Die richtige Dichtungslösung für jede Anwendung

Die richtige Dichtungslösung für jede Anwendung

Um die Leistungsfähigkeit piezoresistiver Drucksensoren zu erhalten und diese vor harschen Bedingungen optimal zu schützen, kommen unterschiedliche Möglichkeiten der Dichtung in Frage. STS bietet verschiedene Lösungen an, welche je nach gegebenen Anforderungen und Anwendungsumgebungen entsprechend zum Einsatz kommen.

Ein Dichtungsring, der sogenannte O-Ring, wird in den meisten Standardanwendungen verwendet. Diese gängige Dichtungsmethode ist sehr variabel und vielseitig einsetzbar. Von STS wird der Dichtungsring in vielen verschiedenen Produktvarianten angeboten, wobei die Werkstoffe abhängig vom Druckmedium ausgewählt werden sollten.

Sobald die Dichtung von aggressivem Medium oder aber extremen Temperaturbedingungen umgeben ist, ist die Abdichtung durch einen einfachen Dichtungsring unzureichend. Die gewöhnlich für die Herstellung von O-Ringen verwendeten Elastomere werden unter Einfluss beispielsweise Kohlenwasserstoff haltigen Medien porös. Probleme können zusätzlich bei der Dekompression entstehen. Bei zu hohem Druckabstieg kann der Dichtungsring reissen.

Eine gängige Alternative zu dem einfachen Dichtungsring bildet die Schweissdichtung, bei welcher Messzelle und Druckanschluss direkt miteinander verschweisst werden. Dadurch ist diese Form der Dichtung zwar etwas stabiler, aber genau wie der O-Ring hält auch die Schweissdichtung nur einem Druck von maximal 250 bar/3600 psi stand. Bis zu diesem Wert kommen O-Ring und Schweissdichtung je nach Anwendungsumgebung und vorherrschendem Medium einander ergänzend zum Einsatz. Bei einem aggressiven Druckmedium wie Benzin kommt beispielsweise nur die Schweissdichtung in Frage, während bei Salzwasser unbedingt ein O-Ring verwendet werden sollte, um eine Korrosion der Dichtung zu vermeiden. 

Übersicht über die verschiedenen Dichtungslösungen

Sobald der Grenzwert von 250 bar überstiegen wird, kommt nur noch eine Dichtung aus Metall in Frage. Bei STS wird diese Elastomer-freie Metalldichtung folglich für Anwendungsumgebungen, in welchen ein sehr hoher Druck herrscht, angeboten. Auch bei besonderen Bedingungen und extremer Belastung durch ätzende Chemikalien, Vakuum oder intensiver Strahlenbelastung, kann diese Dichtungslösung dank ihrer Beschaffenheit standhalten.

Praktischer Einsatz der Dichtungslösungen

Ein grosses Unternehmen, welches Mahl- und Kompressorensysteme für verschiedene Industrien herstellt, verlässt sich hauptsächlich auf die von STS angebotenen Drucksensoren für die es eine grosse Auswahl an Dichtungsringen gibt. Hier sind die Temperaturverhältnisse sowie die Beschaffenheit und Kompatibilität der Medien vorab bekannt, sodass diese vor Einsatz problemlos validiert und die Dichtungsringe entsprechend angepasst gefertigt werden können.

Bei einem weiteren Kunden, welcher Prüfstände für die Automobilindustrie fertigt, werden das verwendete Material sowie die Temperaturverhältnisse erst von dessen Endkunden final bestimmt. Somit sind die notwendigen Eigenschaften der Dichtungslösung von nachträglichen Angaben abhängig. Die hier zum Einsatz kommenden Dichtungen müssen daher von Vornherein eine hohe Flexibilität gewährleisten. Deshalb wird auf die robusten Schweissdichtungen zurückgegriffen.

Von beiden Kunden werden zusätzlich die stabilen und überaus widerstandsfähigen Elastomer-freien Metalldichtungen verwendet; immer dann, wenn der Höchstwert von 250 bar überstiegen wird.

Somit bietet STS lückenlos für alle Anforderungen und jegliche Anwendungsumgebung eine passende Dichtungslösung, die nahtlos die Bedürfnisse selbst anspruchsvollster Systeme abdeckt.

Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer

Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer

Bei der Wahl des richtigen Drucktransmitters für individuelle Anwendungen gibt es neben dem zu messenden Druckbereich oder den Temperaturbedingungen eine Vielzahl Kriterien, die beachtet werden müssen. Dazu gehört auch das Thema Medienkompatibilität: Das Gehäuse und der Prozessanschluß muss den Umgebungsbedingungen standhalten, damit der Sensor langfristig seinen Dienst ausführen kann.

Die Materialwahl folgt dabei zwei wichtigen Überlegungen: Einerseits geht es um die chemische Verträglichkeit mit den Kontaktmedien. Anderseits spielen auch präventive Überlegungen eine wichtige Rolle. Denn es muss nicht nur geklärt werden, ob der Druckmessumformer über lange Zeit funktional bleibt. Es gilt auch zu klären, ob es aufgrund der verwendeten Materialen im Druckmessumformer selbst zu Gefahren kommen kann, wenn diese in Kontakt mit bestimmten Stoffen kommen – die Pharmaindustrie wäre hier ein auf der Hand liegendes Beispiel. Im Folgenden zeigen wir auf, welche Medienunverträglichkeiten mit welchen Materialien bestehen und welche Lösungen es dafür gibt.

Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Dichtungsmaterial & Kabel

Nicht nur das Gehäusematerial selbst muss in die Betrachtungen zur Medienkompatibilität einbezogen werden. Auch weitere Elemente des Druckmessumformers kommen in Kontakt mit den Umgebungs- bzw. den Prozessmedien. Diese Materialien sind gesondert zu betrachten.

Die meisten Druckmessumformer sind mit einer Dichtung aus Elastomer versehen. Hier besteht das Problem, dass sich das Elastomer auflösen kann, wenn es in Kontakt mit aggressiven Medien wie beispielsweise Biodiesel kommt. In diesem Fall sollte ein frontbündig verschweisster, elastomerfreier Sensor verwendet werden.

Ein weiterer Gesichtspunkt sind die Kabel, die zur Übertragung der Messdaten dienen. Nehmen wir den Einsatz einer Tauchsonde in einem Schwimmbad als Beispiel. Aus hygienischen Gründen verwenden Schwimmbäder gechlortes Wasser. Standardmässig werden bei Tauchsonden PE oder PUR-Kabel verwendet. Zwar macht diesen Kabeln Chlorwasser als solches nichts aus, die vom Wasser aufsteigenden Chlordämpfe allerdings schon, da diese vielfach aggressiver sind, als das Wasser selbst. Die Kabel werden also mit der Zeit oberhalb des Wasserspiegels porös (erkennbar an weisslicher Verfärbung) und Wasser dringt ein. In der Folge geht auch der Sensor kaputt. Darum werden hier Teflonkabel verwendet.

Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Gehäuse

Dickflüssige Medien

Bei dickflüssigen Medien, beispielsweise Lacken, kann es zu Ablagerungen im Dichtungskanal kommen. Um Verunreinigungen vorzubeugen, braucht es für diese Anwendungen glatte, totraumfreie Membrane ohne offenen Druckkanal, damit sich der Sensor rückstandslos reinigen lässt.

Abrasive Medien

Wenn Druckumformer mit abrassiven Medien wie Beton in Berührung kommen, bietet eine einfache Edelstahlmembran keinen ausreichenden Schutz. Daher braucht es eine mit Vulkollanfolie überzogene Membrane.

Galvanische & säurehaltige Flüssigkeiten

Ein verchromter piezoresistiver Drucktransmitter mag vielleicht aus ästhetischer Sicht besser anzusehen sein, praktisch ist er aber nicht. Kommt ein Druckmesser mit Metallgehäuse in einem Galvanikbecken zum Einsatz, wird man mit der Zeit nur noch einen nicht mehr funktionstüchtigen Klumpen Chrom haben. Auch säurehaltige Flüssigkeiten wie Schwefelsäure reagieren mit Metall. Darum werden für galvanische und säurehaltige Flüssigkeiten Kunststoff-Gehäuse verwendet. Die gängigste Lösung ist hier PVDF.

Abbildung 1: Aufgrund falscher Materialwahl zerstörter Drucktransmitter

Meerwasser

Salzwasser (je nach Salzgehalt) verursacht langfristig Lochkorrosion bei Edelstahlgehäusen. Dafür sind die meisten Tauch- und Pegelsonden auch in einer Titanausführung verfügbar.

Offene Gewässer / Blitzschutz

Blitzeinschlag kann man vielleicht nicht unbedingt als Medium bezeichnen, dennoch wollen wir kurz darauf eingehen. Sollte ein Blitz direkt in einem Sensor einschlagen, hilft auch kein Blitzschutz mehr. Ein Überspannungsschutz kann aber ratsam bei Tauchsonden sein, die in offenen Gewässern verwendet werden. So kann einer Überspannung und Beschädigung des Messinstruments durch einen Blitzeinschlag in der näheren Umgebung vorgebeugt werden. Das ist besonders ratsam, wenn Langzeitmessungen in abgelegenen Stellen durchgeführt werden. Der Austausch eines defekten Gerätes ist dann weitaus kostspieliger als ein Überspannungsschutz.

Präventive Medienkompatibilität

Der Siliziumchip eines piezoresisitven Druckumformers ist von einer Übertragungsflüssigkeit umgeben. Dabei handelt es sich in der Regel um Silikonöl. Zwar kommt die Flüssigkeit normalerweise nicht in Kontakt mit den Umgebungsmedien, dennoch muss hier einiges beachtet werden – schliesslich ist ein Defekt des Sensorgehäuses nie vollends auszuschliessen. Je nach Anwendung kann das schwerwiegende Folgen haben.

Stark oxidierende Gase & Flüssigkeiten

Wenn stark oxidierende Gase oder Flüssigkeiten in Kontakt mit Ölen oder Fetten kommen, besteht Explosionsgefahr. Hier müssen alle medienberührenden Teile öl- und fettfrei sein, präventiv auch die Übertragungsflüssigkeit im Sensor.

Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Hier muss das Silikonöl durch ein lebensmittelverträgliches Öl ersetzt werden, um gesundheitsschädliche oder anderweitig wirkende Kontaminationen auszuschliessen. So würde Bier, das in Kontakt mit Silikonöl gekommen ist, nicht mehr schäumen und das will schliesslich niemand.

Lacke

Nur ein Tropfen Öl kann eine ganze Charge unbrauchbar machen. Auch hier muss eine Alternative gefunden werden.

Das Infoplakat zum downloaden: