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Dichtungswerkstoff für Kältemittel-Anwendungen

Vereint Vorteile von Faserstoff- und Elastomerdichtungen
Dichtungswerkstoff für Kältemittel-Anwendungen

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Klimaschädliche fluorierte Treibhausgase (F-Gase) müssen in Kälteanlagen sukzessive durch klimafreundlichere Kältemittel ersetzt werden. Die Alternativen wie CO2 oder Ammoniak sind jedoch deutlich anspruchsvoller in der Handhabung. Notwendig sind leistungsfähigere Dichtungsmaterialien, die u. a. den höheren Drücken standhalten. Der sowohl mechanisch als auch chemisch belastbare Werkstoff Novapress 850 von Frenzelit erfüllt diese Anforderungen.

Fluorierte Gase eignen sich optimal für Kühlanwendungen: Sie lassen sich mit geringem Aufwand komprimieren und damit verflüssigen und wieder in die gasförmige Struktur zurücküberführen. Durch diesen Wechsel des Aggregatzustands wird der Abkühleffekt erzeugt. Jedoch entweichen die Gase aus gängigen Kühlsystemen leicht, da die standardmäßig verwendeten Dichtungen nur geringe Dichtigkeitsklassen aufweisen, die eine permanente Leckage bedingen. Dies hat gravierende Auswirkungen auf die Umwelt. Die synthetischen Verbindungen sind im Gegensatz zu natürlichen Kältemitteln Hunderte von Jahren stabil, verbleiben so in der Atmosphäre und forcieren damit die Erderwärmung.

Es mutet etwas seltsam an, wenn ausgerechnet CO2 in diesem Bereich als klimafreundliche Alternative gesehen wird, obwohl es bei Klimaschutzbestrebungen häufig darum geht, CO2-Emissionen zu verringern. Fluorierte Gase sind jedoch um ein Vielfaches klimaschädlicher als CO2. Um diese Schädlichkeit deutlich zu machen, wurde CO2 als Maßstab genommen und andere Gase daran mit dem sogenannten GWP (Global Warming Potential) gemessen. Dieses CO2-Äquivalent zeigt, wie sehr eine bestimmte Masse eines Treibhausgases im Vergleich zur gleichen Menge CO2 zur globalen Erwärmung über einen bestimmten Zeitraum beiträgt. Methan hat beispielsweise ein GWP von 28, während R134a (Tetrafluorethan) bereits einen Wert von 1300 besitzt. Klassische FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) entsprechen sogar einem GWP von 13 900. Bei Ammoniak als natürlichem Kältemittel dagegen beträgt der GWP-Wert null.

Natürliche Kältemittel anspruchsvoller in der Handhabung

Die Tücken im Umgang mit natürlichen Kältemitteln liegen allerdings in den deutlich abweichenden Eigenschaften, beispielsweise beim Dampfdruck und der Verdampfungsenthalpie. R134a kann bei Raumtemperatur z. B. bei ca. 7 bar Druck verflüssigt werden, während für das natürliche Kältemittel R744 (CO2) hingegen ca. 70 bar Druck erforderlich sind. Anlagen müssen demnach deutlich höheren Betriebsdrücken im Abkühlungsprozess standhalten. Auch sind natürliche Kältemittel wie z. B. Ammoniak chemisch viel aggressiver. Anlagen müssen insgesamt mechanisch robuster sein. Zudem muss sichergestellt sein, dass diese Gase keinesfalls austreten, wie es bisher bei Kälteanlagen mit synthetischen Kältemitteln in der Regel der Fall war. Hier würden sich unmittelbare Gesundheitsgefährdungen für anwesende Personen ergeben.

Vorteile von Faserstoff- und Elastomerdichtungen vereint

Die Dichtungsgeneration Novapress 850 von Frenzelit ermöglicht den erforderlichen Technologiewandel hin zu klimafreundlichen Kältemitteln. Der Werkstoff erfüllt Dichtigkeitsklassen, die bisher mit herkömmlichen Faserstoffdichtungen nicht erreichbar waren. Mit Novapress 850 lassen sich zuverlässige Dichtsysteme auch bei geringsten Flächenpressungen herstellen. Dadurch sind die mit diesem Material gefertigten Dichtungen 10 000 bis 100 000 Mal dichter als Standardprodukte. Der Werkstoff vereint die Vorteile von Faserstoffdichtungen und Elastomerdichtungen. Er ist anpassungsfähig wie eine Elastomerdichtung, aber mechanisch stabil wie eine Faserstoffdichtung. Es genügen schon geringe Flächenpressungen, um ein Höchstmaß an Dichtheit zu erzielen, sodass eine Leckage kaum nachweisbar ist. Den Belastungen durch die höheren Drücke, die durch den Einsatz natürlicher Kältemittel entstehen, halten Novapress-850-Dichtungen langfristig stand. Ebenso zeichnet sie ihre chemische Beständigkeit aus. Zahlreiche natürliche Kältemittel sind aggressiv und können Dichtungsmaterialien angreifen und porös werden lassen.

Prüfanlage für umfangreiche Nachweise

Um diese Anforderungen sicherzustellen, führt Frenzelit umfangreiche Prüfungen und Nachweise an den Materialien durch. Zu diesem Zweck hat das Unternehmen
eine eigene Kälteprüfanlage gebaut, die mit jedem Kältemittel betrieben werden kann. Anhand bestimmter Normen und Vorgaben von Kunden führen die Dichtungsexperten verschiedene Belastungstests durch, um die Leistungsfähigkeit des Dichtungsmaterials nachzuweisen. Gefordert ist beispielsweise eine Belastungsprobe, bei der das Material über mehrere Wochen mit dem jeweiligen Kältemittel in Kontakt kommt und umspült wird. Dabei werden folgende Parameter berücksichtigt:

  • Prüfung gegenüber verflüssigtem Kältemittel
  • Medienauslagerung bei realem Betriebsdruck
  • Prüfung in Anlehnung an die Norm ASTM F146, jedoch mit deutlich längeren Auslagerungszeiten (7 bzw. 14 Tage statt
    5 Stunden)
  • Einbeziehung aggressiver Kompressorenöle – Stichwort „Ölwurf“ (nach Betreibervorgabe), i.d.R. mit 5 % Anteil gegenüber 2 bis 3 % in der Realität

Geprüft wird hinsichtlich nachfolgender Kriterien:

  • Gewichtsveränderung
  • Dickenveränderungen
  • optische Beurteilung hinsichtlich Verfärbungen, Rissen oder sonstigen Beschädigungen wie Schleimigkeit, Delamination, Auflösung, Blasenbildung und Schrumpf
  • mögliche Ausflockungen des Kältemittels/Kompressoröls

Durch die enormen Dichtigkeiten, die das Dichtungsmaterial Novapress 850 erreicht, ist es auch für weitere Anwendungen und Branchen interessant. Hierzu gehört beispielsweise der Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie und der Gasversorgung.

Frenzelit GmbH, Bad Berneck


Autorin: Michaela Wassenberg

Freie Journalistin

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