DE102009061001A1

DE102009061001A1 - Haftmagnetdichtung

Info

Publication number: DE102009061001A1
Application number: DE102009061001A
Authority: DE
Inventors: Martin Stoll
Original assignee: Stoll Martin 79108
Current assignee: Stoll Martin 79108
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-07-14

Abstract

Es werden Haftmagnetdichtungen vorgeschlagen, bei welchen die zur Anpressung der Dichtung notwendige mechanische Kraft von Haftmagneten hergeleitet werden. Um große Kräfte zu erhalten, werden mehrere Haftmagnete und deren Haftkraft in einer Vorrichtung gebündelt. Die Gesamthaftkraft einer solchen Vorrichtung kann dann mittels Verschraubung oder Verklemmung gegen die Ausflusskräfte von Leckagen gerichtet werden und diese verschließen. Der Vorteil dieser Dichtungen ist das technisch problemlose Anlegen über eine Leckage ohne die Verwendung von Werkzeug. Die Abdichtung wird dadurch ereicht, dass die in einer Vorrichtung-Dichtungsgehäuse – gesammelten Haftkräfte mehrerer Magnete an den unzerstörten Rändern einer defekten Anlage angebracht sind und diametral, mit Hilfe einer Mechanik auf eine Leckagefläche fokussiert werden. Dies ermöglicht eine vektoriell günstige Ausnützung der Magnethaftkräfte zur Schließung einer Leckage bei gleichzeitiger geringster mechanischer Belastung der in Folge der Leckage geschwächten Anlagen. Die Haftmagnete sind dabei, um Luftspalte möglichst klein zu halten, an die Oberflächen der defekten Anlegeteile angepasst. Bei Leckagen an großflächigen Anlagen, Kesseln, Behältern, Tankwänden, aber auch Rohren mit großem Umfang, ermöglichen Haftmagnete eine geradezu ideale Lösung. Mechanische Bearbeitung-Bohren, Schweißen oder Umschlingen- zur Herstellung von Klemmvorrichtungen und Halterungen, entfallen komplett. Die Sonderform der beschriebenen Dichtungen stellt der Typ 4 dar. Während alle Dichtungen das Austreten von Flüssigkeiten verhindern, wird mit dem Dichtungstyp 4 das Eindringen von Wasser in Schiffe oder Schwimmtanks infolge einer Leckage verhindert. Hierbei genügt es, wenn über der zerstörten Stelle eines Schiffskörpers eine wasserdichte Vorrichtung – z. B. Gummimatte – gelegt wird. Die Abdichtung der Leckage erfolgt über einen ovalen Haftmagnetdichtungsring, der vom Aufbau her der Dichtung der Grundanmeldung entspricht und mit der Matte wasserdicht verschlossen ist. Der Dichtungsring liegt dabei an der unzerstörten Schiffswand, während die Matte die Leckage überdeckt. Der Wasserdruck in Richtung Schwimmkörper presst die Dichtung über die Leckage, während die Dichtungsränder die Abdichtung der Vorrichtung erzeugen.

Description

Zusatzanmeldung

zur Bezeichnung Haftmagnetdichtung
Aktenzeichen 10 2009 008 946.2
Anmeldetag: 13.02.2009

