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Dichten

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Hier lesen Sie Fachartikel aus dem Fachmagazin DICHT! 1.2020 >> Bereich Dichten

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Es gibt oft technische Mittel und Wege, die auf den ersten Blick scheinbar die Lösung für ein Problem bieten. Auf den zweiten Blick und genauer betrachtet, werden systembedingte Grenzen deutlich – und Probleme in der Praxis sind dann eigentlich vorprogrammiert. Thema dieser Ausgabe sind Hilfs- und Trennmittel sowie Dichtpasten.

Für die Montage von Dichtungen werden diese benötigt, weil sich die Dichtungen ohne eine zusätzliche Befestigung nicht sicher montieren lassen. Dies ist z.B. bei Montagen, bei

• denen die Dichtung über Kopf eingesetzt werden muss,

• senkrecht stehenden Flanschverbindungen mit Nut und Feder oder Vor- und Rücksprung oder

• denen die Dichtung beim Fügen der Flanschteile nicht gehalten werden kann (z.B. bei Wärmetauschern mit Rohrbündelplatte oder Anschlussarmaturen für Schläuche an Tankwagen) der Fall.

Hilfsmittel wie Kleber, Dichtpasten und Trennmittel dürfen nach der Technischen Richtlinie für Betriebssicherheit TRBS 2141:2019-3 [1], Absatz 6.5, Festlegung von Schutzmaßnahmen im Rahmen der Montage und Installation, zweiter Spiegelstrich, (ex TRBS 2141-3:2009-09, Absatz 4.1.3 Montage, Installation, Ausrüstung) folgendermaßen eingesetzt werden: „Es werden nur geeignete Dichtungen verwendet. Auf Hilfsmittel wie Dichtpasten und Trennmittel wird nur in begründeten Einzelfällen zurückgegriffen.“ [...]

 

Mehr zu Lösungen sowie Normungsaspekten

Peter Thomsen (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Dichtungen und Industrie 4.0 haben heute eigentlich wenige Berührungspunkte. Das wird sich durch intelligente Dichtungen und den Rahmenbedingungen für Dichtungen in zunehmend vernetzten Anlagen ändern. Und damit lohnt sich ein Blick auf das weite Feld der IT-Sicherheit – insbesondere hinsichtlich der Sensibilisierung für ein Thema, das uns in Zukunft öfter beschäftigen wird.

Dichtungsexperten auf Anwender- und Herstellerseite haben wenig Berührungspunkte mit IT-Sicherheit. Das ändert sich jedoch dann, wenn die Dichtung zum Sensor – und damit zum korrumpierbaren Bauteil – wird oder in vernetzten automatisierten Anlagen die Rahmenbedingungen für Dichtungen manipulativ verändert werden können und sie versagen. Das hat genau genommen mit der Dichtung nichts zu tun, sondern erweitert nur den Betrachtungswinkel für den Einsatz einer Dichtung. Die Rahmenbedingungen für den erfolgreichen Einsatz von Dichtungen basieren heute auf der Basis vieler Daten und ihrer Konstanz. Über Bedrohungsszenarien kann man viel spekulieren und wird doch kaum auf alle möglichen Angriffe der Zukunft kommen. Das liegt auch daran, dass viele Anlagen quer durch alle Branchen IT-seitig bis heute nicht oder nur schwer angegriffen werden konnten und wurden. Die Gefahr steigt mit dem Hype von „Industrie 4.0-Konzepten“, weshalb man diesen Aspekt auch bei der Auswahl einer Dichtung reflektieren sollte. Die Vernetzung hat bereits vor dem „Industrie 4.0-Hype“ stattgefunden, nur hält sich der Mythos der isolierten Anlage („Airgap“) bis heute hartnäckig.

IT-Sicherheit spielt auch eine Rolle, wenn Dichtungen im 3D-Druck datenbasiert hergestellt werden und wenn zukünftig vielleicht sogar KI bei der Dichtungsentwicklung eingesetzt wird. In einer digitalisierten Industriegesellschaft wird das Thema zwangsläufig immer wichtiger und muss verstanden werden.  [...]

Robert Kremer (bluecept GmbH – Simplified Industrial Security)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Den richtigen O-Ring für die jeweilige Anwendung zu finden, wird immer schwieriger oder auch nicht. Hilfsprogramme können den Konstrukteur bei zentralen dichtungstechnischen Fragestellungen unterstützen.

