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Dichtungssysteme
Statische Dichtungssysteme
Flachdichtungen
Sonderdichtungen:
Ersatz der Spiralgrafit-Dichtung durch einen vorverpressten und kalibrierten Reingrafitring
Spiralgrafitdichtungen werden aus einem profilierten Metallband und einem Grafitband hergestellt. Die Dimensionierung der Dichtung erfolgte aufgrund von Prüfstandversuchen und den späteren Einsatz-Erfahrungen. Das Metallband und das Grafitband werden zusammen unter einer bestimmten Zugspannung gewickelt. Das eingewickelte Grafitband übernimmt in der Dichtung die Dichtfunktion und das Metallband die Trägerfunktion. Durch den kalibrierten axialen Grafitbandüberstand hat das Metallband auch nach dem Verpressen der Dichtung keinen metallischen Kontakt mit der Dichtfläche. 
Problematisch ist die Dimensionierung von kleinen Spiraldichtungen ( < 60 mm Durchmesser). Der Metallanteil ist aufgrund der spezifischen Konstruktion der Spiraldichtung relativ hoch. Beim Verpressen (im Kraft-Nebenschluss) kann es zum Kontakt des Metallbandes und der Dichtfläche kommen. Dies führt zu unkontrollierten Dichtflächenbeschädigungen. Eine wiederholte Dichtheit nach einem Wechsel der Dichtung ist dadurch nicht mehr gewährleistet.
Aufgrund dieser Erfahrungen wurde eine Dichtung entwickelt, die den gestellten Anforderungen erfüllen kann.
Für den Ersatz kleiner Spiralgrafitdichtungen und für den Einsatz an vorgeschädigten Dichtflächen wurde ein Reingrafitring entwickelt. Dieser Grafitring wurde so dimensioniert, dass die gesamte Dichtungsnut ausgefüllt wird. Zur axialen Nachverdichtung und Volumenanpassung an den Dichtungsraum wurde ein ganz bestimmter Dichtungsüberstand festgelegt. Die Vorverdichtung der Dichtringes wurde so gewählt, dass die Rückfederung vergleichbar mit der Spiralgrafitdichtung ist. Versuche zeigten, dass der Reingrafitring richtig zu dimensionieren war. Bestätigt wurde die Eignung der Dichtung durch den langjährigen defektfreien Einsatz unter hohem Druck und Temperatur (ca.. 155bar/300°C).
Der Vorteil dieser Dichtung ist, dass kleinere Dichtflächenbeschädigungen nicht nachgearbeitet werden müssen. Der Grafitring passt sich der Dichtoberfläche an und füllt Hohlräume vollständig aus. Die Dichtung hat eine ausreichende Eigensteifigkeit und ist dadurch unproblematisch zu handhaben.
Abb.: Flansch mit eingelegtem Reingrafitring
im Kraft-Nebenschluss montiert
Dynamische Dichtungssysteme
Stopfbuchspackungen
Stopfbuchs-Packungssysteme für Armaturen
Das reproduzierbare Verpacken von Armaturenspindeln für elektrisch angetriebenen Armaturen mit sicherheitstechnischen Anforderungen hat bis heute noch keinen ausgereiften technischen Stand erreicht. Soweit bekannt, werden z.Zt.noch aufwendige Versuche von verschiedenen Instituten und von Anwendern durchgeführt, um hier mehr Kenntnisse zu erlangen.
Das richtige Verpacken der Armaturenspindel hat einen entscheidenden Einfluss auf die bleibende Funktion der gesamten Armatur. Für die Genehmigung und die Führung des Funktionsnachweises einer E-Armatur besteht die Forderung, die Dimensionierung der Armatur mit Antriebseinheit nach einem anerkannten Standardrechenverfahren durchzuführen! Es ist ein Nachweis über ausreichende Schaltreserven (Schließ-und Öffnungsreserven ) zu führen.