Unter dem oben genannten Aktenzeichen ist eine Haftmagnetdichtung Dichtung beschrieben. Eine solche Dichtung besteht aus einer Dichtungsmatte, in welche Haftmagnete eingelassen sind. Haftmagnete und Dichtung sind eine Einheit. Die Haftmagnete pressen mit Hilfe von Kraftübertragungsscheiben das Dichtmaterial an einen ferromagnetischen Untergrund, an dem eine Leckage aufgetreten ist und verschließen diese. Der Aufbau einer solchen Dichtung ermöglicht jedoch nur eine begrenzte Zahl von Haftmagneten welche mechanischen Druck auf die jeweilige Leckage ausüben, weil das Dichtungsmaterial um die Magnete herum angeordnet ist. Somit ist auch die Haftkraft der Dichtung begrenzt. Ein Haftmagnet mit einem Durchmesser von 48 mm hat eine Querschnittsfläche von ca. 18 cm². Zusammen mit dem rings um den Magneten angebrachten Dichtungsteil, einem duktilen Gummi oder Kunststoff die Querschnittsfläche ca. 36 cm². Bei einer Haftkraft von ca. 80 kp je Magnet ergibt dies eine Kraft von 2,22 kp/cm², was 2,22 bar bedeuten würde. Wenn man die Kraft zur Komprimierung der Dichtlippen subtrahiert und mit einer Farbauflage von ca. 0,5 mm Dicke rechnet, dann ermöglicht eine solche Dichtung, das haben zahlreiche Versuche ergeben, eine sichere Verwendung bis etwa 1 bar.
Umfangreiche Experimente mit der beschriebenen Dichtung haben jedoch ergeben, dass mit geringfügigen Änderungen des Dichtungsaufbaus weitere Leckageprobleme, bei denen jedoch höhere Drücke vorherrschen, technisch lösbar sind.
Hierbei wird die Haftkraft mehrerer Magnete um eine Leckage herum gebündelt. Die Summe der so entstandenen Magnethaftkräfte wird dann über eine Mechanik gesammelt und direkt auf die undichte Stelle gelenkt. Die Beherrschung von Leckagen mit höheren Ausströmungskräften ist dabei möglich.
Zieleinsatzgebiete sind Rohre, Pipelines, Schiffskörper, Kessel und Behälter.
Eine weitere Variante einer Dichtung gegen Eindringen von Wasser in einen Schwimmkörper ergibt sich, wenn die dort beschriebene Dichtungsmatte nur an den Rändern mit Magneten samt Dichtungen besetzt ist, z. B. in Form eines ovalen Ringsystems, jedoch die gesamte Vorrichtung mit einer wasserdichten, dehnbaren und reißfesten Gummi-, Gewebe- oder Kunststoffmatte überzogen ist.
Der mit Haftmagneten besetzte Teil der Dichtung – Aufbau wie in der Grundanmeldung – wirkt hierbei an den intakten Flächen der Schiffswand, während die Leckage mit den entstandenen Materialverwerfungen von einer dehnbaren Matte überzogen ist und das Eindringen von Wasser in den Schiffs- oder Tankkörper verhindert. Der Druck entsteht hierbei von außen nach innen und presst die Matte gegen die Schiffs- oder Tankwand.
Zieleinsatzgebiete sind Schiffe, Schwimmtanks und ähnliches.
Beschreibung
Einführung:
Im nachfolgenden Text wird das Prinzip der Haftmagnetdichtung beschrieben. Eine Haftmagnetdichtung ist eine technische Vorrichtung zum Abdichten von Leckagen. Diese besteht aus einer Kombination von Haftmagneten, Dichtungsmaterialien in einem Dichtungsgehäuse oder einer Dichtungsplatte und dem mechanisch notwendigen Zubehör, Schiene mit Verschraubung und Dichtungsplatte, welches zur Übertragung der Magnethaftkräfte auf die Dichtung und der darunter liegenden Leckage dient. Die zum Schließen von Undichtigkeiten notwendige mechanische Kraft, das Anpressen des Dichtungsmaterials gegen die Leckage, wird von Magnetkräften erzeugt.
Die Herstellung oder Montage von zusätzlichen mechanischen Hilfsmitteln und Vorrichtungen, wie Schellen, Bügel und Halterungen, Verschraubungen, Bohrungen oder Verschweißungen, entfallen.
Zieleinsatzgebiete sind: Aufbewahrungs- und Transportmittel wie Schiffstankwände, Schiffswände, Rohre, Pipelines, Tanks und Behälter aus ferromagnetischen Werkstoffen.
Stand der Technik:
Der Transport und die Halterung von gasförmigen und flüssigen Stoffen wie Gas, Luft, Wasser, Öl, und verschiedener Chemikalien geschieht in der modernen Technik in Tanks und Behälter, fest installierten Rohrsystemen innerhalb geschlossener Fabrikanlagen oder auch über große Entfernungen mittels Pipelines. Als weitere Transportmöglichkeiten werden die verschiedenen Stoffe auf Schiffen oder Lastkraftwagen – in Tankräume gefüllt – transportiert. Die Außenwände der verwendeten Rohre und Tanks bestehen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit mehrheitlich aus ferromagnetischem Stahl in verschiedenen Legierungen. Lediglich in der chemischen Industrie und bei Lastkraftwagen werden für besonders aggressive Medien und wegen der Gewichtseinsparung die teureren antimagnetischen Edelstähle, Aluminium oder auch Kunststoffe verwendet.
Die aus ferromagnetischem Stahl gefertigten Rohre und Behältnisse sind hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit nicht unproblematisch.
Trotz Überprüfung der Qualität dieser Werkstoffe, der Schweißnähte, Flansche, Anstriche, Isolierungen und Verschraubungen treten immer wieder Defekte in Form von Leckagen auf. Leckagen werden durch Korrosion, interkristalliner Korrosion, Schweißfehler, Torsionskräften, mech. Belastungen durch Temperaturschwankungen und mech. Belastungen durch das Gewicht der Ladung und Materialermüdung verursacht. Ebenfalls können Fremdeinwirkungen wie Stoß, Druck, Schlag, Überdehnung, Frostschäden, Überdruck, Übertemperatur, Beschuss und Sabotage die Ursache solcher Leckagen sein.
Zur Abdichtung entstandener Undichtigkeiten werden von Feuerwehren, Technischen Hilfswerken und Notdiensten von Betriebsmannschaften Vorrichtungen wie Schellen, Bänder, Bügel, Keile montiert und verwendet, um solchen Situationen wirkungsvoll zu begegnen und Schäden einzugrenzen.
Um Produktionsausfälle in Betrieben klein zu halten werden in der Regel Rohrschellen um defekte Rohre gelegt oder Umschaltungen vorgenommen, um die Leckagen zu stoppen. Nachteil ist hierbei der zeitaufwändige und oft komplizierte Reparaturvorgang, die Vielfalt der vorzuhaltenden Ausrüstungsgegenstände und deren hoher Kostenaufwand.
Bei Medien wie Gas, Dampf oder gefährlicher Chemikalien ist die Schließung einer Leckage gefährlich und schwierig, weil in der Regel ein Spezialist oder Feuerwehrmann mit Schutzanzug und Handschuhen sich der Unfallstelle nähert, was die Verwendung von Werkzeug erschwert und eine große Verweilzeit an der Schadstelle erfordert.
