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/ Name der Forschungsstelle(n) AiF-Vorhaben-Nr. / GAG

Bewilligungszeitraum

Schlussbericht für den Zeitraum : .

zu dem aus Haushaltsmitteln des BMWA über die

geförderten IGF-Forschungsvorhaben Normalverfahren

Fördervariante ZUTECH Forschungsthema : Für ein ZUTECH-Vorhaben sind folgende zusätzliche Angaben zu machen: Der fortgeschriebene Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft ist beigefügt liegt bereits vor wird fristgerecht nachgereicht

Ort, Datum Unterschrift der/des Projektleiter(s)

Stand: Juni 2005 IGF-Vordruck der AiF [4.1.10]

Rollo

Dr.-Ing. Kockelmann

Kurzfassung

Im Technischen Regelwerk werden an sicherheitsrelevante Flanschverbindungen in Abhän-

gigkeit von der Art des geförderten Mediums besondere Anforderungen hinsichtlich Festig-

keit, Dichtheit und Funktionsfähigkeit gestellt, u. a. wird auch Ausblassicherheit gefordert.

Hinsichtlich Ausblassicherheit sind nur pauschale Anforderungen gestellt, z.B. ist gefordert,

dass „die Dichtung nicht aus dem Sitz gedrückt werden darf“. Nach allgemeinem Verständnis

ist für Ausblassicherheit eine unerwartete wesentliche Erhöhung der Leckagerate auszu-

schließen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Ausblassicherheit von Flanschverbindun-

gen unter den zur Einhaltung der geforderten Festigkeit und Dichtheit gegebenen Randbe-

dingungen als ausreichender und quantifizierbarer Abstand zwischen

• der Dichtungsflächenpressung beim Versagen bzw. bei Eintreten erhöhter Leckage-

rate einerseits und andererseits

• der bei der Auslegung nachgewiesenen Mindestflächenpressung QS min (L)

definiert. Bei den experimentellen Untersuchungen zur Ausblassicherheit von Dichtungen in

Flanschverbindungen wurde entsprechend der praktischen Erfahrung mit Ausblasproblemen

vorgegangen: bei anstehendem konstanten Innendruck wurde die Dichtungsflächenpressung

stufenweise abgesenkt bis unter den nach der Auslegung gewährleisteten Wert QS min (L), um

so Ausblasen zu provozieren. Diese Prüfungen wurden einerseits in einer für die Ermittlung

von Dichtungskennwerten entwickelten Prüfpresse und andererseits in realen Flanschverbin-

dungen zur Validierung durchgeführt.

Das Untersuchungsprogramm umfasste schwerpunktmäßig unverstärkte und metallverstärk-

te Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE, die auf Grund ihrer Kriechneigung, ihres

geringen Reibkoeffizienten und der zumeist geringen Flächenpressung von besonderem

Interesse hinsichtlich Ausblassicherheit sind. Als wichtigste Einflussgrößen auf das Ausblas-

verhalten neben der Dichtungsart wurden die Dichtungsabmessungen (Durchmesser, Breite

und Dicke), die Temperatur und die Belastungsdauer untersucht.

Die in der Prüfpresse mit gleichmäßiger Verteilung der Dichtungsflächenpressung erzielten

Versuchsergebnisse haben bestätigt, dass die Definition, die gewählte Vorgehensweise und

die verwendete Versuchseinrichtung für die Untersuchung und Bewertung des Dichtungs-

verhaltens hinsichtlich Ausblassicherheit sehr gut geeignet sind. Die Ergebnisse der Unter-

suchungen in Flanschverbindungen haben bestätigt, dass diese für die Untersuchung und

Bewertung der in realen Flanschverbindungen gegebenen ungleichmäßigen Verteilung der

Dichtungsflächenpressung über die Breite und den Umfang der Dichtung geeignet sind.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

1

Inhalt

1 Einleitung......................................................................................................................4 2 Zielsetzung ...................................................................................................................5 3 Auslegung von Flanschverbindungen ..........................................................................6 4 Definition der Ausblassicherheit .................................................................................13 5 Mögliche Einflussgrößen auf die Ausblassicherheit ...................................................14 6 Vorgehensweise .........................................................................................................19 7 Randbedingungen und zu untersuchende Einflussgrößen.........................................23 8 Untersuchte Dichtungen und Dichtungskennwerte ....................................................26 9 Untersuchungen mit einer Prüfpresse ........................................................................29

9.1 Versuchsprogramm ...........................................................................................29 9.1 Prüfeinrichtung...................................................................................................31

9.1.1 Prüfrahmen und Kraftmessung..........................................................................32 9.1.2 Prüfplatten .........................................................................................................33 9.1.3 Verschiebungsmessung ....................................................................................33 9.1.4 Temperaturmessung..........................................................................................34 9.1.5 Druckmessung...................................................................................................34 9.1.6 Leckageratenermittlung .....................................................................................34 9.1.7 Qualitätssicherung .............................................................................................34

9.2 Prüfverfahren .....................................................................................................35 9.2.1 Versuch mit kontinuierlicher Entlastung.............................................................35 9.2.2 Versuch mit stufenweiser Entlastung.................................................................36 9.2.3 Langzeitversuche...............................................................................................43

9.3 Prüfergebnisse und Klassifizierung des Ausblasverhaltens ..............................47 9.3.1 Dichtungstypen „PTFE gefüllt“ und „ePTFE“ .....................................................47 9.3.2 Dichtungstypen PTFE/EPDM, PTFE umhüllt, PTFE/Wellring, Wellring mit

Gummiauflage und PTFE Hülle ......................................................................47 9.3.3 Dichtungstyp Gummi/Stahl ................................................................................48 9.3.4 Dichtungstyp Graphit mit Glattblecheinlagen.....................................................48 9.3.5 Ermittlung der Reibkoeffizienten der Dichtungen zwischen den Prüfplatten der

Prüfpresse ......................................................................................................48 10 Untersuchungen mit Prüfflanschverbindungen...........................................................49

10.1 Versuchsprogramm ...........................................................................................49 10.2 Ausführung der Prüfflanschverbindungen .........................................................50 10.3 Montage der Prüfflanschverbindungen..............................................................51 10.4 Prüfverfahren mit Prüfflanschverbindungen ......................................................55 10.6 Prüfergebnisse in Prüfflanschverbindungen ......................................................59

2

10.6.1 Flanschblattneigung........................................................................................59 10.6.2 Versuche in Prüfflanschverbindung DN100 PN160........................................64

10.6.2.1 Gleichmäßige Verteilung der Schraubenkraft .........................................64 10.6.2.2 Variation der Schraubenkraft ..................................................................65 10.6.2.3 Beurteilung der Versuche .......................................................................66

10.6.3 Versuche in Prüfflanschverbindung DN200 PN6............................................66 10.6.3.1 Gleichmäßige Verteilung der Schraubenkraft .........................................66 10.6.3.2 Variation der Schraubenkraft ..................................................................66 10.6.3.3 Einfluss höherer Oberflächenrauheit ......................................................67

11 Bewertung der Ergebnisse und Schlussfolgerungen..................................................67 12 Zusammenfassung .....................................................................................................71 13 Wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsergebnisse insbesondere für kleine und

mittelständiche Unternehmen (kmU) ..........................................................................72 13.1 Nutzung der Forschungsergebnisse..................................................................72 13.2 Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der kmU ......73

14 Umsetzung der Forschungsergebnisse......................................................................73 15 Zusammenstellung der geplanten Veröffentlichungen ...............................................74 16 Gewerbliche Schutzrechte..........................................................................................74 17 Literaturverzeichnis ....................................................................................................75

3

Ausblassicherheit von Dichtungen in Flanschverbindungen

1 Einleitung In den Technischen Regeln für die Handhabung von Gefahrstoffen wird der Begriff "Ausblas-

sicherheit" verbunden mit der Forderung, dass „die Dichtungen nicht aus dem Sitz gedrückt

werden können“. Nach allgemeinem Verständnis muss das Ziel der Ausblassicherheit die

Verhinderung einer plötzlichen großen Leckage z.B. durch das Aufreißen einer Dichtung

oder die unerwartete wesentliche Erhöhung der Leckagerate in Verbindung mit der Art des

abzudichtenden Mediums sein. Die Ausblassicherheit ist vor allem bei geförderten Stoffen

mit großem Gefahrenpotenzial von Bedeutung. Sie ist insbesondere bei glatten Flanschdicht-

leisten (z. B. emaillierte Flansche) und bei geringer Dichtungspressung (z. B. Kunststoffflan-

sche mit geringen Schraubenkräften) zu beachten.

Es gibt weltweit keine Normen und Richtlinien, die den Nachweis der Ausblassicherheit von

Dichtungen für Flanschverbindungen regeln /1/. Andererseits fordern

• die Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften (BGV),

• die Technischen Regeln zur Betriebssicherheitsverordnung (TRBS),

• das AD 2000 Regelwerk und

• die Technischen Regeln für Rohrfernleitungsanlagen (TRFL)

Dichtungen, die nicht aus ihrem Sitz gepresst werden können oder kammprofilierte, metallin-

nenrandgefasste, metallarmierte, metallummantelte oder metallische Dichtungen /1/.

Nach VDI 2200 /1/ wird bei den Flanschformen mit Nut und Feder oder Vor- und Rücksprung

angenommen, dass eine Ausblassicherheit aufgrund der konstruktiven Gestaltung grund-

sätzlich gegeben ist. Bei einem Dichtsystem mit glatten Flanschen besteht dagegen die Vor-

stellung, dass die Ausblassicherheit durch Dichtungsarten erreicht werden muss, die eine

hohe mechanische Festigkeit aufweisen, z.B. aufgrund metallischer Verstärkungselemente.

Als ausblassicher werden im Allgemeinen Metall- oder Metall-Weichstoff-Dichtungen ange-

sehen, wie z.B. Kammprofildichtungen, Spiraldichtungen, Wellringdichtungen, gebördelte

Dichtungen, Graphitdichtungen mit Metalleinlagen, Gummi-Stahl-Dichtungen und PTFE-

Lochblech-Dichtungen.

Bei Gefahrstoffen kann aber auch eine plötzliche Änderung der Leckagerate um mehrere

Größenordnungen die Betriebssicherheit von Anlagen negativ beeinflussen, was auch ohne

Aufreißen der Dichtung hervorgerufen werden kann. Deshalb ist auch die Änderung der

Dichtungsflächenpressung bzw. des Innendrucks im Bereich des Arbeitspunktes der Dich-

tung von Bedeutung.

4

Bei Flanschverbindungen, die sicherheitsrelevant sind, für die dauerhaft Verfügbarkeit gefor-

dert ist und für die aufgrund des Betriebsmediums (toxisch, entflammbar, umweltschädlich

usw.) besondere Anforderungen bestehen, ist im Rahmen der Auslegung sowohl der Festig-

keits- als auch der Dichtheitsnachweis zu führen. Der Dichtheitsnachweis gewährleistet u. a.

die Einhaltung der Mindestflächenpressung der Dichtung (Qmin (L), QS min (L)) in allen Betriebs-

zuständen für den gegebenen Betriebsdruck und die geforderte Dichtheitsklasse L. Letztere

hängt wiederum vom Gefahrenpotenzial des geförderten Mediums ab. Dieser Sachverhalt

bildet die Basis für die Definition des Begriffs "Ausblassicherheit von Dichtungen in Flansch-

verbindungen".

Fehler bei der Auslegung (Belastungen, Medium, Auswahl der Konstruktion einschließlich

Dichtung, Dichtungskennwerte, Dichtheits- und Festigkeitsnachweis) und der Montage sind

bei Verbindungen, bei denen Anforderungen an die Dichtheit bestehen (Einhaltung einer

geforderten Dichtheitsklasse) durch ausreichende redundante Maßnahmen der Qualitätssi-

cherung auszuschließen.

2 Zielsetzung

Hauptzielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Festlegung der Randbedingungen zur

Bewertung der Ausblassicherheit von Flanschverbindungen, ihre Definition und die Entwick-

lung einer praxisrelevanten, reproduzierbaren und zertifizierbaren bzw. standardisierbaren

Prüftechnik für den Nachweis der Ausblassicherheit.

Die Ziele sind im Einzelnen

• die Festlegung der Randbedingungen,

• die Definition der Ausblassicherheit,

• die Entwicklung der Prüftechnik für die Erfassung des Abdichtverhaltens im Bereich

des Arbeitspunktes der Dichtung,

• die Ermittlung der Einflussgrößen, die das Abdichtverhalten negativ beeinflussen

insbesondere bei kritischen Anwendungen in chemischen Anlagen (glatte Flansche,

emaillierte Flansche, Flansche aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) usw.) und

• die Berücksichtigung der Anforderungen an die Ausblassicherheit bei der Berech-

nung der Dichtsysteme.

5

Weiterhin sollen alle gängigen, von der Medienbeständigkeit her geeigneten Dichtungsarten

und -bauformen (Maßnormreihe DIN EN 1514 bzw. DIN EN 12560) hinsichtlich ihres Poten-

zials bzgl. Ausblassicherheit klassifiziert werden. So soll dem Dichtungshersteller und An-

wender die gezielte und verlässliche Auswahl ausblassicherer Dichtungen ermöglicht wer-

den.

3 Auslegung von Flanschverbindungen

Der Nachweis der anforderungsgerechten Funktion einer Flanschverbindung ist dann gege-

ben, wenn die Anforderungen an die Dichtheit in allen Betriebszuständen eingehalten und

die Festigkeitsbedingungen erfüllt sind. Erster Schritt bei diesem Nachweis ist die Bestim-

mung der Randbedingungen, Bild 1:

• betriebliche Belastungen (mechanisch, thermisch)

• Art des Mediums

• Anforderungen hinsichtlich Dichtheit (Dichtheitsklasse)

Die geforderte Dichtheitsklasse beschränkt die (maximal zulässige) Leckagerate der Verbin-

dung; die durch die Belastungen (Vorspannung, Betrieb) hervorgerufenen Beanspruchungen

werden entsprechend den Vorgaben des zuständigen Regelwerkes begrenzt.

Für diese Randbedingungen werden die konstruktiven Details festgelegt:

• Typ der Flanschverbindung (Krafthauptschluss (KHS), Kraftnebenschluss (KNS)),

Bild 2

• geeignete Flansche und Schrauben (konstruktive Gestaltung, Abmessungen, Werk-

stoff)

• geeignete Dichtung (Art, Abmessungen, Kennwerte)

Die Auswahl der Art der Flanschverbindung (KHS, KNS), der Schrauben und Flansche und

insbesondere der Dichtung richtet sich nach den gegebenen Belastungen (Kräfte, Momente,

Druck, Druckänderung, Temperatur, Temperaturänderung, dynamische Lasten) und dem ab-

zudichtenden Medium.

6

Vorgaben - Belastungenund - MediumRandbedingungen - Dichtheitsklasse

Auswahl - Werkstoff Auswahl - EignungSchrauben - Konstruktion Dichtung - AbmessungenFlansche - Abmessungen - Kennwerte

Dimensionierung- Schraubendurchmesser- erforderliche Einschraubtiefe- erforderlicher Flanschwiderstand Werf

Wx ≥ Werf

Dichtheitsnachweiserfüllt

Festigkeitsnachweiserfüllt

N t

Änderungvon Flanschund Dichtung

Änderungvon Flansch,Schraubenund Dichtung

nein

nein

nein

ja

ja

ja

x: betrachteter Querschnitt

Bild 1: Auslegungskonzept für Fl(Festigkeits- und Dichthei

KrafthauptschlussKrafthauptschluss

Bild 2: Ausführungsformen von F Kraftnebenschluss

achweis beendeNachweis beendet

anschverbindungen nach KTA 3211.2 /3/ tsnachweis)

Kraftnebenschluss

Fall 1 Fall 2Distanzring

Dichtung

Kraftnebenschluss

Fall 1 Fall 2Distanzring

Dichtung

lanschverbindungen mit der Dichtung im Krafthaupt- und

7

Auf dieser Basis wird dann

• bei neuen bzw. neu konstruierten Flanschverbindungen die Überprüfung der Abmes-

sungen (Dimensionierung),

• der Dichtheitsnachweis (Ermittlung der Vorspannung der Verbindung bei der Monta-

ge, Nachweis der Einhaltung der geforderten Dichtheitsklasse bzw. maximal zulässi-

gen Leckagerate) und der

• Festigkeitsnachweis (Begrenzung der Beanspruchung, Sicherheit gegen Versagen

der Verbindung)

für die zu betrachtenden Lastfälle durchgeführt. Bei bestehenden Verbindungen, welche die

gestellten Anforderungen erfüllen, kann bei erneuten Nachweisen z.B. bei Verwendung einer

anderen Dichtung mit unterschiedlichen Kennwerten oder bei Ansatz von Belastungen, die

bisher nicht berücksichtigt waren, der erste Schritt (Dimensionierung) entfallen. Können die-

se Nachweise nicht zufriedenstellend erbracht werden, dann müssen konstruktive Details

(Typ der Verbindung, Flansche, Schrauben) modifiziert und/oder eine andere Dichtung ge-

wählt werden.

Die Zielsetzung der Berechnung von Flanschverbindungen im Zuge der Auslegung ist so-

wohl der Festigkeits- als auch der Dichtheitsnachweis. Beides ist nicht nur für neu konstruier-

te, sondern auch für genormte Flanschverbindungen erforderlich. Dabei werden unter Ver-

wendung der Kennwerte der eingesetzten Dichtung neben den erforderlichen Kräften auch

die tatsächlich wirkenden berechnet, die Grundvoraussetzung für den Dichtheitsnachweis.

Einerseits wird für den Dichtheitsnachweis die Mindestschraubenkraft bzw. Mindestflächen-

pressung der Dichtung im Einbauzustand (für die Verdichtung und Anpassung der Dichtung)

und für nachfolgende Betriebszustände (zur Vermeidung von Leckagen) berechnet. Ande-

rerseits wird nachgewiesen, dass die beim Einbau und in jedem folgenden Betriebszustand

unter dem Einfluss aller Belastungen wirkenden Schraubenkräfte bzw. Dichtungspressungen

innerhalb der Grenzwerte „mindestens erforderliche Kraft oder Pressung“ und „maximal zu-

lässige Kraft oder Pressung“ liegen. Wenn dies nicht gegeben ist, wird die Berechnung itera-

tiv mit geänderten Eingangsdaten und Randbedingungen (Flansche, Schrauben, Dichtung)

wiederholt, bis der Nachweis gelingt.

Im Hinblick auf Ausblassicherheit werden Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraftne-

benschluss (KNS), Bild 2, hier nicht weiter betrachtet, weil diese auf Grund ihrer konstrukti-

ven Ausführung bei richtiger Auslegung (Dichtungskennwerte, Erhalt des Kraftnebenschlus-

ses (Blocklage) in allen Betriebszuständen) als grundsätzlich ausblassicher angesehen wer-

den können. KNS-Verbindungen gibt es in zwei konstruktiven Ausführungen. Bei der einen

ist die Dichtung in die Nut eines der beiden Flansche eingelegt (Fall 1 in Bild 2), eine Gestal-

tung ähnlich wie bei Nut- und Feder-Verbindungen. Bei der Montage werden die beiden

8

Flansche "auf Block" angezogen und so wird Kraftnebenschluss eingestellt. Bei der zweiten

Ausführungsform ist das Dichtelement außenseitig durch einen metallischen Stütz- oder Dis-

tanzring gestützt, der den Kraftnebenschluss nach Kontakt mit beiden Flanschen bei der

Montage gewährleistet (Fall 2 in Bild 2). Häufig kommen auch innen- und außenseitige Stütz-

ringe gleichzeitig zum Einsatz.

Bei Krafthauptschlussverbindungen liegt die Dichtung im Kraftfluss und alle wirksamen Be-

lastungen (Montagekraft, Inndruck, äußere Zusatzlasten) beeinflussen die Pressung der

Dichtung und damit ihr Verformungs- und Abdichtverhalten. Spätestens, wenn die Pressung

der Dichtung so gering ist bzw. so weit absinkt, dass die Reibkraft zwischen Flanschen und

Dichtung durch die radial auf die Dichtung wirkende Innendruckkraft überwunden wird, droht

Ausblasen in Form von Aufreißen, Herausdrücken der Dichtung aus dem Sitz oder großer

Leckage.

Die Dichtungskennwerte sind wichtige Eingangsgrößen für die rechnerische Auslegung von

Flanschverbindungen. Sie müssen das Verhalten der Dichtung für die gegebenen Randbe-

dingungen unter dem Einfluss aller Belastungen realistisch beschreiben. Dies schließt die

Auswirkungen der Einbaupressung, des betrieblichen Innendrucks, der Betriebstemperatur

und -zeit, der Steifigkeit aller Teile, der Flansch- und Schraubengeometrie, der Änderung der

betrieblichen Belastungen u.a. mehr ein. Die Dichtungskennwerte können nur experimentell

ermittelt werden.

