Absperrklappendichtungen: Struktur-, Werkstoff- und Anwendungsanalyse

Absperrklappen werden wegen ihrer Kosteneffizienz und schnellen Betätigung allgemein geschätzt, wobei ​Dichtungsleistung​ bestimmt direkt die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Ventils. Dichtungskonstruktionen variieren erheblich und sind jeweils für spezifische Betriebsbedingungen geeignet. Dieser Artikel untersucht Kerndichtungsstrukturen, Materialien und ihre praktische Anwendung.

​1. Kerndichtungsstrukturen und -funktion​

Absperrklappendichtungen umfassen die ​Sitzring​ und ​Dichtfläche der Scheibenkante, kategorisiert in zwei Haupttypen:

• ​Weiche Dichtungen:​​
  Feature einElastomersitz(Gummi, PTFE) im Ventilkörper oder in der Ventilscheibe montiert. Beim Schließen wird der Scheibenrand (normalerweise Metall) in den weichen Sitz gedrückt und verformt, sodass eine dichte Abdichtung entsteht.
  Vorteile:Geringe Dichtungsspannung, nahezu keine Leckage (Klasse VI möglich), niedrige Kosten, minimales Drehmoment.
  Nachteile:Begrenzte Temperatur-/Druck-/Chemikalienbeständigkeit; anfällig für Erosion und Partikelschäden; ungeeignet für häufiges Drosseln.
• ​Metallische Hartdichtungen (Dreifach-Offset-Design – Abb. 1):​​
  Verwenden Sie Metall-Metall-Dichtungen (z. B. Edelstahl, Legierungen). Wichtige Designelemente:
  • ​1. Versatz:​​ Schaftachse versetzt von der Rohrleitungsmitte.
  • ​2. Versatz:​​ Schaftachse versetzt zur Mitte der Scheibendichtfläche.
  • ​3. Offset (kritisch):​​ Konisches Winkeldichtprofil ermöglicht Linien-/Kleinflächenkontakt.
    Vorteile:Außergewöhnliche Temperatur-/Druck-/Erosions-/Kavitationsbeständigkeit; lange Lebensdauer; potenzielle Wiederverwendbarkeit.
    Nachteile:Hohe Herstellungskosten; hohe Sitzspannung; erhöhtes Drehmoment; potenzielle Niederdruckleckage (typischerweise Klasse IV).

​Abb. 1: Dreifach versetzte Metalldichtungsstruktur​
(Bild: Demonstriert konischen Linienkontakt, der Gleitreibung während des Betriebs eliminiert)

​2. Vergleich der wichtigsten Leistungsdaten​

​Weiche Dichtungen vs. harte Dichtungen:​​

• ​Temperatur:​​ Weiche Dichtungen arbeiten zwischen -50 °C und 200 °C (abhängig von PTFE/Gummi), während Metalldichtungen Extremtemperaturen von -196 °C bis über 600 °C standhalten.
• ​Druck:​​ Weiche Dichtungen sind für ≤ PN25 (≈ ANSI 150) geeignet. Metalldichtungen eignen sich für PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Leckage:​Weiche Dichtungen erreichen eine nahezu leckagefreie Dichtungsklasse VI. Metalldichtungen erreichen die Klasse IV/V und verbessern sich bei hohem Druck.
• ​Medienkompatibilität:​Weiche Dichtungen eignen sich hervorragend für Wasser/Luft/neutrale Flüssigkeiten. Metalldichtungen vertragen Dampf, Kohlenwasserstoffe, Schlämme, korrosive Flüssigkeiten und heiße Gase.
• ​Robustheit:Metalldichtungen bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Partikel, Erosion und Verschleiß. Weiche Dichtungen nutzen sich bei abrasiven oder häufigen Drosselvorgängen schnell ab.
• ​Kosten und Betrieb:​Weiche Dichtungen sind kostengünstiger und erfordern ein minimales Drehmoment. Metalldichtungen erfordern höhere Anfangsinvestitionen und ein höheres Drehmoment, bieten aber eine lange Lebensdauer unter rauen Bedingungen.
• ​Anwendungen:​Weiche Dichtungen werden vorwiegend in Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, Wassersystemen und Niederdruckgasen eingesetzt. Metalldichtungen sind in der Raffination, in Dampfleitungen, der chemischen Verarbeitung und in der Öl- und Gasindustrie unverzichtbar.