Entscheidend für die Auslegung der Armatur und der Antriebseinheit ist die Bestimmung der Stopfbuchsreibkraft. Der Einfluss auf die Funktion der Armatur ist nicht nur vom Werkstoff in seiner Zusammensetzung, sondern auch vom jeweiligen Packungsaufbau und den Packungsherstellungs- verfahren abhängig. Zusätzlich müssen bei der Auslegung der Stopfbuchse die Einsatzbedingungen, dem Druck und der Temperatur, den die Stopfbuchsmaterialien ausgesetzt werden, ausreichend berücksichtigt werden.
Die verwendeten Stopfbuchsmaterialien für o.g. Armaturen sind vorzugsweise Teflon ( PTFE ) und Reingrafit. Die Wahl des Packungswerkstoffes wird jeweils nach der Höhe der Betriebsparameter und nach dem günstigsten Reibverhalten festgelegt bzw. ausgewählt.
Die Herstellung-, die Verarbeitung- und die Verpackungsvorschriften der Packungsmaterialien sind durch normgerechte Vorgaben bisher nicht ausreichend geregelt. Die heute geltenden Regelwerke, z.B. die DIN und div. Spezifikationen, geben nur den Rahmen zur Herstellung der Packungsmaterialien vor. Die Hersteller des Packungsproduktes arbeiten nach Werksnormen. Die technischen Fertigungsverfahren sind darum nicht zugänglich. Die Packungsprodukte und die Verpackungskonzepte sind Firmen-Know-how. Vergleichbare Produkte verschiedener Hersteller lassen sich darum nicht ohne weiteres gegeneinander austauschen. Der Betriebsbewährtheit des altarnativen Produktes muss über eine Qualifizierung abgesichert werden.
Dem Anwender, der mit der Dichtungstechnik nicht vertraut ist, dem sind diese hier genannten Problematiken nicht zugegen. Die Gefahr Fehler zu machen ist groß. Damit mehr Sicherheit und Transparenz in dies Materie kommt, sollte über klare und eindeutige Spezifikationen und Vorschriften nachgedacht werden.
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Stopfbuchskonstruktionen
Stopfbuchsaufbau mit Packungsringen
Das nebenstehende Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Armaturen- Spindelabdichtung mit fünf Packungsringen aus Reingrafit mit der Vorverdichtungsstufe B7* und einem metallischen Grundring. Diese Anordnung ist die heute am weitesten verbreitete Ausführung für Armaturen mit Betriebsparametern von ca. >150°C/<150bar.
( *B7 sind Kennzeichnungen der Fa. Burgmann und geben den Vorverdichtungszustand des Packungsringes an )
Stopfbuchsaufbau mit Zwischenabsaugung
Das nebenstehende Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Armaturen- Spindelabdichtung mit einem metallischen Absaugring und Grundring.
Es handelt sich dabei um zwei hintereinander liegende Stopfbuchsen. Als Besonderheit erkennt man, es werden Packungsringe aus Reingrafit mit zwei unterschiedlichen Vorverdichtungsstufe eingesetzt. Warum?
Die mit B8 gekennzeichneten Packungsringe, oberhalb des Absaugringes, sind höher vorverdichtet worden. Diese Anordnung wurde gewählt, damit beim Nachverpressen der Stopfbuchse die Packungsringe unterhalb des Absaugringes vorzugsweise nachverdichtet werden. Bei ausreichender Nachverdichtung der unteren Packungsringe werden die Packungsringe ( B7 und B8 ) gemeinsam endgültig nachverpresst.
Es ergibt sich daraus eine gleichmäßige Nachverdichtung der Packungsringe beider Stopfbuchsen.
Dieses System wurde seit Jahren in einem Kraftwerk problemlos eingesetzt.
Optimierter Stopfbuchsaufbau
Das nebenstehende Bild zeigt eine Studie über einen optimierten Stopfbuchsaufbau.