Das Konzept des Dichtheitsnachweises für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Kraft-

hauptschluss (KHS) ist in Bild 3 gezeigt. Die tatsächlich wirkende Dichtungskraft oder

-pressung muss sowohl im Einbau- als auch im Betriebszustand innerhalb bestimmter Gren-

zen liegen: einerseits muss sie im Hinblick auf die geforderte Dichtheit gleich der oder höher

als die Mindestdichtungskraft oder -pressung Qmin (L), QS min (L) sein (Nomenklatur der DIN EN

1591 /2/ und DIN EN 13555 /4/)), zum Anderen muss sie unterhalb der maximal zulässigen

Höchstdichtungskraft oder -pressung bleiben (QS max), um eine unzulässige Verformung oder

Zerstörung der Dichtung zu vermeiden. Für die Berücksichtigung von Kraftänderungen zwi-

schen Einbau- und Betriebszustand werden weiterhin Dichtungskennwerte benötigt, welche

die elastische Rückfederung der Dichtung bei Dichtungskraftänderungen (Ersatzelastizitäts-

modul EG), das Setz- oder Kriechrelaxationsverhalten der Dichtung mit der Zeit und der

Temperatur (Kriechfaktor PQR) und die thermische Ausdehnung (thermischer Ausdehnungs-

koeffizient αG) beschreiben. Diese Dichtungskennwerte nach DIN EN 13555 sind in Tabelle 1

gemeinsam mit den zugehörigen Prüfverfahren zusammengestellt. Sie bilden eine konsisten-

te Basis für die Auslegung von Flanschverbindungen nach DIN EN 1591-1 /2/.

9

Mindesteinbau - pressung der Dichtung

Q min (L)

Einbau -dichtungs -pressung

Höchsteinbau -pressung der

Dichtung Q S max< <

Dichtheit

Änderung der Dichtungskraft

zwischen

Einbau und Betriebszustand

Mindestbetriebs - pressung der

Dichtung Q S min (L)

Betriebs-dichtungs -pressung

Höchstbetriebs -pressung der

Dichtung Q S max< <

Betriebp, ∆ p, T, ∆ T

FS, MS

Einbaup=0, RT, t=0

FA, MA E GPQRα G

p: Innendruck; ∆p: Druckänderung; T: Temperatur; ∆T: Temperaturänderung RT: Raumtemperatur; F: Kraft; M: Moment: A: Einbau; S: Betrieb

Bild 3: Konzept des Dichtheitsnachweises für Flanschverbindungen mit der Dichtung im Krafthauptschluss

Nachfolgend sind einige Details zu den genannten Dichtungskennwerten nach DIN EN 1591

/2/ und DIN EN 13555 /4/ zu deren Ermittlung angeführt.

• QS max: maximal zulässige Pressung, die von einer Dichtung bei Umgebungs- und Be-

triebstemperatur ohne Schädigung ertragen wird; bei der Ermittlung dieses Kennwer-

tes wird die Dichtung stufenweise belastet mit Zwischenentlastungen (zyklischer

Stauchversuch).

• EG: Elastizitätsmodul bei Umgebungs- und Betriebstemperatur, der die elastische

Rückfederung bei Entlastung oder Laständerungen beschreibt. Der Dichtungskenn-

wert EG wird im zyklischen Stauchversuch (s. QS max) ermittelt, hängt von der höchsten

vorangegangenen Dichtungspressung Q ab und wird aus dem Entlastungsverlauf in

der Darstellung der Dichtungspressung als Funktion der Dichtungsdicke für jede

Pressungsstufe ermittelt nach

ε∆

ε× Q Q 32 =E

10

In dieser Formel stellt εQ die Dichtungsdicke unter der Dichtungspressung Q dar und

∆ε die elastische Dickenänderung (Rückfederung) bei der Entlastung von Dichtungs-

pressung Q auf 1/3 x Q.

Tabelle 1: Dichtungskennwerte und -prüfverfahren nach DIN EN 13555 /4/

Kennwert nach DIN EN 13555

Prüfverfahren

Qmin (L)

QS min (L)

Erforderliche Mindestflächenpressung der Dichtung für Dichtheitsklasse L bei der Montage

Erforderliche Mindestflächenpressung der Dichtung für Dichtheitsklasse L nach Ent-lastung (Betrieb)

Leckageversuch

QS max

EG

Maximale Flächenpressung, mit der die Dichtung bei Betriebstemperatur belastet werden darf, ohne dass eine Beschädigung erfolgt

Sekantenmodul der Dichtung

Zyklischer Stauchversuch

PQR Verhältnis der Flächenpressung der Dich-tung vor und nach der Relaxation

Kriech-Relaxationsversuch

αG Axialer Temperaturausdehnungskoeffizient der Dichtung

Thermischer Ausdeh-nungsversuch

• PQR: Kriechfaktor, der die Relaxation der Dichtungspressung infolge Kriechverfor-mung der Dichtung beschreibt (0 ≤ PQR ≤ 1). Die Prüfung wird als Kriechrelaxations-versuch in einer Prüfeinrichtung mit einer bestimmten Steifigkeit durchgeführt. 500 kN/mm ist typisch für PN-bezeichnete Flansche und 1500 kN/mm für Class-bezeichnete Flansche. Die Kriechrelaxation kann auch in einer hydraulischen Dich-tungsprüfpresse mit weggeregelter Pressung simuliert werden (die Pressung wird entsprechend der gegebenen Kriechverformung der Dichtung und der nachzubilden-den Steifigkeit reduziert). PQR wird nach folgender Formel bestimmt:

PQR = QR / QI

mit QI and QR: Ausgangspressung und verbleibende Restpressung nach Kriechrela-

xation (wobei die Relaxation weitestgehend abgeschlossen sein soll).

Der Kriechfaktor wird einerseits für die Auswahl einer geeigneten Dichtung und ande-rerseits zur Berechnung der aktuellen Dichtungsflächenpressung im Betrieb unter Be-rücksichtigung der Kriechrelaxation verwendet.

11

• Qmin (L): erforderliche Mindestflächenpressung der Dichtung für Dichtheitsklasse L bei Montage (Umgebungstemperatur) zur Anpassung der Dichtung an die Flanschdicht-leisten und zur inneren Verdichtung, so dass die geforderte Dichtheitsklasse L ge-währleistet ist.

• QS min (L): erforderliche Mindestflächenpressung der Dichtung für Dichtheitsklasse L nach Entlastung (Betrieb). Exemplarische Ergebnisse für eine Flachdichtung auf der Basis von Graphit sind in Bild 4 in Form der Leckagerate (logarithmisch) als Funktion der Dichtungspressung (Be- und Entlastungen) dargestellt. Abgeleitete Kennwerte Qmin (L) und QS min (L) (Mindestflächenpressungen im Einbau- und Betriebszustand) sind in Abhängigkeit von der Dichtheitsklasse in Bild 5 wiedergegeben.

So beträgt z.B. - Qmin (0,01) ≈ 45 MPa

Qmin (0,001) ≈ 95 MPa - QS min (0,01) ≈ 45 MPa für QA ≈ 45 MPa QS min (0,01) ≈ 10 MPa für QA ≈ 60 MPa QS min (0,01) < 10 MPa für QA ≈ 80 MPa

Mit den Nachweisen im Zuge der Auslegung ist zu zeigen, das die Dichtungsflächen-pressung bei der Montage gleich oder größer ist als Qmin (L) und in allen relevanten Be-triebszuständen unter Berücksichtigung aller Belastungen und der Kriechrelaxation gleich oder größer als QSmin (L).

10 0

Dichtungspressung [MPa]

Leck

ager

ate

[mg/

m/s

]

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Flachdichtung auf Graphit-Basis40 bar, He, RT

10 0

Dichtungspressung [MPa]

Leck

ager

ate

[mg/

m/s

]

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Flachdichtung auf Graphit-Basis40 bar, He, RT

Bild 4: Beispiel für das Ergebnis des Leckageversuchs an Flanschdichtungen nach DIN EN 13555 /4/

12

10 - 6

10 - 5

10 - 4

10 - 3

10 - 2

10 - 1

10 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Qmin (L) / QS min (L)= f(QA) [MPa]

[mg/

m/s

]

QMIN(L)

QSMIN(L)

Flachdichtung auf Graphit-Basis 40 bar, He, RT

10 - 6

10 - 5

10 - 4

10 - 3

10 - 2

10 - 1

10 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Q / Q = f(QA ]

Dic

hthe

itskl

asse

Qmin (L)

QS min (L)

Flachdichtung auf Graphit-Basis 40 bar, He, RT

Bild 5: Ermittlung der Dichtungskennwerte Qmin (L) und QS min (L) (Abdichteigenschaften) nach DIN EN 13555 /4/ aus den Messergebnissen in Bild 4

4 Definition der Ausblassicherheit

Im Rahmen des Dichtheitsnachweises wird bei der Auslegung von Flanschverbindungen

nachgewiesen, dass die Dichtungsflächenpressung in allen Betriebszuständen die geforderte

Mindestflächenpressung QS min (L) für Dichtheitsklasse L nicht unterschreitet (Kap. 3). Fehler-

hafte Auslegung und Montage sind grundsätzlich durch entsprechende Qualitätssicherungs-

maßnahmen auszuschließen.

Dieser Sachverhalt bildet die Basis für die Definition der Ausblassicherheit. Als ausblassicher

wird eine Flanschverbindung angesehen, wenn die Dichtungsflächenpressung hinreichend

und quantifizierbar unter QS min (L) für den gegebenen Betriebsüberdruck abgesenkt werden

oder abfallen darf, ohne dass

A die Dichtung aufreißt bzw. Teile der Dichtung aus der Verbindung heraus gedrückt

werden oder

B eine grobe Leckage eintritt, die um mehr als 2 Größenordnungen größer ist als es der

geforderten Dichtheitsklasse L entspricht, wobei die Dichtung zwischen den Flansch-

dichtleisten verbleibt.

Fall A impliziert Fall B.

13

5 Mögliche Einflussgrößen auf die Ausblassicherheit

Unter der Annahme, dass die Dichtung richtig ausgewählt wurde (Kennwerte, chemische

Beständigkeit) werden nachfolgend die wesentlichen Einflussgrößen auf die Ausblassicher-

heit von Dichtungen in Flanschverbindungen aufgeführt und kurz erörtert.

• Dichtung

Für die Ausblassicherheit sind die Art und die Werkstoffe der Dichtung sowie ihre Ab-

messungen von Bedeutung. Bei bestimmten Dichtungsarten ist ein Aufreißen der Dich-

tung nicht zu erwarten, so dass lediglich die Möglichkeit einer plötzlichen Erhöhung der

Leckagerate zu betrachten, zu untersuchen bzw. zu bewerten ist. Bei den Werkstoffen

treffen oft gute Abdichteigenschaften, d.h. niedrige Mindestflächenpressungen, mit höhe-

rer Kriechneigung zusammen, was sich auf die Ausblassicherheit negativ auswirken kann

und deshalb zu verifizieren ist. Schließlich können auch die Dichtungsabmessungen

- Durchmesser, Breite und Dicke - die Ausblassicherheit beeinflussen. Im Allgemeinen

dürfte eine große Dichtungsdicke aufgrund der höheren Innendruckkraft die Gefahr des

Ausblasens fördern. Während im Zusammenhang mit den Dichtungskennwerten für die

Auslegung von Flanschverbindungen die Abhängigkeit von den Dichtungsabmessungen

experimentell überprüft wurde, sind solche Untersuchungen hinsichtlich Ausblassicher-

heit unbekannt.

• Dichtungsflächenpressung Die Dichtungsflächenpressung spielt die entscheidende Rolle bei der Bewertung der

Dichtheit und Ausblassicherheit einer Flanschverbindung. Die Pressung bestimmt den

Reibschluss zwischen Dichtung und Dichtleisten, der dem Ausblasen entgegen wirkt. Bei

Flanschverbindungen, in denen nur geringe Pressungen erzielt werden können, z. B.

Verbindungen mit GFK-Flanschen, besteht erhöhte Ausblasgefahr. Da die aktuelle Dich-

tungsflächenpressung im Betrieb für die Absicherung der geforderten Dichtheit bei der

Auslegung ausreichend genau zu bestimmen ist, kann bei wichtigen Dichtverbindungen

von deren Kenntnis ausgegangen werden, auch unter Berücksichtigung der Verminde-

rung der Dichtungsflächenpressung nach der Montage durch betriebliche Belastungen

wie Innendruck, äußere Kräfte und Momente, Temperatur (einschließlich Temperaturän-

derungen und -verteilungen) bzw. plastische Verformungen der Einzelteile (einschließlich

Dichtung).

Bei den Berechnungen wird meist von einer homogenen Verteilung der Dichtungsflä-

chenpressungen ausgegangen. Der Einfluss einer ungleichmäßigen Verteilung in radialer

Richtung und über dem Umfang auf die Dichtheit der Verbindung wurde auf experimen-

tellem Wege beispielhaft bei der Ermittlung der Dichtungskennwerte untersucht. Die

Flanschblattneigung führt zu einer erhöhten Pressung im äußeren Bereich der Dichtung

14

und wirkt sich günstig hinsichtlich Ausblassicherheit aus. Hingegen resultiert aus der end-

lichen Schraubenteilung eine Verminderung der Dichtungsflächenpressung zwischen den

Schrauben mit der Gefahr des Ausblasens in diesen Umfangsbereichen der Dichtung.

Für die Ausblassicherheit ist von besonderer Bedeutung das Verhalten der Dichtung

(Abdicht- und Festigkeitsverhalten) bei Unterschreitung der zulässigen Mindestflächen-

pressungen durch unerwartete Entlastung (äußere Zusatzlasten und Kriechverformung

der Dichtung) im Betrieb sowohl bei gleichmäßig als bei ungleichmäßig verteilter Dich-

tungsflächenpressung. Auch diesbezüglich sind nur wenige unsystematische Untersu-

chungen bekannt.

• Innendruck

Die Höhe des Innendrucks beeinflusst einerseits die Leckagerate, andererseits vermin-

dert der Innendruck die Dichtungsflächenpressung und führt zu einer Umfangsspannung

in der Dichtung. Während die Leckagerate durch die das Abdichtverhalten charakterisie-

renden Dichtungskennwerte (Qmin (L), QS min (L)) und die Verminderung der Dichtungsflä-

chenpressung durch die Berechnung bestimmt werden, wird der Einfluss der Umfangs-

beanspruchung auf die Festigkeit der Dichtung nicht direkt abgesichert. In Verbindung

mit der Belastungsdauer kann dieser Effekt, hauptsächlich bei Werkstoffen mit ungünsti-

gen Kriecheigenschaften, die Ausblassicherheit beeinflussen. Auch der zeitliche Verlauf

des Innendrucks übt Einfluss auf das Ausblasverhalten aus. Druckschwankungen wie

schwellender Innendruck und Druckexkursionen wie Druckstöße können das Ausblasen

von Dichtungen in Flanschverbindungen fördern. Diesbezüglich liegen bisher keine sys-

tematischen Untersuchungen vor. Druckschwankungen und Druckstöße sind - soweit sie

bekannt sind - bei der Auslegung zu berücksichtigen.

• Temperatur Die (stationäre) Temperatur beeinflusst einerseits die Kriech- und Festigkeitseigenschaf-

ten und andererseits die thermische Beständigkeit der Dichtungen. Sie wird bei der Be-

stimmung der Dichtungskennwerte bzw. bei der Festlegung der Anwendungsgrenzen der

Dichtungen berücksichtigt. Die Zugfestigkeit der Dichtung spielt zunächst keine direkte

Rolle und wird deshalb nicht explizit bestimmt. In Verbindung mit der Belastungsdauer,

der Temperatur und dem Reibkoeffizienten (Reibschluss) kann sie die Ausblassicherheit

aber beeinflussen. Dies ist ggf. zu überprüfen und zu verifizieren. Die Abnahme der Dich-

tungsflächenpressung durch die Verformungen der Einzelteile der Flanschverbindung auf

Grund von Temperaturänderungen (Temperaturänderungsgeschwindigkeit bei instationä-

rer thermischer Beanspruchung) bzw. inhomogenen Temperaturverteilungen wird durch

die Berechnung abgesichert.

15

• Zeit bzw. Dauer der Innendruckbelastung

Bei Dichtungen, die zum Kriechen neigen, besteht die Gefahr, dass diese nicht un-

mittelbar nach Innendruckaufgabe ausgeblasen, sondern erst nach mehr oder weniger

langer Zeit aus dem Dichtsitz herausgedrückt werden. In diesem Fall spielt die Bean-

spruchungszeit eine wesentliche Rolle bei Betrachtungen zur Ausblassicherheit. In Ver-

suchen soll diese kritische Beanspruchungszeit ermittelt werden.

• Geforderte Dichtheitsklasse für das geförderte Medium

Nach Definition B der Ausblassicherheit (Kap. 4) übt die geforderte Dichtheitsklasse inso-

fern Einfluss auf die Ausblassicherheit aus, als das Kriterium für Ausblasen von der ge-

forderten Dichtheitsklasse abhängt. Außerdem ist die Einbaupressung von der geforder-

ten Dichtheitsklasse abhängig: je höher die Dichtheitsanforderung, umso höher muss die

Mindestflächenpressung im Einbauzustand sein. Die Höhe der Einbaupressung ist ent-

scheidend für das betriebliche Abdichtverhalten der Dichtung. Eine hohe Dichtungspres-

sung im Einbau- und Betriebszustand zur Gewährleistung einer hohen Dichtheitsklasse

wirkt sich günstig im Hinblick auf die Ausblassicherheit aus.

• Steifigkeit der Flanschverbindung

Bei hoher Steifigkeit der Einzelteile der Flanschverbindung (Schrauben und insbesondere

Flansche) ist der Abfall der Dichtungsflächenpressung bei Kriech-Relaxation der Dich-

tung stärker ausgeprägt als bei geringer Steifigkeit mit höherer elastischer Vorspannung.

In dieser Hinsicht wirken sich auch Dehnhülsen und eine Befederung der Schrauben

(Tellerfedern) günstig hinsichtlich Ausblassicherheit aus. Bei geringerer Steifigkeit der

Flanschverbindung führen entlastende Beanspruchungen zu einer vergleichsweise ho-

hen Verminderung der Dichtungsflächenpressung. Der Einfluss der Steifigkeit auf die

mittlere Dichtungsflächenpressung wird durch die Berechnung bei der Auslegung abge-

deckt. Die von der Steifigkeit der Flansche geprägte Flanschblattneigung wurde bereits

unter "Dichtungsflächenpressung" angesprochen.

• Schraubenkraftstreuung

Bei montagebedingter Streuung der Schraubenkraft ergibt sich eine ungleichmäßige Ver-

teilung der Flächenpressung der Dichtung über dem Dichtungsumfang mit gleichen Aus-

wirkungen wie unter "Dichtungsflächenpressung" ausgeführt.

• Dichtleisten

Die Rauheit der Dichtleisten bestimmt den Reibschluss zwischen Dichtung und Dichtleis-

ten. Man kann davon ausgehen, dass bei anpassungsfähigen Dichtungen sich eine hö-

here Rauheit günstig hinsichtlich Ausblassicherheit auswirkt. Glatte Dichtleisten, z. B. bei

emaillierten Flanschen, würden die Gefahr des Ausblasens erhöhen.

16

• Konditionierung der Dichtung

Bei Dichtungen, deren Eigenschaften sich mit der Zeit und Temperatur ändern (Aushär-

tung, Degradation usw.) können die Lagerbedingungen der Dichtungen vor dem Einbau

von Einfluss auf die Ausblassicherheit sein. Aushärtung verringert beispielsweise die An-

passungsfähigkeit an die Flanschdichtleisten einhergehend mit geringerem Reibschluss.

Im Hinblick auf den prüftechnischen Nachweis der Ausblassicherheit ist ggf. die Konditio-

nierung der Prüflinge vor der Prüfung von Einfluss.

• Alterung Die Alterung der Dichtungen in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit schränkt

ggf. den Anwendungsbereich der Dichtungen ein.

Von den o. g. Einflussgrößen wurden die nachfolgend genannten als wichtigste im Hinblick

auf die Ausblassicherheit im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen betrachtet:

• Dichtung Es ist anzunehmen, dass Dichtungen mit niedrigem Reibkoeffizienten und entsprechend

geringem Reibschluss zwischen Dichtung und Dichtleisten (z. B. Dichtungen auf der Ba-

sis von PTFE) eher zum Ausblasen neigen als Dichtungen mit hohem Reibkoeffizienten.

In dieser Hinsicht sind Dichtungen, die sich innig mit den Dichtleisten verzahnen, beson-

ders günstig hinsichtlich Ausblassicherheit, z. B Spießkantdichtungen oder Kammprofil-

dichtungen ohne Auflage, ebenso Dichtungen mit Formschluss wie Ring-Joint-Dich-

tungen, bei denen eine ähnliche Situation wie bei Flanschformen mit Nut und Feder und

Vor- und Rücksprung besteht. In ähnlicher Weise begünstigt das Kriechverhalten von

Dichtungen - ausgedrückt durch den Dichtungskennwert PQR - die Ausblasgefahr. Die

Untersuchungen im Rahmen des Vorhabens befassen sich deshalb schwerpunktmäßig

mit z. T. metallverstärkten Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE mit geringer

Reibung und Kriechneigung in verschiedenen Ausführungen von verschiedenen Herstel-

lern (gefülltes PTFE (Graphit, Hohlglaskugeln), ePTFE, ePTFE mit Diffusionssperre,

PTFE mit EPDM, mit Edelstahl-Wellring und -Streckmetall, zusätzlich mit Weichstoff-

bzw. Gummieinlage). Weiterhin wurden Gummi/Stahl-Dichtungen (Referenzdichtung für

Flanschverbindungen mit GFK-Flanschen; bisher in diesem Anwendungsbereich vielfach

eingesetzt) untersucht, exemplarisch auch eine Variante des Typs Graphit mit Glatt-

blecheinlage.

