Montage von Lamellendichtungen ohne Klebstoff

Metallisch dichtende, dreifach-exzentrische Prozessklappen, zum Regeln und Absperren, eignen sich vor allem für anspruchsvolle Anwendungen, in denen korrosive und chemisch aggressive Fluide zum Einsatz kommen. Als Dichtelement für dreifach-exzentrischen Klappen haben sich Lamellendichtungen bewährt. Sie bieten optimale Funktionalität und Dichtheit.

Für kritische Anwendungen konzipiert, sind Lamellen standhaft bei hohen Temperaturen und Drücken. Ihr charakteristischer Sandwichaufbau mit abwechselnd kombinierten Folienschichten aus expandiertem Reingrafit und Zwischenschichten aus flachen Metallelementen führt zu einer bestmöglichen Verbindung der Materialschichten. Die Außenflächen, bearbeitet mit einer schrägen Kegelkontur, dienen als Dichtfläche. Ihre Formstabilität garantiert größtmöglichen Schutz gegen Leckagen, selbst bei hohen Betriebsdrücken. Der Grafit bietet die nötige Elastizität, um die Metallelemente optimal gegen den Sitz zu pressen. Verlässliche Sitzdichtheit wird durch die Metallschichten erzielt, die sich nahtlos an das Gehäuse fügen. Im Resultat werden Leckagepfade eliminiert, Erosions- und Arbeitstemperaturbeständigkeit optimiert sowie eine lange Lebensdauer des gesamten Systems sichergestellt.

In den Prozessklappen der Baureihe LTR43 des Herstellers Leusch Industriearmaturen, einem Unternehmen der Samson-Gruppe, werden Lamellendichtungen wahlweise als Sitz im Gehäuse oder als Dichtring auf der Klappenscheibe montiert. Damit das „Lamellenpaket“ bei der Montage zusammengehalten wird, sind die Materialschichten der Dichtung üblicherweise mit Klebstoff verbunden. Der Klebstoff ist überflüssig, sobald die Lamelle in der Armatur ausgerichtet und befestigt ist, weil die Materialschichten dann durch den Klemmring zusammengehalten werden.

Bei kritischen Anwendungsbereichen kann Klebstoff jedoch negative Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von Absperrklappen haben. Minimale Kleberrückstände können sich beispielsweise an der Dichtfläche ablagern. Im Tieftemperaturbereich, bei Kryo-Anwendungen, können diese Rückstände aushärten und Leckagen verursachen. Bei Hochtemperaturanwendungen können störende Zersetzungsprodukte abgesondert werden, in Kontakt mit metallischen Bauteilen können Klebstoffe zu unschönen Korrosionsvorgängen führen, und in sauerstoffführenden Bau- und Anlagenteilen bergen sie das Risiko unerwarteter Ausbrände durch Selbstentzündung. Sauerstoff ist ein farb-, geruchs- und geschmacksloses Gas, welches selbst nicht brennbar ist, aber die Verbrennung anderer Materialien ermöglicht und fördert. Eine besondere Gefahr besteht beim Einsatz von komprimiertem Sauerstoff, was in der Praxis beispielsweise bei Druckstößen in Rohrleitungen auftreten kann. Derartige Betriebsbedingungen müssen sicherheitstechnisch betrachtet und bei der Auswahl sowie der Qualität der Einzelkomponenten berücksichtigt werden.

Leusch hat sich zum Ziel gesetzt, bei kritischen Anwendungen den Klebstoff zu eliminieren, um die Produktfunktionalität zu verbessern. Für die Entwicklung einer verlässlichen Lösung wurde die Firma IDT als starker technischer Kooperationspartner ausgewählt. Das Unternehmen hat bereits häufiger bei anderen, kniffeligen Projekten eng mit den technischen Experten von IDT zusammengearbeitet und suchte erneut ein kompetentes Team, dass sich der Herausforderung stellt, eine nachhaltig sichere Lösung zu entwickeln und gemeinsam umzusetzen.

„Die enge Zusammenarbeit mit unseren Kunden ist ein wesentlicher Bestandteil unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeit,“ sagt Norman Richter, der das Projekt in der Produktentwicklung bei IDT verantwortet. „Auf Basis von theoretischen Grundlagen haben wir im Austausch mit Leusch einen mehrstufigen Entwicklungsprozess konzipiert, die Potenziale bewertet, Einflussparameter ermittelt und umfangreiche Laboruntersuchungen durchgeführt. Dass es uns gelungen ist, einen potenziellen Gefahrstoff zu eliminieren und dadurch gleichzeitig die Funktionalität der Prozessklappe zu verbessern, werten auch wir als Erfolg“, betont Richter.

Die grafitbasierten Lamellendichtungen, mit der von IDT entwickelten LE-Safe-Technologie, werden ohne die Verwendung von herkömmlichen Klebstoffen gefertigt. Fertigungstechnisch ist der kleberfreie Verbund gut umsetzbar. Eine Delaminierung, wie sie bei geklebten Varianten häufig zu beobachten ist, tritt nicht mehr auf. Die mechanischen Eigenschaften Festigkeit und Dichtheit der kleberfreien Dichtungen sind verlässlich, die Dichtungskennwerte, im Vergleich zur traditionell geklebten Dichtung, unverändert. Die verbesserten Produkteigenschaften der Technologie bringen daher klare Verbesserungen für viele industrielle Anwendungen sowie für das Sustainable Supply Chain Management.

Für O2-Clean-Anwendungen können darüber hinaus Reingrafitmaterialien aus einer von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung untersuchten Einzelcharge verarbeitet werden. Auch die Auswahl der metallischen Materialien für hochsensible Anwendungen erfolgt mit größter Sorgfalt. Metalle mit einem Aluminiumanteil von mehr als 2,5%, Zirkon und Zirkonlegierungen, Titan und Titanlegierungen aber auch Metalle mit Titan als Legierungsanteil – z. B. die Edelstähle 1.4571 und 1.4541 – werden von der BAM als kritisch eingestuft und nicht für Sauerstoffanwendungen empfohlen. Dafür hält der Dichtungsanbieter viele alternative Werkstoffe vor, wie z. B. 1.4401/1.4404, 1.4828 und Monell 400 für extreme Anforderungen.

Die Ergebnisse der Entwicklungsarbeit mit den kleberfreien Lamellendichtung hat IDT als Basis für die Optimierung weiterer Produktgruppen im Metall-Grafit-Verbund genutzt. So wurde die LE-Safe-Technologie bereits mit Erfolg auf Kammprofil- und Wellringdichtungen übertragen, die sowohl in anspruchsvollen als auch Standardanwendungen verwendet werden.