Bei der Schließung einer Leckage mit einer Dichtung muss derzeit eine mechanische Vorrichtung vorhanden sein oder geschaffen werden, damit ein mechanischer Druck mittels Verkeilung oder Verschraubung zwischen Leckage und Dichtungsmaterial hergestellt wird, wodurch die Abdichtung der Leckage erfolgt. Die Verwendung von Schellen und anderen Spannvorrichtungen ist nicht unproblematisch. Der Grad der Zersetzung oder Beschädigung eines Rohres ist optisch nur sehr schwer einzuschätzen. Wenn auf ein ohnehin geschwächtes Rohr oder Behälterteil ein großer mechanischer Druck ausgeübt wird, kann dies eine Vergrößerung der Leckage, oder manchmal auch die völlige Zerstörung eines zuvor nur leicht defekten, jedoch durch Abnützung dünnwandigen Rohres, verursachen. Bei Dampfleitungen oder Rohren mit Chemikalien kann so ein Ereignis zu schwerwiegenden Unfällen führen.
Leckagen an den Außen- oder Innenbögen von Rohren sind mit vorgefertigten Schellen nur schwer zu beherrschen. Die Industrie bietet spezielle Bänder an, die hierfür zum Einsatz kommen. Bei der Abdichtung von runden Körpern, speziell Rohren, muss beachtet werden, dass bei der Abdichtung durch eine Umschlingung die zur Abdichtung notwendige Kraft in Richtung Rohrmittelpunkt, um den gesamten Umfang des Rohres wirken muss. Daher wird verständlich, dass bei der Anbringung von für diese Zwecke vorgefertigten Schellen und Bändern, große Kräfte ausgeübt werden müssen. Die Vergrößerung einer zunächst harmlosen Leckage zu einem größeren Defekt wird dabei oft erlebt. Bei der Umschlingung eines runden Körpers, z. B. Rohres, wird eine Zentripetalkraft erzeugt, welche der zur Stoppung der durch die Leckage hervorgerufenen Zentrifugalkraft entgegenwirkt. Die Erzeugung der notwenigen Zentripetalkraft erfordert jedoch desto mehr Radialkräfte an der Umspannungsvorrichtung, je größer der Umfang eines Rohres ist. Dies bedeutet, dass die Beherrschung von Leckagen mit Haftmagnetdichtungen an großen Rohren entscheidende Vorteile bringt, weil genug Platz zur Anbringung von Magneten vorhanden ist und der umfangreiche Schellenapparat entfallen kann.
An Leckagen von großflächigen Gegenständen und Anlagen, wie Schiffsrümpfen, Behältern, Tanks und großen Rohrleitungen ist die Herstellung eines solchen mechanischen Behelfsmittels oft schwierig, gefährlich, zeitaufwändig oder wegen zu großer Gefahr für Leib und Leben der Hilfsmannschaften oft nicht realisierbar. Beachtet werden müssen ebenfalls die hohen Reibungskräfte an den Rohrwänden, welche auftreten, wenn Schellen oder Bänder zur Umschlingung angebracht werden.
Zur Schließung von an Schiffsrümpfen entstandenen Leckagen findet derzeit das so genannte „Lecktuch„ Verwendung, dessen Wirkung jedoch auf sehr kleine und dem Umfang der Zerstörung der Schiffswand her gesehene nur geringe Verwerfungen des Materials voraussetzt.
Die Erfindung und ihre Vorteile:
Der Vorteil einer Neodym-Haftmagnetdichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Anpressung des Dichtungsmaterials an die Leckage notwendige Kraft anstelle von mechanischen Vorrichtungen durch Neodym-Haftmagnete erzeugt wird.
Die Neodym-Haftmagnete können direkt in das Dichtungsmaterial eingebaut sein. Die Abdichtung erfolgt dann über Kraftübertragungsscheiben, wie in der Anmeldung vom 13.02.09 bereits beschrieben. Die Haftkräfte der Magnete üben auf diese Scheiben, die hinter den Dichtungen angeordnet sind, Kräfte aus und pressen das Dichtungsmaterial gegen die Leckage und bewirken die Abdichtung. Zur Abdichtung größerer Drücke werden die Haftmagnete um die Leckage herum platziert und in einem Gehäuse, das der Form des zu reparierenden Gegenstandes hergestellt ist, gebündelt. Mit Hilfe einer Mechanik, z. B. Spindel mit Dichtung, werden die Haftkräfte mehrerer Magnete dann auf die Leckage in Form von mechanischem Druck übertragen.
Der Vorteil einer magnetischen Dichtung liegt darin, dass der zur Schließung einer Leckage notwendige Anpressdruck diametral nur auf die Schadstelle wirkt. Die zur Abdichtung von, z. B. von Rohren, notwendige Kraft, muss lediglich auf die Dichtfläche erfolgen, während vorgefertigte Schellen-Dichtungen um den gesamten Rohrumfang angepresst werden hierbei große Kräfte erfordern. Bei großen Rohrdurchmessern ist die Umschlingung mit Schellen und Bändern technisch und zeitlich aufwändig. Außerdem müssen die baulichen und örtlichen Gegebenheiten eine Umschlingung der defekten Rohre ermöglichen.
Zur Abdichtung von Leckagen an großflächigen Behältnissen Tanks, Behälter, Schiffsrümpfe und ähnlichem, wo die Anbringung von Halterungen zur Befestigung einer Abdichtung technisch aufwändig, oder wegen der Gefährlichkeit der Tankinhalte oder der Unfallgefahr generell problematisch ist, bietet die Haftmagnetdichtung eine Möglichkeit auf ein bisher technisch nur schwer lösbares Problem.
Zur Herstellung der Haftmagnetdichtungen finden neu entwickelte hochwirksame Neodymmagnete Verwendung, deren Eigenschaften wie folgt gekennzeichnet sind:
Historie/Materialien:
Unter der Bezeichnung „seltene Erden” finden man unter anderem das Metall Neodym. Neodym ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Nd und der Ordnungszahl 60. Die Elementbezeichnung leitet sich von dem griechischen Wort neos für „neu” und didymus für ”Zwilling” ab.
Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.
Diese Bezeichnung ist inzwischen irreführend.
Neodym kommt in der Erdrinde nämlich häufiger vor als Blei, Molybdän oder Arsen.
Diese Tatsache hat in den 90zigern Jahren des vorigen Jahrhunderts zur Entwicklung hochwirksamer Dauermagnete geführt.
Seit etwa 10–15 Jahren sind solche Magnete bezahlbar auf dem Markt erhältlich.
Eigenschaften:
Magnete solchen Typs übertreffen die Wirksamkeit bekannter Dauermagnete um mehr als das 10fache.
Folgende Angaben der Hersteller von Haftmagneten sind beispielsweise bekannt:
Durchmesser 48 mm, Dicke 11 mm, Gewicht 120 Gramm, Flächeninhalt etwa 18 cm² Bei diesen speziellen Haftmagneten ist der Stabmagnet in ein Gehäuse, einen Topf, eingesetzt. Wird der Magnet mit einem Pol auf eine Fläche gesetzt, dann werden die magnetischen Feldlinien über den Außenmantel dieses Topfes, also über ein magn. leitendes Material, zum Gegenpol geführt. Die magnetischen Nord- und Südpole liegen dann ringförmig auf einer Ebene nebeneinander. Die Wege der magnetischen Feldlinien haben daher, im Gegensatz zu einem reinen Stabmagneten keine Luftwege – außer den Luftspalten – zwischen Magnet und Gegenstück zu überwinden. Beim Anlegen an einen ferromagnetischen Werkstoff entstehen nur kurze Feldlinienwege und ein kleiner Luftspalt zwischen magnetischem Nord- und Südpol.
Folgende Haftkräfte des Magneten mit den oben aufgeführten Maßen werden vom Hersteller angegeben:

