Dichtungskonzepte und technische Grenzen - Genauer betrachtet

C-Ring Dichtungen aus Metall

Für niedrige Leckageraten, hohe Drücke und Temperaturen werden üblicherweise metallische Dichtungen eingesetzt. International sind die Ring-Joint-Dichtungen sehr populär. National werden Dichtlinsen nach DIN 2696, metallische O-Ringe oder ballige Dichtungen eingesetzt. Weitere Alternativen sind Spießkant-, H-Ring-, Delta- und Doppelkonus-Dichtungen [1]. Sehr häufig werden auch C-Ring-Dichtungen mit und ohne Spiralfederfüllung verwendet. Grundsätzlich gilt es bei diesen C-Ring-Dichtungen zu berücksichtigen, dass die Anforderungen an die Qualität der Dichtflächen steigen. Während für übliche Metalldichtungen die Anforderungen im Bereich des Schlichtens und Fein-Schlichtens liegen, benötigen C-Ringe polierte Oberflächen. Empfohlene Oberflächengüten [2] der Nut und der Fügefläche des Flansches sind:

  • 0,4 μm Ra (N5) – für blanke Ringe,
  • 0,8 bis 2,54 μm Ra (N6 – N8) – für galvanisierte oder beschichtete Ringe,
  • 0,4 μm Ra (N5) – für Gase, Vakuum oder niedrigviskose Flüssigkeiten (Wasser),
  • 0,8 μm Ra (N6) – für mittelviskose (z.B. Hydrauliköle) und hochviskose Flüssigkeiten (Teer, Polymere).

Durch Beschichten oder Galvanisieren der Oberfläche der Metalldichtungen, z.B. mit weichen Metallen wie Silber, Nickel usw., erreicht man eine bessere Anpassung an mikroskopische Imperfektionen der Oberflächen in Nut oder Flansch. Besonders hoch sind auch die Anforderungen an die Montage, besonders an die Reinheit der Dichtflächen. Bearbeitungsspuren auf der Nut- oder Flansch­oberfläche müssen frei von Schmutz, Schleifstaub oder anderen Fremdkörpern sein [2].

Am robustesten sind dagegen Ring-Joint-Dichtungen, Dichtlinsen oder ballige Metalldichtungen, hier genügt die Oberflächengüte, wie sie für die Dichtleiste Form B1 mit Ra 0,8 bis 3,2 μm, nach der DIN EN 1092-1 beschrieben wird [3]. Bei Verwendern von C-Ringen hält sich – nach wie vor – der Glaube, dass sie durch den Innendruck einen selbstdichtenden Effekt hätten. Die Aussagen der Hersteller relativieren das. Die Druckaktivierung nutzt hydrostatische Innendrücke, um die Selbstaktivierungskräfte aus Rohrmaterial, Mantel oder Feder zu ergänzen. Dies ist besonders hilfreich bei hohen Drücken…[4]. Betrachtet man die hohen erforderlichen Mindestflächenpressungen für die Anpassung der Metalldichtungen an die Oberflächen der Flansche [1], kann man erkennen, dass ein Selbstdichtungseffekt durch Druck erst bei Drücken von mehr als 1.000 bar (100 MPa) bei weichmetallbeschichteten und bei mehr als 2.000 bar (200 MPa) bei unbeschichteten
C-Ringen eintreten würde.

Fazit
In letzter Zeit verwenden immer mehr Anwender robustere ballige Metalldichtungen anstelle von C-Ring-Dichtungen. Diese können auch sehr klein, z.B. 3 mm breit und 2 mm hoch, mit Durchmessern von bis zu 250 mm hergestellt werden. Erste Armaturenhersteller prüfen den Einsatz auch anstelle von PTFE-Dichtungen für die Abdichtung der Gehäuse, um die Verwendungs- und Entsorgungsproblematik nach der Industrieemissions-Richtlinie 2010/75/EU (IE-RL) => Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG), §5, Abschnitt (1), 3., zu vermeiden. Durch die geringeren Anforderungen an die Oberflächen, geringere Herstellkosten der Flanschbauteile, durch die verhältnismäßig niedrigen Stückpreise und eine hohe Verfügbarkeit – Eillieferungen sind zum Teil innerhalb von 24 bis 48 Stunden möglich – sind die balligen Metalldichtungen besonders interessant.
Inzwischen kann man die metallischen Schmiegungsdichtungen auch numerisch berechnen, was durch eine FEM-Analyse nachzuweisen (Bild 1) ist. Damit ist zu erwarten, dass der Bedarf an Metalldichtungen deutlich steigen wird.

Literatur:
[1] Dichtungsvademecum – Wissen und Grundlagen zur statischen Dichtungstechnik, 1. Auflage, Thomsen und Kollegen, ISBN-13: 978-3-934736-23-8
[2] Prospekt GFD Metall-O-Ringe und C-Ringe für extreme Betriebsbedingungen, GFD – Gesellschaft für Dichtungstechnik mbH, http://www.seals.de/downloads/Metall_Ringe_D.pdf
[3] ®flangevalid, Poster, Flansche – Flanschtypen nach DIN EN 1092-1 http://www.flangevalid.com/uploads/poster/FlanscheEN1092VergleichMitErsetztenNormen.pdf
[4] Metalldichtungen – Konstruktionshandbuch, Parker Hannifin GmbH, https://www.parker.com/literature/Praedifa/Catalogs/Catalog_MetalSeals_PTD3359-DE.pdf

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