Aufgabe einer federelastischen Metalldichtung



Dichtungsdynamik

Die Abdichtungsleistung federelastischer Metalldichtungen beruht auf der relativ hohen, spezifischen Flächenpressung an der Abdichtungslinie. Diese lineare Belastung oder Verpressungskraft wird durch die Reaktion der Dichtung (mit oder ohne Feder) gegen ihre Deformierung durch Kompression der Dichtung in eine bestimmte Nuttiefe erzeugt.

Die Grafik zeigt die Kompressions- und Dekompressionseigenschaften eines gängigen federelastischen C-Rings. Die Kurve "A-B-C" zeigt die steigende lineare Belastung bei steigender Kompressionsrate an, während die Kurve "C-D-E" die Verringerung der linearen Belastung anzeigt, wobei die Dichtungsflansche auseinander gehen und die Kompression verringert wird.

Die Kurve zeigt eine plastische Deformation der Metalldichtung. Punkt B auf der Kompressionskurve ist der Übergang zwischen der elastischen und plastischen Deformation. In diesem Beispiel werden fast 80 % der max. linearen Belastung erreicht. Punk C zeigt den Punkt, an dem die Verpressungskraft ihren Höchstwert erreicht (min. Nuttiefe). Metalldichtungen sollten ungefähr 20 % zusammengedrückt werden, da eine höhere Kompression zu Abdichtungsfehlern führen kann.

Die Gesamtrückfederung oder elastische Erholung der Dichtung erfolgt von Punkt C zu Punkt E. Als Faustegel gilt, dass die Rückfederung zwischen 4 % und 6 % des ursprünglichen Querschnitts der Dichtung liegt. Sobald die Trennung der Flansche der Rückfederung entspricht, wird die Verpressungskraft den Wert Null erreichen. An diesem Punkt wird die Dichtungsleistung überaus fragwürdig sein. Es wird deshalb empfohlen, Flansche und Schrauben so zu gestalten, dass die Flanschablenkung an der Stelle, an der die Dichtung angebracht ist, weniger als 1/3 der Gesamtrückfederung beträgt. Letzteres ist mit dem grünen Abschnitt auf der Dekompressionskurve angegeben.

Für einen sicheren Gebrauch, muss die Dichtung innerhalb des grünen Bereichs (Linie C-D) der Dekompressionskurve gehalten werden. In Abhängigkeit der Anzahl der Variablen kann es erforderlich sein, Punkt D zu erhöhen, d.h. die nützliche Rückfederung zu verringern.

Verformungskraft

Der erste Kontakt zwischen der Dichtung und der Kontaktfläche wird die Kompressionsrate allmählich erhöhen, um eine Abdichtungslinie zu bilden. Die Breite der Abdichtungslinie ergibt sich aus dem Dichtungstyp, dem Querschnitt und der Kompressionsrate. Die Verformungskraft wird der linearen Belastung geteilt durch die Breite der Abdichtungslinie entsprechen.

Die lineare Belastung variiert von weniger als 20 N/mm bis mehr als 500 N/mm des Dichtungsumfangs. Die Dichtungsbreite oder Abdichtungslinie variiert von 1 mm bis ungefähr 3 mm für Dichtungen mit einem größeren Querschnitt. Auf dieser Grundlage variiert die Verformungskraft von einem Minimum von 30 MPa bis auf über 150 MPa. Mit Hochleistungsfedern kann die Verformungskraft auf über 300 MPa erhöht werden.

Die hohe Verformungskraft ist erforderlich, damit das für die Galvanisierung oder Beschichtung ausgewählte Material aufgrund der Ausfüllung der Nutunregelmäßigkeiten eine bessere Abdichtung erreichen kann.









Dichtungsauswahl

Je nach erforderlicher Dichtigkeit, Nutoberflächenbehandlung und abzudichtendem Medium müssen unterschiedlichen Galvanisierungen oder Beschichtungen gewählt werden. Für eine weichere Galvanisierung oder Beschichtung sollte die Verpressungskraft eines Schwachlast-C-Rings ausreichen, um die notwendige Kraft aufzubringen, um das ausgewählte Material fließen zu lassen. Bei höheren Temperaturen oder wenn andere Anforderungen die Verwendung einer härteren Beschichtung verlangen, kann eine federunterstützte Dichtung die richtige Wahl sein.

Es ist jederzeit zu empfehlen, den größtmöglichen Querschnitt für einen vorgegebenen Durchmesser zu wählen. Hierdurch wird der Höchstwert für die nützliche Rückfederung erreicht und die Leistung innerhalb der größtmöglichen Toleranzspanne für einen vorgegebenen Durchmesser liegen (Linie C-D in der Grafik auf Seite 6), sodass die bestmögliche Dichtigkeit erreicht werden kann. Eine höhere Rückfederung ermöglicht eine höhere Flanschablenkung infolge innerer oder äußerer Belastungen.

Materialauswahl

Nicht nur die Anwendung, sondern auch die Spezifikationen bestimmen die Materialauswahl. Im Allgemeinen werden häufig Nickellegierungen für C-Ringe und federunterstützte C-Ringe verwendet.

Ausnahmen- und Sonderfälle

Oft müssen federelastische Metalldichtungen unter extremen Betriebsbedingungen wirken. Die in diesem Katalog zu findenden Standardlösungen werden möglicherweise nicht immer diesen Anforderungen gerecht.

Wenn eine Anwendung Dichtungseigenschaften außerhalb der Fähigkeiten von Standarddichtungen verlangt, kann HTMS eine Dichtung mit den notwendigen physikalischen Eigenschaften entwickeln.

Die enge Zusammenarbeit mit Universitäten und Materiallieferanten ermöglicht HTMS die Optimierung der Dichtungseigenschaften.

Galvanisierung - Beschichtung

Mit modernen Maschinen bietet HTMS erstklassige Galvanisierungsund Beschichtungsdienstleistungen an. In unserer firmeneigenen Galvanisierungseinrichtung können auch Gold, Silber, Kupfer, Nickel und Zinn galvanisiert werden. HTM betreibt auch eine Beschichtungseinrichtung für die PTFEBeschichtung als weiche Schicht auf der Kontaktfläche der Dichtung.

Die typische Galvanisierungs- oder Beschichtungsstärke für Dichtungen beträgt 50 Mikron. Durch die Haftung am Grundmaterial fließt diese Schicht unter Anwendung von Verpressungskraft in die Nutunregelmäßigkeiten. Weicheres Material, wie Zinn und PTFE, erfordern eine geringere Verpressungskraft als beispielsweise Silber oder Gold. Nickel, das ein relativ hartes Beschichtungsmaterial ist, erfordert die höchste Verpressungskraft.

Beschichtungen auf der Grundlage von Weichmetallen können eine Heliumdichtigkeit von 10-10 Pa.m³/s erreichen. PTFE-Beschichtungen sind infolge der Heliumdurchlässigkeit von PTFE auf 10-6 Pa.m³/s beschränkt.