Dichtringe werden je nach Anwendung unterschiedlich stark verpresst. So stellt man die Verpressung eines ruhenden O-Ringes je nach Schnurstärke zwischen 15 und 30% ein. Bei dynamischen Anwendungen bleiben die Werte i.d.R. darunter. Die Verformungskraft, die aufzuwenden ist, um einen O-Ring bis auf das gewünschte Maß zu verpressen, ist abhängig von der Härte des Dichtungswerkstoffes sowie von der Schnurstärke und dem Innendurchmesser des Dichtringes. Für den Konstrukteur ist es häufig von Interesse zu wissen, mit welcher Verpress- bzw. Montagekraft er zu rechnen hat, wenn er einen bestimmten O-Ring einsetzen möchte. Sicher bekommt man darauf eine Antwort, indem man den O-Ring in die vorgesehene Nut einlegt und danach um das vorgesehene Maß verpresst. Es versteht sich aber von selbst, dass dieses Verfahren zeitaufwändig und teuer ist. Die gestellte Frage lässt sich heutzutage weit weniger aufwändig beantworten, wenn man den hier geschilderten Anwendungsfall mit einem, kommerziell erhältlichen, Berechnungsprogramm nach der Methode der Finiten Elemente analysiert. Jedoch hat nicht jeder Konstrukteur oder Anwender ein solches – zugegebenermaßen teures und häufig nur von Spezialisten zu bedienendes – Berechnungsprogramm zur Verfügung. Ein anderer Ansatz ist ein „passgenaues“, leicht zu bedienendes PC-Programm, das vom Ingenieur- und Sachverständigenbüro Achenbach entwickelt wurde. [...]

Dr. Manfred Achenbach (Ingenieur- und Sachverständigenbüro Achenbach)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Was haben Schmiedepressen, Brauereien, Kraftwerke, Öfen, Pumpen, Schiffe, Lkw, Ventilatoren und Zementfabriken gemeinsam? Ihre Effizienz wird u.a. durch die richtigen Dichtungen bestimmt. Die Potenziale sind gleichermaßen bei Erstausrüstung und Instandhaltung interessant.

Immer engere Margen, hoher Preisdruck, kürzere Markteinführung, kontinuierlich steigende Qualitätsanforderungen zwingen Unternehmen dazu, ihre Anlagen zu optimieren und ihre Produkte kostengünstiger herzustellen. Besonders Unternehmen im Werkzeugbau sind gefordert, neue Möglichkeiten zu nutzen und damit flexibler und wirtschaftlicher zu produzieren.

Energieeffizienz ist dabei nicht nur aus umwelt- und klimapolitischen Gründen wichtig. Durch die kontinuierlich steigenden Energiepreise und die stetig wachsenden Anforderungen seitens Politik und Gesellschaft wird der ressourcenschonende Umgang mit dem Wirtschaftsgut „Energie“ immer mehr zum strategischen Faktor. Durch die Forderung, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, gewinnen Nachhaltigkeit und der bewusste Umgang mit Energie gerade bei Hydrauliklösungen im Maschinen- und Anlagenbau an Bedeutung. Nachhaltigkeit und der schonende Umgang mit Rohstoffen wird damit auch zum Wettbewerbsvorteil der Unternehmen und erhöht letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit einer ganzen Branche. [...]

Pierre Al-Darra (Chesterton International GmbH)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Bauteile, die in Lackierprozessen eingesetzt werden, unterliegen hohen Sauberkeitsanforderungen. Das VDMA Einheitsblatt 24364 definiert allgemeingültige Prüfungen auf lackbenetzungsstörende Substanzen und ist eine wichtige Grundlage zur Bestimmung der LABS-Konformität in Lackierbetrieben.

Bauteile, die in Lackierprozessen eingesetzt werden, müssen hohe Anforderungen bezüglich ihrer Sauberkeit erfüllen. Nicht nur die zu lackierenden Teile, wie z.B. Automobilkarossen, müssen frei von Verschmutzungen sein, die einen gleichmäßigen Lackauftrag verhindern können, sondern alle Produkte und Stoffe, die im Lackierbetrieb im Einsatz sind. Lackbenetzungsstörende Substanzen (LABS) dürfen weder direkt noch indirekt auf die Substrate oder in den Lack verschleppt werden. Die Sauberkeitsanforderungen an die eingesetzten Produkte werden oft als Silikonfreiheit, LABS-Freiheit oder auch LABS-Konformität definiert.

