antriebstechnik 10/2019

KOMPONENTEN UND SOFTWARE
ELASTOMERDICHTUNGEN
SCHADENSANALYSE VON O-RINGEN
01 02
Die meistverbaute Dichtung, der O-Ring, soll zuverlässig
seine Dichtfunktion erfüllen. Hierfür stehen dem Anwender vielzählige
unterschiedliche Werkstoffe bereit, die auf die jeweilige Applikation
hin abgestimmt sein müssen. Trotz scheinbar korrekter Werkstoffwahl,
kann es nach kurzer Betriebszeit zu einer unerwarteten Leckage kommen.
Dipl.-Ing. (FH) Michael Krüger ist Leiter Operative Anwendungstechnik
bei C. Otto Gehrckens GmbH & Co. KG in Pinneberg
Die Fragen lauten im Leckagefall: Warum kam es zum Ausfall
des O-Rings, welche grundlegenden Schadensmechanismen
können auftreten und wie lassen sich diese Ursachen
systematisch analysieren? Die Schadensmechanismen
[1] lassen sich wie folgt klassifizieren: Medieneinwirkung,
Temperatureinwirkung/Alterung, mechanische/physikalische Einwirkung
und Herstellungsfehler. Zu beachten ist: Auch mehrere
dieser Mechanismen können auftreten.
MEDIENEINWIRKUNG
O-Ringe kommen mit unterschiedlichsten Medien in Kontakt, die
in den Werkstoff eindringen und auf diesen physikalisch oder chemisch
einwirken können. Zu den physikalischen Reaktionsmechanismen
zählt vorrangig die Volumenänderung (Bild 01): Bei einer
Quellung nimmt das Elastomer das Medium auf und es verändern
sich die technologischen Werte, so etwa die Abnahme der Reißfestigkeit
oder Härte. Die Dichtung wird dadurch nicht zwangsläufig
funktionsuntüchtig. Als Richtwerte sind bei statischem Einbau 0 bis
30 %, bei dynamischem Einbau 0 bis 10 % Quellung zulässig.
Bei einer Schrumpfung werden vom Medium Mischungsbestandteile
herausgelöst, so bspw. Weichmacher. Dies kann dazu
führen, dass die Verpressung der Dichtung zu gering wird oder gar
nicht mehr vorhanden ist und es zur Leckage kommt.
Schadensbild bei einer Quellung: Hierbei ist der O-Ring noch uneingeschränkt
elastisch, bricht nicht nach starkem Biegen oder
Dehnen und zeigt auch in gedehntem Zustand keine Risse. Der
gequollene O-Ring hat jedoch gegenüber dem Ausgangszustand
eine deutlich reduzierte Härte und ein deutlich reduziertes spezifisches
Gewicht.
Wird die Volumenzunahme des O-Ringes durch die Nut behindert,
entwickeln sich höchste Reaktionskräfte auf den O-Ring.
Gleichzeitig wird er weicher, womit die mechanische Widerstandsfähigkeit
gegen Spalteinwanderung, mechanische Beschädigung
und Abrieb erheblich reduziert wird.
Bei einem chemischen Reaktionsmechanismus führt der Kontakt
des Mediums zur Zerstörung des Elastomers. Als Folge wird der
Werkstoff hart und spröde und verliert seine elastischen Eigenschaften
(Bild 02), was dann zwangsläufig zum Ausfall der Dichtung
führt.
Schadensbild bei einem chemischen Angriff: Es zeigen sich
folgende Schadenbilder: Erhärtung oder Klebrigkeit, Verlust der
Elastizität, Risse (auf der Medien berührten Seite), bleibende
Verformung, Versprödung, Erweichung, klebrige Oberfläche,
Quellung, Schrumpfung und das Material bricht bei leichter Zug-/
Biegebeanspruchung.
Beständigkeit von Elastomeren: Zur Beständigkeit von elastomeren
Werkstoffen gegenüber Fluiden gibt es unterschiedliche
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