– Direkte Auflage; Luftspalt 0,00 mm = 870 Newton = 87 kp
– Farbschicht oder Rost 0,5 mm = 520 Newton = 52 kp
– Farbschicht oder Rost 1,0 mm = 370 Newton = 37 kp

Magnete dieses Typs entwickeln eine Haftkraft, die bei direktem Kontakt mit der Unterlage von ca. 10 mm dickem ferromagnetischem Material eine Haftkraft, die das ca. 725fachen des Eigengewichts betragen.
Werden beispielsweise auf einem Werkstück mit einer Oberfläche von 2500 cm², also 50 cm Länge und 50 cm Breite, einer Fläche von nur ¼ m², 100 solcher Rundmagnete montiert, so entsteht zwischen der Magnetplatte und einem ferromagnetischen Gegenstück mit mindestens 10 mm Dicke bei direkter Auflage (ohne Luftspalt) eine Haftkraft von 87000 N, 8700 kp oder 8,7 t, bei einem Luftspalt von 0,5 mm 5,2 t und bei einem Luftspalt von 1,0 mm noch 3,7 t.
Diese gewaltigen Magnethaftkräfte werden erfindungsgemäß zur Herstellung der Neodym-Haftmagnetdichtungen genutzt. Die in speziellen mechanisch gefertigten Vorrichtungen gesammelten Haftkräfte werden dann, mittels Verschraubungen oder Klemmvorrichtungen kombiniert mit speziellem Dichtungsmaterial auf die jeweiligen Leckagen übertragen. Die großen Haftkräfte solcher Magnetvorrichtungen bergen allerdings auch Gefahren. In der Nähe von ferromagnetischen Gegenständen, oder bei unsachgemäßer Anwendung, besteht die Gefahr von Verklemmungen von Fingern und Händen.
Um dies zu vermeiden sind alle größeren Dichtungen mit Sicherungsgestängen ausgerüstet. Diese werden erst unmittelbar vor Anlegung der Dichtung an die Leckage beseitigt. Die Haftmagnete können praktisch in jeder Form hergestellt werden und somit an der Schadstelle die optimale Haftkraft erzeugen. Beispielsweise für die Schließung von Leckagen an Rohren, zur Verhinderung großer Luftspalte, mit konkaver Grundfläche.
Für eine genaue mathematische Bestimmung der Haftkraft müssen Dicke der Unterlage und die Permeabilität der jeweiligen Stahllegierung des Materials und die Stärke des Luftspaltes an den der Magnet angelegt wird, bekannt sein. Die oben genannten Werte sind nach Angaben der Hersteller jedoch Untergrenzen.
Toleranzen unter den verschiedenen Legierungen und Materialstärken der abzudichtenden Teile sind sehr gering und beeinflussen die Wirksamkeit der Dichtungen nur unwesentlich. Neodymmagnete sind bis 200°C verwendbar. Die Standzeit dieser Magnete geht gegen unendlich. Alterungen und Nachlassen der Dauermagneteigenschaften sind nicht bekannt.
Die vorgeschlagenen Dichtungen sind nicht zur endgültigen Reparatur von Leckagen gedacht. Ihre Hauptvorteile liegen in der schnellen und technisch unkomplizierten und mühelosen Verwendbarkeit.
Eine Erstversorgung zur Abwendung von Gefahren für Leib und Leben von Mensch und Tier, der Verhinderung von materiellen Schäden, den damit verbundenen Kosten und der Verhinderung von Umweltschäden, Bränden, durch technische ungeschulte Personen ist möglich.
Einsatzgebiete sind etwa folgende:
Reedereien, Raffinerien, Industriebetriebe, Pipelinebetreiber, Militär, Energieversorger. Anwender können sein:
Feuerwehren, Wasserschutzpolizei, Katastrophenschutz, Technisches Hilfswerk, Schiffsmannschaften, Industriebetriebe, Energieversorger und Militär.
Weitere Vorteile der Haftmagnetdichtungen sind etwa folgende:

