Aufgaben des Fachhandels

Die Rolle des Fachhandels in der Dichtungswelt
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

Inhaltsverzeichnis:

#1 Die Rolle des Fachhandels in der Dichtungswelt

O-Ringe und Formdichtungen sind Teil eines komplexen Systems mit vielen Einflussfaktoren. Nur wenn das Dichtungselement selbst und die Einbausituation optimal auf die Belastungen des Betriebs abgestimmt sind, kann das Konzept dauerhaft den Anforderungen gerecht werden. Nicht nur Herstellung, konstruktive Auslegung und fachmännischer Verbau der Dichtungen spielen dabei eine wichtige Rolle. Auch dem Handel als Mittler zwischen Hersteller und Endkunden kommt eine große Bedeutung zu

Spezialisierte Fachhändler gestalten die technische und ökonomische Leistungsfähigkeit von Dichtungssystemen aktiv mit. Sie liefern mit gleichbleibend zuverlässiger Qualität und unterstützen Kunden mit Ihrer technischen Kompetenz. In diesem Beitrag erfahren Sie mehr zur Funktion des Handels und wie dieser seine Kunden in Zukunft noch stärker unterstützen kann.

#2 Die Rolle des Fachhandels für Dichtungen

Die Erwartungen der Kunden an ihren O-Ring-Händler lassen sich ganz leicht auf den Punkt bringen: Er liefert

  • Die richtigen Dichtungen
  • In der geforderten Qualität
  • In der benötigten Stückzahl
  • Im vereinbarten Zeitraum
  • Zu einem möglichst niedrigen Preis
  • Mit einer professionellen Beratung

Naturgemäß gestaltet sich die praktische Erfüllung dieser Anforderungen beim Dichtungslieferant deutlich komplizierter.

#3 Nach außen: Der Dichtungslieferant als Servicepartner

Kompromisslose Liefertreue, eine hohe Erreichbarkeit und ein vertrauensbildendes Reklamationsmanagement gehören zu den Standards im Handel. Doch obwohl sie auf den ersten Blick unscheinbar wirken, sind O-Ringe erklärungsbedürftige Produkte. Das beginnt schon bei den
zahlreichen Anwendungsfeldern für O-Ringe und Dichtungen. Hier eine Auswahl:

  • Maschinen- und Fahrzeugbau
  • Elektrotechnik
  • Kälte- und Klimatechnik
  • Sanitär und Heizung
  • Biomedizin und Pharmazie
  • Lebensmittel
  • Halbleiterproduktion

Für jeden dieser Bereiche gibt es Speziallösungen, deren Eigenschaften auf die Einsatzbedingungen zugeschnitten sind. O-Ringe und auch ihre Einbausituation müssen unter den Anwendungsbedingungen optimal zusammenspielen. Das erfordert in vielen Fällen Zertifizierungen, die ein bestimmtes Materialverhalten nachweisen. Aggressiven Umgebungsmedien können nur bestimmte Werkstoffe standhalten. Diese wiederum stellen besondere Anforderungen an die Gestaltung der Einbaunut. Das macht deutlich: Will sich ein Dichtungslieferant so aufstellen, dass er das Bedarfsspektrum seiner vielfältigen Kunden abdecken kann, muss er einiges dafür tun. Nur ein guter Kaufmann zu sein, reicht dabei kaum aus. Mit viel eigener Expertise in der Elastomertechnik berät er seine Kunden umfassend bei der Gestaltung neuer Abdichtungen.

Können die Anwendungsexperten des Händlers schon während der Auslegungsphase mitwirken, helfen sie bei der optimalen Auslegung des gesamten Dichtungssystems. Das zahlt sich aus, denn so lassen sich wirksam Kosten vermeiden. Im umgekehrten Fall, bei dem Kunden eine passende Dichtung für eine bestehende Dichtstelle suchen, führen oft nur besonders hochwertige und damit kostenintensive Werkstoffe zum Ziel. Trotzdem helfen die Experten mit ihren Kenntnissen in der Schadensanalyse weiter. Sie können die bestgeeigneten Dichtungselemente und abgestimmte Maßnahmen bei Einbau und Wartung empfehlen. Der technische Austausch zwischen Händler einerseits und Konstruktions- und Instandhaltungsabteilungen ist nicht zu ersetzen.