Zum Teil wurden die geometrischen Abmessungen systematisch variiert (3 Nennweiten,

2 Breiten und 3 Dicken).

• Dichtungsflächenpressung Im Hinblick auf die Ausblassicherheit sind Dichtungsflächenpressungen im Bereich und

unterhalb der für die Dichtheitsklasse L geforderten Mindestflächenpressung QS min (L) re-

17

levant. Zunächst wird auf der Basis der dichtheitsklassenbezogenen Dichtungskennwerte

die Anfangspressung für die untersuchten Dichtungen festgelegt. Danach wird die Dich-

tungsflächenpressung systematisch reduziert, um Ausblasen zu provozieren. In einer

Prüfpresse mit steifen Prüfplatten wird eine gleichmäßige Pressung aufgebracht, in

Flanschverbindungen je nach Steifigkeit mehr oder weniger ungleichmäßige Pressung

sowohl über dem Umfang (infolge endlicher Schraubenteilung) als auch in radialer Rich-

tung (infolge Flanschblattneigung), weiterhin durch Simulation von Schraubenkraftstreu-

ung und Montagefehlern.

• Temperatur Repräsentativ für die thermischen Bedingungen im weiten Anwendungsbereich beim

Einsatz von Dichtungen auf der Basis von PTFE werden die Prüfungen bei Umgebungs-

temperatur (Raumtemperatur RT) und + 80 °C durchgeführt. Die Prüfungen bei RT kor-

respondieren mit der üblicherweise ebenfalls bei RT ausgeführten Dichtungsprüfung und

dem Dichtheitsnachweis im Rahmen der Auslegungsberechnung. Für + 80 °C liegen in

der Regel keine Dichtungskennwerte vor; die Untersuchungen bei dieser Temperatur

dienen vornehmlich der Überprüfung der Frage, ob die Ergebnisse bei RT abdeckend

sind für den Bereich erhöhter Temperatur.

• Zeit bzw. Dauer der Innendruckbelastung

Dem Einfluss der Zeit bzw. Dauer der Innendruckbelastung wird exemplarisch in Lang-

zeitversuchen an Dichtungen mit Kriechneigung nachgegangen.

• Steifigkeit der Flanschverbindung und Schraubenkraftstreuung

Dem Einfluss der Steifigkeit wird in Untersuchungen an zwei Prüfflanschverbindungen

unterschiedlicher Druckstufe nachgegangen. Der Einfluss der Streuung der Schrauben-

kraft wird gezielt durch Lösen (Simulation der Relaxation) und Nichtanziehen einzelner

oder mehrerer Schrauben (Simulation von Montagefehlern) untersucht.

• Dichtleisten

Für die Untersuchung dieser Problemstellung werden emaillierte Flansche mit glatter

Dichtleiste und exemplarisch Stahlflansche mit gezielt variierter Rauheit der Dichtleiste

herangezogen.

18

6 Vorgehensweise

Neben der Dichtungsflächenpressung ist der Innendruck die wichtigste Einflussgröße im

Hinblick auf die Ausblassicherheit von Flanschverbindungen, weil

• die Leckagerate bei gegebener Dichtungsflächenpressung von der Druckdifferenz als

treibende Kraft für die Leckage abhängt,

• der Innendruck eine radiale Belastung der Dichtung verursacht, die je nach Reibkraft

und Umfangsspannung in der Dichtung ursächlich für deren Versagen ist und

• der Innendruck eine von den geometrischen Randbedingungen abhängige Verminde-

rung der Dichtungsflächenpressung bewirkt.

Grundsätzlich sind für die Untersuchung des Ausblasverhaltens von Flanschdichtungen zwei

unterschiedliche Vorgehensweisen denkbar:

• Prüfung bei ordnungsgemäßem Montagezustand mit einem gegenüber dem Betriebs-,

Auslegungs- oder Nenndruck erhöhten Prüfdruck.

Bei einer Dichtungsflächenpressung entsprechend etwa der Mindestpressung im Be-

trieb QS min (L) (DIN EN 1591 /2/ und DIN EN 13555 /4/) wird der Innendruck über den

Betriebs-, Auslegungs- oder Nenndruck erhöht, bis Ausblasen eintritt. Die Sicherheit

gegen Ausblasen spiegelt sich in der Differenz zwischen dem Druck beim Ausblasen

und dem Betriebs-, Auslegungs- oder Nenndruck wieder. Diese Vorgehensweise ent-

spricht allerdings nicht der Realität, weil Ausblasen praktisch immer als Folge einer

Reduktion der Flächenpressung durch Setzen und Kriechen der Dichtung und/oder

äußere Zusatzlasten eintritt. Zudem ändert eine Druckerhöhung gleichzeitig die Pres-

sungsverhältnisse der Dichtung; eine quantitative Ermittlung der Leckagerate nach

der Druckabfallmethode ist nicht möglich und die Bewertung des „Versagensmecha-

nismus“ ist erschwert. Druckvariationen (z. B. schwellender Innendruck) und Druck-

exkursionen (Druckstöße) müssen durch realistische Annahmen bei der Auslegung

abgesichert werden.

• Prüfung mit einem Prüfdruck entsprechend dem Betriebs-, Auslegungs- oder Nenn-

druck (ggf. um einen Sicherheitsabstand erhöht) bei reduzierter Dichtungspressung

(Absenkung der Dichtungsflächenpressung auf bzw. unter z.B. die Mindestflächen-

pressung der Dichtung im Betriebszustand QS min (L) (DIN EN 1591 /2/ und DIN EN

13555 /4/)

Diese Vorgehensweise ist praxisnah, denn Ausblasen tritt vornehmlich dann auf,

wenn die betriebliche Dichtungsflächenpressung durch Setzen und Kriechen der

Dichtung und durch äußere Zusatzlasten unter die Mindestpressung im Betrieb

19

QSmin (L) abfällt. Wenn hinreichender Abstand zwischen der Dichtungspressung, bei

der Ausblasen oder große Leckage eintritt, und der Mindestflächenpressung der

Dichtung im Betriebszustand QS min (L) besteht, ist Sicherheit gegen Ausblasen gege-

ben. Diese Betrachtungsweise setzt eine sachgemäße Auslegung mit Nachweis der

Einhaltung der Mindestflächenpressung der Dichtung in allen Betriebszuständen und

eine korrekte Montage mit begrenzter Streuung der Schraubenkraft voraus.

Diese zweite Prüfmöglichkeit wird im Rahmen diese Forschungsvorhabens verfolgt und in

• einer geregelten hydraulischen Prüfpresse mit speziellen Einrichtungen zur Aufnah-

me der Dichtungen und zur Simulation der Flansche bzw. in

• realen Flanschverbindungen

realisiert.

Vorteile der Prüfung in einer geregelten hydraulischen Prüfpresse sind

• die sichere und reproduzierbare Einstellung der Pressen- und Dichtungskraft,

• die Möglichkeit, einzelne Einflussgrößen separat zu analysieren und die

• Zertifizierungsfähigkeit dieser Prüftechnik.

Nachteile der Prüfung in einer geregelten hydraulischen Prüfpresse sind, dass

• die Berücksichtigung der Flanschblattneigung, der Streuung der Schraubenkraft, der

Variation der Pressung über die Breite und den Umfang der Dichtung und

• eine langzeitige thermische Auslagerung nicht möglich ist.

Als Vorteil der „betriebsnahen“ Prüfung in realen Flanschverbindungen ist anzusehen, dass

u. a.

• die Flanschblattneigung,

• die Streuung der Schraubenkraft,

• die Variation der Pressung über die Breite und den Umfang der Dichtung und

• langzeitige thermische Effekte auf das Verhalten der Dichtung durch Auslagerung der

Prüfflanschverbindung bei Temperaturen und Zeiten, die eine ausreichend sichere

Abschätzung bzw. Extrapolation des Verhaltens unter Betriebsbedingungen zulassen

in die Prüfung einbezogen sind bzw. werden können.

Ein wesentlicher Nachteil der Prüfung in realen Flanschverbindungen ist die eingeschränkte

Reproduzierbarkeit hinsichtlich Schrauben- und Dichtungskrafteinstellung und -messung;

diesbezüglich liegen Erfahrungen und Erkenntnisse aus Prüfungen nach DIN 28090-2 /6/

vor. Im Rahmen der Untersuchungen soll versucht werden, dieses Problem durch hydrauli-

sches Verspannen speziell gestalteter Schrauben zu beseitigen.

20

Eine Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile der Prüfungen in einer Prüfpresse und in

Prüfflanschverbindungen ist in der folgenden Tabelle 2 vorgenommen.

Tabelle 2: Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile der Untersuchung des Ausblasverhal-tens in einer Prüfpresse und einer Prüfflanschverbindung

Prüfeinrichtung Vorteile Nachteile

Prüfpresse • sichere und reproduzierbare Einstellung der Pressen- und Dichtungskraft

• separate Analyse einzelner Ein-flussgrößen

• Variation der Dichtungsabmes-sungen (in Grenzen)

• Zertifizierungsfähigkeit

• keine Erfassung der - Flanschblattneigung - Streuung der Schraubenkraft - Variation der Pressung über die Breite und den Umfang der Dichtung

• langzeitige thermischen Ausla-gerung nicht möglich

Prüfflansch- verbindung

Berücksichtigung

• der Flanschblattneigung • der Streuung der Schrauben-

kraft • der Variation der Pressung über

der Breite und dem Umfang der Dichtung

• langzeitiger thermischer Effekte

• eingeschränkte Reproduzier-barkeit der Schrauben- und Dichtungskrafteinstellung und -messung

• nicht zertifizierbar

Als Fazit dieser Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen ist festzuhalten,

• dass die Prüfung in einer geregelten hydraulischen Prüfpresse zertifizierungsfähig ist,

ein entsprechender Nachweis für Prüfungen in Flanschverbindungen noch nicht ge-

führt ist und

• dass der nicht berücksichtigte Einfluss der Flanschblattneigung und der Schrauben-

kraftstreuung bei der Prüfung in einer geregelten hydraulischen Prüfpresse zu einer

konservativen Bewertung führen sollte. Diese Aussage ist allerdings noch zu belegen

und zu quantifizieren. Aus anderweitig für Flachdichtungen aus Weichstoffen vorlie-

genden Erfahrungen (Vergleich der Dichtungsprüfung nach DIN 28090-1 in Prüfpres-

sen mit Untersuchungen an Flanschverbindungen) ergeben sich entsprechende Hin-

weise, die noch allgemein für alle Dichtungsarten überprüft werden müssen.

Im Rahmen des hier betrachteten Vorhabens werden die Ergebnisse der Untersuchungen in

Prüfflanschverbindungen ausschließlich zur Validierung der Vorgehensweise und Prüftechnik

unter Nutzung einer geregelten hydraulischen Prüfpresse verwendet und die in beiden Prüf-

einrichtungen erzielten Ergebnisse einander vergleichend gegenübergestellt. In einer Prüf-

21

presse lassen sich die in Kap. 7 aufgeführten Einflussgrößen separat, umfassender und re-

produzierbarer untersuchen.

Bei Dichtheitsprüfungen kommt dem Prüfmedium besondere Bedeutung zu. Die geforderte

quantitative Bestimmung der Leckagerate nach der Druckabfallmethode ist mit flüssigen

Prüfmedien auf Grund ihrer geringen Kompressibilität nicht möglich. Es kommen nur gasför-

mige Prüfmedien in Frage, bei denen der Druckabfall bei Leckage deutlich geringer ist als

bei Flüssigkeiten. Die Art des Prüfgases hat auf das Ausblasverhalten von Dichtungen kei-

nen relevanten Einfluss, solange der Dichtungswerkstoff sich nicht unter dem Einfluss des

Mediums ändert. Lediglich die Höhe der Leckagerate hängt von der Art des Prüfgases ab.

Für inerte Gase sind die auf der Strömungstheorie basierenden Zusammenhänge zwischen

der Leckagerate, dem Druck und dem Medium (charakterisiert durch Viskosiät und Molmas-

se) für die Umrechnung der Leckagerate auf andere Drücke bzw. Prüfmedien bekannt /1/,

/7/.

Für die Untersuchungen zur Ermittlung der Leckagerate nach der Druckabfallmethode wird

generell Stickstoff als Prüfmedium verwendet. Exemplarisch werden auch Untersuchungen

mit Helium zur Bestimmung und Überprüfung der Korrelation der Leckageraten dieser beiden

Prüfmedien durchgeführt. Die Umrechnung einer Helium-Massen-Leckagerate λHeM auf die

Massen-Leckagerate anderer Gase λGM erfolgt nach dem Modell der parallelen Kapillaren je

nach den gegebenen Strömungsverhältnissen mit den folgenden Beziehungen /7/:

Laminare Strömung: He

G

G

HeMHe

LMG M

M⋅

ηη

⋅λ=λ

Molekulare Strömung: He

GMHe

MMG M

M⋅λ=λ

η: dynamische Viskosität

M: Molmasse

Als Beispiel ergibt sich auf diese Weise bei der Umrechnung der Massen-Leckagerate von

Helium auf Stickstoff ein Faktor von 3,9 (laminare Strömung) bzw. 1,9 (molekulare Strö-

mung). Für das Verhältnis der Volumen-Leckageraten von Stickstoff und Helium HeVVN /2

λλ

ergeben sich mit den spezifischen Dichten der beiden Prüfmedien damit die folgenden Wer-

te:

Laminare Strömung: = 0,55 HeVL

VN /2

λλ

Molekulare Strömung: = 0,27 HeVM

VN /2

λλ

22

Zu dieser Thematik ein Auszug aus VDI 2200 /1/: Einfluss des Mediums

Der reine strömungstheoretische Einfluss des Mediums, wobei eine Werkstoffänderung durch Medien-

einfluss ausgeschlossen wird, führt zu einer reziproken Proportionalität zwischen Leckagerate und

Viskosität (laminare Strömung) bzw. zu einer Wurzelbeziehung mit der Molmasse (molekulare Strö-

mung). Für bestimmte Dichtungsarten (gummigebundene Faserdichtungen) und einige Gase (Wasser-

stoff, Helium, Stickstoff, Argon) und Flüssigkeiten (Cyclohexan, n-Heptan, Diäthyläther) ist in der

Literatur eine strenge reziproke Proportionalität bestätigt. Bei Graphitdichtungen liegt dagegen eine

näherungsweise molekulare Strömung bei Helium, Stickstoff und Propan vor.

Angesichts der gegenüber Gasen höheren Viskosität von Flüssigkeiten ist zu erwarten, dass

die Leckagerate bei flüssigen Medien um Größenordnungen geringer als bei Gasen ist. Für

die Führung des Dichtheitsnachweises erscheint es vorteilhaft, der geforderten Dichtheits-

klasse des Betriebsmediums die äquivalente Dichtheitsklasse des Prüfmediums zuzuordnen,

da für letzteres Dichtungskennwerte zur Verfügung stehen. Diese Zuordnung kann z.B. über

Berechnungen „abgeschätzt“ bzw. mittels repräsentativer Versuche verifiziert werden.

7 Randbedingungen und zu untersuchende Einflussgrößen

Im Rahmen einer Befragung von Komponenten- und Dichtungsherstellern sowie Anwendern

wurden die Randbedingungen und Einsatzgrenzen für die drei Gruppen von Flanschverbin-

dungen

• Flanschverbindungen mit GFK-Flanschen (nach DIN 28136 und DIN 28148),

• Flanschverbindungen mit emaillierten Flanschen und

• Flanschverbindungen mit Stahl-Flanschen

recherchiert. Hieraus wurden die prüftechnischen Randbedingungen abgeleitet. Die Ergeb-

nisse dieser Recherche sind in Beilage 1 zusammengestellt:

• Nennweitenbereich DN

• Druckstufenbereich PN bzw. Maximaldruck pmax

• Maximaltemperatur Tmax

• Art der verwendeten Dichtung(en)

• gefördertes bzw. anzusetzendes Medium (Referenzmedium)

• Vorgehensweise bei der Vorspannung

Aus praktischen Gründen kann der große Nennweitenbereich beim prüftechnischen Nach-

weis der Ausblassicherheit von Flanschdichtungen nicht abgedeckt werden. Vielmehr sind

die Prüfungen in Prüfpressen auf die Nennweite DN100 beschränkt. In realen Flanschver-

bindungen kann zur Verifikation der Untersuchungen in Prüfpressen ein größerer Nennwei-

23

tenbereich bis DN200 abgedeckt werden. Eine ähnliche Einschränkung besteht auch für den

Temperatur- und Druckbereich, welcher bei den Untersuchungen mit Blick auf Verbindungen

mit GFK-Flanschen auf + 80 °C bzw. emaillierten Flanschen auf 40 bar beschränkt wurden.

In Flanschverbindungen mit GFK-Flanschen werden bisher standardmäßig Gummi/Stahl-

Dichtungen eingesetzt; zur Erweiterung des betrieblichen Anwendungsbereichs ist die Ver-

wendung von Dichtungen auf der Basis von PTFE vorgesehen. In allen Verbindungstypen

kommen viele unterschiedliche Medien zum Einsatz, bei Flanschverbindungen mit GFK- und

emaillierten Flanschen wird jedoch konsequent angestrebt, sinngemäß die Anforderungen

der TA Luft für hochwertige Dichtverbindungen durch Nachweis im Bauteilversuch mit Prüf-

medium Helium unter den ansonsten gegebenen Betriebsbedingungen (Vorspannung bzw.

Dichtungsflächenpressung, Druck bzw. Druckdifferenz) zu erfüllen. Als Dichtheitsklasse wur-

de bei den Untersuchungen mit wenigen Ausnahmen L0,01 [mg / (s·m)] entsprechend dem

Dichtheitskriterium der TA Luft für 40 bar Überdruck angesetzt und die zugehörigen Dich-

tungskennwerte wurden bei der Festlegung der Einbauflächenpressung und der Absenkung

der Dichtungsflächenpressung auf kritische Werte herangezogen.

In Kap. 6 wurden die beiden möglichen prüftechnischen Vorgehensweisen - Untersuchungen

in einer Prüfpresse und in Prüfflanschverbindungen - einander gegenübergestellt und erör-

tert. Beide Wege werden im Rahmen des Prüfprogramms mit unterschiedlichen Zielsetzun-

gen verfolgt. Eine Übersicht über die jeweils untersuchten und variierten Einflussgrößen ist in

Beilage 2 gegeben. Die Versuchsdauer bzw. die Zeit als untersuchter Parameter ist nicht

explizit ausgewiesen.

Vorbemerkung zum Arbeitsprogramm

Auf Grund von Diskussionen im Projektbegleitenden Ausschuss und nach einer Umfrage bei

Komponentenherstellern und Betreibern von Flanschverbindungen mit GFK-Flanschen wur-

den im Arbeitsprogramm Änderungen gegenüber der Spezifikation im Antrag zum Vorhaben

vorgenommen. Diese Änderungen betrafen die nachfolgend aufgeführten Punkte in den ein-

zelnen Arbeitspaketen.

Arbeitspaket 1: Erstellung einer Prüfflanschverbindung

Anstelle der vorgesehenen Prüfflanschverbindung DN40 PN40 (DIN EN 1092-1) wurden

zwei Prüfflanschverbindungen größerer Nennweite (DIN EN 1092-1) erstellt:

• DN100 PN160 („steife“ Verbindung)

• DN200 PN6 („weiche“ Verbindung)

Entsprechend musste die vorgesehene hydraulische Vorspannvorrichtung modifiziert und

erweitert werden (8 Schrauben statt 4, entsprechend 8 Hydraulikzylinder mit größerem Kraft-

24

bereich, ...). Demgemäß waren auch Dichtungen unterschiedlicher und größerer Nennweite

zu untersuchen.

Die nach dem Antrag vorgesehene Prüfflanschverbindung mit GFK-Flanschen konnte nach

Ansicht des Projektbegleitenden Ausschusses zum teilweisen Ausgleich des o. g. Mehrauf-

wandes ohne Einbuße der Aussagefähigkeit der Ergebnisse für Flanschverbindungen dieses

Typs entfallen, da die Rauheit der in den Untersuchungen verwendeten Stahl- und Email-

flansche geringer als die von GFK-Flanschen und somit im Hinblick auf die Beurteilung der

Ausblassicherheit abdeckend ist.