– schnelle und einfache Handhabung, (kein umfangreiches Equipment, z. B. eine Dichtung für mehrere Rohrdurchmesser
– keine mechanische Belastung der geschwächten Leckagestelle, z. B. durch Schellen
– keine technischen Spezialkenntnisse für Anwender notwendig
– geringe Gefährdung der Mannschaften wegen kurzer Verweilzeit an der Unfallstelle
– keine Brand- oder Explosionsgefahr, da keine Materialbearbeitung, wie Bohren, Schweißen oder Löten notwendig
– keine Versperrung von Wasserwegen
– kein Zeitverlust während der Transporte
– geringe Gefährdung der Umwelt und Betriebseinrichtungen
– geringe Produktionsausfälle und damit geringere Kosten
– Einsparung von Kosten für Renaturierung von Gewässern, Uferzonen, Landschaften und Einrichtungen
– geringerer Widerstand der Bevölkerung gegen die Industrie aufgrund Erhöhung der Sicherheit der Anlagen.

Entsprechend des Einsatzgebietes der Neodym-Haftmagnetdichtungen werden beispielsweise verschiedene Ausführungen hergestellt.
Neodym-Haftmagnetdichtung Typ 1

Materialsysteme: Rohre
Leckagen: Durchrostungen, Haarrisse, Frostrisse
Drücke: Vom Flächeninhalt der Zerstörung des Rohres abhängig, bei Haarrissen und leichten Durchrostungen können sehr hohe Drücke abgedichtet werden.