#4 Hersteller Netzwerk: Basis für den Erfolg

Der Fachhandel bringt die Dichtung zum Kunden. Dafür arbeitet er mit mehreren O-Ring-Herstellern zusammen. Denn kaum ein Erzeuger kann den gesamten Anwendungsbereich von Dichtungen mit erstklassigen Produkten abdecken. Die Pflege seines Partnernetzwerks ist daher eine wichtige Aufgabe eines Betriebs im technischen Handel. 

Bei den zahlreichen Lieferbeziehungen und Produkten darf die Qualität nicht aus dem Fokus geraten. Als Kunde verlassen Sie sich zu Recht darauf, dass sie von Ihrem Lieferanten nur hochwertige O-Ringe und Dichtungen erhalten. Dementsprechend liegt es auch am Lieferanten, mit wirksamen Maßnahmen zur Qualitätssicherung die funktionsrelevanten Eigenschaften der Produkte zu überwachen. Schließlich sind es die Anwendungsexperten des Lieferanten, die den Kunden bestimmte Werkstoffe und Abmessungen für ihre Dichtungsaufgaben empfehlen. Ohne die Sicherheit, dass die Produkte die spezifizierten Eigenschaften einhalten, kann das nicht von nachhaltigem Erfolg gekrönt sein. 

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#4.1 Herausforderungen für den Handel mit Dichtungen

Die Wettbewerbssituation auf dem globalen Beschaffungsmarkt und die Notwendigkeit zur Erschließung neuer Absatzkanäle sind kein Spezifikum des Dichtungsfachhandels. Doch auch hier sind individuelle Ansätze gefragt. Denn wer den wachsenden Kundenanforderungen besser begegnet, schafft Vorteile für sich und seine Partner.

#4.2 Service: Das Rundumsorglos Paket

Für den technischen Handel mit Dichtungen heißt das: Die Dienstleistungsfunktion des Händlers behält ihren Stellenwert. Der Dichtungslieferant bündelt die Produkte vieler Hersteller und trifft so eine Vorauswahl. Die Qualität muss dabei aktiv abgesichert werden, denn der Kauf von O-Ringen ist Vertrauenssache. Von der Herstellung über die Lagerung bis zur korrekten Lieferung sind fehlersichere Prozesse gefragt. Vor allem bei Endbehandlung und Versand ist der individuelle Kundenwunsch entscheidend. Mit der nötigen Flexibilität bei Oberflächenveredelung und Verpackung passt der Händler seine Produkte an die Kundenbedürfnisse an. Das ermöglicht die Lieferung individuell beschichteter Dichtungselemente. So erleichtern Farbmarkierungen und Oberflächenbeschichtungen beispielsweise die manuelle Montage oder die automatisierte Zuführung von O-Ringen. Daneben unterstützt der Händler mit einem individuellen Verpackungsdesign die effiziente Lagerhaltung beim Kunden. Folienbeutel mit Inhaltsmenge und Beschriftung nach Kundenangaben sind oft der beste Alterungsschutz für O-Ringe und verhindern wirkungsvoll Verwechslungen.

Mit einem immer flexibleren Service schafft der Händler einen erheblichen Mehrwert. So hebt er sich von der weltweiten Konkurrenz ab. Denn gerade bei einer komplexen Aufgabe wie der Suche nach dem richtigen O-Ring verlassen sich Kunden zunehmend auf kompetente und umfassende Unterstützung. 

