Prüfung bestanden

Dipl.-Ing. (FH) Detlef Reichl

Dass es beim Einsatz von Verschluss- oder Regelarmaturen in kritischen und hoch chemikalienbelasteten Anwendungen auf die Wahl der richtigen Spindelabdichtung ankommt, ist hinreichend bekannt. Dichtungen für Anschlussflansche und Armaturengehäuse werden jedoch oft vernachlässigt, ohne zu beachten, dass auch diese den Forderungen der TA-Luft genügen müssen. Dazu sollte die konstruktive Ausführung des Dichtsystems die bestimmungsgemäße Funktion unter den Betriebsbedingungen auf Dauer erwarten lassen. Allgemeine Dichtungskennwerte müssen zur Berechnung zur Verfügung stehen und die Leckagerate von 10–4 mbar l/s m bei 30-MPa-Einbauflächenpressung und 1 bar Druckdifferenz muss in der Kurzzeitprüfung nachgewiesen werden. Dies bedeutet also, dass auch für Armaturengehäuse und Anschlussflansche nicht nur die Kurzzeitleckagerate l kleiner 10–4 mbar l/s m zu sein hat, um die Hochwertigkeit der Dichtung zu belegen, sondern dass ebenfalls die dauerhafte Dichtheit einen wesentlichen Ausschlag gibt. Eigentlich muss also der Nachweis der dauerhaften Funktionsfähigkeit unter Betriebsbedingungen für die Bewertung von Dichtungen im Vordergrund stehen.

Mit dem Prüfprogramm zum Nachweis der Hochwertigkeit nach TA-Luft führte das Institut für Kunststoffe von TÜV Industrie Service eine ganzheitliche Betrachtung an Dichtungen der Typen KWO MultiTex und KWO MultiTex-Tape durch. Dabei wurden die Dichtsysteme unter Beachtung von Rahmenbedingungen sowie unter Betriebsbedingungen umfassenden Prüfungen zum Nachweis der Kurzzeitleckagerate, der Langzeitleckagerate (über 1500 h bei Betriebsüberdruck und -temperatur) sowie der Ausblassicherheit (nach 1500 h unter verschärften Bedingungen) unterzogen. Zusätzlich umfasste das Prüfprogramm die Beurteilung der Fertigungsqualität im Herstellerwerk und den Nachweis des geregelten Montagekonzeptes und der Berechnungsfähigkeit anhand von Dichtungskennwerten nach DIN 28090/ EN 13555.

Bei den Prüfungen zeigte sich, dass die multidirektionale Faserstruktur – durch ihre Auswirkungen auf die Kriechneigung und das Setzen – das Dichtverhalten dieser ePTFE-Typen langfristig sogar bei Betriebstemperaturen von 225 °C positiv beeinflusst. Bei den Messungen mit dem Heliummassenspektrometer wurden in der Standardprüfung Kurzzeitleckageraten kleiner 10–7 mbar l/s m ermittelt. Während und nach 1500-stündiger Belastung ließ sich die hohe Dichtheit bei der wiederholten Leckageprüfung (bei Betriebsbedingungen von 225 °C und 40 bar) bestätigen. Zudem erfolgte die Prüfung der Ausblassicherheit nach TÜV-Standard, wobei mindestens der 2,5-fache Betriebsüberdruck ohne irreversiblen Ausfall der Dichtung nachzuweisen ist, sowie die Prüfung nach dem derzeit im Gespräch befindlichen VDI-2200-Standard, bei dem mit abgeminderten Schraubenkräften getestet werden muss. Nach zusätzlicher Überprüfung der geregelten Produktion der MultiTex-Materialien wurden die Materialien vom TÜV Süd entsprechend dem Prüfprogramm als hochwertige Dichtungen nach TA-Luft und TRwS zertifiziert. Die Dichtungen erfüllen darüber hinaus die Anforderungen der Druckgeräterichtlinie 97/23/EG.

Gestanzte Dichtungen aus MultiTex-Platten wurden bei der Prüfung ebenso erfasst, wie MultiTex-Tape-ePTFE-Bänder, die zur Vor-Ort-Herstellung von Dichtungen von der Rolle dienen. Beide Dichtungstypen bestehen aus multidirektional orientiertem ePTFE, das in einem speziellen Verfahren thermisch und mechanisch behandelt wird und so seine Eigenschaften erhält. Im Gegensatz zu herkömmlichem ePTFE, das nur Fasern in eine Richtung aufweist, also monodirektional orientiert ist, bewirkt die hier vorliegende multidirektionale Faserstruktur die Stabilisierung des Materials gegen den eigentlich für reines PTFE charakteristischen Kaltfluss. Die PTFE-Fasern wirken dabei den mit steigender Flächenpressung zunehmenden Fließkräften in Längs- und Querrichtung entgegen und beginnen erst bei hohen Kräften sich zu verändern. Die Verteilung der PTFE-Fibrillen in die verschiedenen Orientierungsrichtungen spielt dabei eine wichtige Rolle. Sie ist einerseits durch äußerst stabile Längsfasern mit verantwortlich für die Ausblassicherheit der Dichtung, da hier keine Längen- und damit Durchmesserveränderung auftritt, andererseits nehmen die Fasern starken Einfluss auf die maximal zulässige Flächenpressung (sVO bzw. QCRIT), die hier bei ca. 180 MPa liegt. Durch die hohe Belastbarkeit sind große Einbauflächenpressungen realisierbar, die mögliche Setzvorgänge bereits während der Montage ausgleichen und in vielen Fällen ein normalerweise erforderliches Nachziehen unnötig machen. Gleichzeit bewirkt dies, bei Auswahl der kleinst-möglichen, aber ausreichend dicken Dichtung, die Entstehung einer ideal dünnen Dichtung im Einbauzustand. Das Ergebnis ist jedoch nicht nur die geringere Kriechrelaxation der Dichtung, sondern auch die damit verbundene höhere Ausblassicherheit sowie eine wesentlich geringere Leckagerate.

Hohe Anpassungsfähigkeit und Kompressibilität sind ein weiteres Charakteristikum dieses ePTFE-Typs. Dabei wirken sich Faserstruktur und Materialaufbau zusätzlich äußerst positiv auf das Rückstellverhalten (Recovery) der Dichtungen aus. Prozentual liegt der Recovery hier in der Größenordnung von expandiertem Graphit. Der effektive Rückstellweg ist durch den vorherigen, wesentlich höheren Setzbetrag jedoch weitaus größer, da sich der Wert des Recovery prozentual auf das vorher ermittelte Setzverhalten bezieht. Je höher also der Setzbetrag ist, desto größer ist auch der Weg zurück, bei gleichem Rückstellverhalten. Bei wechselnden Belastungen, die auf das gesamte Dichtsystem (Flansche, Schrauben, Dichtung) Einfluss nehmen, wirkt sich dieses Verhalten äußerst positiv aus. Beispielsweise können Wechselbelastungen in thermisch beanspruchten Bauteilen kompensiert werden, bei denen herkömmliches monodirektional orientiertes ePTFE nicht ausreichend abdichten würde. Die geprüften Einsatzmöglichkeiten reichen somit von tiefen Temperaturen bei flüssigem Sauerstoff (BAM-Zulassung liegt vor) bis zu hohen Temperaturen im Bereich gefährlicher Medien (nach TA-Luft).

Bei gleichen Eigenschaften bieten KWO MultiTex-Tape-ePTFE-Bänder den Vorteil der wirtschaftlicheren Einsatzfähigkeit durch Reduzierung der Lager- und Bestellkosten, sowie durch flexible Einsatzfähigkeit auch bei komplizierten Dichtungsformen an Armaturengehäusen. Mit bis zu 100 m auf einer Spule können viele Bauteile in Serie bestückt werden, ohne mit großem Materialverlust rechnen zu müssen. Für den Einsatz in Anschlussflanschen oder Gehäusen mit eingeschränkter Schraubenkraft ist die Breite des Bandes so variabel, dass sich auch bei geringen Schraubenkräften hohe Flächenpressungen erzielen lassen. Voraussetzung ist hierbei stets die richtige Wahl von Dichtungsbreite und -dicke, um die maximalen Belastbarkeiten der Bauelemente nicht zu überschreiten. Bei geregelter Montage können somit auch Dichtungen aus Bändern mit niedrigen Leckageraten und hoher Ausblassicherheit für Betriebsbedingungen bis 225 °C und 40 bar hergestellt werden, die ebenso wie die gestanzten Dichtungen alle Anforderungen der TA-Luft erfüllen.

Halle 8.0, Stand W30

cav 446

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