Für die Vergleichbarkeit der Untersuchungen in Prüfflanschverbindungen mit denen in der

Prüfpresse mit Prüfplatten aus Stahl mit geringer Dichtleistenrauheit (Ra < 3,2 µm) wurden

über das ursprünglich geplante Arbeitsprogramm hinausgehend die Dichtleisten der Flan-

sche (DIN EN 1092-1) der Prüfflanschverbindungen nachbearbeitet auf Ra < 3,2 µm. Nach

Durchführung der Prüfungen unter diesen Randbedingungen wurden zur exemplarischen

Untersuchung des Einflusses der Rauheit auf das Ausblasverhalten die Dichtleisten der

Flansche DN200 PN6 nachbearbeitet auf eine erhöhte Rauheit Ra ≈ 16 µm.

Arbeitspaket 2: Modifikation einer Prüfpresse

Über das ursprünglich geplante Arbeitsprogramm hinausgehend wurde die Nennweite und

Breite der Dichtleisten bzw. Dichtungen variiert (2 Nennweiten und 2 Breiten).

Die nach dem Antrag vorgesehenen Prüfungen mit Prüfplatten mit GFK-Dichtleisten konnten

nach Ansicht des Projektbegleitenden Ausschusses zum teilweisen Ausgleich des Mehrauf-

wandes ohne Einbuße der Aussagefähigkeit der Ergebnisse für Flanschverbindungen dieses

Typs aus den o.g. Gründen entfallen.

Arbeitspaket 3: Entwicklung einer Prüfmethode

Dieses Arbeitspaket wurde im Zuge der Abwicklung des Projektes und auf der Basis der Er-

kenntnisse aus den durchgeführten Untersuchungen mehrfach geändert und erweitert. Ins-

besondere erwies sich die als erster Schritt durchgeführte Prüfung mit kontinuierlicher Ent-

lastung lediglich als schnelles Übersichtsverfahren für eine qualitative Charakterisierung des

Ausblasverhaltens. Für die erforderliche Quantifizierung der Leckagerate wurde nach dieser

Erkenntnis die Prüfmethodik mit stufenweiser Entlastung erprobt und konsequent verfolgt.

Die vorgesehenen Prüfungen mit (dynamischem) Druckstoß wurden in Abstimmung mit dem

Projektbegleitenden Ausschuss aufgrund geringerer Priorität zurückgestellt. Diesem Aspekt

soll im Folgevorhaben mit Prüfungen unter langzeitig anstehendem Innendruck und quasista-

tischer Druckerhöhung nachgegangen werden, die als abdeckend angesehen werden, weil

der langzeitig anstehende Innendruck die Gefahr des Ausblasens bei Dichtungen mit Kriech-

neigung erhöht.

25

Arbeitspaket 4: Klassifizierung der Dichtungsarten bzgl. Ausblassicherheit

Der Schwerpunkt der Untersuchungen wurde auf z. T. metallverstärkte Weichstoffdichtungen

auf der Basis von PTFE gelegt, die auf Grund der üblichen niedrigen Einbaupressung, der

geringen Reibung und der Neigung zur Kriech-Relaxation mit einhergehendem Abfall der

Pressung mit der Zeit hinsichtlich Ausblasen besonders gefährdet sind. Gegenüber den ent-

sprechend dem Arbeitsprogramm im Antrag vorgesehenen zwei Dichtungsvarianten dieses

Dichtungstyps wurde auf Wunsch des Projektbegleitenden Ausschusses eine größere An-

zahl an Dichtungen auf PTFE-Basis (insgesamt 12 Varianten), z.T. in 3 verschiedenen Di-

cken untersucht. Zum teilweisen Ausgleich dieses Mehraufwandes wurde auf die Prüfung

von gummigebundenen Faserdichtungen, Kammprofildichtungen und metallummantelten

Dichtungen mit Auflage verzichtet. Diese Dichtungsarten sollen in einem Nachfolgeprojekt

umfassend und den großen Variationsbereich dieser Dichtungsarten abdeckend untersucht

werden.

Da für einige der zur Prüfung vorgesehenen Dichtungstypen von den Herstellern keine Dich-

tungskennwerte entsprechend DIN EN 13555 als Voraussetzung für die prüftechnischen

Randbedingungen der Ausblassicherheitsprüfung zur Verfügung gestellt wurden, mussten im

Rahmen dieses Arbeitspaketes diese Prüfungen nach DIN EN 13555 zusätzlich durchgeführt

bzw. Abschätzungen vorgenommen werden.

8 Untersuchte Dichtungen und Dichtungskennwerte

Die im Rahmen des Forschungsvorhabens untersuchten Dichtungstypen verschiedener Her-

steller - unverstärkte und metallverstärkte Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE,

Gummi/Stahl- und Graphitdichtungen - sind in Tabelle 3-1 und Tabelle 3-2 mit ihren Abmes-

sungen zusammengestellt.

26

Tabelle 3-1: Untersuchte Dichtungstypen und ihre Abmessungen (Programm in der Prüf-presse); die Zahlenwerte geben die Dichtungsdicke in mm (gerundet) an

a DN40

b DN40

schmal

c DN100

d DN100 schmal

Dichtleiste

(verpresster Dichtungsbereich) Durchmesser Da, Di / Breite B in mm

Typ Code Dichtungs-

kennwerte 1)

Da: 90Di: 50B: 20

Da: 90Di: 60B: 15

Da: 160 Di: 120 B: 20

Da: 160Di: 140B: 10

PTFE gefüllt C1 H, MPA 2 3

2 3

2 3

2 3

PTFE gefüllt E1 H 2 3

2 3

2 3

2 3

PTFE gefüllt mit Graphit A1 H, MPA 2 2 2 2

PTFE gefüllt mit Hohl-glaskugeln D1 H

1 2 3

1 2 3

1 2 3

1 2 3

ePTFE G1 H 3 - 3 6 -

ePTFE I1 H 2 2 2 2

ePTFE mit Diffusions- sperre aus PTFE L1 H, MPA 2 - 2 -

PTFE/EPDM C2 - 3 - 3 -

PTFE/Wellring B2 - 3 3 3 3

PTFE-umhüllt mit Gum-mieinlage und Wellring (nichtrostender Stahl)

L2 - - - 7 -

PTFE-umhüllt mit Weichstoffeinlage und Wellring (nichtrostender Stahl)

H1 - - - 7 -

PTFE-umhüllt mit Weichstoffeinlage und Streckmetall (nichtros-tender Stahl)

H2 - - - 5 -

Gummi/Stahl B1 - 5 5 5 5

Gummi/Stahl M1 (H) 6 - 6 -

Graphit mit Glattblech-einlage N1 H, MPA 2 - 2 -

27

Tabelle 3-2: Untersuchte Dichtungstypen und ihre Abmessungen (Programm in den Prüf-flanschverbindungen); die Angaben für die Dichtungsdicke sind gerundet

c DN100

e DN200

Maße der Dichtleiste in mm Außen- x Innendurchmesser Da x Di

98 x 162 206 x 258

Maße der Dichtungen in mm Außendurchmesser Da Innendurchmesser Di

Dicke hd

Typ Code Dichtungs-

kennwerte 1)

Da x Di x hd Da x Di x hd

PTFE gefüllt C1 H, MPA 115 x 162 x 2 219 x 273 x 2

PTFE gefüllt E1 H 115 x 180 x 2 220 x 261 x 2

PTFE gefüllt mit Hohl-glaskugeln D1 H 113 x 180 x 2 219 x 261 x 2

ePTFE mit Diffusions- sperre aus PTFE L1 H, MPA 115 x 162 x 2 -

1) H: Dichtungskennwerte des Herstellers MPA: Dichtungskennwerte der Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart -: keine Kennwerte verfügbar

Unter „Typ“ ist die Art der Dichtung kurz charakterisiert. Der „Code“ bezeichnet den Dich-

tungshersteller (Großbuchstaben) in anonymisierter Form mit einem Laufindex bei mehreren

Dichtungsvarianten des gleichen Herstellers. Die Nennweiten DN40 bis DN200 werden

durch die Kleinbuchstaben a bis e gekennzeichnet. Diese Kürzel (Kennung) kennzeichnen

zusammen mit der durchlaufenden Versuchsnummer alle Versuche, alle zugehörigen Datei-

en und Ergebnisdarstellungen eindeutig. Beispielsweise steht die Kennung „C1c2“ für

• Hersteller C und Dichtungsvariante 1 „PTFE gefüllt“ dieses Herstellers,

• Nennweite 100 (c) und

• Nenndicke 2 mm (2).

In Tabelle 3-1 und Tabelle 3-2 sind auch die Maßangaben für die Dichtleiste der Prüfplatten

und der Flansche beinhaltet. Mit diesen Angaben wird die verpresste Fläche der Dichtungen

bestimmt, mit der wiederum die effektiv wirksame Dichtungsflächenpressung ermittelt wird.

28

Die in Tabelle 3-1 und Tabelle 3-2 angegebenen Abmessungen der Dichtungen sind Nenn-

maße bzw. Herstellerangaben. Zur Ermittlung der aktuellen Maße wurde jede Dichtung vor

der Prüfung vermessen. Innen- und Außendurchmesser wurden an je zwei um 90° versetz-

ten Positionen, die Dicke wurde an 4 gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Stellen gemes-

sen und gemittelt. Diese Messwerte sind zusammen mit der Versuchsnummer, der Kennung

der Dichtung und den Prüfparametern dokumentiert.

Für alle untersuchten Dichtungsmaterialien wurden die Dichtungskennwerte nach DIN EN

13555 /4/ von den Dichtungsherstellern angefordert, insbesondere die für die Beurteilung der

Ausblassicherheit wesentlichen Kennwerte

• Erforderliche Mindestflächenpressung Qmin (L) für Dichtheitsklasse L bei Montage

(Qmin (0,01), Qmin (0,001), Qmin (0,0001), ...)

• Erforderliche Mindestflächenpressung QS min (L) für Dichtheitsklasse L nach Entlastung

(Betrieb) (QS min (0,01), QS min (0,001), QS min (0,0001), ...)

• Verhältnis der Flächenpressung der Dichtung nach und vor der Relaxation PQR

Diese Angaben sind in den Ergebnisdarstellungen im Anhang für die einzelnen untersuchten

Dichtungstypen - sofern verfügbar (siehe Hinweise unter „Dichtungskennwerte“ in

Tabelle 3-1 und Tabelle 3-2) - beinhaltet. Bei fehlenden Angaben wurde in einigen Fällen auf

Untersuchungsergebnisse der Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart zurückge-

griffen. In allen anderen Fällen konnte das auf den Dichtungskennwerten basierende Kon-

zept des Nachweises der Ausblassicherheit nicht konsequent angewendet werden, so dass

Unsicherheiten bei der Bewertung der betroffenen Dichtungstypen verbleiben.

9 Untersuchungen mit einer Prüfpresse 9.1 Versuchsprogramm

In der Prüfpresse werden Prüfungen an Dichtungen unter idealisierten Bedingungen durch-

geführt, bei denen gezielt wesentliche Parameter einzeln variiert und ihr Einfluss separat

untersucht werden können. Wie bei der Dichtungsprüfung üblich werden biegesteife Prüf-

platten verwendet, so dass die Pressung gleichmäßig auf dem Umfang und in radialer

Richtung über die Breite der Dichtung verteilt ist.

Eine Übersicht über das gesamte Versuchsprogramm in der Prüfpresse ist in Tabelle 4 ge-

geben. Es sind allerdings nur die quantitativ aus- und verwertbaren Versuche mit stufenwei-

ser Entlastung aufgeführt. In dieser Tabelle sind die Angaben zum Dichtungstyp, zum

Dichtungshersteller (Code), zur Art der Dichtleiste (Stahl- bzw. emaillierte Prüfplatten) und

zur Prüftemperatur zusammengestellt. Weiterhin sind Besonderheiten vermerkt:

29

• Prüfungen bei erhöhter Pressung

• Prüfung mit Helium als Prüfmedium

• Langzeitversuch

Beilage 3 gibt die Zuordnung zu den Versuchsnummern wieder, weiterhin sind auch die

Dichtungsabmessungen beinhaltet.

Tabelle 4: Versuchsprogramm in der Prüfpresse

Dichtungstyp Code Dichtleiste Prüftemperatur Besonderheiten

PTFE gefüllt mit Graphit

A1 Stahl RT / 80 °C • -

Gummi/Stahl B1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • -

PTFE/Edelstahl-Wellring

B2 Stahl RT / 80 °C • -

PTFE gefüllt C1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • Prüfung bei erhöhter Pressung

• Prüfung mit Helium als Prüfmedium

• Langzeitversuch

PTFE/EPDM C2 Stahl RT / 80 °C -

PTFE gefüllt mit Hohlglaskugeln

D1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • Prüfung bei erhöhter Pressung

PTFE gefüllt E1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • Prüfung bei erhöhter Pressung

ePTFE G1 Stahl RT / 80 °C • -

PTFE-umhüllt mit Weichstoffeinlage und Wellring

H1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • -

PTFE-umhüllt mit Weichstoffeinlage und Streckmetall

H2 Stahl / Emaille RT / 80 °C • -

ePTFE I1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • -

ePTFE mit Diffu-sionssperre aus PTFE

L1 Stahl / Emaille RT / 80 °C • -

Wellring mit Gummi-Auflagen und PTFE-Hülle

L2 Stahl RT / 80 °C •

Gummi/Stahl M1 Stahl RT / 80 °C • -

Graphit mit Glatt-blecheinlage

N1 Stahl RT / 80 °C • -

30

9.1 Prüfeinrichtung

Die Prüfeinrichtung für die Ausblasversuche muss folgende prüftechnischen Möglichkeiten

bieten:

• Aufnahme einer Dichtung zwischen Prüfplatten hinreichender Größe (Nennweite)

• Einstellung und zeitliche Konstanthaltung definierter Kräfte bzw. Pressungen

• Aufgabe und Regelung des Innendrucks

• Aufheizung der Prüfplatten einschließlich Dichtung

• Erfassung der wesentlichen Messgrößen (Kraft, Druck, Temperatur, Abstand bzw.

relative Verschiebung der Prüfplatten zur Erfassung der Dichtungsdicke bzw. deren

Änderung)

• Messdatenspeicherung

Bei der Prüfeinrichtung handelt es sich um eine universelle Dichtungsprüfeinrichtung vom

Typ TEMES fl.ai1 (AMTEC), Bild 6, eine hydraulische Presse mit Computersteuerung. Die

maximale Presskraft beträgt 1000 kN. Vordefinierte Prüfprogramme werden von Hand ge-

startet und ab einem bestimmten, frei wählbaren Programmpunkt automatisch abgearbeitet.

Die Merkmale der Prüfpresse entsprechen mindestens den Anforderungen der

DIN EN 13555 /4/.

Bild 6: Hydraulische Dichtungsprüf

Prüfrahmen

Leckage-einheit

Druck-speicher

Kühlaggregat

Hydraulik- Aggregat

PC
r He-Massenspektromete
einrichtung (1000 kN)

31

9.1.1 Prüfrahmen und Kraftmessung Der Prüfrahmen enthält im oberen Querhaupt einen Hydraulikzylinder, der in Verbindung mit

dem Hydraulikaggregat eine maximale Prüfkraft von 1000 kN aufbringen kann. Auf dem un-

teren Querhaupt ist die Kraftmessdose angebracht. Zwischen Kraftmessdose und Hydraulik-

zylinder befinden sich zwei komplementäre Anordnungen, die aus je einer biegesteifen Prüf-

platte, einer Heizplatte, einer Isolierplatte und einer Kühlplatte bestehen. In Bild 7 ist eine

ähnliche Anordnung gezeigt, wobei der untere Teil speziell für den Leckageversuch modifi-

ziert ist. Die Dichtung wird zwischen den Prüfplatten, die auf bis zu 450 °C aufgeheizt wer-

den können, verpresst. Der abgedichtete Raum innerhalb der Dichtung kann mit einem In-

nendruck bis zu 160 bar beaufschlagt werden.

Die Entlastung der Dichtung bei der Aufgabe des Innendrucks wird kompensiert. Hierzu wird

die Flächenpressung der Dichtung in dem Maße erhöht, in dem der Innendruck entlastend

gegen die Prüfplatten und die hydraulische Pressenkraft wirkt.

Oberes Querhaupt

Hydraulikzylinder

Kühlplatte

Isolationskörper

Heizplatte

Prüfplatte

Prüfplatte (für die Ermittlung der Leckagerate) Kühlplatte

Wegaufnehmer

Kraftmessdose

Unteres Querhaupt

Bild 7: Prüfrahmen der Dichtungsprüfeinrichtung mit Zubehör und Messtechnik

32

9.1.2 Prüfplatten Prüfplatten aus Stahl

Eine Prüfplatte des Prüfplattenpaares aus Stahl weist eine Dichtleiste der folgenden Geo-

metrien auf (Außendurchmesser x Innendurchmesser):

(a) 90 x 50 mm (Breite 20 mm)

(b) 90 x 60 mm (Breite 15 mm)

(c) 160 x 120 mm (Breite 20 mm)

(d) 160 x 140 mm (Breite 10 mm)

Mit diesen Dichtleisten wird eine definierte Fläche der Dichtungen verpresst, so dass die

effektiv wirksame Dichtungspressung eindeutig festgelegt ist. Die Oberflächen der Dichtleis-

ten sind fein gedreht mit einer Rauheit Ra < 3,2 µm (Überprüfung mit Gerät vom Typ

Hommelwerke Turbo Wave V7.5, Taster TK300) und damit im Hinblick auf die Ausblassi-

cherheit konservativ abdeckend für die Dichtleistenrauheit gemäß Dichtungsprüfnorm DIN

EN 13555 /4/ (3,2 µm < Ra < 6,3 µm) und Flanschmaßnorm DIN EN 1092-1 /5/.

Emaillierte Prüfplatten

Die ebenen emaillierten Prüfplatten haben die nominellen Abmessungen 151 x 100 mm (Au-

ßendurchmesser x Innendurchmesser). Die Oberflächenbeschaffenheit entspricht gültigen

Normen.

9.1.3 Verschiebungsmessung Drei Wegaufnehmer vom Typ Novotechnik TR 10, Bild 8, sind in einer 120°-Anordnung auf

dem Umfang verteilt über ein Gestänge aus Keramik an den Heizplatten befestigt. Mit ihnen

wird die absolute Dicke der Dichtung und deren Veränderung während des Versuchs ermit-

telt. Der geringe Temperaturgang wird im Messprogramm korrigiert.

Bild 8: Wegaufnehmer

33

9.1.4 Temperaturmessung Je ein Temperatursensor (Typ PT100) ist an der oberen und unteren Prüfplatte angebracht.

Sie dienen sowohl für die Ermittlung der Prüftemperatur als auch für die Temperaturrege-

lung.

9.1.5 Druckmessung Der Innendruck (Überdruck) wird mit einem Aufnehmer vom Typ HBM PE-300 registriert.

Außerdem verfügt die Prüfpresse über einen Differenzdruckaufnehmer vom Typ HBM PDE-

300, der eine Druckdifferenz von max. ± 500 mbar erfasst.

9.1.6 Leckageratenermittlung Mit Hilfe der oben beschriebenen Drucksensoren ist die Ermittlung der Leckagerate sowohl

nach der Druckabfallmethode als auch nach der Differenzdruckmethode möglich.

Bei Verwendung spezieller Prüfplatten kann die Leckagerate auch mittels eines Helium-

Massenspektrometers nach der Vakuummethode bestimmt werden.

Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde ausschließlich die Druckabfallmethode angewen-

det. Nachdem die Dichtungsflächenpressung aufgebracht ist, wird der abgedichtete Raum

innerhalb der Dichtung mit Prüfgas (Stickstoff, wenige Versuche vergleichsweise mit Helium)

gefüllt. Nach einer kurzen Wartezeit für den Temperaturausgleich - bei Druckaufbringung

kann eine Temperaturerhöhung eintreten - wird zum Anfangszeitpunkt t0 der aktuelle Druck

pt0 und die Temperatur Tt0 gemessen. Zum Zeitpunkt t1 am Ende der Prüfdauer ∆t = t1 - t0

wird der Druck pt1 und die Temperatur Tt1 gemessen. Die Leckagerate [mg/(s·m)] wird nach

der folgenden Formel berechnet:

∆

T p p

⋅

⋅ ρ

t

T D

p

T V

t

t

t

t

m

N N

N M −

⋅

⋅

= 0

0

1

1

2

π λ

VM ist das Messvolumen, TN die Normaltemperatur (273,15 °C), pN der Normaldruck (1,013

bar), die Dichte von Stickstoff und D2Nρ m der mittlere Dichtungsdurchmesser.

Der erste Term der Formel stellt eine zeitunabhängige Größe dar, der zweite Term entspricht

der Steigung der Funktion t

t

Tp über der Zeit.

9.1.7 Qualitätssicherung Alle Prüfeinrichtungen und Messsysteme unterliegen dem Qualitätsmanagement der

Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart. Sie werden in regelmäßigen Intervallen

kalibriert mit Rückführung auf nationale Normale. Alle Versuchsdaten werden von mehreren

Personen unabhängig voneinander auf Richtigkeit überprüft.

