Neue Regelwerke für die Dichtungstechnik setzen die Messlatte ständig höher. Als Beispiel sei hier nur die neue VDI-Richtlinie 2290 genannt, die dem Anwender viele wertvolle Auslegungshilfen bietet, gleichzeitig aber die Anforderung an Dichtsysteme nochmals deutlich anhebt. Es ist eine besondere Herausforderung für alle Dichtungshersteller, diesem Innovationsdruck standzuhalten und mit immer komplexeren Produktentwicklungen die permanent steigenden Marktbedürfnisse zu befriedigen. So entstehen immer wieder neue, immer weiter ausgefeilte Materialkombinationen, von denen Mensch und Umwelt in hohem Maße profitieren können. Frenzelit hat daher das neue Dichtungsmaterial novaphit MST entwickelt.
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Zur novaphit-Produktfamilie gehören grundsätzlich alle Materialien, welche auf Basis von expandiertem Graphit ohne weiteren Zusatz von Bindemitteln gefertigt werden. Betrachten wir den konstruktiven Aufbau exemplarisch an der 3,0 mm starken Dichtung. Dieses neue Material zeichnet sich durch fünf säurebeständige Edelstahlverstärkungen (1.4404) aus. Als jeweils äußerste Verstärkung kommt eine Streckmetalleinlage zum Einsatz. Auf diesem Weg erhöht sich die mechanische Festigkeit erheblich, ohne eine für die Anpassungsfähigkeit schädliche oder gar vollständige Trennung der äußeren Graphitlagen zu bewirken. Den Kern des Materials verstärken drei Glattblecheinlagen. Aus diesem Multilayer-Aufbau resultiert eine sehr hohe Temperatur- und Druckstabilität, kombiniert mit einer sehr hohen Beständigkeit gegen aggressive Medien. Die novaphit MST erweitert den Einsatzbereich der novaphit-Familie im oberen Druck- und Flächenpressungssegment und ist damit prädestiniert für den Einsatz unter kritischsten Bedingungen.
Anpassungsfähigkeit versus Leckage
Dichtungsmaterialien aus expandiertem Graphit zeichnen sich insbesondere durch eine äußerst gute Anpassungsfähigkeit an raue oder fehlerhafte Flanschoberflächen aus. Dies ist auf ein großes freies Porenvolumen (sprich eine niedrige Dichte) im Graphitwerkstoff zurückzuführen. In einem Dichtungswerkstoff sind freie Poren jedoch gleichzeitig auch von Nachteil. Man kann sich leicht vorstellen, dass vor allem aus kleinen Molekülen bestehende abzudichtende Medien nur allzu gerne diesen freien Platz im Material als Leckagekanal nutzen und somit dem Innendruck innerhalb des Dichtsystems nachgeben. Leckage wird die Folge sein, und zwar umso mehr, je mehr Volumen durch die freien Poren für den Stofftransport zur Verfügung steht. Daher benötigen Graphitmaterialien im Allgemeinen besonders viel Flächenpressung, um „richtig dicht“ zu werden.
Manche Hersteller gehen zu bereits vorverdichteten Lösungen über, um auch schon bei geringen Flächenpressungen eine akzeptable Dichtheit zu erhalten. Dies geht jedoch eindeutig zu Lasten der Anpassungsfähigkeit und nimmt der Graphitdichtung einen wichtigen Vorteil. Für den Entwickler stellt dies den klassischen Zielkonflikt dar. Einerseits will man bereits bei geringen Flächenpressungen eine niedrige Leckagerate erzielen, andererseits soll bei genau diesen geringen Flächenpressungen noch ein Maximum an Anpassungsfähigkeit bereitgestellt werden. Mit der novaphit MST hebt Frenzelit diesen Widerspruch auf. Verglichen mit marktbegleitenden Produkten weist die Dichtung eine exzellente Anpassungsfähigkeit auf. Dies lässt sich eindrucksvoll in einem Stauchversuch belegen, bei dem die Dichtung einer stetig steigenden Flächenpressung ausgesetzt und die Verformung kontinuierlich gemessen wird.
Bereits bei geringen Flächenpressungen unter 5MPa zeigen sich erhebliche Unterschiede im Verformungsverhalten. Die novaphit MST weist ein deutlich stärkeres Setzvermögen auf als die anderen beiden getesteten Mehrlagenlaminate. In der Tabelle unten sind die Setzbeträge beispielhaft für eine Einbauflächenpressung von 20MPa aufgezeigt.
