07.09.2022 Hybridpackung löst Probleme bei der Armaturenabdichtung

Armaturen-Packungen werden derzeit überwiegend aus PTFE oder expandiertem Grafit eingesetzt. PTFE-Packungen werden entweder aus geschältem sPTFE-, das zur Vergrößerung der Oberfläche gekämmt wird, oder aus ePTFE-Garnen geflochten. Der Werkstoff zeichnet sich allgemein durch hohe Dichtleistung, außergewöhnliche chemische Beständigkeit und geringe Reibwerte aus.

Bekannt sind aber auch die Nachteile. Geringe Rückfederrate und starke Neigung zur Spaltextrusion. Ebenso negativ ist ein mehrfacher thermischer Expansionswert in Relation zum Gehäuse-, Spindel- und Bolzenwerkstoff der Armatur. Bei Temperaturwechsel in der Stopfbuchse verändert sich dadurch die aufgebrachte Kompression der Packung durch die Stopfbuchsbrille in eine Überlast bei Erwärmung, was zu Extrusion führen kann. Beim Abkühlen lässt die Kompression nach, was zu Leckage führen kann. Der erstgenannte Effekt ist irreversibel, denn die Packung wird, wenn sie einmal extrudiert ist, nicht mehr in das Stopfbuchsgehäuse zurückkehren. Bei Kälteanwendungen wird vermehrt Leckage auftreten. Wenn sich die Packung beim Aufwärmen wieder ausdehnt, kann sie bei Raumtemperatur wieder dicht sein.

Ebenso häufig wird zur Abdichtung von Armaturen expandierter Grafit verwendet. In einem Kalanderverfahren wird dazu eine Grafitfolie aus Grafitflocken erzeugt. Diese werden dann in Streifen mit einer bestimmten Länge zugeschnitten, axial aufgewickelt und in einer Pressform zu Ringen verdichtet. Die Lieferform ist überwiegend ein endloser Ring, der über die Spindel montiert wird.

Da meist keinerlei Verstärkungen im Querschnitt eingebaut sind, ist der Ring gegen Extrusion und Ausblasen weitestgehend ungeschützt und fordert minimale Spaltweiten und präzise Oberflächen der Stopfbuchse. Die Dichtigkeit ist gering. Die Demontage des weichen Materials ist aufwändig, weil der Ring  unverstärkt hergestellt wird.

Expandierter Grafit wird auch als Flechtgarn zu Packungen verarbeitet. Er hat Verstärkungsfäden aus Baumwolle, Glas, Kohlefasern oder dünnen Inconeldrähten. Die Packung wird in üblichen Querschnitten als Spulenware, aber auch vorgepresst als einbaufertiger Packungsring mit Schrägschnitt zur leichteren Montage  hergestellt.

Expandierter Grafit hat einen thermischen Ausdehnungkoeffizienten nahe dem der Werkstoffe von Stopfbuchsgehäusen. Das Material ist fast ähnlich chemisch beständig wie PTFE. Hervorragend ist die Elastizität und Rückstellfähigkeit dieses Werkstoffes.

Die Extrusionsfestigkeit der geflochtenen eGrafit-Packung hängt vom Verstärkungsmaterial ab. Baumwolle dient dabei in erster Linie dazu, das Garn auf Flechtmaschinen verarbeitbar zu machen, und geht bei thermischer oder chemischer Belastung mit einem beträchtlichen Volumenverlust verloren. Als wirklicher Extrusionsschutz ist am besten eine feine Inconeldrahtmatrix geeignet, die das expandierte Grafitgarn engmaschig umschließt und sich im weichen Grafit einbettet.

Der Packungstyp A37 vereint die Vorteile beider Materialien. Die Basis für das Flechtgarn bildet ein dünner, rundlich geformter, expandierter Grafitstrang, extrusionsgeschützt durch eine Inconelmatrix. Eine PTFE-Imprägnierung und zusätzliche Ummantelung erhöhen die Dichtigkeit und senken den Reibwert.

Die Verbindung beider Werkstoffe ergibt eine Packung, die hervorragend cryogene wie auch Temperaturen am Limit von PTFE abdichtet. Emissionstests nach VDI 2440 und unter Temperaturwechsel nach EN15848 haben dies bestätigt. Der PTFE-Anteil reduziert den Reibwert von Grafit, verhindert den unerwünschten SlipStick-Effekt und erhöht die Dichtigkeit. Ein hoher Grafitanteil trägt zu einem neutralen thermischen Verhalten bei. Ebenso bleibt Grafit flexibel und verhärtet nicht. Dadurch bleibt die Packung über ihre Einsatzdauer mit geringer Brillenkraft nachstellbar.

Valve World:  Halle 1, Stand A60