#4.3 Angebotswesen: Bedarfe des Kunden optimal bedienen

Entscheidend ist daneben eine möglichst gute Passung zwischen dem Bedarf der Kunden und dem Angebotssortiment. Das verlangt dem Lieferanten gerade bei Dichtungen viel Organisationstalent ab. Da es sich um die Erzeugnisse hoch spezialisierter Anbieter handelt, muss der Händler sein Lieferantennetzwerk aktiv gestalten. Dabei handelt es sich um eine anhaltende Aufgabe, denn immer wieder präsentieren Branchenspezialisten interessante Produkte, mit denen der Händler seine Kunden bei der Problemlösung unterstützen kann.

#4.4 Innovation: Dynamische Entwicklung der Dichtungswelt

Innovation muss nicht auf die Etablierung neuer Dichtungslösungen begrenzt sein. Zwar bietet
die Markteinführung neuer Werkstoffe oder ganzer Dichtungssysteme zusammen mit einem
Hersteller viele Gestaltungsmöglichkeiten. Der Händler übernimmt hier die Bündelung der Anforderungen, die Kunden an ihn herantragen. Davon ausgehend verhilft er dem neuen Produkt zu erfolgreichen Pilotanwendungen. Doch auch innovative Prozesse machen einen Dichtungsfachhändler zum bevorzugten Partner. Wer die Potentiale digitaler Prozessketten voll ausnutzt, bietet seinen Kunden Echtzeitinformationen zum Bearbeitungsstatus ihrer Aufträge. Er lässt sie Bestellungen jederzeit ändern und bietet intelligente Unterstützung bei der Auswahl der richtigen Produkte. Entsprechende Automatisierungslösungen, etwa zur Bilderkennung, machen das möglich. So lässt sich beispielsweise das Profil einer Formdichtung einlesen, um im nächsten Schritt online die Verfügbarkeit zu prüfen.

#5 NH Dichtungsservice: Partner für Dichtungen und Sonderteile

Ein umfassendes Sortiment an O-Ringen und Formteilen aus den verschiedensten Werkstoffen: Das und unser umfassender Dienstleistungsgedanke machen NH Dichtungsservice zum Partner der Wahl für Kunden aus den verschiedensten Industriezweigen. So haben wir mit unserer Marke Ecolast® einen hochwertigen FFKM-Werkstoff für O-Ringe und Formdichtungen auf den Markt gebracht. Damit schaffen wir eine attraktive Alternative zu den Werkstoffen globaler Hersteller. Neben Standard- und Normteilen versorgen wir unsere Kunden ebenfalls mit Gummiformteilen, Profilschnüren und Zuschnitten. Dabei legen unsere Experten besonderen Wert darauf, ihr Wissen mit Ihnen zu teilen. Denn gerade bei individuellen Sonderlösungen gibt es mit Bauteilabmessungen, Profilgeometrie, Werkstoff und Einbausituation zahlreiche Freiheitsgrade. Zusammen mit Ihrem Konstruktionsteam finden wir die optimale Lösung.

Mit unkomplizierten Musterlieferungen unterstützen wir den Entwicklungsprozess. Sind die technischen Details fixiert, erhalten Sie binnen kürzester Zeit ein Angebot von uns. Dazu gehört für uns die verlässliche Angabe des Liefertermins.
Mit weiteren durchdachten Services gestalten wir die Zusammenarbeit so effizient wie möglich. Dazu markieren wir die Bauteile nach Ihren Wünschen und liefern exakt die benötigten Losgrößen. Terminkritische Lieferungen und Routinebestellungen koordinieren wir optimal, um Ihren Wareneingang zu entlasten. Unser Konzept geht auf, wie unsere Reklamationsquote
von unter 0,1 Prozent zeigt. 