Zahlreiche, überwiegend von Automobilherstellern oder Lackverarbeitern erstellte Spezifikationen definieren Methoden, um die LABS-Freiheit von Bauteilen und Stoffen zu überprüfen. Häufig wird mit pauschalen Anforderungen unabhängig vom reellen Einsatzbereich der Produkte gearbeitet. Die so definierte LABS-Freiheit spiegelt daher nicht unweigerlich die Eignung der Produkte für einen Einsatz in Lackierbetrieben wider. Zulieferer sehen sich mit teilweise recht scharfen und sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Prüfung der LABS-Freiheit ihrer Bauteile konfrontiert und müssen häufig mehrere Spezifikationen auf ein Produkt anwenden. [...]

Simone Frick (seals‘n‘finishing)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Das Abdichten emaillierter Flansche erfordert den Einsatz von genau auf den Anwendungsfall abgestimmten Dichtungs- und Verbindungssystemen. Inzwischen stehen viele technische Detaillösungen zur Verfügung, die auch der erwarteten neuen Version der TA Luft Rechnung tragen.

Emaillierte Apparate werden in der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik eingesetzt. Bei diesen emaillierten Apparaten mit Volumina von bis zu 120.000 l wird die gesamte produktberührte Innenoberfläche in mehreren Bränden mit einer Emailschichtdicke von 1,4 bis 2 mm beschichtet. Qualitätsmerkmale technischer Emaillen sind in ISO 28721-1 (ehemals DIN EN 15159-01:2006, vorher DIN 28063) genormt. Technisch emaillierte Apparate werden so ausgelegt und dimensioniert, dass es während des Betriebs (Druck, Temperatur, Temperaturdifferenzen sowie äußere Lasten) zu keinem plastischen Fließen des Grundwerkstoffes kommt. Dazu wird ein hoher Sicherheitsfaktor von mindestens zwei gegenüber dem Erreichen der Streckgrenze des Grundwerkstoffes angenommen. So wird gewährleistet, dass die Emaillierung nicht infolge mechanischer oder thermischer Spannungen geschädigt wird und der Apparat damit unbrauchbar würde. Aufgrund dieser Dimensionierungsregeln müssen die Grenzen der Belastbarkeit emaillierter Flansche unbedingt eingehalten werden. Aber auch die zu verwendenden Flanschdichtungen müssen die geometrischen Randbedingungen (Verzüge, Balligkeit) sicher ertragen können. [...]

Dr.-Ing. Jürgen Reinemuth (Thaletec GmbH)
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Dichtungen werden aus den verschiedensten Gründen in der Praxis geschädigt. Neben dem Erkennen der Schadensursache werden dann mögliche Abhilfemaßnahmen wichtig – für die Instandhaltung, aber auch bereits bei der Erstausrüstung von Anlagen mit Dichtungen.

Werden O-Ringe wiederkehrend bzw. zyklisch in sich verdreht, also leicht verdrillt, können sie dadurch spiralförmige Markierungen oder Einschnitte bzw. Risse bekommen. Spiralrisse kommen hauptsächlich in dynamischen Anwendungen vor. Sie entstehen, wenn es bei Kolbenbewegungen zu stark unterschiedlichen Drehwinkeln/Verdrillungen – über den Umfang des O-Ringes verteilt – kommt. Damit es zu so wenigen Rollbewegungen des O-Rings wie möglich kommt, sollte Folgendes berücksichtigt werden:

• Durch die richtige Wahl der O-Ring Abmessung, der Verpressung, der installierten Innendurchmesseraufweitung des O-Rings und der Oberflächengüte der Einbauräume kann die Gefahr von Spiralrissen bereits deutlich reduziert werden. Eine besondere Bedeutung kommt dem Durchmesserspiel und der damit verbundenen Exzentrizität zu. Wird ein O-Ring unterschiedlich über seinen Umfang verpresst, kommt es bei Hubbewegungen eines Kolbens in Bereichen mit geringerer Verpressung zu einem Gleiten, während es in Bereichen mit höherer Verpressung zu einem Abrollen des O-Rings kommt. Die dabei entstehenden Torsionsspannungen können bis zum Durchriss führen.

