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Unebenheiten bei Dichtfläcchen ausgleichen

Die Mühen der Un-Ebene: Was tun, wenn Dichtflächen einmal nicht plan sind?

| Autor / Redakteur: Dietmar Siebler, Prof. Dr. Alexander Riedl* / Dominik Stephan

Unebenheiten abgewickelt: Vom Flächenscan über das Messen und den Abgleich der Unebenheiten am Rechner kann mit den errechneten Daten eine pass­genaue Dichtung hergestellt werden.
Unebenheiten abgewickelt: Vom Flächenscan über das Messen und den Abgleich der Unebenheiten am Rechner kann mit den errechneten Daten eine pass­genaue Dichtung hergestellt werden. (Bild: Tedima)

So gelingt der Ausgleich großer Unebenheiten – Manchmal geht alles glatt, manchmal nicht: Gerade emaillierte Behälter oder Flansche haben oft erhebliche Oberflächen-Unebenheiten, die schnell zur Undichtigkeit führen. Können neue mehrdimensionale Dichtungskonzepte die fertigungsbedingten Unebenheiten ausgleichen?

Für bestimmte verfahrenstechnische Vorgänge zur Herstellung von Chemikalien reichen, aufgrund der Aggressivität der verarbeiteten Medien, Stahloberflächen nicht aus. Aus diesem Grund werden die Oberflächen durch Emaillierung vor chemisch korrosivem Angriff geschützt. Fertigungsbedingt weisen emaillierte Flansche, bzw. Flansche emaillierter Bauteile wie Behälter, Rührwerke und Kolonnen Verformungen auf, die sich durch den jeweiligen Emaillierungsprozess ergeben. Speziell im großen Durchmesserbereich stellen diese Flanschunebenheiten ein signifikantes Problem dar. Die Unebenheiten können abhängig vom Durchmesser weit über 5 mm betragen und liegen teils außerhalb der Toleranzen oder Maße, die mit herkömmlichen Dichtungen ausgeglichen werden können.

Bei einem Shimming-Verfahren wird versucht eine gleichmäßige Dichtflächenpressung zu erreichen, indem sektionsweise Dich- tungssegmente mit unterschiedlicher Dicke untergeschoben werden oder auf die eigentliche Dichtung zusätzliche Lagen an Dichtungsmaterial aufgebracht werden. Diese sehr zeitintensiven und bezüglich der Funktionalität risikobehafteten Abdichtungsvarianten bergen ein hohes Gefahrenpotenzial, da es nahezu unmöglich ist eine wirklich gleichmäßige Flächenpressung in Umfangsrichtung sicherzustellen.

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Aus diesem Grund kann es bei Vakuumprozessen dazu kommen, dass Dichtungen partiell eingesaugt werden, bei Überdruckprozessen hohe Leckagen auftreten oder Dichtungen im schlimmsten Fall ausgeblasen werden.

Dichtung: Jetzt auch in 3D

Um die oben genannte Problematik zu beseitigen, wurde ein Verfahren entwickelt, um eine Dichtung herzustellen, die bereits im nicht verpressten Zustand den Unebenheiten von Flanschen nahezu ideal folgt – und das in Form einer Linienberührung. Aus diesem Grund reichen bereits geringste Schraubenkräfte aus, um die Verbindung sicher abzudichten. Die zusätzlich zur Verfügung stehende Schraubenkraft erhöht die Dichtheit und reduziert gleichzeitig deutlich die Gefahr unzulässiger Leckagen, ausgeblasener oder eingesaugter Dichtungen oder Verletzungen einer Email-Schicht.

Völlig unabhängig von der Geometrie der Flanschblätter erfährt die 3D-Dichtung 3D Logic Seal von Anfang an eine über den gesamten Umfang homogene Verpressung. Es gibt also keine Spannungsspitzen, welche die Dichtung „durchdrücken“ könnten als auch keine Spannungstäler, an denen vorrangig Leckagen entstehen oder die Dichtung ausgeblasen oder eingesaugt werden kann. In Umfangsrichtung folgt die individuelle Dicke exakt den Unebenheiten der Oberflächen und damit dem geringsten Spalt zwischen den Flanschoberflächen. In radialer Richtung besitzt die 3D Logic Seal über die komplette Dichtungsbreite dieselbe Höhe, was schon zu Beginn der Montage bei geringer Verpressung zur Linienberührung über den gesamten Umfang und damit zur Abdichtung führt.

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Unebenheiten bei Dichtflächen ausgleichen

Für diesen Zweck werden zunächst die Unebenheiten der Dichtflächen mit 3D-Scannern und einem speziell entwickelten Messverfahren erfasst und computertechnisch berechnet und dargestellt. Durch den Scann-Vorgang ist es möglich, zwei Flanschflächen unabhängig voneinander und an unterschiedlichen Orten gelagert passgenau zueinander zu vermessen. Die Daten werden zusammengefasst und in einem 3D-CAD-Modell als Flanschpaar, mit Berechnung des engsten Spalts zwischen der Paarung, optisch dargestellt. Mit den errechneten Daten wird anschließend eine passgenaue Dichtung hergestellt, die exakt der Linie des engsten Spalts in Umfangsrichtung folgt.

Ein weiterer entscheidender Unterschied zu herkömmlichen Shimming-Verfahren ist, dass die Kontur der 3D-Dichtung aus den Rohdaten mittels eines Algorithmus so berechnet wird, dass möglichst wenig PTFE zum Einsatz kommt. Das führt dazu, dass der Flächenpressungsverlust so gering wie möglich ist. Zudem ist das Montageergebnis bzgl. der entstehenden Dichtung durch das Verfahren der Messung der Unebenheiten unabhängig vom Monteur und jederzeit reproduzierbar. So kann auch der „Fehler-Faktor Mensch“ weitestgehend vermieden werden.

* *D. Siebler ist Mitglied der Geschäftsleitung von Tedima, Prof. Riedl forscht am Center of Sealing Technologies der FH Münster.

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