Optimierung von Spindelabdichtungen in Armaturen hinsichtlich Funktion und Emissionsverhalten durch Oberflächenbeschichtung

Projektnummer 369

Für die Abdichtung beweglicher Spindeln in der Deckel- bzw. Gehäusedurchführung von Armaturen werden sogenannte Stopfbuchsen mit Stopfbuchspackungen verwendet. Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Optimierung von Spindelabdichtungen in Armaturen durch Oberflächenbeschichtung und -behandlung zur Gewährleistung einer verschleißreduzierten und anwendungsgerechten Funktion und damit die Erhöhung der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit dieser Komponenten. Die Optimierung der Spindeloberfläche für hohe Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und geringe Reibung in der Stopfbuchse mittels moderner Oberflächenbeschichtungstechnologien hat hierbei in hohem Maße innovativen Charakter. Neben der Auslegung und Berechnung geeigneter Armaturen stehen Fragen der Werkstoffauswahl, der Beschaffenheit und der Topografie von Oberflächen im Vordergrund dieses Vorhabens.

Die angesprochenen Fragenstellungen sind sowohl Grundlagenorientiert (Ermittlung des Reibverhaltens von Spindeloberfläche und Packung), Produktorientiert (Optimierung der Spindeloberfläche) als auch Verfahrensorientiert (Entwicklung und Anwendung, ggf. Modifikation von Prüfverfahren  und Modifikation und Optimierung von Beschichtungsverfahren).

Arbeitspaket  1: Optimierung der Spindeloberfläche für hohe Verschleißfestigkeit, hohe Dichtheit und geringe Reibung in der Stopfbuchse für Anwendungen im Temperaturbereich bis 400 °C. Moderne Oberflächenbeschichtungs- und Behandlungsverfahren, z.B. HVOF-PVD-Doppelbeschichtungen, sollen erprobt und optimiert werden.

Arbeitspaket  2: Verwendung moderner Spindelwerkstoffe aus dem Bereich der Industriearmaturen. Diese Werkstoffe werden sowohl mit neuen als auch mit bereits erfolgreich untersuchten Beschichtungsverfahren auf ihre Eignung hin untersucht und bewertet. Die Auswahl der verwendeten Spindelwerkstoffe zielt auf eine praxisnahe Anwendung der Projektergebnisse ab.

Arbeitspaket  3: Untersuchungen zur Korrosionsbeständigkeit von Spindel- und Armaturenwerkstoffen aus nichtrostenden Stählen. Im Vordergrund der geplanten Untersuchungen steht die Untersuchung korrosiver Einflüsse aus dem Bereich der Abdichtung (Graphit, korrosive Anionen), die wie oben beschrieben im Fall der passiven, nichtrostenden Stähle zu lokalen Korrosionserscheinungen führen können.

Arbeitspaket  4: Das Hauptziel dieses Arbeitspaketes ist die Untersuchung des Reib- und Abdichtverhaltens beschichteter Armaturenspindeln in kraftwerksüblichen Medien wie Heißwasser und Heißdampf in einem geschlossenen Wasserkreislauf.

Arbeitspaket  5: Mechanisch-technologische und metallkundliche Charakterisierung der Beschichtungen unter Einbezug der im Vorgängerprojekt betrachteten Spindelvarianten

Arbeitspaket  6: Charakterisierung der Oberflächenstruktur durch die Oberflächenmikrotopografie und Korrelation mit dem Reibverhalten

Arbeitspaket  7: Analyse der Mechanismen der beobachteten unterschiedlichen Reibkraftverläufe und des Übergangsverhaltens von der Haft- in die Gleitreibung. Mit erweiterten Untersuchungen soll die Frage geklärt werden, welche Mechanismen für diese unterschiedlichen Reibkraftverläufe verantwortlich sind.

Das Forschungsprojekt wird unter der Vorhabennummer 17222 N durch die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Arbeitskreis Rohrleitungsanlagen, Armaturen und Druckbehälter begleitet die Untersuchungen.