Die Forschung thematisiert eine neuartige, doppelt wirkende Dichtung, die vorrangig für Kunststoffflansche und andere Flanschverbindungen geeignet ist, bei denen typischerweise nur geringe Kräfte auf der Dichtung aufgebracht werden können. Die Erfindung ist aber nicht auf diese "schwachen" Flanschtypen begrenzt.
Die Neuartigkeit der Dichtung beruht auf folgenden Punkten:
- Die Erfindung besteht aus zwei unabhängig voneinander wirkenden Dichtungen ("Primary- und Secondary-Dichtung"), die sich aber in einem fest miteinander verbundenen Aufbau befinden. Die Secondary-Dichtung, mit deutlich höherer Steifigkeit als die Primary-Dichtung, stellt den Kraftnebenschluss (KNS) sicher, was dynamische Lasten von der Primary-Dichtung fernhält. Die Lebensdauer der Dichtverbindung wird dadurch deutlich erhöht.
- Die Secondary-Dichtung besteht aus dem Material, welches dem Flansch- oder Liner-Material des Flansches entspricht, wodurch Probleme mit Temperaturwechselbelastungen oder mit der chemischen Beständigkeit vermieden werden. Die Primary-Dichtung (regelmäßig, aber nicht zwingend dem Medium zugewandt), mit geringer Steifigkeit, kann typischerweise aus Gummi, PTFE oder einem beliebigen anderen Material bestehen.
- Die Secondary-Dichtung wird durch Stauchen, Bördeln oder ein beliebiges anderes Fertigungsverfahren erzeugt, sodass beispielsweise eine beidseitige Wölbung auf der Secondary-Dichtung entsteht und damit die Dichtwirkung mittels erhöhter Flächenpressung am Ort der Wölbung sichergestellt wird.
- Die Primary Dichtung stellt die vorrangige Dichtwirkung sicher. Sollte diese versagen, übernimmt die Secondary-Dichtung diese Dichtaufgabe. Ein Ausfall der Dichtverbindung wird damit äußerst unwahrscheinlich.
Ziele und Vorgehen, die zur Validierung der Idee führen, sind:
- Die Dichtlösung ist im ersten Schritt in mehreren Varianten konstruktiv zu gestalten und hinsichtlich der geforderten Eigenschaften (Abdichtfähigkeit, mechanische Funktion der beiden Dichtelemente und Handlingsfreundlichkeit) mit Hilfe des methodischen Entwickelns und Konstruierens zu bewerten.
- Die besten beiden Varianten aus 1. sollen mittels FEM in einem zunächst einfachen Modell bewertet und anschließend konstruktiv optimiert werden. Ziel ist es hierbei ein möglichst großes Funktionsfenster zu erhalten, hervorgerufen durch Zusatzlasten (Biegemomente sowie Zug- und Druckkräfte), Temperatur- und Druckbelastung, in dem die Dichtung sicher ihre Funktion erfüllen können muss.
- Parallel zu den ersten beiden Punkten ist zu bestimmen, wie die Primary- mit der Secondary-Dichtung fest verbunden werden kann. Hierbei ist es Ziel, die beiden Elemente untrennbar miteinander zu verbinden, damit eine problemlose Montage erfolgen kann. Denkbar sind hier form- als auch stoffschlüssige Verbindungen.
- Nächstes Ziel ist es, Prototypen aus den Ergebnissen der ersten drei Punkte zu fertigen. Hierbei kann im ersten Schritt eine Fertigung der Primary-Dichtung aus dem Vollen mittels Compression-Moulding oder ggf. sogar mit handelsüblichen Dichtungen erfolgen. Die Secondary-Dichtung kann ebenfalls durch Umformverfahren mittels 3D-Druck oder Spritzguss aus dem Vollen hergestellt werden. Die Funktion der Verbindung beider Dichtungsteile und eine problemlose Montage und Demontage sollte damit möglich sein. Hierbei ist auch eine möglichst kostengünstige nachgelagerte Fertigung in die Überlegungen mit einzubeziehen.
- Letzter Schritt zur Validierung sind experimentelle Versuche mit den Prototypen, an zunächst "schwachen" Kunststoffflanschen, die im Vergleich zu bislang gängigen Dichtungen durchzuführen sind. Ziel ist es dabei zu zeigen, dass die neu entwickelte, doppelt wirkende Dichtung hinsichtlich der Restflächenpressung nach Temperaturbelastung und der erreichten Dichtheit nach mehreren Belastungszyklen, auch unter dynamischer Belastung deutlich besser abschneidet. Es darf also keine Leckage über dem TA Luft-Grenzwert auftreten und die Restflächenpressungen müssen mindestens 30% über der nächstbesten Alternativdichtung liegen.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.