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
NH Dichtungsservice
Telefon: 06648 / 9190-37
E-Mail: info@nhd-service.com

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Spaltextrusion

Spaltextrusion: Gefahr für O-Ringe unter Druck
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

Inhaltsverzeichnis:

#1 Spaltextrusion: Gefahr für O-Ringe unter Druck

Die Spaltextrusion ist eines der prominentesten Schadensbilder von O-Ringen. Das liegt vor allem an den sehr markanten Abschälungen am Elastomer. Sie führen deutlich vor Augen, welchen Belastungen O-Ringe in harten Einsatzbedingungen ausgesetzt sind. Zyklisch wechselnde Phasen von sehr hohem und niedrigerem Druck stellen die Hauptursache für den Schaden dar. Gerade in der Hydraulik gehört die Spaltextrusion daher zu den verbreiteten Ausfallursachen für O-Ringe. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie es zur Spaltextrusion kommt und woran Instandhalter das Schadensbild erkennen. Für den Praktiker mindestens genauso wichtig: Wir geben einen Überblick über die Faktoren, die die Spaltextrusion begünstigen. Daraus ergibt sich die wirksamste Strategie gegen die Spaltextrusion.

#2 Das Schadensbild

Das Phänomen Spaltextrusion findet sich in der technischen Literatur auch unter den Bezeichnungen Extrusion, Spalteinwanderung oder Auspressung. Das Prinzip dahinter ist einfach: ORinge aus Elastomeren besitzen nahezu keine Kompressibilität. Mit steigendem Druck nimmt
der O-Ring immer mehr die Kontur des Einbauraumes an. Da der O-Ring sich nicht verdichten lässt, presst ihn der Druck schließlich in den Dichtspalt zwischen Kolben und Zylinder.

Dieser Vorgang hinterlässt sehr charakteristische Abschälungen am Dichtungselement. Dabei schert die Kante der Nut eine dünne Schicht von der Oberfläche des O-Rings ab. Das geschieht meist nicht kreisrund, sondern vor allem an der Stelle mit dem größten Spaltmaß. Sind Kolben und Zylinder nicht präzise konzentrisch zueinander angeordnet, dann nimmt der Dichtspalt entlang des Umfangs verschiedene Breiten an. Unter besonders ungünstigen Konstellationen des Dichtungssystems kann es aber auch zu einem Abrollen des O-Rings über dessen gesamten Umfang kommen.

Je nachdem, wie stark der herrschende Druck ist und wie das Dichtungssystem in seiner Gesamtheit gestaltet ist, kann die Länge der Extrusionsfahne ein Vielfaches der Schnurstärke erreichen. Bei schnell wechselnden Druckverhältnissen können außerdem Teile des extrudierten Materials vom O-Ring abgetrennt werden. Diese Partikel stellen ein Risiko für sensible Prozesse dar. Sie können die Prozessmedien kontaminieren oder andere Anlagenkomponenten beschädigen.

#3 Ursachen für die Spaltextrusion

Die Spaltextrusion entsteht durch die mechanische Belastung des O-Rings während des Betriebs. Mechanische und physikalische Einflüsse auf das Dichtungselement sind in der Praxis für die meisten Dichtungsausfälle verantwortlich. In dieser Kategorie spielen neben der Spaltextrusion auch Beschädigungen durch Montagefehler oder eine unzureichende Nutgestaltung eine wichtige Rolle. Die Beschreibung des Schadensbildes hat es bereits deutlich gemacht. Diese Faktoren sind besonders entscheidend für das Risiko der Spaltextrusion:

  • Systemdruck
  • Betriebstemperatur
  • Konstruktive Gestaltung
  • Elastomerwerkstoff des O-Rings

#3.1 Systemdruck

Bei der Spaltextrusion sorgt hoher und pulsierender Druck für die Beanspruchung. Nicht nur die Höhe des maximalen Drucks, sondern auch die Geschwindigkeit mit der Druckwechsel erfolgen, beeinflusst die Belastung des O-Rings. Unvermittelte Druckstöße verursachen ein gesteigertes Risiko der Spaltextrusion. Die Dichtung kann schnell einsetzenden Verformungen wenig Widerstand entgegensetzen. So ein schlagartiger Druckaufbau kommt sehr häufig in hydraulischen Systemen vor. Solche Druckstöße können in Fahrzeugkomponenten zum Beispiel durch ein plötzliches Abbremsen oder durch abrupte Richtungswechsel entstehen. 