Beschreibung:
Die in technischen Anlagen verwendeten Stahlrohre sind bis auf wenige Ausnahmen nach Zollmaßen hergestellt.
Die gängigen Maße sind hierbei von 3/8'' (Zoll) mit 17,2 mm Außendurchmesser bis 6'' (Zoll) mit 165,3 mm Außendurchmesser in der Regel vorzufinden.
Typische Leckagen an diesen Rohren sind: Haarrisse, Durchrostungen in der Mehrzahl an Bögen und Schweißnähten, Risse (verursacht durch Frost) und Undichtigkeiten durch interkristalline Korrosion.
Zur Beherrschung der Mehrheit dieser auftretenden Leckagen sind nur 4 unterschiedliche Dichtungsgrößen vorgesehen. Die Neodym-Haftmagnete sind an der zum Rohr hingewandten Dichtungsseite konkav vorgefertigt. Das heißt von ihrer Formgebung her sind sie den Rundungen der Rohre an die in der Praxis gängigsten Größen ½'', 1,0'', 2,0'', 3,0'' und 5,0'' angepasst.
Dies ist gewählt, um die Anzahl und das Gewicht der Ausrüstung klein zu halten. Das heißt hinsichtlich des Luftspaltes zwischen Rohr und Magnet wird bei einigen Rohren ein gewisser Kompromiss geschlossen, um die Anzahl der unterschiedlichen Dichtungen für Einsatzkräfte, welche keine Kenntnis der Anlage haben, möglichst klein zu halten.
Notdienste von Betrieben können spezielle Dichtungen für ihre spezielle Verwendung bereitlegen.
Wird nun ein Magnet an ein Rohr gelegt, dessen Radius größer ist als der des Haftmagneten, dann entsteht auf der Innenseite des Magneten ein kleiner Luftspalt. Umgekehrt entsteht an der Außenseite des Magneten ein kleiner Luftspalt, wenn der Radius des Rohres kleiner ist als der Radius des Haftmagneten. Versuche haben gezeigt, dass die Haftkraft der Magnete im Gegensatz zur Austretungskraft der Medien, die an der Leckage gegen die Dichtung drücken so groß ist, dass die durch die Luftspalte hervorgerufenen Haftkraftminderungen hingenommen werden können.
Aufbau der Dichtung für ein 3'' Rohr:
In einer U-förmigen, einer mittleren zu erwartenden Rohrkrümmung entsprechend angepassten Schale, sind beispielsweise 6 konkave Haftmagnete mit 40 mm Durchmesser und einer Einzelhaftkraft von 500 N, 50 kp Haftkraft bei Luftspalt 0 mm montiert. Die Haftmagnete sind in zwei Dreierreihen an der Halterung befestigt. Gummipuffer zwischen Magnet und Halterung ermöglichen die zentrische Anschmiegung der Magnete an das Rohr. Die Beweglichkeit der Magnete ermöglicht die Verwendung einer Dichtungsgröße über mehrere Rohrdurchmesser hinweg. In Längsrichtung zwischen den Magneten, mit der Halterung verbunden, befindet sich eine Schiene von der aus eine Spannvorrichtung-Rändelschraube- oder ähnliches die Dichtung auf die Leckage drücken lässt. Die Schiene ist mit breiten Langlöchern versehen. Dadurch kann an der einmal festgeklemmten Dichtungsapparatur die Verschraubung genau über die Leckage eingerichtet werden. Auf einer Apparatur können beispielsweise 3 Verschraubungen mit Dichtungen angeordnet sein. Zwei der Verschraubungen liegen an den Enden der Apparatur, von denen eine Verschraubung schwenkbar konstruiert ist und eine weitere in der Mitte, zwischen den Magneten. Zwischen den Spannschrauben und den Dichtungen sind Kugelgelenke eingebaut, welche die Anpassung der Dichtung an den Rohrkörper erleichtert. Diese Anordnung der Dichtungsverschraubungen ermöglicht die Verschließung von Leckagen an der Längsseite eines Rohres, an einem Außenbogen, an einem Innenbogen, sowie an der Schweißnaht eines Rohflansches. Der Abstand der Dichtung von der Rohraußenwand ist so gewählt, dass er unterhalb einer genormten Rohrflanschgröße liegt.
Berechnungsbeispiel:
An einem 3'' Gasrohr mit dem Betriebsdruck von 6 bar ist ein 3 cm langer und 1 mm breiter Haarriss aufgetreten.
Infolge von Rost und Farbresten besteht ein Luftspalt von 0,5 mm zwischen Rohr und Haftmagneten.
Dieser Luftspalt mindert die Haftkraft auf etwa 35 kp je Magnet. Die Gesamthaftkraft der Dichtung beträgt dann 210 kp.
Die mechanische Gasaustretungskraft beträgt hierbei 6 kp/cm², die Leckagefläche beträgt 15 mm² = 0,15 cm². Somit ergibt sich ein mechanischer Druck von 0,9 kp, der gegen die Dichtung drückt. Dieser Kraft der Leckage des austretenden Gases steht eine Haftkraft des Magneten von ca.210 kp entgegen.
Dies sind theoretische Werte.
Es muss berücksichtigt werden, dass zur Herstellung der Abdichtung ein gewisser mechanischer Druck auf die Dichtung ausgeübt werden muss, um materialbedingte Unebenheiten zwischen Dichtung und Leckage auszugleichen. Außerdem muss die Komprimierung der Dichtung so groß sein, dass sich die Dichtung lückenlos an die Leckagefläche anschmiegt. Diese zur Anpassung der Dichtung notwendige Kraft hängt von der Geometrie des Materials an der Leckagefläche ab. Sie muss von der Gesamthaftkraft der Dichtung subtrahiert werden, um die tatsächlichen Kräfte, welche gegen das Ausströmen der Rohrinhalte wirken können, zu ermitteln. Diese Faktoren sind von der Art der Materialverletzung an der Leckage und vom übrigen Zustand eines Rohres-Rost, Farbe, Verschmutzung – abhängig von Fall zu Fall verschieden und daher eher empirisch zu ermitteln als berechenbar.
Wie das Ergebnis der Berechnung aber zeigt und praktische Versuchsreihen ergeben haben, muss der Leitungsdruck ein Mehrfaches und der Flächeninhalt der Leckage wesentlich größer werden, damit eine kritische Situation entsteht.
Das Ergebnis vieler Versuche zur Verschließung von Leckagen an Rohren hat gezeigt, dass eine Verschließung mit Haftmagneten technisch umso leichter lösbar ist, je größer der anzutreffende Rohrumfang ist und umso schwieriger, bei kleinem Rohrdurchmesser. Bei der Verwendung von Bändern und Schellen tritt das Gegenteil ein.
Bei einem großen Rohr sind umfangreiches technisches Gerät- lange Bänder- anzuwenden und es muss der gesamte Rohrumfang freigelegt oder frei gegraben werden Bei der Umschlingung und Anpressung der Dichtung treten Reibungskräfte an der Umschlingung auf. Bei einem Rohr mit kleinem Durchmesser sind die Magnethaftkräfte begrenzt, weil nur eine kleine Oberfläche zur Verfügung steht, während der Anbau einer Schelle technisch einfach ist und bei der Verklemmung der Dichtung mit der Leckage wenig Reibung erzeugt wird.
Neodym-Haftmagnetdichtung Typ 2

Materialsysteme: großflächig, Tanks und Behälter
Leckagen: defekte Schweißnähte, Schweißkehlnähte, Haarrisse und Risse
Drücke: 10 bar und höher