Man kann deutlich erkennen, dass bei der novaphit MST im Vergleich zu anderen Mehrlagenlaminaten fast doppelt soviel Anpassungsvermögen zur Verfügung steht und dadurch deutlich größere Unzulänglichkeiten der Flanschoberflächen noch sicher ausgeglichen werden können. Insgesamt befindet sich die Fehlerverzeihlichkeit auf einem signifikant höheren Niveau. Diese Produkteigenschaft ist in der realen Anwendung, die nur selten aus absolut neuwertigen Flanschen besteht, ein echter Sicherheitsvorteil. Weiterhin zeigt die Graphik, dass novaphit MST bis 200MPa keinen Wegbrechpunkt aufweist, während man bei anderen Mehrlagenlaminaten bei circa 180MPa ein deutliches Versagen detektiert. Welche Auswirkungen ergeben sich hinsichtlich dieser außergewöhnlichen Eigenschaften nun auf das Leckageverhalten unter den angesprochenen niedrigen Flächenpressungen? Um dies zu untersuchen, wurde ein Leckageversuch nach DIN EN 13555 bei 40bar Innendruck mit Helium durchgeführt. Als Vergleich dient ein weiteres TA Luft-konformes Mehrlagenlaminat. Der Fokus wurde dabei auf den oben dargestellten unteren Flächenpressungsbereich gelegt. Bei 5MPa Flächenpressung zeigt novaphit MST bereits eine um eine halbe Zehnerpotenz günstigere Leckage als das Vergleichsprodukt. Natürlich sind derart geringe Flächenpressungen in der Praxis unbedingt zu vermeiden. Dennoch gibt es gerade im Apparatebau immer wieder Fälle, in denen die notwendige Flächenpressung nicht zu erreichen ist. Des Weiteren sind auch fehlerhafte Flanschoberflächen, zum Beispiel Welligkeiten in großen Flanschsystemen, immer wieder Ursache partiell stark reduzierter Flächenpressung. In diesen Bereichen kann novaphit MST seine höhere Leistungsfähigkeit voll zur Geltung bringen. Wie erreicht nun die Dichtung diese außergewöhnlichen Eigenschaften? Bei Graphitwerkstoffen handelt es sich naturgemäß um ein poröses Material. Die Poren bilden dabei innerhalb des Graphitwerkstoffes ein heterogenes Netz aus vielen Kanälen und Hohlräumen, die zum großen Teil miteinander verbunden sind.
Gekapselt statt gefüllt
Vor allem ein kleines Gasmolekül wird immer einen Weg durch das Gefüge finden. Je mehr Poren vorhanden sind, umso mehr Möglichkeiten ergeben sich und desto höher wird die Wahrscheinlichkeit eines schnellen Durchtritts. Eine Möglichkeit, das Porenvolumen im Material wirksam einzudämmen, besteht darin, die Poren durch ein anderes Material zu füllen. Dieses Imprägnieren mit oft organischen Mitteln hat jedoch viele Nachteile. Zum einen reduziert das Füllen der Poren mit organischen Imprägnierungen die Anpassungsfähigkeit, zum anderen ergeben sich dadurch auch negative Auswirkungen auf die mechanische Temperaturstabilität.
Frenzelit geht bei novaphit MST einen neuen Weg und entwickelte ein eigenes Verfahren zur Weiterveredelung von Graphitfolien. Diese neuartige Technologie, die hier erstmalig zum Einsatz kommt, beruht auf dem Prinzip der Kapselung der Graphitporen, wodurch den Gasmolekülen der Weg durch das Gefüge verwehrt beziehungsweise deutlich erschwert wird. Das Verfahren birgt viele Vorteile: Die Menge an Imprägniermittel, die zur Kapselung der Poren benötig wird, ist deutlich geringer als bei herkömmlichen Imprägnierungen. Weiterhin ergeben sich so gut wie keine negativen Auswirkungen auf die mechanische Stabilität des Werkstoffes, weder unter Raum- noch unter erhöhter Temperatur. Die damit erzielte Leckageverbesserung ist dennoch erheblich, wie das Vergleichsdiagramm belegt.
Die herausragende mechanische Stabilität zeigt sich klar im Stauchversuch. Hier wird das Material mit sukzessiv steigender Flächenpressung belastet, bis ein Versagen auftritt. Bei einem Breiten-Höhen-Verhältnis von 10:1 zeigt sich weder bei Raumtemperatur noch bei 300°C ein Versagen. Der Zerstörungspunkt liegt über der Prüfstandskapazität. Lediglich bei einem deutlich ungünstigeren Breiten-Höhen-Verhältnis von 5:1 kann überhaupt ein Versagenspunkt ermittelt werden. Doch auch bei einer Temperatur von 300°C liegt dieser mit über 150MPa noch deutlich über den in der Praxis üblichen Verpressungen.
Die Stärken der novaphit MST liegen aber nicht nur in den technischen Eigenschaften. So kann das Material problemlos geplottet, gestanzt oder mittels Wasserstrahl geschnitten werden. Der wirkliche Vorteil zeigt sich dem Anwender jedoch in der immer wieder notwendigen Handkonfektionierung . Hier kann das Material mit allen üblichen Werkzeugen verarbeitet werden. Sogar mit einer Schere kann novaphit MST einfach geschnitten werden. Für die Herstellung der Dichtung nutzt Frenzelit sorgfältig ausgewählte Rohstoffe. So wird das Oxidationsverhalten der Graphitfolie stets vor der Verarbeitung geprüft und muss hohen internen Anforderungen, die wesentlich strenger als die genormten Grenzwerte liegen, genügen. Mit einer Reinheit von mindestens 99,5 Prozent und äußerst geringen Halogengehalten entspricht das Material den hohen Anforderungen nach der Areva-Komponentenspezifikation D 2021/50 Rev. D und ist damit problemlos für die Verwendung in kerntechnischen Anlagen geeignet. Die notwendigen Dichtungskennwerte nach allen gängigen Normen stehen ebenfalls zur Verfügung. Weiterhin liegen alle notwendigen Zulassungen vor, beispielsweise TA Luft.Das neue Produkt novaphit MST aus dem Hause Frenzelit vereint sämtliche Vorteile der verschiedenen bestehenden Graphitlösungen in sich. Ob in den maximal möglichen Druck-, Temperatur- oder Flächenpressungsbelastungen, in der äußerst niedrigen Leckagerate oder auch in der herausragenden Verarbeitbarkeit, in jedem Fall weist das neue Dichtungsmaterial Bestnoten auf. Dies gibt dem Betreiber ein Höchstmaß an Sicherheit und Verlässlichkeit beim Einsatz auch in den kritischsten Anwendungen.
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