#3.2 Betriebstemperatur

Dazu kommt, dass der Verformungswiderstand von Elastomeren stark in Abhängigkeit von der Temperatur variiert. O-Ringe in heißen Temperaturen können der Belastung weniger Widerstand entgegensetzen als Dichtungselemente in kühleren Umgebungen. Kommen zu hohem Betriebsdruck auch noch extreme Temperaturspitzen, dann ist eine Spaltextrusion besonders wahrscheinlich. Das gilt zumindest dann, wenn der Konstrukteur bei der Auslegung keine Schutzvorkehrungen einplant.

#3.3 Konstruktive Gestaltung

Hier entscheidet das Zusammenspiel aus Maß des Dichtspalts, Ausführung der Nuteinstiche und Abmessungen des O-Rings. Die Abstimmung dieser Faktoren ist schon bei statischen Dichtungen die Grundbedingung für die Funktion. Für dynamische Dichtungen, die ein noch höheres Risiko für Spaltextrusion haben, ist dieser Gestaltungspunkt entscheidend. Mit dem Maß des Dichtspalts steigt auch die Gefahr der Spaltextrusion an. Das Problem: Die Realisierung geringerer Toleranzen bei den entsprechenden Bauteilen führt zu höheren Fertigungskosten. Außerdem können die Bauteile unter der Wirkung von Druck und Temperatur ihre Form ändern. Bei ungünstigen Fällen kann der maximale Dichtspalt das gesamte Durchmesserspiel betragen. Das trifft zu, wenn Kolben und Zylinder zueinander maximal außermittig positioniert sind. Dazu kommt die Ausführung der Nutkanten. Eine scharfe Kante schert den O-Ring beim Spalteintritt besonders leicht ab. Der Konstrukteur sollte daher einen Radius für die Nuteinstiche vorsehen. Zu geringe Schnurstärken machen O-Ringe anfällig für die Spaltextrusion. Zwar presst der Druck selbst stärkere O-Ringe in den Dichtspalt, doch sie halten dem Materialabtrag länger stand.

#3.4 Werkstoff

Die Wahl eines härteren O-Rings ist die Standardempfehlung für extrusionsgefährdete Anwendungen. Eigentlich ist es aber vor allem die Steifigkeit der Dichtung, die diese davor schützt, in den Spalt gepresst zu werden. Das Elastizitätsmodul des O-Rings unter verschiedenen Umgebungsbedingungen liegt aber oft nicht vor. Daher ist die Härte ein wichtiger Anhaltspunkt für die Extrusionsfestigkeit eines O-Ring-Werkstoffes. Materialien, deren mechanische Eigenschaften mit steigender Temperatur deutlich nachlassen, sind sehr anfällig für hohe Drücke. Auch die Beanspruchung durch die Prozessmedien sollte bei der Werkstoffauswahl Beachtung finden. Schädigungen durch Quellung und Schwindung reduzieren die Widerstandskraft der Dichtung gegen Spaltextrusion.

#4 So sichern Sie O-Ringe gegen Spaltextrusion

Die Kenntnis über das Wirkprinzip der Spaltextrusion und die Ursachen ist die entscheidende Grundlage für eine erfolgreiche Prävention. Daher sollten Konstrukteure, die Dichtungssysteme gestalten, möglichst umfangreich über das Verhalten von Elastomerwerkstoffen unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen informiert sein. Nur dann erkennen sie Dichtungsfälle mit einem besonders hohen Risiko für die Spaltextrusion und können während der Auslegung Gegenmaßnahmen treffen.