Je größer und flacher die zur Verfügung stehenden Gegenstände sind, umso einfacher und wirkungsvoller sind der mechanische Aufbau und die Anbringung der Haftmagnetdichtungen.
Auf einer rechteckigen Metallplatte mit ca. 25 cm Breite und etwa 35 cm Länge, können 2 Bündel mit je 8 Haftmagneten mit 48 mm Durchmesser befestigt sein. Diese erzeugen ohne Luftspalt eine Haftkraft von ca. 800 kp.
Zwischen den beiden Haftmagnetbündeln, also in der Mitte der Platte, liegt die Dichtung. Die Dichtung kann entweder etwas von der Magnetfläche hervortreten und direkt durch deren Haftkraft komprimiert werden oder auf einer gesonderten Platte gegen die Leckage geschraubt werden. Ebenfalls kann auch am Ende der Platte eine Dichtung als Alternative befestigt werden, welche zur Abdichtung von Kehlnähten dienen kann.
Die Haftkraft einer solchen Dichtung ist sehr groß gewählt, damit z. B. leicht hervortretende Schweißnähte die Dichtung so stark komprimieren, dass keine Luftspalte zwischen Dichtung und metallischem Untergrund entsteht. Das heißt, dass die Dichtung Materialkrümmungen ausgleichen kann.
Da an flachen Behältern, Gegenständen und Tanks mit großem Umfang, z. B. einigen Metern Durchmesser, die Haftkraft der Dichtungen so enorm ist, kann auf eine Berechnung verzichtet werden. Ein Beispiel soll dies deutlich machen.
An einem mit Säure gefüllten Metalltank, innen emailliert, mit 10 m Umfang und 20 m Höhe, ist ein Haarriss von 50 mm Länge und 2 mm Breite aufgetreten. Die Ausströmungskräfte betragen hierbei maximal 2 kp, während die Dichtung mit 0,8 t gegen die Behälterwand gedrückt wird.
Neodym-Haftmagnetdichtung Typ 3

Materialsysteme: Pipelines
Leckagen: Risse, Haarrisse, Materialüberdehnung, defekte Schweißnähte, Zerstörungen von außen
Drücke: bis 70 bar.

Pipelines sind Rohrsysteme, welche über große Entfernungen Materialien wie Öl oder Gas transportieren. Der Betriebsdruck solcher Einrichtungen ist sehr hoch und liegt zwischen 20 und 70 bar.
Da die Rohrdurchmesser über weite Strecken gleich sind, können hier Haftmagnete eingesetzt werden, deren konkave Form den Rohrradien exakt angepasst sind.
Zerstörung durch äußere Einwirkungen
120 Haftmagnete mit einer Einzelhaftkraft von ca. 800 N ergeben auf einer Fläche von nur ca. 3000 cm² = 30 dm² 0,3 m² eine Haftkraft von ca. 9,6 t. Das Gewicht der Magnete beträgt hierbei ca. 21 kg.
Eine zweiflüglige Vorrichtung mit je 60 Haftmagneten mit einer Fläche von je 15 dm² wird über die Leckage geschoben.
Nach der exakten Platzierung der Vorrichtung über der Leckstelle werden die Sicherungsbolzen zurückgedreht, die Flügel nach unten geklappt und die Befestigung der Dichtung erwirkt. Zwischen den beiden Magnetflügeln befindet sich die Mechanik mit der Dichtung. Eine Schiebevorrichtung ermöglicht die genaue Platzierung und Nachjustierung der Dichtung exakt über die Leckage.
Ein Baggerzahnloch mit 20 cm², z. B. an einer Pipeline mit einem Betriebsdruck von 40 bar, erzeugt dabei eine Ausströmungskraft von 800 kp. Da bei der Beschädigung des Rohres mit großer Sicherheit eine Delle – Beule nach innen – entstanden ist, erhöht dies die Oberfläche der Austrittsfläche. Nach dem Hydraulikprinzip muss von einer Erhöhung der Ausströmungskraft um das Dreifache also von etwa 2,4 t ausgegangen werden. Die Ausströmungskräfte verringern sich etwas, wenn die Dichtung mit großer Kraft auf die Leckage drückt und die mechanische Einbuchtung des Rohres teilweise ausfüllt. Das Verhältnis Ausströmungskraft zu Magnethaftkraft liegt hier bei 1:4. Es muss jedoch beachtet werden, dass hier die Winkel der Vektoren der Kräfte zwischen Haftmagneten und Verschraubung als exakt 180° verschoben, also ideal angenommen werden. In der Praxis ist dies nicht erreichbar, so dass im Beispiel eine Sicherheit von 1:3 angenommen werden kann. Da an Bauelementen wie diesen großen Rohren die Anzahl der Haftmagnete jederzeit erhöht werden kann, stellt sich die Frage nach der Sicherheit der Dichtung hier nicht.
Zerstörung von innen, Materialfehler, Materialermüdung, Materialüberdehnung, Korrosion, Schweißfehler
Ein entstandener Haarriss von schätzungsweise 200 mm Länge und 4 mm Breite ergibt einen Flächeninhalt von 800 mm² oder 8 cm², was einen Ausströmungsdruck von 320 kp oder 0,32 t ergibt. Die Ausströmungskräfte durch Haarrisse sind gering gegenüber den Kräften durch äußere Beschädigungen und können problemlos beherrscht werden. Der Nachteil liegt hier an der Größe und dem Gewicht der Dichtung. Leckagen durch Haarrisse können auch durch eine Dichtung nach Typ 2, deren Magnethalterung an den Rohrumfang angepasst ist und die Magnetpakete von ihrer Anzahl her den Umständen angepasst wurden, leichter und einfacher hergestellt werden.
Prüfung der Haftkraft von Dichtungen
Da bei jeder aufgetretenen Leckage andere Verhältnisse herrschen muss, um eine sichere Verwendbarkeit der Dichtungen garantiert werden. Dabei wurden die denkbar ungünstigsten Bedingungen hergestellt.
Dies bedeutet größte zu erwartende Ausströmungskräfte und geringste Magnethaftkraft. Vorgang der Prüfung.