Die Stopfbuchse ist aus drei unterschiedlich vorverdichteten Reingrafitringen, einer Grafit-Flachdichtung, einem Grundring und einem Absaugring zusammengestellt.
Neu sind die Reingrafitringe mit der Kennzeichnung “X”.
Diese Ringe sind hoch vorverdichtete passgenaue Reingrafitringe, die bei der Nachverpressung der Stopfbuchse nicht nachverdichtet werden können. Sie haben die Eigenschaft den Spindelspalt voll zu schließen, ohne eine nennenswerte Reibkraft auf die Spindel zu übertragen. Das bedeutet, die Stopfbuchsreibkraft reduziert sich. Für die Stopfbuchsreibkraft sind nur die Packungsringe mit der Bezeichnung B7 und B8 zu berücksichtigen. Die Spindel wird weiterhin durch alle Ringe geführt.
Die Ringe können bei einer notwendigen Stopfbuchsverkürzung auch als Ausgleichsringe verwendet werden.
Neu bei der Stopfbuchse ist die Flachdichtung unter dem Grundring.
- Die Flachdichtung hat die Aufgabe die Betriebskraft auf die
Stopfbuchse zu reduzieren. Sie wirkt statt auf der gesamten
Packungsbreit nur noch auf den Ringspalt zwischen Spindel und
Gehäusebohrung.
- Die Flachdichtung kann eine Stopfbuchsleckage zwischen den
Packungsringen und der Stopfbuchsraum wirkungsvoll verhindern.
Der Stopfbuchsraum wird mittels der Flachdichtung axial
abgedichtet.
Beispiele
Beispiel eines Packungsproblems: Undichtigkeit von Stopfbuchsabdichtungen aus Teflon ( PTFE )
Für Wasser-Dampf-Systeme mit niedrigen Temperaturen werden überwiegend gekammerte Teflon Packungssysteme verwendet. Setzt man Teflon bei Temperaturen >150°C ein, beginnen die Probleme. Es können bei Teflonpackungen bis zu 20% Volumenveränderungen auftreten. Wechselnde Betriebsbelastungen führen dann erfahrungsgemäß zu Stopfbuchsleckagen. Sogar bei kaltem Druckwasser mit wechselnden Druckzuständen tritt dieser Effekt auf. Bei einem begrenzten Packungsraum fließt Packungsvolumen trotz Kammerung durch engste Spalte aus. Fazit ist, die Teflon Packungssysteme sind bei höheren Belastungen nur für einen Betriebszustand als dicht zu bezeichnen.
Problemlösung:
Die Lösung des Problems liegt in der konstruktiven Gestaltung des Packungsraumes. Der Packungsraum muss die jeweilige Volumenveränderungen des Packungs - werkstoffes ausgleichen können.
Durch eine Anfederung der Stopfbuchsbrille mittels einer Federmutter ( bekanntes Verfahren ) kann die Volumenänderung des Packungswerkstoffes ausgeglichen werden. Die Aufprägung der Stopfbuchsvorspannung bleibt entsprechend der Federkennlinienänderung erhalten.
Schlussbetrachtung
Die hier aufgezeigten Gedanken zur Dichtungstechnik können nur ein kleinen Einblick zu dem Thema geben und auch nur einen Teil der heute noch bestehenden Probleme andeuten. Mir lag daran, mit diesem Beitrag, das Interesse zu diesem Thema bei den Lesern zu wecken.
Die erfolgreiche Instandhaltung und der sichere Betrieb einer technischen Anlage wird im Wesentlichen von der Kenntnis über den Umgang mit der Dichtungstechnik geprägt. Es sind Fachkräfte und Spezialisten nötig, die dieses Fachgebiet, die Dichtungstechnik, beherrschen.
In meiner Berufspraxis habe ich umfangreiche Spezialkenntnisse in Zusammenarbeit mit der Fa. Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH & Co als kompetenter Partner erworben.
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