Eine besondere Herausforderung an den Ingenieur oder die Ingenieurin ist eine sichere Abdichtung von Maschinen und Anlagen. Wenn es um den unerwünschten Austritt von Flüssigkeiten oder Gasen aus Maschinen, Aggregaten und Anlagen geht, wird die häufig unterschätzte Kunst des Abdichtens zum zentralen Thema. www.fachwissen-dichtungstechnik.de befaßt sich auf allen Ebenen mit dem Vermeiden oder mit der kontrollierten Eindämmung von Leckage.

Auch in der Natur gibt es "Dichtungen" und sogar einen organischen Rotor - aber die Natur hat das Rad nicht erfunden

Während der Entwicklung der Technik ist eine fast unüberschaubare Vielfalt von Dichtungen entstanden. Auch in der natürlichen Evolution der Lebewesen finden sich viele raffinierte Lösungen für Abdichtprobleme, von Membrandichtungen über Rückflußventile und Kontaktdichtungen bis zur Blutgerinnung. Diese ‘natürlichen’ Dichtmechanismen sind im weitesten Sinn der Kategorie statische Abdichtung zuzuordnen.

Die Natur hat in Jahrmillionen unglaublich raffinierte Strukturen und Systeme hervorgebracht. In bestimmten einzelligen Organismen findet man überraschenderweise in der Zellwand drehbar gelagerte molekulare Strukturen, deren Fortsätze - schraubenförmige Flagellen - außerhalb der Zelle rotieren und dadurch eine Fortbewegung der Zelle erzeugen. Der molekulare Motor der Flagellen wird durch ein Konzentrations­gefälle von Protonen angetrieben. Entscheidend dabei ist, dass kein molekularer Stoffaustausch zwischen dem Innenraum der Zelle und der rotierenden Flagelle erforderlich ist, also auch keine rotierende Dichtung. Der Flagellenantrieb ist der bislang einzige bekannte organische Rotor. Bei vielzelligen Lebewesen hat dieses Prinzip anscheinend nicht funktioniert. 

Offenkundig ist es der biologischen Evolution nicht gelungen, einen rotierenden Mechanismus zur Übertragung  von Nahrung und Signalen zwischen vielzelligen Organen herzustellen. Insofern hat die Natur das Rad nicht erfunden. 

Oftmals ist die Lösung von Abdichtproblemen zentral für technische Erfolge

Es blieb dem Menschen vorbehalten, rotierende und oszillierende Maschinen zu ersinnen, und oft führte erst die Lösung dynamischer Abdichtprobleme zu den technischen Erfolgen, auf die sich unsere heutige Lebensqualität gründet. Bis heute machen Erfinder und Entwickler immer wieder die Erfahrung, dass manch geniales Konzept nicht realisierbar ist, weil ein damit verbundenes Abdichtproblem nicht befriedigend gelöst werden kann.

Der Wunsch, Leckage völlig zu vermeiden, erweist sich oft als unerfüllbar, nicht allein wegen physikalischer Barrieren, sondern oft auch aus wirtschaftlichen Gründen. Kompromisse sind notwendig, aber die vielen Öllachen auf den Parkplätzen zeigen, dass solche Kompromisse bisweilen sehr unbefriedigend sind. Andererseits kann Leckage auch ganz harmlos und akzeptabel sein, etwa wenn es sich um saubere Luft oder reines Wasser handelt. Weniger harmlose Fluide erfordern hingegen oft einen großen Aufwand für das Eindämmen, Auffangen und Entsorgen der Leckage.

Eine immense Vielfalt an Dichtsystemen

Die vielfältigen Betriebsbedingungen und Dichtheitsanforderungen führten mit der Zeit zu einer immensen Vielfalt von Dichtsystemen und heute sind die Dichtungen vermutlich die am meisten differenzierte Klasse von Konstruktionselementen im Maschinen- und Fahrzeugbau.

