Sichere Abdichtung (Fachartikel)

Question

Für jeden Ingenieur, zumeist in der Entwicklung, ist eine uneingeschränkte und gesicherte Abdichtung von Anlagen und Maschinen eine riesige Herausforderung. Doch, wenn es um den nicht gewollten Austritt von Gasen und Flüssigkeiten aus Anlagen, Aggregaten oder Maschinen geht, wird der allzu oft bagatellisierte Einfluss der Abdichtung zum vordringlichen Thema. Das Vermeiden von Leckagen wird dann zentralisiert und so mancher Ingenieur ist daran schon verzweifelt.

Fortschritt der Technik
Im Verlauf der technischen Weiterentwicklung ist eine fast grenzenlos erscheinende Bandbreite von Dichtungen hervorgebracht worden. Interessanterweise finden sich auch in der vollkommen natürlichen Entwicklungsgeschichte von Lebewesen ausgefuchste Lösungen für das Problem des Abdichtens, nämlich Rückflußventile, Membrandichtungen, Radial Wellendichtringe, Kontaktdichtungen sowie der Blutgerinnung. Diese organischen Dichtheitsverfahren könnte man in der Kategorie statischer Abdichtungen einstufen.

Natur als Vorbild
In der Natur sind über Millionen von Jahren erstaunlich intelligente Strukturen und Verfahren entstanden. So sind beispielsweise in manchen einzelligen Lebewesen erstaunlicherweise in der Zellwand rotierend gelagerte molekulare Gebilde zu finden. Die Fortsätze dieser Strukturen, schraubenlinienartige Flagellen, drehen sich außerhalb der Zelle und ermöglichen damit die Fortbewegung der Zelle. Der Antrieb dieses molekularen Triebwerks erfolgt durch eine Absenkung der Konzentration von Elementarteilchen, sogenannter Protonen. Das Entscheidende ist, dass es zu keinem Stoffaustausch zwischen Zelleninnenraum und der sich drehenden Flagelle kommt und auch nicht nötig ist, dementsprechend auch keine rotierende Dichtung. Der Motor der Flagelle ist der bis dato einzig bekannte natürliche Rotor.

Es hat den Anschein, dass diese Methode bei mehrzelligen Organismen nicht funktionsfähig ist. Die natürliche Evolution hat es offensichtlich nicht geschafft, einen drehenden Mechanismus zu entwickeln, der zur Übertragung von Nahrung und Signalen innerhalb mehrzelliger Organismen nötig ist. Es blieb dem Menschen überlassen, entsprechende drehbare und fluktuierende Maschinen zu entwickeln. Die Lösung für dynamische Abdichtungsprobleme führte oftmals erst zu den technischen Erfolgen. Mit dem Vorbild der Natur entstand die Dichtungstechnik, heutzutage meist Sealing genannt. Und noch immer ist das ein oder andere brillante Konzept nicht umsetzbar, da ein damit verknüpftes Abdichtungsproblem nicht zufriedenstellend gelöst werden kann.

Physikalische Grenzen und wirtschaftliche Gründe
Sehr oft ist es unmöglich, den Wunsch nach völliger Vermeidung von Leckagen zu erfüllen, einerseits wegen physikalischer Barrieren und andererseits spielen auch wirtschaftliche Ursachen eine Rolle. Zwischenlösungen, Kompromisse sind vonnöten, doch die vielen Ölflecken auf Parkplätzen verdeutlichen, dass es gar nicht so einfach ist, befriedigende Kompromisse zu finden. Handelt es sich um reine Luft oder klares Wasser, sind Lecks meist harmlos und vertretbar. Demgegenüber benötigen gefährlichere Stoffe zumeist einen enormen Aufwand, um eingedämmt, aufgefangen und entsorgt zu werden.

Uneinheitliche Betriebsvoraussetzungen und Anforderungen an die Dichtheit führten sukzessive zu einer unvorstellbaren Bandbreite von Dichtsystemen. Dichtungen sind heutzutage die wahrscheinlich ausgiebigst gegliederte Klasse von Konstruktionsbestandteilen im Anlagen- und Maschinenbau.

Für Ingenieure, die an erster Stelle in der technischen Entwicklung tätig sind, sind Abdichtprobleme von Zeit zu Zeit Hindernisse und häufig lässt sich an unverwechselbaren Dichtungsschäden erkennen, dass die Ingenieure erprobte Lösungen eines Abdichtungsproblems anscheinend nicht kannten. Sealing (Dichtungstechnik), also Konstruktion, Anfertigen und Betreiben von Dichtsystemen und Dichtungen bedingt Wissen und Fähigkeiten in etlichen Grundlagenbereichen. Von immenser Bedeutung sind Werkstoffkunde sowie Werkstoffmechanik, Produktions- und Konstruktionstechnik, Elastizitäts- und Festigkeitslehre, Strömungsmechanik, Wärmelehre und letztlich Tribologie, der Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung sich gegeneinander bewegender Gegenstände. Die Dichtungstechnik erweist sich also immer wieder als eine eigenständige Wissenschaft, wenn es um Lösungen von Abdichtungsproblemen geht.