• Fehlende oder nur teilweise vorhandene Schmierung kann dies ebenfalls verursachen.

• In kritischen Anwendungen empfehlen sich steifere Dichtungswerkstoffe mit einem hohem Torsions- und Weiterreißwiderstand. Auch in statischen Anwendungen können Spiralrisse auftreten, sind aber eher selten. [...]

Dipl.-Ing. Bernhard Richter (O-Ring Prüflabor Richter GmbH)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Immer dann, wenn Hydraulikzylinder oder Wälzlager vorschnell versagen, kann ein Dichtungsversagen die Ursache sein. Ungeplante Maschinenstillstände sind teuer und verursachen Stress und Hektik. Mit einer vorausschauenden Instandhaltungsstrategie kann das Schreckgespenst „Dichtungsschaden“ leicht gebannt werden – wenn den Instandhaltern die Ansätze bewusst wären.

Für das Versagen von Dichtungen kann es viele Gründe geben. Ein Instandhalter sollte deshalb verschiedene Aspekte bei der Fehlerortung berücksichtigen. Die folgenden zehn Dichtungsschäden sollte jeder kennen:

• mechanische Schäden an der Dichtfläche (Kratzer, Korrosionsstellen oder andere

Schäden)

• Alterung des Dichtungswerkstoffs

• Spaltextrusion bei O-Ringen

• Mangelschmierung, schlechte Schmierstoffversorgung

• Verschleiß der Gegenlauffläche

• Wechselwirkung mit Schmieröl oder -fett

• „Dieseleffekt“ – plötzliche Druckstöße im Hydrauliksystem

• Dekompression

• Montagefehler

• falsche Dichtungsabmessungen oder im Ersatzteillager vorgeschädigte Dichtungen

Ein weiteres zentrales Dichtungsthema ist Werkstoff-Know-how. Nicht jede schwarze Dichtung ist aus NBR und nicht jede weiße aus PTFE. Eine NBR-Dichtung ist nicht gleich eine NBR-Dichtung und das gilt für alle anderen Dichtungswerkstoffe. Wer also Dichtungsschäden vermeiden möchte, darf sich in puncto Werkstoff nicht mit dem kleinsten Nenner zufriedengeben. [...]

Helmut Winkler (TMM)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1

Wasser ist der Feind von Elektronik im Fahrzeug. Die Schutzart IP67 definiert den nötigen Schutz. Es ist allerdings nicht trivial, IP67 in eine sinnvolle Leckrate für die Prüfung im Fertigungsprozess zu übersetzen. Zumal die erforderliche Grenzleckrate auch vom Gehäusematerial abhängt: Aluminium ist z.B. weitaus kritischer als Kunststoff.

Mit der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität werden naturgemäß auch Traktionsbatterien immer wichtiger. Bei ihrer Fertigung spielt die Qualitätssicherung eine zentrale Rolle. Die Käufer von Elektrofahrzeugen erwarten sowohl Betriebssicherheit als auch Langlebigkeit. Leider zählt Wasser zu den im Straßenverkehr allgegenwärtigen Feinden einer Lithium-Ionen-Antriebsbatterie. Bei Wassereintritt droht in der Batterie ein Kurzschluss und damit Brandgefahr. Ein weiteres Bauteil, dessen Funktionssicherheit von der Wasserdichtheit seines Gehäuses abhängt, ist das Steuergerät der Batterie. Die Schutzklasse IP67, die für viele elektronische Komponenten im Fahrzeug gilt, gibt vor, wann ein Bauteil die Anforderung an den Schutz gegen Wassereintritt erfüllt.

Eine eingehende Betrachtung verdeutlicht zwei Aspekte:

1. Erstens: Die für einen Schutz nach IP67 erforderlichen Grenzleckraten sind üblicherweise nur mit modernen Prüfgasmethoden zu testen.

2. Das Gehäusematerial selbst hat einen deutlichen Einfluss auf die Dichtheitsanforderungen, weil sich Wassertropfen von manchen Materialien leichter ablösen – und so durch einen Leckkanal ins Gehäuse eindringen – als von anderen. [...]

Mark Blaufuß (INFICON GmbH)
ISGATEC: Media - Fachartikel 1
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