Bei der Werkstoffauswahl sollten die O-Ringe mit höherer Härte und Festigkeit den Vorzug erhalten. Dabei ist stets die Beständigkeit gegenüber den verwendeten Prozessmedien vorausgesetzt. Wenn es zur Anwendung passt, stellen O-Ringe aus Thermoplasten eine Alternative dar. Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch den Einsatz von Formdichtungen oder Stützringen. Formdichtungen können mit einer anvulkanisierten Verstärkung aus Gewebe versehen sein. So wird die Dichtung steifer. Ein ähnliches Prinzip verfolgen Konstrukteure mit dem Einsatz von Stützringen. Sie sind nicht fest mit dem O-Ring verbunden. Stattdessen setzt sie der Monteur vor dem O-Ring an der druckabgewandten Seite ein. Wirkt der Druck abwechselnd von beiden Seiten, kommt auf jeder Seite ein Stützring zum Einsatz. Die Bauteile haben selbst keine Dichtwirkung, verhindern aber das Einwandern des O-Rings in den Spalt. Sie sind mit den verschiedensten Profilen in geschlitzten oder geschlossenen Ausführungen erhältlich.

Damit passen sie sich der Einbausituation und den Einsatzbedingungen an. Der Standardwerkstoff für Stützringe ist PTFE, doch es finden sich auch POM oder PA. Sind die Möglichkeiten bei der Materialauswahl ohne den erwünschten Erfolg ausgeschöpft, werden die Präventionsmaßnahmen aufwendiger. Weitere Ansatzpunkte sind die Verringerung des Dichtspalts und die feinere Bearbeitung der Nut. Statt Fasen sollte der Konstrukteur Radien einsetzen. Die Realisierung geringerer Toleranzen und präziser Radien erfordert aber einen erhöhten Fertigungsaufwand. Im Einzelfall muss die Entscheidung fallen, welche Kombination der Präventionsmaßnahmen der Spaltextrusion am effizientesten vorbeugt.

#5 Unterstützung bei kritischen Einsatzbedingungen

Einsatzbedingungen, die sehr herausfordernd für O-Ringe sind, erfordern eine besonders sorgfältige Auslegung des gesamten Dichtungssystems. Dazu gehört die Auswahl des Dichtungswerkstoffs ebenso wie die Definition der Schnurstärke und die Gestaltung der Nut. Am einfachen ließe sich die Situation natürlich durch die Reduktion des Systemdrucks entschärfen. Bei der Spaltextrusion ist dies der problematischste Faktor. Da die Druckbereiche allerdings in der Regel durch andere Abhängigkeiten vorgegeben sind, sollte der Konstrukteur die verbliebenen Freiheitsgrade umso besser nutzen. Verschiedene Elastomer-Compounds mit oder ohne Stützring, Schnurstärke und Ausführung der Einbaunut bieten wirksame Ansätze zur Risikobegrenzung.

Unser Angebot: Kontaktieren Sie bei der Abdichtung von stark druckbeaufschlagten Medien unser Team von Anwendungsexperten. Mit ihrer langjährigen Erfahrung unterstützen sie Sie bei der ganzheitlichen Optimierung der Dichtung. Durch das Zusammenspiel aller Komponenten gestalten sie dauerhaft extrusionssichere Dichtungssysteme. 

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
NH Dichtungsservice
Telefon: 06648 / 9190-37
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Werkstoffauslegung: Härte von O-Ringen

Werkstoffauslegung: Härte von O-Ringen
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

Inhaltsverzeichnis:

#1 Werkstoffauslegung: Härte von O-Ringen

Die Härte ist unbestreitbar ein wichtiger Kennwert für die Beschaffenheit von O-Ringen. Sie sagt vor allem aus, wie gut sich das Material unter Druck an Unebenheiten in den Dichtflächen anpasst. Weniger harte O-Ringe können das besser, sind aber bei hohem Druck auch anfälliger
für die Spaltextrusion. Die richtige Auswahl der Härte ist entscheidend für die Zuverlässigkeit der Dichtung. Daneben dient die Prüfung der Härte der Identifikation und Qualitätsprüfung von Elastomer Rezepturen und Fertigteilen. Dazu liefert die Härte aber nur einen Teil der notwendigen Informationen. Der Kennwert ist zwar wichtig, für sich allein genommen jedoch begrenzt aussagefähig. In diesem Beitrag fassen wir alles Wissenswerte über die Härte von O-Ringen zusammen.