34

9.2 Prüfverfahren

9.2.1 Versuch mit kontinuierlicher Entlastung Für eine erste und schnelle Übersicht über das Verhalten von Flanschverbindungen unter

Innendruck bei Entlastung der Dichtung wurden zunächst Versuche mit kontinuierlich redu-

zierter Dichtungsflächenpressung bis hin zum Versagen (Ausblasen, grobe Leckage) durch-

geführt. Dabei wurde zunächst eine Anfangspressung QA aufgebracht und für 30 min gehal-

ten. Danach folgte die langsame kontinuierliche Entlastung bis auf 1 MPa Pressung, Bild 9.

kontinuierlicher Entlastungsversuch Nr. 13 - C1a2 - 92.0x49.0x1.93 Dichtleisten: 90 x 50

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1000 2000 3000 4000 5000

Zeit [s]

Inne

ndru

ck [

bar]

Fl

äche

npre

ssun

g [M

Pa]

.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

Dic

htun

gsdi

cke

[mm

]

Innendruck [bar]Flächenpressung [MPa]Dichtungsdicke [mm]

RT

N2

St-a

QA=20 MPa

Bild 9: Versuchsablauf mit kontinuierlicher Entlastung: zeitlicher Verlauf von Flächenpres-sung, Innendruck und Dichtungsdicke

In der Darstellung des Innendrucks als Funktion der Flächenpressung, Bild 10, ist bei ca. 2

MPa Pressung beginnender Druckabfall erkennbar, d.h. ab dieser Pressung ist bei Entlas-

tung mit Ausblasen zu rechnen. Versuche dieser Art mit kontinuierlicher Entlastung liefern

bei kurzer Versuchsdauer einen schnellen Überblick darüber, bei welcher Flächenpressung

das Ausblasen in Form von katastrophalem Dichtungsversagen (Aufreißen und Ausblasen

der Dichtung) oder grober Leckage eintritt. Sie lassen eine erste Beurteilung des Ausblas-

verhaltens von Dichtungen in Flanschverbindungen zu, sind aber nicht quantitativ hinsichtlich

Leckagerate verwertbar. Der anfänglich aufgebrachte Innendruck fällt je nach Dichtungstyp

ähnlich wie die Flächenpressung kontinuierlich ab, so dass das eigentliche Ausblasen bei

einem zufälligen, nicht vorher bestimmbaren Innendruck stattfindet.

35

kontinuierlicher Entlastungsversuch Nr. 13 - C1a2 - 92.0x49.0x1.93 Dichtleisten: 90 x 50

35

35.5

36

36.5

37

37.5

38

38.5

39

39.5

40

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Flächenpressung [MPa]

Inne

ndru

ck [

bar]

RT

N2

St-a

5

QA=20 MPa

Bild 10: Versuche mit kontinuierlicher Entlastung: Darstellung des Innendrucks über der Flächenpressung

Der Vergleich der Untersuchungsergebnisse der Prüfungen mit kontinuierlicher und stufen-

weiser Entlastung (Kap. 9.3.2) hat gezeigt, das sich das Dichtungsverhalten hinsichtlich

Ausblassicherheit bei kontinuierlicher Entlastung immer günstiger darstellt als bei stufenwei-

ser Entlastung. Ausblasen tritt bei kontinuierlicher Entlastung bei niedrigeren Dichtingsflä-

chenpressungen auf. Insofern wird der Versuch mit stufenweiser Entlastung bevorzugt, weil

er zu einer konservativen Beurteilung des Dichtungsverhaltens führt.

Weiterhin macht die Definition des Begriffs „Ausblasen“ als Versagen (Aufreißen und Aus-

blasen der Dichtung) oder als grobe Leckage (Anstieg der Leckagerate um einen Faktor 100

gegenüber der betrachteten Dichtheitsklasse) eine quantitative Erfassung der Leckagerate

erforderlich. Dies ist bei kontinuierlicher Entlastung nicht möglich, wohl aber in Versuchen mit

stufenweiser Entlastung und jeweiligen Haltezeiten.

9.2.2 Versuch mit stufenweiser Entlastung Die Dichtung wird zunächst verpresst mit einer Pressung QA, die größer oder gleich Qmin (L)

für die geforderte Dichtheitsklasse L ist. Diese Angaben leiten sich aus den Ergebnissen des

Leckageversuchs nach DIN EN 13555 /4/ (Zusammenhang zwischen Flächenpressung und

Leckagerate) ab. Bei jeder der folgenden Entlastungsstufen wird zu Beginn der Haltezeit der

Prüfdruck, sofern ein Abfall bei der vorhergehenden Stufe und Haltezeit zu verzeichnen war,

wieder neu eingestellt. Aus dem Druckabfall wird bei jeder Entlastungsstufe die Leckagerate

36

bestimmt. Auf diese Weise wird die Pressungsstufe bestimmt, bei der die Leckagerate um

einen Faktor 100 gegenüber der betrachteten Dichtheitsklasse ansteigt.

In Bild 11 ist beispielhaft ein Ergebnis des Leckageversuchs DIN EN 13555 /4/ mit abgeleite-

ten Dichtungskennwerten Q min (L) und QS min (L) für eine Dichtung mit der Kennung C1c2 wie-

dergegeben. Zu Bild 11 ist anzumerken, dass die Dichtungsprüfung in diesem Fall bei 16 bar

Innendruck (Helium) erfolgt war. Deshalb wurde in konservativer Weise (/1/, /7/) eine Um-

rechnung der Ergebnisse auf 40 bar Innendruck vorgenommen nach der Beziehung für die

Druckabhängigkeit der Leckagerate λ (Annahme: laminare Strömung):

λ (40 bar) = (40/16)2 · λ (16 bar)

Weiterhin ist anzumerken, dass die Leckageversuche nach DIN EN 13555 /4/ mit Prüfmedi-

um Helium durchgeführt werden. Die Umrechnung der Ergebnisse auf das Prüfmedium

Stickstoff wurde in Kap. 6 behandelt. Auf die Dichtungskennwerte hat die Wahl des Prüfme-

diums allerdings keinen wesentlichen Einfluss.

Bei den nachfolgend berichteten Untersuchungen wurde die Dichtheitsklasse L stets mit 0,01

mg/(s·m) angesetzt. Die minimale Anfangspressung QA wurde jedoch auf 10 MPa festgelegt,

weil in DIN EN 13555 /4/ die Anfangspressung bei der standardmäßigen Dichtungsprüfung

zur Ermittlung der Dichtungskennwerte mindestens 10 MPa beträgt und es deshalb für nied-

rigere Flächenpressungen in der Regel keine Kennwerte gibt.

Nach dem Verpressen (QA) wird der Innendruck aufgebracht und die Prüfeinrichtung bei

warmgehenden Versuchen nachfolgend aufgeheizt. Die Pressung wird bis zum Erreichen

der Endtemperatur oder bei Raumtemperaturversuchen für mindestens 30 min konstant

gehalten. Danach wird die Pressung auf die erste Entlastungsstufe abgesenkt, die etwas

größer als QS min (L) gewählt wird. Ab dieser Pressungsstufe wird weiter stufenweise in Schrit-

ten von 1 MPa entlastet bis auf eine Minimalpressung von 1 MPa bzw. bis zum Versagen der

Dichtung (Aufreißen) oder Überschreitung des Leckageratenkriteriums für Ausblasen. Bild 12

zeigt die Verläufe für die Dichtung C1c2. Für wesentliche Entlastungsstufen, hauptsächlich

für die kurz vor dem Versagenspunkt, wird aus dem zeitlichen Druckabfall die Leckagerate

berechnet. Als Ergebnis wird die Leckagerate in Abhängigkeit von der Dichtungspressung

dargestellt, aus der sich unmittelbar Aussagen zum Ausblasverhalten der Dichtung ableiten

lassen. Im Bild 13 (Versuch 95) sind die aus Bild 12 ermittelten Leckageraten über der zuge-

hörigen Dichtungsflächenpressung aufgetragen. Nach der Unterschreitung von QS min (L)

(4 MPa) steigt die Leckagerate sehr stark an, was dem Fall B der Definition der Ausblassi-

cherheit entspricht.

Die für die einzelnen untersuchten Dichtungen ermittelten Verläufe der Leckagerate in Ab-

hängigkeit von der Dichtungsflächenpressung lassen grundsätzlich vier unterschiedliche Ver-

37

haltenstypen erkennen. Nachfolgend ist jeweils ein typisches Beispiel dargestellt und erör-

tert, Bild 14 bis Bild 17.

Dichtung C1c2Prüfdruck: 16 bar Helium / Temperatur: RT

Versuchsnummer: 26

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1010-1011-1012-1013-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1022-1023-1024-1025-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002 6-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010 4-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018 3-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017 7-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026 6-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039-1001-1002-1003-1004-1005-1006-1007-1008-1009-1010-1011-1012-1013-1014-1015-1016-1017-1018-1019-1020-1021-1022-1023-1024-1025-1026-1027-1028-1029-1030-1031-1032-1033-1034-1035-1036-1037-1038-1039

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933 16-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959

-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959-921-922-923-924-925-926-927-928-929-930-931-932-933-934-935-936-937-938-939-940-941-942-943-944-945-946-947-948-949-950-951-952-953-954-955-956-957-958-959-1026-1021-1027-1009-1038-1014

-1040

-1037-1038-1027-1039

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

0 5 10 15 20 25 30 35Flächenpressung / MPa

Leck

ager

ate

/ mg/

(sm

)

Umrechnung auf 40 bar

QS min (0,01)

Qmin (0,001)

Bild 11: Ergebnis des Leckageversuchs nach DIN EN 13555: Zusammenhang zwischen Flächenpressung und Leckagerate und Ableitung der Dichtungskennwerte Qmin (L) und QS min (L) (Quelle: MPA Stuttgart)

Bild 12: Versuchsablauf mit stufenweiser Entlastung: zeitlicher Verlauf von Flächenpres-sung, Innendruck und Dichtungsdicke

38

a

Bild 13: Versuch mit stufenweiser Entlastung: Ermitt

39

QS min (0,01) = 4 MP

lung der Leckagerate aus Bild 12

Typ 0 (Versuch Nr. 93 - Bild 14): PTFE-Dichtung mit Wellring

Zu diesem Dichtungstyp lagen keine Dichtungskennwerte vor. Die Entlastungsversuche zeig-

ten aber, dass Q min (0,01) und QS min (0,01) < 10 MPa sind.

Die Leckagerate bleibt bei Entlastung bis herab auf 1 MPa auf nahezu gleichbleibendem nie-

drigen Niveau unterhalb von 0,01 mg/(s·m). Es gibt keinerlei Anzeichen für ein beginnendes

Ausblasen. Die übliche Auslegung (Nachweis der Einhaltung der Mindestpressung QS min (L)

deckt auch den Aspekt „Ausblassicherheit“ ab, sofern QS min (0,01) > 2 MPa ist.

Bild 14: Versuch mit stufenweiser Entlastung - Typ 0 (PTFE-Dichtung mit Wellring)

40

Typ 1 (Versuch Nr. 139 - Bild 15): PTFE gefüllt (Q min (0,01) = 15 MPa, QS min (0,01) = 10 MPa)

Die Leckagerate steigt mit abnehmender Dichtungspressung stetig, gleichmäßig und in be-

grenztem Maße an. Das Ausblaskriterium (100fache Erhöhung der Leckagerate) wird erst

nach einer Absenkung der Dichtungspressung um mehr als 50 % des Wertes für QS min (0,01)

erreicht. Ein tatsächliches Ausblasen tritt bis dahin nicht auf. Dieses Verhalten kann als

„gutmütig“ und „kalkulierbar“ hinsichtlich Ausblassicherheit angesehen werden. Die übliche

Auslegung (Nachweis der Einhaltung der Mindestpressung QS min (L)) deckt auch den Aspekt

„Ausblassicherheit“ ab.

Bild 15: Versuch mit stufenweiser Entlastung - Typ 1 (g

41

QS min (0,01) = 10 MPa

efülltes PTFE)


Ein anderes Verhalten zeigt Bild 16. Es handelt sich hierbei um eine gefüllte PTFE-Dichtung,

deren Leckagerate bei 5 MPa Pressung noch unterhalb von 1·10-2 mg/(s·m) liegt. Bei der

weiteren Entlastung von 5 auf 3 MPa steigt die Leckagerate dann etwa um den Faktor 1000

an, ist aber noch quantifizierbar. Eine geringfügige Unterschreitung (3,3 MPa) von QS min (0,01)

(4 MPa) führt hier nahe an den Versagenspunkt heran. In diesem Fall ist die Verwendung

eines höheren Sicherheitsbeiwerts zur Gewährleistung der Ausblassicherheit angebracht.

a

Bild 16: Versuch mit stufenweiser Entlastung - Typ 2

42

QS min (0,01) = 4 MP

(gefülltes PTFE)


Bei der Entlastung bis 4 MPa bleibt die Leckagerate auf einem Niveau im Bereich von

0,01 mg/(s·m). Bei weiterer Entlastung etwas unterhalb von QS min (0,01) tritt schlagartig Aus-

blasen auf. Ein hinreichender Sicherheitsabstand zur kritischen Dichtungspressung, bei der

Ausblasen eintritt, ist geboten.

a

Bild 17: Versuch mit stufenweiser Entlastung - Typ 3

9.2.3 Langzeitversuche Zur Ergänzung der Kurzzeitversuche mit stufenweis

Aussagefähigkeit dieser Kurzzeitversuche im Hinblic

den exemplarisch zwei Langzeitversuche mit dem D

bei 80 °C durchgeführt. Es wurde die gleiche Anfan

such mit stufenweiser Entlastung gewählt. Im Kurzze

eine Leckagerate von etwas weniger als 0,01 mg/(s

etwas über 0,01 mg/(s·m) und bei 2 MPa deutlich ü

Bilder C1_2.10 und C1_2.11 im Anhang.

Deshalb wurde im ersten Langzeitversuch mit einer

ßen- und 115 mm Innendurchmesser und einer abg

und 120 mm Innendurchmesser (Kennung C1d2) a

MPa stufenweise 3 MPa entlastet. Diese Pressung

43

QS min (0,01) = 4 MP

(gefülltes PTFE)

er Entlastung und zur Absicherung der

k auf langzeitige Ausblassicherheit wur-

ichtungsmaterial C1 (Dicke 2 und 3 mm)

gspressung 14 MPa wie im Kurzzeitver-

itversuch war bei Entlastung auf 4 MPa

·m) ermittelt worden, bei 3 MPa lag sie

ber 1 mg/(s·m), siehe Versuch Nr. 102,

2 mm dicken Dichtung mit 162 mm Au-

esetzten Dichtleiste mit 160 mm Außen-

usgehend von der Anfangspressung 14

wurde über ca. 100 h konstant gehalten

und der Druck wurde alle 2 Stunden wieder auf 40 bar eingestellt; dieser Vorgang wurde

insgesamt 50 mal wiederholt. In jedem dieser Intervalle von 2 h fiel der Druck von 40 bar auf

ca. 25 bar ab, siehe Bild 18 und Versuch Nr. 170, Bilder C1_2.12 und C1_2.13 im Anhang.

Eine systematische Veränderung des Druckabfalls in Abhängigkeit von der Zeit war nicht zu

verzeichnen. Ausblasen trat nicht auf. Nach dem Versuchsende zeigte der Vergleich der

untersuchten Dichtung mit einer ungeprüften, dass der mittlere Durchmesser sich nicht unter

dem Einfluss des Innendrucks verändert hatte. Die Dichtung war allerdings verbreitert und

ragte sowohl innenseitig als auch außen über die 20 mm breite Dichtleiste hinaus. Es kann

vermutet werden, dass ein Ausblasen dadurch behindert wurde, dass sich die Dichtleiste in

die Dichtung eingeprägt hatte und somit eine Art Formschluss entstanden war, der einem

Herauspressen der Dichtung entgegen wirkt. Dieser Effekt tritt in realen Flanschverbindun-

gen mit glatten Flanschen und Flanschen mit Dichtleisten, die bis zum Innendurchmesser

der Flansche durchgehen, nicht auf.

Um diese Frage zu klären, wurde ein weiterer Versuch mit einer 3 mm dicken Dichtung des

gleichen Typs und 162 mm Außen- und nur 140 mm Innendurchmesser (Kennung C1d3) mit

denselben Prüfplatten durchgeführt, Bild 19 und Versuch Nr. 174, Bilder C1_3.12 und

C1_3.13 im Anhang. Bei dieser schmalen Dichtung wurde im Kurzzeitversuch bei 6 MPa

Pressung eine Leckagerate von weniger als 0,01 mg/(s·m) verzeichnet, während bei 5 MPa

„Ausblasen“ eintrat (d.h. ein Befüllen mit Druckmedium war nicht mehr möglich), siehe Bild

20 und Versuch Nr. 173, Bilder C1_3.10 und C1_3.11 im Anhang. Hier ist ein Vergleich mit

Bild 21 und Versuch Nr. 129, Bilder C1_3.8 und C1_3.9 im Anhang, interessant. Dieser Ver-

such wurde mit einer schmalen Dichtung und schmaler Dichtleiste durchgeführt. Man erkennt

einen deutlichen Anstieg der Leckagerate auf 0,1 mg/(s·m) bei 5 MPa, die sich auch bei 4

MPa und 3 MPa nicht nennenswert ändert. In diesem Versuch, Bild 21, wäre das Ausblasen

ohne die Abstützung des Dichtungsüberstandes an der Innenkante der Dichtleiste vermutlich

bei 5 MPa eingetreten. Bei einer Pressung von 6 MPa wird jedoch auch nach 240 h Prüfdau-

er im Langzeitversuch unter anstehendem Druck keinerlei Anzeichen für ein Ausblasen ver-

merkt, Bild 19.

Die Ergebnisse dieser zwei Langzeitversuche lassen im Vergleich zu den entsprechenden

Kurzzeitversuchen zunächst keinen relevanten Einfluss der langzeitigen Druckbeaufschla-

gung unter den gewählten Randbedingungen erkennen. Eine erweiterte Betrachtung unter

Einbezug anderer Dichtungsarten und Randbedingungen ist zur Absicherung erforderlich.

44

Bild 18: Langzeitversuch Kennung C1c2 Druckbeauschlagung; breite Dich

H

H

Bild 19: Langzeitversuch Kennung C1d3 Druckbeauschlagung; breite Dich

altezeit ∼ 100 h

bei 80 °C (ca. 100 h bei 3 MPa Pressung; 50 mal tleiste mit Durchmesser 160 x 120 mm)

altezeit 240 h

bei 80 °C (240 h bei 6 MPa Pressung; 120 mal tleiste mit Durchmesser 160 x 120 mm)

45

Bild 20: Kurzzeitversuch Kennung C1d3 bei 80 °C mit breiter Dichtleiste (Durchmesser 160 x 120 mm)

Bild 21: Kurzzeitversuch Kennung C1d3 bei 80 °C mit schmaler Dichtleiste (Durchmesser 160 x 140 mm)

46

9.3 Prüfergebnisse und Klassifizierung des Ausblasverhaltens

Alle Prüfergebnisse sind in der Anlage (A1, B1, B2, C1_2, C1_3, C2, D1_1, D1_2, D1_3,

E1_2, E1_3, G1_3, H1, H2, I1, L1, L2, M1 und N1) enthalten.

9.3.1 Dichtungstypen „PTFE gefüllt“ und „ePTFE“ In der Beilage 4-1 bis 4-2 sind die wichtigsten Angaben zu den einzelnen Versuchen an die-

sen Dichtungstypen zusammengestellt; die entsprechenden Verläufe sind im Anhang zu fin-

den.

In der Spalte „Verhaltenstyp“ ist bei den Versuchen und Dichtungen, für die keine Dichtungs-

kennwerte vorliegen, z.B. Versuche bei 80 °C, die Kennzeichnung des Verhaltenstyps in

Klammern gesetzt. Wenn die angestrebte Dichtheitsklasse von 0,01 nicht erreicht wurde,

steht unter "Bemerkung": "0,01 n.e." (nicht erreicht).

Bei den Dichtungstypen A1, D1 und E1 mit höheren Qmin (L)- und QS min (L)-Werten wurde bei

den Abmessungen a2 und c2 der Verhaltenstyp 1 gefunden, so dass diese Dichtungen als

ausblassicher bei Einhaltung der Randbedingungen für Dichtheit im Betrieb zu bezeichnen

sind. Bei den restlichen Dichtungstypen wurde allgemein der Verhaltenstyp 2 ermittelt, was

auf die niedrigen Qmin (L)- und QS min (L)-Werte zurückzuführen ist. Für diese Dichtungen sind

bei der Auslegung die diskutierten Maßnahmen (Einhaltung einer Mindestpressung im Be-

trieb größer QS min (L)) zu treffen, wenn Ausblassicherheit gefordert ist.

Aus den Ergebnissen der durchgeführten Untersuchungen geht weiter hervor, dass der

Durchmesser selbst keinen relevanten Einfluss auf die Ausblassicherheit haben dürfte. Da-

gegen kann die Verminderung der Breite der Dichtung (vergleiche z.B. Dichtung E1 mit 10

mm Breite, Bild E1_2.13 im Anhang) bzw. die Erhöhung der Dichtungsdicke (z.B. Dichtung

C1 mit 3 mm Dicke) zur Verringerung der Ausblassicherheit führen. Deshalb sind Dichtungs-

dicke und -breite in diesem Zusammenhang als Versuchsparameter zu betrachten.

