Abdichtung von axial bewegten Ventilspindeln gemäß TA Luft

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Werkstoff ist entscheidend für TA Luft-Anerkennung

Die Abdichtung der Spindel in einer Regelarmatur ist im Sinne TA Luft als kritische Stelle anzusehen. Hier können unter bestimmten Umständen Emissionen auftreten, welche die zulässigen Höchstwerte überschreiten. Aus diesem Grund wird heute bei der Entwicklung einer Armatur das Augenmerk insbesondere auf die Dichtung gelegt. Die Anforderungen an Absperr- und Regelorgane sind nach den Vorgaben der Richtlinien DIN EN ISO 15848 oder TA Luft/VDI 2440 (Nov. 2000) eindeutig festgelegt. Die Leckageraten dürfen demnach bei Verwendung von Dichtringpackungen aus PTFE nach einer Prüfdauer von 24 Stunden einen Grenzwert von 1·10^-4 mg/(s·m) bei Temperaturen bis 250°C nicht überschreiten. Die Einhaltung dieser Vorgaben muss durch eine spezielle Bauartprüfung nachgewiesen werden. Die Prüfung wird mit dem Testgas Helium durchgeführt und erfolgt unter Betriebsbedingungen. Damit wird der Armatur bescheinigt, dass im Betrieb eine bestimmungsgemäße Funktion nach den Richtlinien der TA Luft zu erwarten ist.

Das Emissionsverhalten der Regelarmatur wird nicht alleine durch die Bauform und Geometrie der Manschettenpackung beeinflusst. Neben der Grenzflächenproblematik (Dichtwirkung zwischen relativ zueinander bewegten Flächen) ist die Permeation durch den Dichtungswerkstoff hindurch eine entscheidende Größe, die es zu betrachten gilt. In der Diskussion um Emissionsobergrenzen wird der Zusammenhang zwischen der Leckagerate und der Werkstoffdichte schnell deutlich.

In Abb. 3 sind die Messergebnisse einer Versuchsreihe mit Manschettenpackungen aus verschiedenen PTFE-Typen dargestellt. Im Rahmen der TA Luft-Zertifizierung wurden hier neben einigen ungefüllten Werkstoffen, hier bezeichnet mit Virginales PTFE (Standard-PTFE), Moldflon (Thermoplastischer Werkstoff) und HS 17022 (modifiziertes PTFE), je eine Type mit einem organischen und einem anorganischen Füllstoff untersucht. Die Leckage über die Packungen hinweg ist über die Dauer der Messung durch einen sigmaförmigen Verlauf gekennzeichnet. Dieses Verhalten ist bekannt und wird ursächlich auf die Materialeigenschaften von PTFE zurückgeführt. In zahlreichen Laboruntersuchungen der Werkstoffhersteller wurde dieser Verlauf als charakteristisches Merkmal für die Durchlässigkeit von PTFE nachgewiesen.

Verbesserung der Verschleißfestigkeit durch Füllstoffe

Eine wesentliche Verbesserung der Verschleißfestigkeit wird durch mineralische bzw. metallische Füllstoffe, wie Kohle, Grafit, Glas- und Kohlefasern und Bronze oder durch organische Füllstoffe erreicht. Die Füllstoffanreicherung trägt jedoch auch zur Lockerung des Werkstoffverbundes bei. Mit zunehmendem Füllstoffgehalt nimmt die Werkstoffdichte des PTFE-Compounds ab. Durch das erhöhte Porenvolumen zwischen den Molekülen im PTFE-Gefüge steigt die Durchlässigkeit des Werkstoffs. Das in den Werkstoff eingedrungene Medium verteilt sich dabei in alle Richtungen.

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