Die nach Stückzahl und Umsatz den Markt beherrschenden Dichtungen, nämlich Radialwellendichtringe, Hydrauklikdichtungen und Gleitringdichtungen bergen für die Hersteller der Dichtungen und der Aggregate noch immer eine Fülle von Problemen. Nicht zuletzt ist dies eine Folge der technischen Entwicklung zu immer höheren Drücken, Gleitgeschwindigkeiten und Temperaturen. Gerade für Ingenieure und Ingenieurinnen, die an der Vorderfront der technischen Entwicklung arbeiten, erweisen sich Abdichtprobleme bisweilen als Stolperschwellen. Aber oft zeigen typische Dichtungsschäden, dass die Ingenieure oder Ingenieurinnen bewährte Lösungen für ein Abdichtproblem offensichtlich nicht kannten.

Kleiner Fehler - großer Schaden

Durch das Versagen der Abdichtung einer Welle oder eines Kolbens können hohe Folgekosten entstehen. Oft übersteigen die Reparaturkosten den Wert des ausgefallenen Dichtelements um das Hundert- oder gar Tausendfache. Diese Tatsache scheint bei der Auswahl der Dichtungen und bei der Konstruktion der Dichtstellen nicht immer gebührend beachtet zu werden. Besonders kritische Systeme sind die Wellendichtungen von Prozesspumpen und Verdichtern für brennbare, toxische oder radioaktive Fluide. Abgesehen von den hohen Kosten für die Reparatur und die Stillegung einer verfahrenstechnischen, petrochemischen oder kerntechnischen Anlage bedeutet der Ausfall einer solchen Dichtung immer eine unmittelbare Gefahr für Leib und Leben von Menschen. Aber auch verölte Kupplungen, Bremsen oder Fahrbahnen bergen Gefahren und belasten die Umwelt. Das plötzliche Versagen einer Dichtung kann katastrophale Folgen haben. Die Explosion der Raumfähre Challenger führte 1986 aller Welt vor Augen, welches Unheil ein scheinbar einfaches aber unüberlegt konstruiertes Dichtsystem anrichten kann. Und leider geraten selbst solche Ereignisse bald wieder in Vergessenheit.

Dichtungstechik - das Gestalten, Fertigen und Betreiben von Dichtungen und Dichtsystemen erfordert Kenntnisse und Fähigkeiten in vielen Grundlagenfächern. Besonders wichtig sind Konstruktions- und Produktionstechnik, Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik, Festigkeits- und Elastizitätslehre, Strömungsmechanik, Tribologie und Wärmelehre. Die physikalischen Vorgänge in Dichtspalten werden beeinflußt von der makro- und mikrogeometrischen Gestalt der Spaltwände, vom Druckgefälle, von Adhäsion, Kohäsion und Kompressibilität der Fluide, von Wärmeübergang und Wärmeleitung, Phasenänderungen, Verschleiß und Korrosion. 

Oft wirken diese Einflußgrößen so komplex zusammen, dass es aussichtslos erscheint, das Betriebsverhalten eines Dichtsystems verläßlich vorauszuberechnen. Die Ingenieure und Ingenieurinnen müssen aber entweder eine Lösung finden oder sie müssen nachweisen, dass unter den gegebenen Anforderungen nach dem Stand der Technik ein bestimmtes Dichtproblem nicht zu lösen ist. In vielen Fällen hilft das Fachwissen und die Erfahrung eines Dichtungsherstellers. Dieses Wissen beschränkt sich jedoch in der Regel auf das spezielle Spektrum des Produktions- und Vertriebsprogramms dieses Herstellers. In kritschen Fällen, und vor allem, wenn das zu lösende Dichtproblem an der vordersten Front der technischen Entwicklung rangiert, wird der Konstrukteur oder die Konstrukteurin vom Dichtungshersteller Ratschläge nur mit der Einschränkung erhalten, dass die Brauchbarkeit und Zuverlässigkeit unter den gegebenen Betriebsbedingungen nachzuprüfen sei. Solche Nachweise sind meistens aufwendig, besonders wenn dafür Langzeitversuche erforderlich sind.