Mit den Versuchen bei 80° sollte der Temperatureinfluss auf das Ausblasverhalten unter-

sucht und abgeschätzt werden. Es wurde nachgewiesen, dass sich die erhöhte Temperatur

in diesem Bereich nicht negativ auf die Ausblassicherheit auswirkt und die Versuche bei

Raumtemperatur abdeckend sind. Dies wird in Beilage 3-2 und 3-3 mit k. E. (kein Einfluss)

vermerkt.

Das Langzeitverhalten von Dichtungen des Typs "PTFE gefüllt" wurde in Kapitel 9.3.3 analy-

siert.

9.3.2 Dichtungstypen PTFE/EPDM, PTFE umhüllt, PTFE/Wellring, Wellring mit Gummiauflage und PTFE Hülle

Die Angaben zu diesen Dichtungen fasst Beilage 4-3 zusammen.

47

Für diese Dichtungen liegen zwar keine Kennwerte vor, einige dieser Typen zeigen aber bis

zu kleinsten Pressungen die niedrigsten Leckageraten, d.h., wenn überhaupt tritt das Aus-

blasen erst bei sehr niedrigen Pressungen auf. Die Dichtungen H1 und H2 sind speziell für

Anwendungen mit emaillierten Flanschen entwickelt worden. Hier ist auch das Ausblasver-

halten in Verbindung mit emaillierten Dichtflächen besonders gut.

9.3.3 Dichtungstyp Gummi/Stahl Die Angaben zu diesen Dichtungen sind in Beilage 4-4 zusammengestellt. Einige Dichtungen

zeigen zwar Verhaltenstyp 0, wegen der sehr niedrigen QS min (L)-Werte ist aber die Unsicher-

heit hinsichtlich einer möglichen Unterschreitung dieser Dichtungsflächenpressung hoch, so

dass die Bewertung mit Typ 2 angemessen erscheint. Bei den Prüfungen bei 80° wurde auch

eine Änderung des Verhaltens (von Typ 0 auf Typ 2) festgestellt. In der Regel tritt das Aus-

blasen bei diesen Dichtungen erst bei sehr niedrigen Pressungen ein.

9.3.4 Dichtungstyp Graphit mit Glattblecheinlagen In Beilage 4-5 sind die Angaben zu diesen Dichtungen zusammengefasst. Bei dieser Dich-

tung wird die geforderte Dichtheitsklasse von 0,01 auch bei einer sehr hohen Vorverformung

nicht erreicht, so dass eine Bewertung nur für die Dichtheitsklasse 0,1 mg / (s·m) möglich ist.

Hierbei wird Verhaltenstyp 2 ermittelt, s. Bild N1.3 im Anhang.

9.3.5 Ermittlung der Reibkoeffizienten der Dichtungen zwischen den Prüfplatten der Prüfpresse

Für diejenigen Versuche, in denen die Dichtung eindeutig bei einer definierten Dichtungsflä-

chenpressung herausgedrückt worden war, wurde der Reibkoeffizient µ der Dichtungen zwi-

schen den Prüfplatten der Prüfpresse ermittelt nach der Beziehung

A

RFF

µ= .

Der Reibkoeffizient ist der Quotient von ausblasfördernder Radialkraft FR und ausblas-

hemmender effektiver Axialkraft FA auf die Dichtung:

phDF DiR ⋅⋅=

( ) A2i

2aA DD

42F σ⋅−

π⋅=

In der letzten Beziehung ist berücksichtigt, dass die Dichtung zwei Reibflächen auf Dich-

tungsober- und -unterseite hat.

Die Größen in den o.g. Beziehungen sind die folgenden:

Di: Innendurchmesser der Dichtung

Da: Außendurchmesser der Dichtung

48

hD: aktuelle Dicke der Dichtung beim Ausblasen

p: Innendruck

σA: effektiv wirksame Dichtungsflächenpressung

Die Ergebnisse dieser Analysen sind in Tabelle 5 zusammengestellt. Der ermittelte Reib-

koeffizient für die vier betrachteten Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE liegt zwi-

schen 0,04 und 0,05, vergleichbar mit Angaben in /3/ für Dichtungen auf der Basis von PTFE

(µ = 0,05). Bei den in Tabelle 5 aufgeführten herausgedrückten Dichtungen handelt es sich

um schmale Dichtungen (erste 3 Fälle, verpresste Breite 10 mm) bzw. um eine dicke Dich-

tung (vierter Fall E1_3.5, Ausgangsdicke 3,25 mm), geometrische Bedingungen, die ein Her-

ausdrücken der Dichtung begünstigen.

Tabelle 5: Auswertung der Ausblasversuche zur Ermittlung der Reibkoeffizienten

Bild (Anhang)

Maße Dichtung [mm] Maße Dichtleiste [mm]

Material Reibkoeffizient µ

C1_3.7 161,4 x 139,4 x 3,07160 x 140 (Stahl)

PTFE gefüllt 0,05

D1_2.9 160,6 x 140,0 x 2,31160 x 140 (Stahl)

PTFE gefüllt mit Glaskugeln 0,045

D1_2.11 161,0 x 140,4 x 2,39160 x 140 (Stahl)

PTFE gefüllt mit Glaskugeln 0,04

E1_3.5 161,3 x 119,3 x 3,25160 x 120 (Stahl)

PTFE gefüllt 0,04

10 Untersuchungen mit Prüfflanschverbindungen 10.1 Versuchsprogramm

Eine Übersicht über das Versuchsprogramm (Innendruckversuche) in den beiden

Prüfflanschverbindungen ist in Tabelle 6 gegeben. In dieser Tabelle sind den durchgeführten

Versuchen (Versuchs-Nr.) die Angaben zum Dichtungstyp, zu den Dichtungsherstellern/-

werkstoffen (Code) und den Dichtungs-, Dichtleisten- und Flanschabmabmessungen

(Nennweite, Druckstufe) zugeordnet. Weiterhin sind Besonderheiten vermerkt:

• 1 Schraube nicht bzw. wenig angezogen

• Flanschdichtleiste mit erhöhter Rauheit

49

Tabelle 6: Versuchsprogramm (Innendruckversuche) in Flanschmodulen bei RT und 40 bar; die Zahlen geben die Versuchs-Nr. an

Typ PTFE gefüllt

PTFE gefüllt mit Hohlglas-

kugeln

PTFE gefüllt

ePTFE mit Diffusions- sperre aus

PTFE

Code C1 D1 E1 L1

Dichtungsabmessungen [mm] 115x162x2 115x180x2 113x180x2 115x162x2

Flanschverbindung DN100 PN160 Dichtleiste: 98 x 162 mm 162 164

143 144 165

145 147 (60 bar)

Flanschverbindung DN100 PN160 Dichtleiste: 98 x 162 mm 1 Schraube nicht angezogen

166 167 168 169 -

Dichtungsabmessungen [mm] 219x273x2 220x261x2 219x261x2 -

Flanschverbindung DN200 PN6 Dichtleiste: 206 x 258 mm

156 159 157 158 -

Flanschverbindung DN200 PN6 Dichtleiste: 206 x 258 mm 1 Schraube nicht bzw. wenig angezogen

171 172 - - -

Flanschverbindung DN200 PN6 Dichtleiste: 206 x 258 mm Dichtleiste mit erhöhter Rauheit

175 - - -

Weiterhin wurden Untersuchungen zur Flanschblattneigung in den beiden Prüfflanschverbin-

dungen durchgeführt.

10.2 Ausführung der Prüfflanschverbindungen

Einige wichtige Einflüsse auf das Ausblasen von Flanschdichtungen können in einer

Prüfpresse nicht untersucht werden. Dies sind insbesondere die Variation der

Dichtungspressung über dem Dichtungsumfang infolge der endlichen Teilung des

Schraubenlochkreises und der Streuung der Schraubenkräfte bei der Montage sowie die

Variation der Dichtungspressung über der Dichtungsbreite infolge der Flanschblattneigung.

Für die Untersuchung der Auswirkungen dieser Einflussgrößen wurden zwei

Prüfflanschverbindungen erstellt: einerseits eine relativ “weiche” Flanschverbindung

DN200 PN6 und andererseits eine “steife” Verbindung DN100 PN160, jeweils mit

Stahlflanschen DIN EN 1092-1 aus Werkstoff 1.4571. Bei der weichen Flanschverbindung ist

bei hohen Schraubenkräften von einer signifikanten Flanschblattneigung auszugehen,

während die steife Flanschverbindung ein mit der Prüfpresse vergleichbares Verhalten

erwarten lässt. Beide Prüfflanschverbindungen werden mit je 8 Schrauben (Güte A2-70)

verspannt mit der Option, die Kräfte einzelner oder mehrerer Schrauben gezielt zu variieren.

50

Die Dichtleisten der Flansche wurden fein gedreht mit einer Rauheit Ra < 3,2 µm (Turbo

Wave V7.5 Hommelwerke, Taster TK300). Für die Untersuchung des Einflusses der Rauheit

der Dichtleisten auf das Ausblasverhalten wurde exemplarisch die Dichtleiste der

Flanschverbindung DN200 PN6 - ausgehend von der fein gedrehten Oberfläche der Rauheit

Ra < 3,2 µm - grob gedreht mit einer Rauheit Ra ≈ 16 µm.

Die Rohransätze der Flansche der Prüfflanschverbindungen sind mit Blinddeckeln

zugeschweißt. Es sind Füllkörper in den Flanschverbindungen integriert, um das

abgedichtete Volumen innerhalb der Prüfflanschverbindungen zu reduzieren. Das ist sowohl

aus Gründen der Sicherheit (Begrenzung des Druckvolumens) als auch für hinreichende

Empfindlichkeit der Leckageratenmessung nach der Druckabfallmethode erforderlich. In

einem der Blinddeckel ist jeweils ein Rohr für die Zuführung des Druckmediums und für die

Messung des Innendrucks eingeschweißt. Bild 22 und Bild 25 zeigen die montierten

Prüfflanschverbindungen DN100 PN160 und DN200 PN6 mit teilweise aufgesetzten

Hydraulikzylindern und Messuhren. Technische Zeichnungen sind in Bild 24 und Bild 26

wiedergegeben.

10.3 Montage der Prüfflanschverbindungen

Für das kontrollierte Aufbringen der Einbauschraubenkraft werden spezielle kraftkalibrierte

Messschrauben verwendet, ähnlich wie in DIN 28090-2 /6/ beschrieben. Diese

Messschrauben sind hohl gebohrt und mit einem inneren Messstift versehen, der bei der

Verspannung der Schrauben unbelastet bleibt. Mit Hilfe von aufgeschraubten Messuhren

kann die Längung jeder einzelnen Schraube als Differenz der Schrauben- und Messstiftänge

bestimmt und in Kraft umgerechnet werden. Dieses Messverfahren ist abhängig von der

wirksamen Schraubenlänge, dem Bereich zwischen der Schraubenkopfauflage und dem

Kraftangriffspunkt der Mutter. Sie hängt ab von der aktuellen Dichtungsdicke, der Dicke der

Flansche und verwendeten Unterlegscheiben und ggf. der Flanschblattneigung. Der Kraftan-

griffspunkt der Mutter kann nicht genau festgelegt werden, so dass diesbezüglich eine ge-

wisse begrenzte Messunsicherheit bleibt.

Die Montagekraft kann auf drei unterschiedliche Weisen aufgebracht werden:

a Die Schrauben werden konventionell mit Hilfe von Schraubenschlüsseln angezogen.

Die Kontrolle der Schraubenkräfte und damit der Flächenpressung erfolgt über die

aufgesetzten Messuhren.

b Die Spezialschrauben werden hydraulisch mit Hilfe von Hydraulikzylindern angezo-

gen. Die Hydraulikzylinder sind ringförmig gestaltet und werden über Schraube und

Mutter gestülpt und auf der Unterlegscheibe bzw. auf dem Flanschblatt aufgesetzt.

Eine Zugmutter wird auf das verlängerte Gewinde der Spezialschrauben aufge-

schraubt und greift so am Schraubenende an, wobei sie sich am Hydraulikzylinder 51

innen abstützt, Bild 23. Die Kontrolle der Schraubenkraft erfolgt sowohl über die

aufgesetzten Messuhren als auch über den Hydraulikdruck. Beide Anzeigen werden

zur Ermittlung der wahren Schraubenkraft und damit der Flächenpressung herange-

zogen. Bei diesem Anziehverfahren ist zu beachten, dass die wirksame Schrauben-

länge bei Verwendung der Hydraulikzylinder deutlich größer ist, als wenn mit üblichen

Muttern und Unterlegscheiben verspannt wird (Verfahrensweise a).

Im hydraulisch verspannten Zustand werden die Muttern handfest angelegt. Danach

wird der Hydraulikdruck abgelassen und die Muttern halten die (Rest-)Schraubenkraft

bzw. (Rest-)Pressung aufrecht. Wegen Setzvorgängen in den Schrauben und

Muttern, den Unterlegscheiben und den Flanschoberflächen ist die verbleibende

Schraubenkraft immer geringer als die Hydraulikkraft beim Verspannen. Auch hier ist

zu berücksichtigen, dass zwischen der Messuhranzeige beim hydraulischen Ver-

spannen und im verspannten Zustand ohne Hydraulikdruck aufgrund der unterschied-

lichen wirksamen Messlängen ein systematischer Unterschied besteht.

c Die Belastung wird ausschließlich über die Hydraulikzylinder aufgebracht. Auf diese

Art lassen sich Be- und Entlastungsvorgänge wie in der Prüfpresse durchführen.

52

Bild 22: Prüfflanschverbindung DN100 PN160 mit teilweise montierten Schrauben, Hydraulikzy-lindern und Messuhren

Bild 23: Schnittzeichnung von Hy- draulikzylinder, Zugmut- ter, Flansch und Schrau- be/Mutter

53

Bild 24: Prüfflanschverbindung DN100 PN160: Zeichnung mit Einzelheiten

Bild 25: Prüfflanschverbindung DN200 PN6 mit teilweise montierten Schrauben, Hydraulik-zylindern und Messuhren

54

Bild 26: Prüfflanschverbindung DN200 PN6: Zeichnung mit Einzelheiten

10.4 Prüfverfahren mit Prüfflanschverbindungen

Die Vorgehensweise bei der Untersuchung des Ausblasverhaltens mit den Prüfflanschver-

bindungen orientiert sich an der Vorgehensweise bei den Versuchen in der Prüfpresse. Ein

wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die Innendruckentlastung nicht automatisch

kompensiert wird. Ein weiterer Unterschied ist der, dass in der Prüfpresse die Dichtungen

innen und außen - abgesehen von wenigen speziellen Prüfungen - über die erhabenen

Dichtleisten hinausragen, so dass die Pressenkraft exakt in eine Flächenpressung

umgerechnet werden kann. Bei den Prüfflanschverbindungen ragt die Dichtung zwar

außenseitig ebenfalls über die Dichtleiste hinaus, der Innendurchmesser der Dichtleiste

(Bohrungsdurchmesser der Flansche) ist aber immer kleiner, als der Innendurchmesser der

Dichtung. Bei der Einstellung der Schraubenkraft für die angestrebte Flächenpressung der

Dichtung muss deshalb berücksichtigt werden, dass die wirksame Dichtfläche vom

Innendurchmesser der Dichtung abhängt.

Amerkungen zur Innendruckkompensation

Für die rechnerische Innendruckkompensation wird üblicherweise eine kreisförmige

druckbeaufschlagte Fläche mit dem Innendurchmesser der verpressten Dichtungsringfläche

angenommen /4/. Hieraus ergibt sich die Innendruckkraft, die der Schraubenkraft

55

entgegenwirkt und die Dichtung entlastet. Der Ansatz des Dichtungsinnendurchmessers ist

eher willkürlich. Tatsächlich besteht ein nicht definierbarer Druckabfall über der

Dichtungsbreite von innen nach außen, der insbesondere vom Dichtungswerkstoff und von

der Flanschblattneigung bzw. der resultierenden Variation der Dichtungsflächenpressung

über der Dichtungsbreite abhängt.

Ein Beispiel für die Ergebnisse erster Versuche in der Prüfflanschverbindung DN100 PN160

ist in Bild 27 gezeigt (Dichtung E1c2, Versuch Nr. 143). Zum Vergleich ist das entsprechende

Versuchsergebnis in der Prüfpresse (Versuch Nr. 139) in Bild 28 wiedergegeben. Um die

Innendruckentlastung in der Prüfflanschverbindung näherungsweise zu kompensieren,

wurde als Anfangspressung statt 20 MPa eine etwas höhere Pressung von 23 MPa gewählt.

Hieraus resultiert eine effektive Dichtungsflächenpressung von ca. 18 MPa.

Der Verlauf der Leckagerate über der Flächenpressung im Versuch Nr. 143 (Prüfflanschver-

bindung) in Bild 27 ist durchaus vergleichbar mit Bild 28 (Prüfpresse). Das Ausblasen tritt

allerdings in der Prüfflanschverbindung schon bei 6 MPa ein (ohne Innendruckkompen-

sation) gegenüber 2 MPa im Versuch Nr. 139 in der Prüfpresse (mit Innendruckkompen-

sation). Für einen quantitativen Vergleich beider Prüfungsergebnisse wurden die

Versuchsergebnisse aus Bild 27 neu mit Innendruckkompensation ausgewertet, Bild 29. Das

Ausblasen tritt danach erst unterhalb von 2 MPa ein, also bei einer etwas geringeren

Pressung als in der Prüfpresse.

Der Versuch Nr. 144, dessen Ergebnis in Bild 30 dargestellt ist, wurde unter ansonsten

gleichen Bedingungen mit einer Anfangspressung von nur 20 MPa durchgeführt.

Entsprechend ist die anfängliche Leckagerate deutlich höher als im Versuch Nr. 143, Bild 27,

die Pressung, bei der Ausblasen eintritt, ist aber vergleichbar.

Es wurden noch zwei weitere Versuche in Prüfflanschverbindungen mit Dichtungen aus dem

Material mit Code L1 nach der selben Vorgehensweise ohne Innendruckkompensation und

Anfangspressung 18 MPa durchgeführt, auf die hier nicht näher eingegangen wird, Bild

L1F.2 und Bild L1F.4 im Anhang.

In allen weiteren, nachfolgend berichteten Versuchen in Prüfflanschverbindungen wurde

dann eine Innendruckkompensation durchgeführt, um eine bessere Vergleichbarkeit mit den

Versuchen in der Prüfpresse zu gewährleisten. Allerdings ließen sich die Schraubenkräfte

nicht kontinuierlich mit dem Innendruck ändern, weil sie, wenn auch hydraulisch, so doch von

Hand eingestellt werden mussten. Abhängig von der Flanschgröße beträgt die Innendruck-

entlastung umgerechnet auf die Flächenpressung je nach effektivem Innendurchmesser der

Dichtung beim DN200 PN6 Flansch ca. 10 bis 11 MPa; beim DN100 PN160 Flansch sind es

ca. 4 bis 5 MPa.

56

Bild 27: Ergebnis des Versuchs Nr. 143 in der Prüfflanschverbindung mit stufenweiser Ent-lastung ohne Innendruckkompensation (QA=23 MPa)

Bild 28: Ergebnis des Versuchs Nr. 139 in der Prüfpresse mit stufenweiser Entlastung (QA=20 MPa)

57

Bild 29: Ergebnis des Versuchs Nr. 143 in der Prüfflanschverbindung mit stufenweiser Ent-lastung mit Innendruckkompensation (QA=23 MPa)

Bild 30: Ergebnis des Versuchs Nr. 144 in der Prüfflanschverbindung mit stufenweiser Ent-lastung mit Innendruckkompensation (QA=20 MPa)

58

Im Hinblick auf die angestrebte konservative Vorgehensweise wurde bei Versuchen in der

Prüfflanschverbindung DN100 PN160 zunächst die Anfangspressung aufgebracht,

anschließend der Innendruck von 40 bar. Danach wurden die Schraubenkräfte um den für

die Kompensation der Innendruckentlastung erforderlichen Betrag erhöht. Bei der Prüf-

flanschverbindung DN200 PN6 ist diese Vorgehensweise nicht sinnvoll gewesen, weil die

effektive Dichtungpressung nahezu Null wäre, wenn der gesamte Innendruck zunächst ohne

Kompensation aufgebracht würde. Deshalb wurde bei dieser Prüfflanschverbindung erst die

Anfangspressung aufgebracht, dann der halbe Innendruck (20 bar). Anschließend wurden

die Schraubenkräfte um den für die Kompensation des Innendrucks 20 bar erforderlichen

Betrag erhöht, gefolgt von der Druckerhöhung auf 40 bar. Abschließend erfolgte dann die

Schraubenkrafterhöhung für die Kompensation des Innendrucks 40 bar.

Nachdem die Schraubenkraft mit den Hydraulikzylindern und der Innendruck aufgebracht

sind, wird der Hydraulikdruck abgesperrt und - wie bei den Versuchen in der Prüfpresse - für

mindestens 30 Minuten konstant gehalten. Nach dem Absperren schwankt der Hydraulik-

druck geringfügig mit der Umgebungstemperatur.

Anschließend wird wie bei den Untersuchungen in der Prüfpresse die Dichtungspressung

stufenweise reduziert. Die Haltezeit bei den jeweiligen Pressungsstufen kann bei den

Untersuchungen in Prüfflanschverbindungen nicht fest vorgegeben und eingehalten werden,

weil die Versuche nicht wie in der Prüfpresse automatisiert ablaufen. Die stufenweise

Reduktion der Dichtungsflächenpressung wird durch vorsichtiges Öffnen eines Ventils von

Hand vorgenommen.

Die Auswertung und Darstellung der Versuchsergebnisse erfolgt analog zur Vorgehensweise

bei den Versuchen in der Prüfpresse. Der Druckabfall während der Haltezeiten wird von

Hand interaktiv ausgewertet. Sofern die Innendruckentlastung (bei den ersten Versuchen)

nicht kompensiert wurde, ist ein entsprechender Hinweis in den Ergenisdarstellungen

eingeblendet.

10.6 Prüfergebnisse in Prüfflanschverbindungen

Alle Prüfergebnisse sind den Anlagen C1F2, D1F2, E1F2 und L1F zu entnehmen.

10.6.1 Flanschblattneigung Die Untersuchungen zur Thematik “Flanschblattneigung” wurden mit den beiden

Prüfflanschverbindungen DN100 PN160 und DN200 PN6 und exemplarisch mit Dichtungen

auf der Basis von Graphit (N1) durchgeführt. Mit der Wahl dieser Dichtungsart, bei der die

Relaxation der Dichtung keine wesentliche Rolle spielt, wurde angestrebt, den Einfluss der

Relaxation bei den sich über einen längeren Zeitraum erstreckenden Untersuchungen zur

Flanschblattneigung zu eliminieren.

59

Zur Untersuchung der Flanschblattneigung wurden Vorrichtungen stirnseitig am Umfang der

Flansche angeschraubt, an der in definiertem Abstand zwei induktive Wegaufnehmer

befestigt sind, Bild 31. Der erste Wegaufnehmer (WA1 innen) hatte einen Abstand von 100

mm zur äußeren Kante der Dichtleiste, der zweite (WA2 außen) hatte wiederum einen

Abstand von 100 mm zum ersten Wegaufnehmer. Wenn sich die Flanschblätter beim

Verspannen zueinander neigen, dann wird der innere Wegaufnehmer einen geringeren

Ausschlag anzeigen als der äußere. Für kleine Winkel α gilt:

( )π⋅∆⋅

=α≈αl

h90tano

Dabei entspricht α der Neigung eines der beiden Flanschblätter in Grad, l dem Abstand der

Wegaufnehmer voneinander und h∆ der angezeigten Weg-Differenz der beiden

Wegaufnehmer.

Der oben definierte Flanschblattneigungswinkel α entspricht streng genommen der Winkel-

verdrehung der Flanschblattkante am Umfang der Flansche bzw. näherungsweise der

Neigung des Flanschblattes im Bereich außerhalb des Schraubenkraftangriffs (Schrauben-

lochkreis). Das Flanschblatt ist im montierten Zustand in radialer Richtung tatsächlich nicht

eben sondern gekrümmt, so dass die obige Definition des Flanschblattneigungswinkels die

effektiv gegebene Flanschblattneigung überschätzt. Deshalb sind ohne Weiteres aus den

durchgeführten Verschiebungsmessungen auch keine quantitativen Rückschlüsse auf die

wirksame Dichtungspressung möglich.

Die wesentlichen Versuchsschritte sind die folgenden:

1 Hydraulische Vorspannung aller Schrauben auf die vorgesehne Einzel-Schrauben-

kraft 50 kN (Verformung und Anpassung der Dichtung)

2 Vollständige Entlastung aller Schrauben

Dieser Zustand mit vorverformter Dichtung ist der Startpunkt für die weiteren Unter-

suchungen zum Einfluss der Flanschblattneigung.

3 Montage der beiden Vorrichtungen für die Erfassung der Flanschblattneigung an zwei

verschiedenen Positionen auf dem Flanschumfang

4 Stufenweise Erhöhung der Schraubenkraft (10, 20, 30, 40 und 50 kN); in einzelnen

Fällen wurden eine oder mehrere Schrauben zur Simulation der Relaxation oder von

Montagefehlern nicht belastet. Erfassung der Anzeigen (Verschiebungen) der beiden

Wegaufnehmer bei jeder Laststufe

5 Entlastung der Schraubenkraft in gleichen Stufen (40, 30, 20 und 10 kN); Erfassung

der Anzeigen (Verschiebungen) der beiden Wegaufnehmer bei jeder Laststufe

60

6 Umsetzung der beiden Vorrichtungen an andere Positionen auf dem Flanschumfang

und Wiederholung der Schritte 4 und 5

l

h∆α

Bild 31: Zeichnung der Vorric

Bei ersten Versuchen stellte s

blätter der Verbindung mit „ste

ve Erfassung der Flanschblatt

wird deshalb nur die Flanschv

dieser Verbindung betrugen d

der Vorspannungung für 40 b

mm (außen), d.h., die Wegdiff

Einige Ergebnisse der auf die

Untersuchungen zur Flanschb

schlagung mit Innendruck sind

WA1

l

htung zur Mess

ich erwartungs

ifen“ Flansche

neigung mittels

erbindung mit „

ie registrierten

ar Innendruck

erenz betrug bi

oben beschri

lattneigung de

in Bild 32 bis

WA2

ung der Flanschblattneigung

gemäß heraus, dass die Neigung der Flansch-

n DN100 PN160 zu gering ist für eine quantitati-

der verwendeten Vorrichtungen. Im Folgenden

weichen“ Flanschen DN200 PN6 betrachtet. Bei

Verschiebungen bei Belastungen entsprechend

(kompensiert) maximal ca. 1 mm (innen) bzw. 2

s zu ca. 1 mm.

ebene Weise (Schritte 1 bis 6) durchgeführten

r weichen Prüfflanschverbindung ohne Beauf-

Bild 35 (vier verschiedene Belastungsfälle) dar-61

gestellt. Die Schrauben sind im Uhrzeigersinn von 1 bis 8 nummeriert. Ein Pluszeichen (+)

symbolisiert eine Schraube, die wie vorgesehen verspannt ist, ein Minuszeichen (-) steht für

eine unverspannte Schraube. Mit a bis f sind die Positionen für die Ermittlung der Flansch-

blattneigung relativ zu den verspannten bzw. unverspannten Schrauben bezeichnet. Die

Schraubenkraft jeder angezogenen Schraube ist identisch, so dass die Gesamtschrauben-

kraft bei einzelnen nicht angezogenen Schrauben geringer ist als bei ordnungsgemäßer

Montage mit allen verspannten Schrauben.

Fall 1 (Bild 32): alle Schrauben verspannt

Dieser Fall stellt den Idealfall mit gleichmäßig verspannten Schrauben dar. Die Flanschblatt-

neigung wurde zwischen zwei Schrauben bestimmt (Pos. a in Bild 32) und an der Position

einer Schraube (Pos. b in Bild 32). An diesen Stellen werden die Extremwerte der Flansch-

blattneigung (maximale und minimale Flanschblattneigung) erwartet. Die Flanschblattnei-

gung hängt in guter Näherung sowohl bei Be- als auch bei Entlastung linear mit der Schrau-

benkraft zusammen. Bei Entlastung ist die verbleibende Flanschblattneigung geringfügig

höher als die bei Belastung bei gleicher Schraubenkraft. Aus der Variation der Flanschblatt-

neigung über dem Flanschumfang (Messpositionen an und zwischen den Schrauben in Bild

32) lässt sich ableiten, dass die Pressung und auch der Gradient der Pressung in radialer

Richtung an den Schrauben höher ist als zwischen den Schrauben. Entsprechendes ist für

die lokale Dichtheit zu erwarten.

1

4

2

3

56

7

8

++

+

++

+

+

+

b

bba a

alle Schrauben verspannt

-0.232

-0.347

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0 10 20 30 40 50 40 30 20 10 0Einzel-Schraubenkraft [kN]

Flan

schb

lattn

eigu

ng [°

]

Pos. a zwischenPos. b Schraube

Belastung Entlastung

66%

Bild 32: Fall 1 - alle Schrauben verspannt

62

Fall 2 (Bild 33): eine Schraube lose, alle anderen Schrauben verspannt

Mit diesem Fall wird ein Montagefehler simuliert, bei dem beim Anziehen der Schrauben eine

Schraube vergessen wurde. Die Flanschblattneigung an der Position der losen Schraube

(Pos. b in Bild 33) ist sehr gering, diejenigen an der ersten angezogenen Schraube (Pos. d in

Bild 33) und zwischen dieser und der losen Schraube (Pos. c in Bild 33) sind deutlich kleiner

als die entsprechenden Flanschblattneigungen im Fall 1. Der Zusammenhang zwischen

Flanschblattneigung und Schraubenkraft ist allerdings ähnlich linear wie im Fall 1. Weiterhin

sind auch ähnliche Schlussfolgerungen für die Verteilung der Pressung der Dichtung und die

lokale Dichtheit abzuleiten.

1

4

2

3

56

7

8

++

+

+-

+

+

+

b

dda c

eine Schraube lose

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10


Flan

schb

lattn

eigu

ng [°

]

Pos. d SchraubePos. a=c zwischenPos. b lose


Bild 33: Fall 2 - eine Schraube lose

Fall 3 (Bild 34): jede zweite Schraube lose, alle anderen Schrauben verspannt

Mit diesem Fall wird eine extrem fehlerhafte Montage simuliert, bei der jede zweite Schraube

nicht angezogen wurde. Die Verhältnisse sind vergleichbar mit Fall 2.

Fall 4 (Bild 35): zwei benachbarte Schrauben lose, alle anderen Schrauben verspannt

Die Verhältnisse sind bis auf die Position zwischen den beiden losen Schrauben vergleichbar

mit Fall 2 und Fall 3. Interessanterweise ergibt sich zwischen den beiden losen Schrauben

eine negative Flanschblattneigung. Dem gemäß hat das Flanschblatt über dem Umfang eine

wellenförmige Gestalt und zwischen den beiden losen Schrauben klaffen die beiden Flan-

sche am Außenumfang. Dies lässt erwarten, dass die Pressung zwischen den beiden unver-

spannten Schrauben sehr gering ist oder dass sogar ein Verlust des Kontakts zwischen der

Dichtung und den Flanschblättern eintritt.

63

1

4

2

3

56

7

8

-+

-

+-

+

-

+

b

dda c

-

-

jede zweite Schraube lose

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10


Flan

schb

lattn

eigu

ng [°

]Pos. d SchraubePos. a=c zwischenPos. b lose


Bild 34: Fall 3 - jede zweite Schraube lose

1

4

2

3

56

7

8

++

+

--

+

+

+

b

dfa c

ef

zwei Schrauben lose

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10


Flan

schb

lattn

eigu

ng [°

]

Pos. f SchraubePos. a=e zwischen festPos. b=d losePos. c zwischen lose


Bild 35: Fall 4 - zwei benachbarte Schrauben lose

10.6.2 Versuche in Prüfflanschverbindung DN100 PN160

10.6.2.1 Gleichmäßige Verteilung der Schraubenkraft

Dichtungswerkstoff C1

Trotz der konservativen Vorgehensweise bei der Innendruckaufgabe verhält sich der Werk-

stoff C1 in der Prüfflanschverbindung DN100 PN160, Anhang Bild C1F2.2, zumindest nicht

ungünstiger hinsichtlich Ausblassicherheit als in der Prüfpresse, C1_2.3. Der Verhaltenstyp

entspricht 2 und die kritische Leckagerate 1 mg/(s·m) wird bei einer Entlastung auf eine Dich-

64

tungsflächenpressung von exakt 2 MPa überschritten. Das entspricht 50 % des Wertes von

QS min (L), so dass die Verbindung als ausblassicher bezeichnet werden kann.

Dichtungswerkstoff E1

Bei einer kurzzeitigen Anfangspressung von 20 MPa, die nach Innendruckaufgabe auf ca. 15

MPa absank, wurde eine Leckagerate von 0,01 mg/(s·m) oder darunter nicht erreicht, An-

hang Bild E1F2.4. Bei einer kurzzeitig höheren Anfangspressung von 23 MPa, die nach der

Innendruckaufgabe auf ca. 18 MPa abfiel, war ein deutlich positiveres Verhalten festzustel-

len, Anhang Bild E1F2.2, hinsichtlich Ausblassicherheit günstiger als in der Prüfpresse.

In einem weiteren Versuch mit niedriger Vorpressung (14 MPa) lag die Leckagerate etwas

über 0,1 mg/(s·m), Anhang Bild E1F2.6. Allerdings wurde in diesem Fall erst bei einer Entlas-

tung auf 1,5 MPa Dichtungsflächenpressung die Leckagerate von 1 mg/(s·m) überschritten.

Dichtungswerkstoff D1

Bei der beschriebenen Vorgehensweise und einer Anfangspressung von 15 MPa

(entsprechend Qmin (L)) tritt Ausblasen in der Prüfflanschverbindung bei deutlich geringerer

Pressung ein, Anhang Bild D1F2.2, als in der Prüfmaschine, Anhang Bild D1_2.3. Die

Anfangsleckagerate war nur knapp über 0,01 mg/(s·m).

Dichtungswerkstoff L1

Die Anfangspressung wurde zu 18 MPa gewählt. Bei Innendruckaufgabe sank sie auf ca. 13

MPa, Anhang Bild L1F.1 und L1F.3. Bei vergleichbaren Versuchen in der Prüfpresse mit

unterschiedlicher Vorpressung ergab sich bei Pressungen von 4 MPa und weniger ein gerin-

ger Anstieg der Leckagerate, die aber in jedem Fall unter 0,1 mg/(s·m) blieb. Bei den Versu-

chen in der Prüfflanschverbindung war bis herunter auf 1 MPa Pressung keine Leckagerate

nachweisbar.

10.6.2.2 Variation der Schraubenkraft

Bei den Untersuchungen zum Einfluss der Streuung der Schraubenkraft wurde mit jedem

Dichtungswerkstoff ein Versuch durchgeführt, bei dem eine Schraube gar nicht verspannt

wurde. Alle anderen Schrauben wurden regulär mit gleicher Kraft so verspannt, als ob alle

Schrauben regulär verspannt worden wären. In allen Fällen war die Leckagerate hoch, deut-

lich größer als 0,01 mg/(s·m). Im Fall von Dichtungswerkstoff E1 lag sie sogar bei ca. 1

mg/(s·m). Eine Verbesserung des Abdichtverhaltens wurde demgegenüber erzielt, indem

zunächst alle Schrauben regulär verspannt wurden und danach eine Einzel-Schraube wieder

völlig gelöst wurde.

65

10.6.2.3 Beurteilung der Versuche

Wenn alle Schrauben regulär verspannt werden, stellt sich das Dichtverhalten der Prüf-

flanschverbindung DN100 PN160 im Hinblick auf Ausblasen etwas günstiger dar als bei der

Prüfung in der Prüfpresse. Deshalb kann davon ausgegangen werden, dass die Ausblasver-

suche in der Prüfpresse mit stufenweiser Entlastung zumindest bei Umgebungstemperatur

abdeckend für steife Flanschverbindungen sind.

10.6.3 Versuche in Prüfflanschverbindung DN200 PN6 Die Innendruckversuche wurden ebenfalls mit einem Innendruck von 40 bar durchgeführt,

auch wenn es sich um eine Flanschverbindung PN6 handelt. Der Grund dafür ist, dass sich

die Besonderheiten wie z.B. ungleichmäßige Pressungsverteilung auf dem Umfang zwischen

den Schrauben bei hohen Drücken deutlicher auswirken als bei niedrigen.

10.6.3.1 Gleichmäßige Verteilung der Schraubenkraft

Dichtungswerkstoff C1

Die Ergebnisse in der Prüfflanschverbindung DN200 PN6 sind denen sehr ähnlich, die in der

Prüfflanschverbindung DN100 PN160 gewonnen wurden, siehe oben, Anhang Bild C1F2.6.

Dichtungswerkstoff E1

Mit diesem Werkstoff wurde in der Prüfflanschverbindung DN200 PN6 nur ein Versuch bei

niedriger Flächenpressung durchgeführt, Anhang Bild E1F2.12. Bei 14 MPa Anfangs-

pressung lag die Anfangsleckagerate oberhalb von 0,01 mg/(s·m), ist aber geringer als in der

Prüfflanschverbindung DN100 PN160. Der Grund hierfür dürfte die größere Flanschblattnei-

gung sein, die für eine stärkere Verpressung der Dichtung im äußeren Umfangsbereich

sorgt. In diesem Fall wird die Leckagerate von 1 mg/(s·m) bei Entlastung auf 5,4 MPa über-

schritten. Dieses Ergebnis ist deutlich ungünstiger als in der Prüfflanschverbindung DN100

PN160 bzw. in der Prüfpresse. Es ist allerdings zu bedenken, dass der Innendruck mit 40 bar

für eine PN6-Flanschverbindung sehr hoch gewählt ist.

Dichtungswerkstoff D1

Die Ergebnisse des Versuchs in der Prüfflanschverbindung DN200 PN6, Anhang Bild

D1F2.6, sind vergleichbar mit den in der Prüfpresse erhaltenen, Anhang Bild D1F2.6.

10.6.3.2 Variation der Schraubenkraft

In allen Fällen wirkt sich bei der Prüfflanschverbindung DN200 PN6 das Weglassen einer

Schraube katastrophal auf das Abdichtverhalten aus. Beim Dichtungswerkstoff C1, der von

den drei untersuchten noch die günstigsten Eigenschaften und die niedrigste Leckagerate

aufwies, trat bei Weglassen einer Schraube bereits bei 18 bar Innendruck Ausblasen ein. In

einem weiteren Versuch wurde, abweichend von der üblichen Vorgehensweise, der Innen-

66

druck in Schritten von 5 bar aufgebracht. Nach Einstellung der einzelnen Druckstufen

erfolgte die Innendruckkompensation durch entsprechende Erhöhung der Schraubenkraft.

Aber auch dann trat Ausblasen bei 18 bar Innendruck ein.

In einem weiteren Versuch wurde eine einzelne Schraube nur gering vorgespannt, und zwar

mit einer Kraft, die ohne Innendruck zu ca. 5 MPa Anfangspressung führen würde. Alle

anderen Schrauben wurden normal verspannt. Bei ca. 39 bar Innendruck trat Ausblasen in

Form von starkem Druckabfall ein. Die Einzel-Schraube wurde daraufhin mit einer Kraft

verspannt, die genau zur Innendruckkompensation führt. Unter diesen Bedingungen lag die

Anfangsleckagerate unterhalb von 0,01 mg/(s·m). Ausblasen trat bei Entlastung im Vergleich

zum Versuch mit gleichmäßig verspannten Schrauben eine Pressungsstufe früher ein.

10.6.3.3 Einfluss höherer Oberflächenrauheit

Nach Nachbearbeitung der Flanschdichtleisten wurde ein Versuch mit produktionsgemäßer

Oberflächenrauheit (Ra ≈ 16 µm) durchgeführt, Anhang Bild C1F2.10. Die Anfangsleckage-

rate war nicht größer und das Ausblasverhalten nicht ungünstiger als beim Versuch mit

glatten Flanschdichtleisten.

10.6.3.4 Beurteilung der Versuche

Bei den Untersuchungen in der Prüfflanschverbindung DN200 PN6 wurde bei gleichmäßiger

Schraubenkraft (reguläre Montage) im Vergleich zu den Untersuchungen in der Prüfpresse

generell eine niedrige Leckagerate verzeichnet, bei ungleichmäßiger Schraubenkraft

dagegen eine relativ hohe Undichtheit. Diese Aussage gilt sinngemäß auch für das

Ausblasverhalten. Deshalb kann davon ausgegangen werden, dass die Ausblasversuche in

der Prüfpresse mit stufenweiser Entlastung zumindest bei Umgebungstemperatur auch

abdeckend für weiche Flanschverbindungen sind.

11 Bewertung der Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Zentraler Punkt und Basis für die Bewertung der durchgeführten Untersuchungen und erhal-

tenen Ergebnisse ist die Definition der Ausblassicherheit. Im Kap. 4 wird diese Definition an

den Dichtheitsnachweis bei der Auslegung von Flanschverbindungen gekoppelt. Über diese

allgemeine Definition hinausgehend wird aufgrund der bisher gewonnenen Erkenntnisse der-

zeit folgende Erweiterung für eine Quantifizierung der Sicherheit gegen Ausblasen als Option

vorgesehen, deren Allgemeingültigkeit noch zu überprüfen und nachzuweisen ist:

Die Differenz zwischen der Flächenpressung QB (L), bei der im Ausblasversuch (mit

stufenweiser Entlastung) einer der Fälle A oder B eintritt, und dem Dichtungskenn-

wert QS min (L) spiegelt die Sicherheit gegen Ausblasen wieder. Der Nachweis der Aus-

blassicherheit ist mit der Auslegung erbracht, wenn die der Auslegung zugrunde lie-

67

gende Mindestflächenpressung im Betrieb QS min (L) gleich oder größer ist als der dop-

pelte Wert

• der Flächenpressung der letzten Entlastungsstufe im Ausblasversuch (stufenwei-

se Entlastung) vor Erreichen von QB (L) (Fall A) bzw.

