Kolbenkompressoren effizienter abdichten

Allgemeine schematische Darstellung einer tribologischen Untersuchung (Bild: STASSKOL GmbH)

30.10.2019 Kolbenkompressoren effizienter abdichten

Praxisnahe Entwicklung hochverschleißfester Materialien

von Dr. Marc Langela (Stasskol GmbH)

Für den Einsatz in Kolbenkompressoren werden häufig Dichtelemente aus PTFE und PEEK mit Füllstoffen zur Verstärkung und Trockenschmierung verwendet. Die Lebensdauer dieser Dichtelemente ist oft die kritische Größe hinsichtlich der Laufzeit der Kompressoren. Speziell bei industriellen Anwendungen sind reduzierende Gase mit sehr geringem Taupunkt eine besondere Herausforderung an die Dichtelemente. Zur Entwicklung geeigneter Materialien setzt man Verschleißmessungen ein, wobei die Parameter der realen Anwendung meist
nicht abgebildet werden können. Um diese Lücke zu füllen, wurde mit dem oszillierenden Tribometer eine einzigartige Prüfeinrichtung entwickelt.

Kolbenkompressoren werden häufig zum Verdichten von Prozessgasen in industriellen Anwendungen eingesetzt. Dies können z.B. chemische Hydrierungsanlagen, Polymerisationsanlagen oder Produktionsanlagen für polykristallines Silizium sein. Es handelt sich um komplexe und automatisierte Prozesse, die in kontinuierlicher Fahrweise betrieben werden und bei denen ein ungeplanter Ausfall des Kompressors zu kostspieligen Abschaltungen führen würde.

Daher ist die Zuverlässigkeit eine der wichtigsten Eigenschaften eines Kolbenkompressors. Diese Zuverlässigkeit wiederum wird maßgeblich von der Performance der Dichtelemente aus  Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyetheretherketon (PEEK) bestimmt, welche in Form hochverschleißfester Compounds zum Einsatz kommen. Die Materialien sind für Kolbenkompressoren optimiert und die Entwicklung erfolgt mittels tribologischer Untersuchungen unter Variation der Gehalte an Füllstoffen sowie Hilfsmitteln zur Trockenschmierung.

Um eine effiziente Materialentwicklung zu ermöglichen, ist es notwendig, die tribologischen Untersuchungen derart durchzuführen, dass die Übertragbarkeit auf die reale Kompressor-Anwendung möglichst groß ist. Generell ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Materialtests auf die Anwendung einer der wichtigsten Faktoren in Bezug auf die Entwicklung neuer Materialien. Bei tribologischen Untersuchungen formen die drei Haupteinflussgrößen (Design der Prüfeinrichtung, Material und Prüfbedingungen) das „Tribosystem“, welches eine maximale Übereinstimmung mit der Zielanwendung aufweisen sollte. Daher wurde eine Prüfeinrichtung entworfen und gebaut, die analog zu einem Kolbenkompressors unter oszillierender Bewegung betrieben wird und bei der die Prüfbedingungen den Bedingungen in einem Kompressor angepasst werden können.

Selbst der beste Versuchsaufbau kann nie 100%ig mit der “Realität des Feldes” übereinstimmen. Daher muss auch auf andere Größen, wie z.B. auf die mechanischen Eigenschaften, Wert gelegt werden. Die einzelnen Eigenschaften müssen miteinander verknüpft werden, um die Eignung des Materials in der realen Anwendung vorhersagen zu können.