Der Werkstoff macht’s

Für Plattenwärmetauscherdichtungen werden zumeist Elastomere wie Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) eingesetzt. Wie alle Elastomere unterliegen auch sie einem Alterungsprozess, der nach und nach die für die Dichtungsfunktion notwendigen Eigenschaften bis zur Unbrauchbarkeit reduziert. So lässt neben der Elastizität auch die thermische oder chemische Beständigkeit langsam nach. Die Geschwindigkeit, mit der der Alterungsprozess voranschreitet, wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst.

Plattenwärmeübertragerdichtungen kommen außen mit der Umwelt in Kontakt. Die Dichtungen erfahren sowohl Einflüsse durch Strahlung oder Klima als auch durch die Zusammensetzung der umgebenden Atmosphäre. Es lässt sich leicht nachvollziehen, dass die Lebensdauer einer Dichtung bei Wärmeübertragern, die im Freien aufgestellt werden, auf Grund dieser Einflüsse anders sein kann, als von PWÜs, die in einer Fabrikhalle installiert werden. Zur Reduzierung dieser Umwelteinflüsse können u. a. Schutzbleche oder Vollisolationen sehr nützlich sein.

Ein Plattenwärmeübertrager besteht aus einem Plattenpaket, das mittels Zugankern zwischen einer feststehenden und einer beweglichen Druckplatte verpresst wird, um dadurch die notwendige Vorspannung der Dichtungen zu erzeugen. Auf Grund dieser Konstruktion wird stets die bewegliche Druckplatte beim Zuspannen des Apparates zur feststehenden Druckplatte hingezogen. Dies hat den Effekt, dass die Wärmeübertragerplatten, die sich an der beweglichen Druckplatte befinden, zuerst verpresst werden. Der Vorspannungsgradient wird umso größer, je länger das zu verspannende Plattenpaket ist. Durch dieses konstruktiv bedingte Phänomen können sich unterschiedliche Standzeiten bei Wärmeübertragern mit großen Plattenzahlen gegenüber Apparaten mit kleiner Plattenzahl bei sonst identischen Bedingungen ergeben.

Die Standzeit von Dichtungen hängt stark vom Stresslevel ab, den die Dichtungen während ihrer Lebensdauer erfahren. Stress bedeutet neben der thermischen und chemischen Belastung die mechanische Beanspruchung, die entweder durch die notwendige Vorspannung und Druckbeaufschlagung entsteht oder durch die temperaturbedingte Volumenzunahme des Dichtungswerkstoffes während des Betriebes hervorgerufen wird. Daher altern Dichtungen schneller, wenn die Betriebstemperaturen oder -drücke auf einem hohen Niveau sind.

Es wird auch stets unterschätzt, welchen Einfluss Temperatur- oder Druckwechsel-Belastungen auf die Lebensdauer der Dichtungen haben. Die Spannungsspitzen, die bei Änderungen von Betriebsbedingungen im Bauteil Dichtung entstehen, können weitaus kritischer für den Erhalt des Werkstoffgefüges sein als eine konstante Belastung über einen längeren Zeitraum. Im gleichen Zusammenhang stehen natürlich auch Ab- und Anfahrvorgänge des Plattenwärmeübertragers oder längere Stillstandszeiten.

Apparateseitig können die Auswirkungen durch Temperaturlastwechsel bzw. durch häufiges An- und Abfahren mit zusätzlich zwischen die Zuganker und bewegliche Druckplatte eingebauten Federpaketen abgemindert werden.

Die Medien, die durch den Plattenwärmeübertrager fließen, haben mit den größten Effekt auf die Lebensdauer der Dichtungen. Oftmals werden für die Auswahl des geeigneten Dichtungswerkstoffes nicht alle Produkte oder auch Betriebsbedingungen herangezogen. So werden die Plattenwärmeübertrager in vielen Prozessen mit Reinigungsflüssigkeiten beaufschlagt, die bei der Werkstoffdefinition nicht berücksichtigt wurden.

Zwar werden alle Plattenwärmeübertrager speziell für ihren geplanten Einsatz thermo-dynamisch optimiert, dabei wird jedoch häufig nicht definiert, ob den zu kühlenden oder erwärmenden Medien Additive oder Inhibitoren beigemengt sind. Gerade derartige Substanzen können in die Dichtungen eindiffundieren und die physikalischen Eigenschaften beeinträchtigen.

Hat bereits jeder Faktor einen Effekt auf die Lebensdauer der Dichtungen, so treten in der Praxis oftmals mehrere Einflüsse gleichzeitig auf. Man kann daher nur eine qualitative Aussage über die absolute Lebensdauer machen. Eine Quantifizierung ist bei der Komplexität der Problematik aus heutiger Sicht nicht möglich.

Grundsätzlich kann die Sensibilität des Dichtungsmateriales gegen die verschiedenen Einflüsse verringert werden, indem ein auf den jeweiligen Bedarfsfall zugeschnittener Werkstoff eingesetzt wird. So stehen neben verschiedenen NBR- und EPDM-Qualitäten auch Flourelastomere (FPM), Chloropren (CR), und Hypalon als Elastomer-Dichtungen zur Verfügung. Spezielle Hartfaser- und Sigmafix-Dichtungen, d. h. mit PTFE ummantelte Elastomer-Dichtungen, erweitern die Palette der Optimierungsmöglichkeiten.

Halle 4.0, K15-L15

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