1.) An einem Rohrsystem wurde eine Leckage präpariert, welche doppelt so groß ist als die bisher in der Praxis festgestellten Zerstörungen.
2.) Der für die Haftmagnete zur Verfügung stehende Untergrund-Luftspalt- wird durch zusätzliche Zwischenlagen, Papier oder ähnliches, verdoppelt die Haftkraft also gesenkt.
3.) Die Dichtung wird nun angesetzt und die Leckage bei 11 bar geschlossen.
4.) Der Druck im Rohr wird abgestellt, also die Ausströmungskräfte werden Null.
5.) Mit einer Federwaage kann an der Verschraubung der Dichtung die mechanische Zugkraft so lang erhöht werden, bis die Dichtung abfällt.
6.) Mit dem gemessenen Ergebnis kann der Sicherheitsgrad der Dichtung ermittelt werden.

Berechnungsbeispiel
An einem 5'' Zoll Rohr mit einem Betriebsdruck von 6 bar wird eine Leckage von 1 cm² simuliert. Diese Leckage ist so groß, dass in der Praxis eine solche Leitung abgeschaltet werden muss. Üblich sind feine Haarrisse oder undichte Schweißnähte. Der vorhandene Luftspalt, Farbe, Rost, wird gemessen und durch zusätzliche Zwischenlagen verdoppelt. Die auf die Dichtung wirkenden 6 Haftmagnete haben eine theoretische Gesamthaftkraft von 300 kp, welche durch Zwischenlagen erheblich verringert wurde. Die Ausströmungskräfte an der Leckage betragen 6 kp.
Zur Anpressung der Dichtung an die Leckage müssen Materialunebenheiten, wie Rost, Farbreste und Verschmutzungen, durch mechanische Kräfte überwunden werden.
Diese Kräfte und die Verminderung der theoretischen Gesamthaftkraft durch die vektoriellen Kräfteverhältnisse zwischen Magnet und Verschraubung werden durch die praktische Überprüfung festgestellt.
Nachdem der Betriebsdruck im Prüfling auf Null gestellt wurde, konnte mit der Federwaage die angeschraubte Dichtung in Richtung des ausströmenden Mediums mit 40 kp gelöst werden.
Wenn im ungünstigsten Fall an der Dichtung 6 kp an Ausströmungskraft entsteht und unter den schwierigsten Verhältnissen für die Haftmagnete eine Haftkraft von 40 kp besteht, dann kann von einem Sicherheitsgrad > 6 ausgegangen werden.
Neodym-Haftmagnetdichtung Typ 4

Materialsysteme: Schiffsrümpfe
Leckage durch äußere Einwirkungen, Havarien, Beschuss

Die Dichtung schützt gegen Eindringen von Wasser in den Schiffs- oder Tankkörper.
Bei Havarien oder Beschuss von Schiffen geht die Zerstörung der Außenhaut der Schiffe mehrheitlich mit Materialverwerfungen an und um die Leckage einher. Eine Schließung des Lecks zur Verhinderung des Eindringen von Wasser direkt an der Leckage ist technisch meist nicht möglich. Es wird daher eine Dichtung vorgeschlagen, bei welcher ein Haftmagnetband in ovaler Form am unzerstörten Schiffsrumpf um die Leckage herum gelegt wird. Die gesamte Dichtung ist mit einer wasserdichten, dehnbaren und unzerreißbaren Gummiabdeckung verschlossen. Während das Haftmagnetband die Abdichtung zwischen dem Wasser und dem Schiffskörper bewirkt, legt sich die Abdeckung der Dichtung über die Leckage und wird durch den Wasserdruck angepresst.
Fischerboote, größere Jachten, kleinere Kriegsschiffe und ähnliche Wasserfahrzeuge können hierdurch ihre Betriebssicherheit erhöhen.

Claims

Haftmagnetdichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Schließung einer Leckage auf eine Dichtung wirkende Kraft von Neodym-Haftmagneten erzeugt wird.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Schließung der Leckage notwendige Kraft durch die Bündelung mehrerer in einem Gehäuse befindlichen Magneten erzeugt wird.
Haftmagnetsichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche der Magnete den Oberflächen der defekten Gegenstände, z. B. Rohrradien angepasst werden kann, wodurch große Magnethaftkräfte erzeugt werden.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Magnet und Dichtungsgehäuse Gummipuffer, Kardan- oder Kniegelenke eingesetzt sind und durch die Beweglichkeit der Magnete die Verwendung einer Dichtungsplatte für mehrere Rohrdurchmesser ermöglicht wird.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Aufbau der Dichtung den zentrifugalen Austretungskräften eines Mediums, diametrale Zentripetalkräfte entgegengesetzt werden und hierdurch die mechanische Beanspruchung der defekten Anlagen gering gehalten wird.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anbringung der Dichtung und zur Verschließung der Leckage kein Werkzeug notwendig ist
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmagnete einer Temperatur von 200°C ausgesetzt werden können.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dass das Dichtungsmaterial säuren- und laugenbeständig zusammengesetzt werden kann.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eindringen von Wasser in einen Schiffs- oder Tankkörper verhindert wird.
Haftmagnetdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch spezielle Sicherungsbolzen die versehentliche Anklammerung an einen ferromagnetischen Untergrund verhindert und hierdurch Unfälle durch Verklemmungen von Fingern und Händen vermieden werden kann.