​3. Weiche Dichtungssitzmaterialien​

Die Materialauswahl definiert die Leistungsgrenzen:

• ​NBR (Nitrilkautschuk):​​ Beständig gegen Öle, Kohlenwasserstoffe (-20 °C bis 80 °C).Verwendung: Wasser, Druckluft, Flüssigkeiten auf Erdölbasis.
• ​EPDM (Ethylen-Propylen-Dien):​​ Beständig gegen heißes Wasser/Dampf (<150 °C), Ozon und Laugen.Verwendung: Heizsysteme, Lebensmittel/Getränke, feuchte Luft.
• ​FKM (Fluorkohlenstoff Viton®):​​ Bewältigt Öle, Kraftstoffe, Säuren und hohe Temperaturen (-20 °C bis 200 °C).Verwendung: Chemische Verarbeitung, Kraftstoffleitungen, saure Medien.
• ​PTFE (Polytetrafluorethylen):​​ Chemisch inert (-50 °C bis 200 °C), geringe Reibung. Verwendet als:
  • Pure Seats:Korrosionsbeständigkeit, mäßige Abdichtung.
  • Verstärkte Sitze (Glas/Graphit):Bessere Kaltflussbeständigkeit.
  • Gefütterte Sitze (Lippe/Bubble-Tube):Vereint Elastizität und chemische Beständigkeit.

​4. Metalldichtungsmaterialien und -behandlungen​

Die Leistung hängt von der Materialpaarung und der Oberflächentechnik ab:

• ​Materialstrategie:​​
  • Durch die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe wird ein Festfressen verhindert (z. B. Edelstahl vs. Stellite®).
  • Härte der Sitzoberfläche > Härte der Scheibenoberfläche (um ~HRC 2-5), wodurch die Scheibe austauschbar ist.
• ​Oberflächenverbesserungen:​​
  • ​Hartauftragsschweißen:​ ​**Stellite 6®​ (Kobaltbasis, HRC 40-50) oder ​Inconel 625®**​-Overlays (auf Nickelbasis) sind verschleiß- und korrosionsbeständig.Primärlösung für anspruchsvolle Einsätze.
  • ​Einsatzhärten:​​ Flamm-/Plasma-/Laserhärten oder Nitrieren (≥ HV 1000) erhöht die Verschleiß-/Fressfestigkeit.
  • ​Thermisches Spritzen:​ HVOF-Anwendung ​WC (Wolframkarbid)​​ oder ​Chromoxid​ Beschichtungen sorgen für extreme Oberflächenbeständigkeit.
• ​Exotische Legierungen:​​ Hastelloy® oder Duplexstahl, der in stark korrosiven Umgebungen verwendet wird (hohe Kosten).

​5. Einschränkungen und Auswahlkriterien​

​Wichtige Überlegungen:​

• ​Soft Seal-Grenzen:​​ Permanenter Druckverformungsrest, chemische Unverträglichkeit (Quellung/Abbau), Kaltfluss/Kriechen (PTFE/Gummi), Partikelschäden.
• ​Hartsiegelgrenzen:​​ Mögliche Niederdruckleckage, höhere Kosten/Drehmoment.
• ​Auswahlfaktoren:​​ Medieneigenschaften (T, P, Korrosivität, Feststoffe), Leckageanforderungen, Lebenszyklushäufigkeit, Betriebsschwere und Budget.

​Fazit:​​
Die Auswahl der Absperrklappe wird bestimmt durch dieDichtungsstruktur-Material-Synergie. ​Weiche Dichtungen​ (EPDM/NBR/PTFE) eignen sich hervorragend für kostensensible Niederdruck-Wasser-/Luftanwendungen. ​FKM-Weichdichtungen oder PTFE-Verbundwerkstoffe​ Umgang mit korrosiven Medien. ​Dreifach versetzte Metalldichtungen​ mit ​Stellite®/gehärtete Oberflächen​ sind für Dampf, Kohlenwasserstoffe, hohe T/P-Werte und erosive Strömungen zwingend erforderlich. Nickelbasierte Werkstoffe eignen sich für extreme Bedingungen. Eine strenge Bewertung der Betriebsparameter und Materialeigenschaften ist entscheidend. Werden Dichtungsspezifikationen nicht beachtet, besteht die Gefahr von Leckagen, vorzeitigem Ausfall und kostspieligen Ausfallzeiten.