Elektro-Dampferzeuger werden in vielen Industriebereichen eingesetzt, so auch in der Lebensmittel- und Genussmittelindustrie. In ihnen erhitzen und verdampfen elektrisch betriebene Heizelemente enthärtetes Wasser, das eine Speisewasserpumpe von einem Tank oder direkt aus der Leitung in den Druckbehälter fördert.
In den Systemen des Anlagen- und Maschinenbauers Dino regelt eine Wasserstandselektronik mithilfe von Füllstandselektroden oder einem Schwimmerschalter den Wasserstand im Druckbehälter, das Schalten der Heizung und schützt die Heizelemente vor Beschädigung bei eventuellen Funktionsstörungen. Der Dampfdruck wird am Manometer angezeigt, wobei ein Druckwächter bei Erreichen von 500 kPa (5 bar) die Heizung aus- und bei 450 kPa (4,5 bar) wieder einschaltet. Der Dampf wird am Dampfabsperrventil entnommen, ein Sicherheitsventil verhindert Überdruck. Anfallendes Kondensat der Dampfleitung und der Verbraucher kann am Kondensateingang des Wärmetauschers wieder in den Wasserkreislauf zurückgeführt werden.
Problematische Materialeigenschaft
Die Monteure verbinden die Einheit der Heizelemente mithilfe eines Flansches mit dem Druckbehälter. Die Innenflächen von Flansch und Abdichtung stehen in Kontakt mit überhitztem Wasserdampf in 100%iger Sättigung, bei 160 °C und 5 bar Druck.
Bisher hat das Unternehmen an der Flanschplatte eine Fullface-Faserweichstoffdichtung mit Graphit als Füllstoff eingesetzt. Mit einer Dicke von 2 mm wies sie eine Dichtungsfläche von 28 888 mm2 auf und erreichte bei 80 % Schraubenausnutzung eine Flächenpressung von 15 MPa. Je nach Einsatzumgebung und tendenziell bei Lastwechseln an den Dampferzeugern trat an dieser Stelle bei einigen Systemen jedoch ein Problem auf.
Da die eingesetzten Dichtungen über die Zeit aushärten, es durch Temperaturwechsel zu Materialausdehnungen und in der Folge zu Relativbewegungen zwischen Behälter und Heizelementträger kommt, kann die Dichtung diese Verformungen irgendwann nicht mehr mitleisten. Dann können an der Flanschplatte Undichtigkeiten auftreten, die bei 160 °C und 5 bar Dampfdruck sehr gefährlich werden können, unabhängig vom verlorenen Dampfvolumen. Die Folge: Ein Monteur musste die fehlerhaften Dichtungen austauschen, was hohe Montage- und Reisekosten verursachte.
Ein alternativer Dichtungswerkstoff
Kurt Nobel, Geschäftsführer und Inhaber von Dino, suchte daher einen Weg, um diese Problematik dauerhaft und zukunftsfähig zu lösen. Durch einen Tipp wurde er auf den Dichtungshersteller Klinger aufmerksam und kontaktierte ihn. Daraufhin haben die Fachleute aus Idstein den Maschinen- und Anlagenbauer in Bremen besucht. Nachdem sie sich ein Bild von der Problematik gemacht hatten, schlugen sie vor, in Zukunft einen alternativen Flachdichtungswerkstoff zu verwenden, der nicht aushärtet und ihn zusätzlich mit Innenbördel auszurüsten. Parallel dazu berechneten die Konstrukteure mit dem Programm Klinger Expert die Geometrie der Dichtung neu. Sie verringerten die Dichtfläche, um eine höhere Flächenpressung bei gleicher Schraubenkraft zu erzielen.
Künftig setzt Dino Graphitdichtungen ein. Im Gegensatz zu Faserdichtungen, enthalten sie keine organischen Bindemittel, verändern ihre Eigenschaften im gesamten Temperatureinsatzbereich nicht und weisen kein Verhärten und Verspröden auf. Mit Klinger Graphit PSM steht dafür ein in der Praxis erprobtes Graphitlaminat mit einer 0,1 mm dicken Spießblech-Edelstahleinlage für den Temperaturbereich von −200 bis +450 °C zur Verfügung. Es wird bevorzugt bei Heißwasser und Wasserdampf eingesetzt und ist in den Standarddicken 0,8/1,0/1,5/2,0 und 3,0 mm verfügbar.
Die neue Auslegung der Dichtung weist eine Raised-Face-Ausführung auf. Die nominelle Dicke verbleibt bei 2 mm, während die Dichtungsfläche um mehr als 45 % auf 15 700 mm2 reduziert ist. Auf diese Weise wird bei wieder 80 % Schraubenausnutzung eine effektive Flächenpressung von 29 MPa erreicht, was fast einer Verdopplung des ursprünglichen Wertes entspricht.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ist die Dichtung mit einer metallischen Innenrandeinfassung, einem Innenbördel, kombiniert. Letzterer wird nach dem Ausstanzen des Dichtungsringes mit einem separaten Werkzeug eingebracht. Er besteht aus einem ca. 0,10 bis 0,15 mm dünnen Blech und ist im Normalfall aus Edelstahl. So schützt man den Dichtungswerkstoff vor aggressiven Medien und Herausdrücken sowie das Medium vor Verunreinigungen durch herausgelöste Dichtungsbestandteile. Außerdem verbessert der Innenbördel die Gasdichtheit bei porösen Dichtungswerkstoffen. Eine solche Dichtung kann für einen Lebensmittelkontakt eingesetzt werden und eignet sich für die üblichen Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie.
Suchwort: dei0618klinger
Halle 8, Stand B4
Autoren: Gerald Klein Jörn Jacobs
Produktmanager Dichtungen,
Klinger
Freier Journalist
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