• der Flächenpressung QB (L) (Fall B).

Dies entspricht einem Sicherheitsbeiwert ≥ 2 gegen Ausblasen bei der Auslegung

von Flanschverbindungen unter Ansatz der Dichtungskennwerte Qmin (L) und QS min (L).

Erfüllt QS min (L) diese Bedingungen nicht, dann ist für den Nachweis der Ausblassi-

cherheit über die Auslegung hinausgehend nachzuweisen, dass die tatsächlich wir-

kende Dichtungsflächenpressung Qerf diese Forderungen erfüllt.

Auf der Basis der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen lassen sich folgende

Schlussfolgerungen ziehen:

• Unabdingbare Voraussetzung für die Bewertung des Verhaltens einer Dichtung hin-

sichtlich Ausblassicherheit und die entsprechende Nachweisführung ist die Kenntnis

der Dichtungskennwerte zur Beschreibung der Abdicht- und Kriech/Relaxation-Eigen-

schaften.

• Die Eignung der vorgeschlagenen allgemeinen Definition des Begriffs Ausblassicher-

heit wird bestätigt.

• Die gewählte experimentelle Vorgehensweise beim Nachweis der Ausblassicherheit

ermöglicht die Ermittlung des Einflusses der relevanten Einflussgrößen und die Er-

weiterung der Nachweise im Zuge der Auslegung um den Aspekt Ausblassicherheit.

• Die geometrischen Einflussgrößen (Maße der Dichtung, Dichtleistenrauheit) können

in einer Prüfpresse reproduzierbar untersucht werden.

• Bei Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE sind vier unterschiedliche Verhal-

tenstypen bezüglich Ausblassicherheit zu erwarten.

• Die Untersuchung des Einflusses einer ungleichmäßigen Verteilung der Dichtungsflä-

chenpressung ist mit den entwickelten Prüfflanschverbindungen möglich.

• Das Verhalten anderer Dichtungsarten kann ebenfalls in den entwickelten Ver-

suchseinrichtungen nach der verifizierten experimentellen Vorgehensweise unter-

sucht werden.

Aus diesen Schlussfolgerungen leitet sich folgender Bedarf an weiteren, vertiefenden Unter-

suchungen zur Absicherung und Ergänzung der erhaltenen Ergebnisse ab, die im Rahmen

eines Folgeprojekts angegangen werden sollen.

68

A Erweiterung des Prüfprogramms in Prüfflanschverbindungen

Die bisher erhaltenen Untersuchungsergebnisse entsprechen nicht in vollem Umfang den

Erwartungen hinsichtlich des Einflusses der Steifigkeit der Flanschverbindung. Diesbezüglich

bedarf es weiterer Untersuchungen zur Abklärung des Befundes und zur Absicherung der

Ergebnisse, in die zur Abdeckung des gesamten Anwendungsbereichs auch weitere neue

Aspekte einbezogen werden sollen:

• Mehrfachprüfungen in den Prüfflanschverbindungen DN 100/PN 160 („steife“ Verbin-

dung) und DN 200/PN 6 („weiche“ Verbindung) zur statistischen Absicherung

• Erweiterte Variation des Streubereichs der Schraubenkraft entsprechend dem Streu-

bereich der verschiedenen Montageverfahren (siehe DIN EN 1591-1 (Annex C))

• Einbezug weiterer Dichtungsarten und -typen in diese Untersuchungen

• Untersuchungen zum Einfluss der Höhe des Innendrucks in den Prüfflanschver-

bindungen

B Prüfungen in Prüfflanschverbindungen mit GFK-Flanschen und emaillierten Bunden mit Losflanschen

Mit den Untersuchungen in Prüfflanschverbindungen mit GFK-Flanschen soll die Annahme

abgesichert werden, dass Prüfungen in Prüfflanschverbindungen mit Stahl-Flanschen abde-

ckend für Flanschverbindungen mit GFK-Flanschen (mit ebener Dichtleiste) sind, da die

Flanschblattneigung und die Rauheit der GFK-Flansche größer als die von Stahl-Flanschen

und somit die Ausblasgefahr reduziert ist. Diese Prüfungen sind bei für GFK-

Flanschverbindungen typischen relativ niedrigen Innendrücken durchzuführen. Mit den bis-

herigen Ergebnissen kann noch keine sichere Aussage zu den erforderlichen Sicherheiten

gegen Ausblasen bei den in GFK-Flanschverbindungen gegebenen niedrigen und damit be-

sonders kritischen Dichtungspressungen getroffen werden.

Weiterhin soll die Annahme abgesichert werden, dass Prüfungen in Prüfflanschverbindungen

mit Stahl-Flanschen mit glatter Dichtleiste aussagefähig sind für Flanschverbindungen mit

emaillierten Bunden mit Losflanschen. Die vorgesehenen Prüfungen in einer Prüfflanschver-

bindung mit emaillierten Bunden DN 100 mit Losflanschen wurden im Rahmen des hier be-

richteten AiF-Forschungsvorhabens Nr. 14264 vorbereitet, sie wurden aber auf Grund ande-

rer Prioritäten in Abstimmung mit dem PA zurückgestellt.

C Erweiterung der Palette der untersuchten Dichtungsarten

Untersuchung der Ausblassicherheit von

• gummigebundenen Faserdichtungen,

• Weichstoffdichtungen mit PTFE-Mantel,

• Kammprofildichtungen und 69

• metallummantelten Dichtungen mit Auflage

in unterschiedlichen Ausführungen und von verschiedenen Herstellern.

Erweiterung der Klassifizierung der Dichtungsarten hinsichtlich Ausblassicherheit (Festle-

gung des Potenzials der Dichtungsarten und -gruppen hinsichtlich Ausblassicherheit).

D Erweiterung der Langzeituntersuchungen mit thermischer Auslagerung

• Durchführung weiterer Langzeituntersuchungen an Dichtungen mit zeitabhängigem

Kriech-Relaxationsverhalten mit gasförmigen Prüfmedien (Helium, Stickstoff, Was-

serdampf) sowie Wasser als flüssiges Prüfmedium

• Bestimmung der Mindestprüfdauer und der Mindest-Auslagerungszeit für die einzel-

nen Dichtungsarten und -gruppen für abgesicherte, betriebsrelevante Aussagen hin-

sichtlich Ausblassicherheit

• Erweiterung der Langzeitversuche um weitere stufenweise Entlastung nach Auslage-

rung, um Ausblasen zu provozieren

E Theoretische Analyse des Ausblasverhaltens von Flanschdichtungen

• Analytische Näherungsbetrachtung

auf der Basis des Gleichgewichts von Innendruckkraft (ausblasfördernd) und Reib-

kraft (ausblashemmend)

In diese Betrachtungen werden in der öffentlichen Literatur verfügbare und beschrie-

bene Vorgehensweisen einbezogen /8/ bis /10/.

• Finite-Elemente-Berechnungen

von Flanschverbindungen unterschiedlicher Steifigkeit mit Berücksichtigung der Vari-

ation der Dichtungspressung über der Dichtungsbreite (infolge Flanschblattneigung)

und über dem Dichtungsumfang (infolge endlicher Schraubenteilung und Schrauben-

kraftstreuung)

F Ausblassicherheit von Flanschdichtung mit der Dichtung im Kraftnebenschluss

• Entwicklung einer Methode für den Nachweis der Ausblassicherheit von Flanschdich-

tungen im Kraftnebenschluss

Diesbezüglich gibt es bisher keinen methodischen Ansatz.

• Experimentelle Untersuchungen zur Ausblassicherheit von Flanschdichtungen im

Kraftnebenschluss

In diese Betrachtungen sollen die beiden möglichen konstruktiven Alternativen

• Dichtung eingelegt in eine Nut in einem der beiden Flansche

• Dichtung mit äußerem Distanzring

einbezogen werden

70

12 Zusammenfassung

Im Technischen Regelwerk werden an sicherheitsrelevante Flanschverbindungen in Abhän-

gigkeit von der Art des abzudichtenden Mediums besondere Anforderungen hinsichtlich

Dichtheit und Funktionsfähigkeit gestellt, u. a. wird auch Ausblassicherheit gefordert. Zur

Gewährleistung hinreichender Dichtheit wird zum Beispiel in TA Luft eine Auslegung unter

Verwendung von Dichtungskennwerten gefordert, die den Nachweis der Einhaltung der vor-

gesehenen Dichtheitsklasse ermöglichen. Konkret ist im Rahmen des Dichtheitsnachweises

sicher zu stellen, dass die Dichtungsflächenpressung bei der Montage höher ist als der

Dichtheitskennwert Qmin (L), in jedem folgenden Betriebszustand höher als QS min (L), wobei L

für die geforderte Dichtheitsklasse steht.

Hinsichtlich Ausblassicherheit sind im betreffenden Regelwerk nur pauschale Anforderungen

gestellt, z.B. ist gefordert, dass „die Dichtung nicht aus dem Sitz gedrückt werden darf“. Nach

allgemeinem Verständnis ist für Ausblassicherheit eine unerwartete wesentliche Erhöhung

der Leckagerate auszuschließen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Ausblassicherheit von Flanschverbin-

dungen unter den zur Einhaltung der geforderten Dichtheit gegebenen Randbedingungen als

ausreichender und quantifizierbarer Abstand zwischen

• der Dichtungsflächenpressung beim Versagen bzw. bei Eintreten erhöhter Leckage-

rate einerseits und andererseits

• der bei der Auslegung nachgewiesenen Mindestflächenpressung QS min (L)

definiert. Bei den experimentellen Untersuchungen zur Ausblassicherheit von Dichtungen in

Flanschverbindungen wurde entsprechend der praktischen Erfahrung mit Ausblasproblemen

vorgegangen: bei anstehendem konstanten Innendruck wurde die Dichtungsflächenpressung

stufenweise abgesenkt bis unter den nach der Auslegung gewährleisteten Wert QS min (L), um

so Ausblasen zu provozieren. Diese Prüfungen wurden einerseits in einer für die Ermittlung

von Dichtungskennwerten entwickelten Prüfpresse und andererseits in realen Flanschverbin-

dungen zur Validierung durchgeführt.

Der Vergleich der Untersuchungsergebnisse der Prüfungen mit kontinuierlicher und stufen-

weiser Entlastung hat gezeigt, das sich das Dichtungsverhalten hinsichtlich Ausblassicher-

heit bei kontinuierlicher Entlastung immer günstiger darstellt als bei stufenweiser Entlastung.

Ausblasen tritt bei kontinuierlicher Entlastung immer bei niedrigeren Dichtingsflächenpres-

sungen ein. Insofern wird der Versuch mit stufenweiser Entlastung bevorzugt, weil er zu ei-

ner konservativen Beurteilung des Dichtungsverhaltens führt.

Das Untersuchungsprogramm umfasste schwerpunktmäßig unverstärkte und metallverstärk-

te Weichstoffdichtungen auf der Basis von PTFE, die auf Grund ihrer Kriechneigung, ihres

71

geringen Reibkoeffizienten und der zumeist geringen Flächenpressung von besonderem

Interesse hinsichtlich Ausblassicherheit sind. Als wichtigste Einflussgrößen auf das Ausblas-

verhalten neben der Dichtungsart wurden die Dichtungsabmessungen (Durchmesser, Breite

und Dicke), die Temperatur und die Belastungsdauer untersucht.

Die in der Prüfpresse mit gleichmäßiger Verteilung der Dichtungsflächenpressung erzielten

Versuchsergebnisse haben bestätigt, dass die Definition, die gewählte Vorgehensweise und

die verwendete Versuchseinrichtung für die Untersuchung und Bewertung des Dichtungs-

verhaltens hinsichtlich Ausblassicherheit sehr gut geeignet sind. Es wurden vier unterschied-

liche Typen von Verläufen der Leckagerate über der Dichtungsflächenpressung bei deren

Verminderung bis unterhalb von QS min (L) festgestellt:

• keine signifikante Erhöhung der Leckagerate bis zu sehr kleinen Dichtungsflächen-

pressungen

• große Erhöhung der Leckagerate erst bei einer Verminderung der Dichtungsflächen-

pressung ausreichend und quantifizierbar weit unterhalb von QS min (L)

• große Änderung der Leckagerate knapp unterhalb von QS min (L) ohne Bruch oder Her-

ausdrücken der Dichtung aus dem Sitz

• Bruch oder Herausdrücken der Dichtung aus dem Sitz knapp unterhalb von QS min (L)

Bei den ersten beiden Fällen ist die Dichtung als ausblassicher zu bezeichnen und die Aus-

legung (Dichtheitsnachweis) deckt den Aspekt Ausblassicherheit ab. In den anderen zwei

Fällen sind geeignete zusätzliche Maßnahmen gegen Ausblasen bei der Auslegung zu tref-

fen, z.B. Forderung einer effektiven Dichtungsflächenpressung höher als QS min (L).

Die Ergebnisse der Untersuchungen in Flanschverbindungen haben gezeigt, dass diese für

die Untersuchung und Bewertung der ungleichmäßigen Verteilung der Dichtungsflächen-

pressung über die Breite und den Umfang der Dichtung geeignet sind. Abschließende quan-

titative Aussagen zu den einzelnen Einflussgrößen auf die Ausblassicherheit sind mit den

wenigen Ergebnissen derzeit noch nicht möglich.

13 Wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsergebnisse insbesondere für kleine und mittelständiche Unternehmen (kmU)

13.1 Nutzung der Forschungsergebnisse

Die aus dem Forschungsvorhaben resultierenden Ergebnisse und Erkenntnisse können

direkt umgesetzt und genutzt werden. Die entwickelte Prüftechnik wird Geräteherstellern

angeboten, die sie kommerziell realisieren; bei diesen Herstellern handelt es sich um kleine

Unternehmen, die diese Marktlücke füllen. Kontakte bestehen bereits. Die Prüftechnik wird

von der dichtungsherstellenden Industrie zu akzeptablen Kosten übernommen und

eingesetzt. Auf diese Weise sind auch die kleinen und mittelständischen Unternehmen

72

dieser Branche in der Lage, den geforderten Nachweis der Ausblassicherheit ihrer Produkte

zu erbringen.

Die Klassifizierung der Dichtelementgruppen erleichtert die gezielte Auswahl von Dichtele-

menten seitens der Anwender und ermöglicht eine zielgerichtete Entwicklung seitens der

Dichtelementhersteller. So werden unnötige Kosten für Fehlentwicklungen vermieden.

Die Nutzung der Forschungsergebnisse ist vorgesehen

in den Fachgebieten:

Rohstoffe, Werkstoffe, Materialien, Chemie, Verfahrenstechnik, Umwelttechnik, Konstruktion,

Mess-, Regel-, und Automatisierungstechnik

in den Wirtschaftszweigen:

Mineralölverarbeitung, Chemische Industrie, Herstellung von Gummi- und Kunstwaren-

stoffen, Maschinenbau, Energie- und Wasserversorgung

13.2 Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der kmU

Von den Ergebnissen dieses Forschungsvorhabens profitieren insbesondere kleine und mit-

telständische Unternehmen der dichtungsherstellenden Industriebranche. Sie werden in die

Lage versetzt, mit vertretbarem Aufwand den Nachweis der Ausblassicherheit ihrer Produkte

zu erbringen. Dies ist künftig unabdingbare Voraussetzung für erfolgreiche Vermarktung,

denn es ist zu erwarten, dass der Trend mehr und mehr zu Dichtelementen hingeht, für die

der Nachweis der Ausblassicherheit geführt ist. Den Herstellern bieten sich neue Perspekti-

ven zur Qualifikation ihrer Produkte und zur Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit. Damit geht

eine Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit einher. Ein Vorteil bietet sich auch für die

Branche der messtechnik- und geräteherstellenden Industrie. Es ist zu erwarten, dass gera-

de kleine, flexible Unternehmen diese Marktnische nutzen werden.

14 Umsetzung der Forschungsergebnisse

Die Ergebnisse werden in Veröffentlichungen und bei Vorträgen auf Konferenzen publiziert.

Ferner ist vorgesehen

• die Einbringung der Ergebnisse in die europäische Normung (CEN), sofern in

CEN TC74 ein Work Item „Ausblassicherheit“ definiert wird,

• die Vorstellung der Ergebnisse in Arbeitskreisen mit Zuständigkeit für Ausblassi-

cherheit (z.B. VDI, VDMA),

• die Verwendung der Ergebnisse bei speziellen Schulungen, z.B. im Rahmen von

an der MPA Stuttgart stattfindenden Workshops „Dichtverbindungen in der Anla-

73

gentechnik“; auf diese Weise wird eine schnelle und effiziente Umsetzung ange-

strebt und

• die Verwendung in der Lehre (Vorlesung, Praktika, studentische Arbeiten) am

Lehrstuhl für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre der Universität

Stuttgart.

Das IMWF wird gemeinsam mit der MPA Stuttgart die Ergebnisse bei nationalen und inter-

nationalen Veranstaltungen präsentieren. Sie werden für Firmen bei der unmittelbaren indus-

triellen Anwendung beratend tätig sein. Sie werden hierzu in ihrer Home Page im Internet

Informationen verfügbar machen.

15 Zusammenstellung der geplanten Veröffentlichungen

Jaroslav Bartonicek, Rolf Hahn, Hans Kockelmann und Eberhard Roos:

Bewertung der Ausblassicherheit von Dichtungen in Flanschverbindungen auf der Basis ex-perimenteller Untersuchungen

XV. Dichtungskolloquium, 26. / 27. September 2007, Steinfurt

Jaroslav Bartonicek, Rolf Hahn, Hans Kockelmann, Werner Ottens und Eberhard Roos

Ausblassicherheit von Dichtungen in Flanschverbindungen

33. MPA-Seminar, 11. / 12. Oktober 2007, Stuttgart

16 Gewerbliche Schutzrechte

Die Anmeldung und der Erwerb gewerblicher Schutzrechte ist nicht vorgesehen.

74

17 Literaturverzeichnis /1/ VDI-Richtlinie 2200 Dichte Flanschverbindungen - Auswahl, Auslegung,

Gestaltung und Montage von verschraubten Flanschverbindungen

(Schlussentwurf 2006)

/2/ DIN EN 1591: 2001 Flansche und ihre Verbindungen, Regeln für die Auslegung von

Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung,

Teil 1: Berechnungsmethode

Teil 2: Dichtungskennwerte

/3/ KTA 3211.2 (6/1992): Druck- und aktivitätsführende Komponenten von Systemen

außerhalb des Primärkreises, Teil 2: Auslegung, Konstruktion und Berechnung

Regeländerungsentwurfsvorschlag (3/2003)

/4/ DIN EN 13555: 2005 Flansche und ihre Verbindungen, Dichtungskennwerte

und Prüfverfahren für die Anwendung der Regeln für die Auslegung von

Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtungen

/5/ DIN EN 1092-1: Runde Flansche für Rohre, Armaturen, Formstücke und Zubehörteile

Teil 1 Stahlflansche nach PN bezeichnet

/6/ DIN 28090 „Statische Dichtungen für Flanschverbindungen“ (1995-09)

Teil 1: Dichtungskennwerte und Prüfverfahren

Teil 2: Dichtungen aus Dichtungsplatten; Spezielle Prüfverfahren zur Qualitätssiche-

rung

Teil 3: Dichtungen aus Dichtungsplatten; Prüfverfahren zur Ermittlung der

chemischen Beständigkeit

/7/ H. Kockelmann: Leckageraten von Dichtungen für Flanschverbindungen: Einflussgrö-

ßen, Anforderungen, messtechnische Erfassung und leckageratenbezogene Dich-

tungskennwerte, Chemie Ingenieur Technik 68 (1996) 219/227

/8/ M. Becker, S. Hofmann, A. Riedl und W. Tietze, Beitrag zur Berechnung der

Ausblassicherheit unverstärkter Flachdichtungen

VDI Bericht 1579, Zuverlässig Abdichten, Baden-Baden, 2000

/9/ M. Derenne, L. Marchand and J. R. Payne, Polyfluortetraethylene (PTFE)

Gasket Qualification, WRC Bulletin 442, June 1999

/10/ K. Dußler, REINZ-Dichtungs-GmbH, persönliche Mitteilung

75

Das Forschungsvorhaben wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirt-

schaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigun-

gen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert.

Stuttgart, den 26. Juni 2007

.........................................................................................

(Ort, Datum und Unterschrift des Projektleiters)

Dr.-Ing. Hans Kockelmann

Universität Stuttgart

Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre (IMWF)

Pfaffenwaldring 32

70569 Stuttgart

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schlussbericht für den zeitraum - mpa.uni-stuttgart.de · name der forschungsstelle(n)...

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