30.03.2018 Keildichtungen aus Gummi

Das Problem bei Flanschverbindungen ist die gewünschte, aber meist nicht vorhandene Parallelität der Flansche. Sie treffen immer mehr oder weniger schief aufeinander. Findige Konstrukteure (?) haben dieses Problem vor einigen Jahren scheinbar gelöst, indem sie zwei schiefe Ebenen aus Gummi als Dichtelement verbunden haben. Durch Verdrehen der beiden Hälften gegeneinander kann die Dichtung dem Spalt zweier schief zueinander stehender Flansche angepasst werden. Als maximal zulässiger Winkel zwischen den Flanschen wird in Verkaufsunterlagen 8° genannt. Die Schrauben müssen frei in den schräg zueinander stehenden Schraubenlöchern der Flansche bewegt werden können. Dieses Konzept berücksichtigt zentrale Aspekte nicht. So ist zu beachten, dass die Flanschblattneigung bei Flanschblattrotation nicht mehr als 1°, nach ASME nicht mehr als 0,5° sein soll.  Darüber hinaus entstehen bei der Produktion geschmiedeter Schrauben und Muttern Imperfektionen. Einen hohen Einfluss auf die Qualität der Schraubenmontage hat – neben der Oberflächengüte – insbesondere der tatsächliche Winkel zwischen Gewinde und Mutternauflagefläche. Die Abweichungen werden in der DIN EN ISO 4759-1, Absatz 4.2.2.2, als Gesamtplanlauftoleranz t definiert und entsprechen einem maximal zulässigen Winkel von 1° [1]. Werden Muttern und ggf. Unterlegscheiben einseitig auf die Flansch­oberfläche gedrückt (Bild 1), bedeutet das, bei dem am Markt genutzten Konzept mit einem Winkel zwischen den Flanschen von max. 8° auf jeder Seite, eine Abweichung der Planlaufparallelität von max. 4°. Dadurch entsteht eine starke Belastung auf dem ersten Gewindegang der Schrauben im Mutterngewinde zur Auflageseite zum Flansch. Eine solche Kerbwirkung ist immer schädlich für die Schrauben und führt häufig zur Beschädigung oder sogar zum Versagen.Auch bei den zu verwendenden Drehmomenten wird es schwierig. Errechnete oder aus üblichen Tabellen entnommene Drehmomente sind – aufgrund nicht definierbarer Reibwerte – nicht anwendbar. Es ist vielmehr davon auszugehen, dass bei Anwendung der üblicherweise berechneten Reibwerte, aufgrund der Kerbwirkung an den schräg zueinander stehenden Auflageflächen, durch die Erhöhung der Reibzahl, deutlich niedrigere – als die geplanten – Vorspannkräfte erreicht werden. Damit muss man von einer erhöhten Leckagerate ausgehen.
Auch sollte beim Einsatz bedacht werden, dass Flanschverbindungen und deren Bauteile, also auch die Keildichtungen, im Sinne der BetrSichV [2], Arbeitsmittel (§2) sind. Sie müssen vor Verwendung einer Gefährdungsbeurteilung (§3) unterzogen werden.
Zusätzlich sei noch darauf hingewiesen, dass ein rechnerischer Nachweis nach aktuellen Flanschberechnungen, z.B. DIN EN 1591-1, AD 2000-Merkblätter B7/B8, nicht möglich ist. Rechnerische Nachweise, die für die übliche „parallele“ Flanschverbindung durchgeführt worden sind, verlieren ihre Gültigkeit.

Fazit
Im Sinne der BetrSichV sind unnötige Gefahren für Mensch und Umwelt zu vermeiden. Betrachtet man die Verwendung von Keildichtungen unter rechtlichen Aspekten, ist eine Verwendung aus den genannten technischen Gründen, weil sie Gefahren verursacht, nicht zulässig. Die technisch erforderliche Stellung der Dichtflächen der Flansche parallel zueinander ist durch einen Eingriff wie Abtrennen und neuem Anschweißen zu erzeugen.

Literatur:
[1] ®flangevalid, Technische Information, Einfluss der Rechtwinkligkeit der Mutter auf die Montage-qualität, www.flangevalid.com, Downloads, Technische Informationen
[2] Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Verwendung von Arbeitsmitteln (Betriebssicherheitsverordnung - BetrSichV) vom 03.Februar 2015, Stand vom 18. Oktober 2017

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Bild 1: Schematische Darstellung einer Keildichtung aus Gummi und ihrer Probleme (Bild: ISGATEC GmbH)