Dichtheit auswirkt, denn im Überlappungsbereich bilden sich Leckagekanäle aus, die zu einem Leckageanstieg um den Faktor 10 und mehr führen können. SGL Technologies verbindet die Edelstahlfolien daher stumpf – Stoß an Stoß – durch Laserschweißen. Durch diese Technologie werden über die ganze Platte, auch im Bereich der Schweißnaht, gleichmäßig niedrige Leckageraten gewährleistet.
Auf den Prozess zugeschnittene Imprägnierung
Auch die Imprägnierung beeinflusst die Werkstoffeigenschaften der Graphitflachdichtungsmaterialien im hohen Maß, und dies oft eher negativ. So kann eine hauptsächlich auf die TA-Luft-Leckagekriterien zugeschnittene Imprägnierung einerseits zu erhöhten Leckagen im niedrigen Temperaturbereich führen. Andererseits ist häufig ein starkes Ankleben der Dichtungen am Flansch zu beobachten, was einen erhöhten Montageaufwand nach sich zieht. Darüber hinaus sind zum Teil sehr negative Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften sowie die Langzeitstabilität von Dichtungen die Folge, was sich vor allem bei erhöhter Temperatur bemerkbar macht.
Für die beiden Dichtungswerkstoffe Sigraflex Hochdruck und Sigraflex Hochdruck Pro wird zum Imprägnieren ein spezielles Harz eingesetzt, das nach dem Aushärten eine temperatur- und chemikalienbeständige Oberflächenveredlung ergibt. Diese verringert die Leckagerate, erhöht die Festigkeit der Dichtungsplatten, verbessert das Handling, reduziert die Feuchtigkeitsaufnahme und schafft eine kratzfeste und weniger haftende Oberfläche.
Für die Dichtungsvariante Pro wurde unter anderem die Prozessfähigkeit des Imprägnierharzes optimiert. In Kombination mit der verbesserten Porenstruktur des Graphits und einer darauf abgestimmten Prozessführung konnte die Dichtheit so weit erhöht werden, dass eine Graphitflachdichtung aus dem weiterentwickelten Graphitwerkstoff in allen verfügbaren Dicken das Leckagekriterium der TA Luft sicher unterschreitet.
Maintain: Halle 4, Stand 401
cav 406

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