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Verpressung und Rückfederung
Die Wahl der geeignetsten
Dichtung für extreme Betriebsbedingungen
schließt häufig einen delikaten Kompromiss
zwischen der Verformungskraft und der
Rückfederung der Dichtung mit ein. Die Druck-
oder Verpressungskraft steht im direkten
Verhältnis zur erreichbaren Dichtigkeit während
die Rückfederung der Dichtung bestimmt, wie gut
diese Dichtigkeit bei variierenden Temperaturen
und Drücken aufrecht erhalten wird.
Bei einem vorgegebenen
Dichtungsquerschnitt und –typ trifft generell zu,
dass die Rückfederung bei Höchstbelastung am
geringsten ist.
Eine Dichtung mit niedrige
Verformungskraft besitzt die beste Rückfederung.
Betrachtet man aus Edelstahl
hergestellte Metall-O-Ringe, einen mit geringer
und einen anderen mit großer Wandstärke, dann
benötigt der dünnwandige Ring zum Verpressen in
die Nuttiefe eine geringere Belastung als der
dickwandige, wobei die Rückfederung des
Letzteren schlechter ausfällt als die des Rings
mit geringer Wandstärke.
Betrachtet man nochmals dem
Metall-O-Ring mit gleichem Querschnitt, dann
weist eine aus Inconel X750
®
oder Inconel 718
®
hergestellte Dichtung eine höhere Belastung und
eine bessere Rückfederung auf als ein aus
Edelstahl angefertigter Metall-O-Ring mit
ähnlicher Wandstärke.
Wechselt man nun zu den
Metall-C-Ringen zeigt sich eine gewisse
Ähnlichkeit bei der Rückfederung und der
Verpressungskraft. Der große Unterschied besteht
darin, dass Metall-C-Ringe im Vergleich zu
Metall-O-Ringen gleichen Querschnitts
normalerweise eine geringere Belastung erzeugen,
woraus sich eine bessere Rückfederung als bei
Metall-O-Ringen ergibt.
Um die geringe
Verformungskraft der Metall-C-Ringe zu
überwinden, wurde der federunterstützte Metall-Cring
entwickelt. Diese Dichtung erzeugt eine relativ
hohe und uniforme Verpressungskraft bei einer
gleichzeitig relativ guten Rückfederung.
Die Oysterseal®-Dichtung
oder V-Typ-Dichtung liefert aufgrund ihrer Form
und Materialwahl eine gute Rückfederung, weist
aber lediglich eine mäßige Verpressungskraft auf.
Kompression und
Verpressungskraft
Die Druck- oder
Verpressungskraft wird in N/mm des
Dichtungsumfangs ausgedrückt. Je höher die
Verformungskraft, desto besser wird die
Abdichtungsleistung ausfallen.
Eine Beschichtung mit weichen
Materialien erfordert eine geringere
Verformungskraft als eine mit harten.
Eine raue Oberfl ächengüte
der Dichtfl ächen erfordert zur Erhaltung einer
vergleichbaren Abdichtungsleistung eine höhere
Verformungskraft.
Dichtungen ohne Beschichtung
benötigen in der Regel höhere Verformungskräfte,
um eine technische Dichtigkeit zu erlangen.
Unabhängig von der beaufschlagten
Verformungskraft wird es schwierig sein, eine
hohe Dichtigkeit mit Dichtungen ohne
Beschichtung zu erzielen.
Dichtigkeit, Beschichtung
Je nach erforderlicher
Dichtigkeit, abzudichtendem Medium und
Temperatur müssen unterschiedlichen
Galvanisierungen oder Beschichtungen gewählt
werden.
Für Dichtigkeiten von mehr
als 10–9 mbar.l/s ist stets eine Galvanisierung
mit weichen Materialien notwendig. Indium und
Zinn ergeben Galvanisierungen mit weichen
Materialien. PTFE liefert ebenfalls eine weiche
Beschichtung, allerdings ist aufgrund der
PTFEeigenen Porosität die erzielbare Dichtigkeit
auf 10–6 mbar.l/s beschränkt.
Silber, Gold und Kupfer sind
mittelweich und erfordern eine Dichtung mit
höherer Verformungskraft, um
Dichtigkeitsbereiche mit 10–9 mbar.l/s zu
erreichen. Silber wird am häufi gsten zur
Galvanisierung eingesetzt. Eine Nickel-Galvanisierung
ist die Härteste. Hierfür soll eine Dichtung mit
hohe Verformungskraft gewählt werden.
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Flanschablenkung oder -abhebung
Große Durchmesser und hohe Temperaturen spielen
bei der Wahl einer Metalldichtung eine
entscheidende Rolle. Eine Flanschablenkung oder
–abhebung tritt unter hohem Druck auf. Je höher
der Druck und je größer die diesem Druck
ausgesetzten Flanschdurchmesser, desto größer
fallen die auf den Schrauben lastenden Spannungs-
und Dehnungskräfte aus, die zu einer
Flanschablenkung oder -abhebung führen können.
Unter derartigen Betriebsbedingungen sollte der
größtmögliche Querschnitt für einen vorgegebenen
Durchmesser gewählt werden, um die bestmöglichen
Rückverformungs-Eigenschaften zu erhalten.
Zusammenfassung
Für jede gewählte Dichtung sollte die
Oberflächengüte der Nut gleich oder besser als
Ra = 1,8 sein. Für Dichtigkeit von 10–9 mbar.l/s
oder höher sollte eine Oberfl ächenpolierung vom
über Ra = 0,8 angewendet werden.
Stets den größtmöglichen Querschnitt für einen
vorgegebenen Durchmesser wählen.
Die für die Anwendung zulässige Galvanisierung
mit weichen Materialien auswählen.
Falls es die Schraubenbelastung erlaubt, die
höchste, verfügbare Dichtungskraft wählen, wenn
man sich für eine Galvanisierung mit
mittelweichen Materialen, zum Beispiel mit
Silber, Gold oder Kupfer, entschieden hat.
Bei Temperaturen von über 350°C wird empfohlen,
Inconel als Ausgangsmaterial zu verwenden.
Bei Drücken von mehr als 35 MPa ist angeraten,
Dichtungen des C-Ring-Typ oder O-Ringe mit
Druckausgleich einzusetzen, beide je nach
erforderlicher Dichtigkeit mit oder ohne
federelastischer Ausführung.
Für Anwendungen mit hohen Temperaturen oder
falls ein Dichtung des O-Ring-Typs erforderlich
ist, stellt eine gasgefüllte Dichtung eventuell
eine bessere Alternative dar.
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