#2 Was sagt die Härte über einen O-Ring aus?

Nach allgemeiner Defintion sagt die Härte eines Stoffes aus, welchen Widerstand er dem Eindringen eines härteren Körpers entgegensetzt. Bis zu einem gewissen Grad erzeugt der härtere Körper eine elastische Verformung des weicheren. Dann kehrt das Objekt nach seiner
Entlastung wieder zu seiner ursprünglichen Form zurück. Ist die Verformung plastisch, behält der Körper einen Teil der Deformation auch bei, wenn der Druck nicht mehr wirkt. Die Härte ist eine von vielen wichtigen Angaben, die sich in den technischen Datenblättern von O-Ringen finden:

  • Härte
  • Temperaturbereich
  • Bruchdehnung
  • Zugfestigkeit
  • Druckverformungsrest
  • TR-10-Wert
  • Dichte

#2.1 Verformung ist notwendig

Beim Einsatz von O Ringen als Dichtungselement ist deren elastische Verformung gewünscht. Dazu üben die abzudichtenden Elemente einen Druck auf den O-Ring aus. Dieser passt sich dadurch den Konturen an und dichtet den Spalt zwischen Dichtfläche und Einbaunut ab. Im Querschnitt ist der O-Ring dann nicht mehr kreisrund, sondern elliptisch. Diese Verformung heißt auch Verpressung.

Je weicher ein Elastomer ist, desto weniger Druck ist notwendig, um die Verformung zu erzielen. Der O-Ring gleicht dann unter geringer Belastung selbst größere Oberflächenfehler der Dichtflächen aus. Diese stammen aus der Bearbeitung der Bauteile. So weisen Gussteile beispielsweise Grate entlang der Entformungsebene auf. Die Qualität der Nachbearbeitung entscheidet darüber, wie viel von diesen fertigungsbedingten Spuren beim Einbau des O-Rings noch vorhanden ist. O-Ringe mit höherer Härte benötigen mehr Druck, um die notwendige Verpressung herzustellen. Für Anwendungen mit niedrigem Druck sind O-Ringe mit geringer Härte also besser geeignet.

#2.2 Härte und druckbeaufschlagte Medien

Dazu kommt aber noch ein weiterer Faktor: Auch das abzudichtende Medium kann Druck auf den O-Ring ausüben. Das ist erst einmal gut für die Dichtwirkung, denn es erhöht die Verpressung. Wird der Druck allerdings zu groß, ergibt sich ein kontraproduktiver Effekt. Der O-Ring
bewegt sich zu der Seite der Nut, die vom Druck abgewandt ist. Dann kann es passieren, dass der O-Ring sich in den Dichtspalt hineinbewegt. Diese sogenannte Spaltextrusion kann für bleibende Beschädigungen sorgen, sodass die Dichtwirkung des O-Rings verloren geht. Dem Konstrukteur bieten sich bei Medien mit hohem Druck zwei Maßnahmen an: Er kann die Einbausituation optimieren, damit der Dichtspalt möglichst klein wird. Auch die Wahl eines O-Rings mit höherer Härte hilft bei diesem Problem. Bei dynamischen Dichtungen spielen zusätzlich
Reibung und Verschleiß des O-Rings eine wichtige Rolle. Sie hängen ebenfalls mit der Härte des O-Rings zusammen. Die Härte des O-Rings muss also immer auf die individuellen Einsatzbedingungen abgestimmt sein.

#3 Härteprüfverfahren im Überblick

Das Prinzip hinter den Prüfverfahren für die Härte ist einfach: Ein Prüfkörper übt Druck auf das untersuchte Material aus. Gemessen wird, wie tief der härtere Körper in den weicheren eindringt. Dabei müssen unter anderem die Form des Prüfkörpers, Druckkraft und Messzeit dem
genormten Verfahren entsprechen. Genau hierin unterscheiden sich die verbreiteten Prüfverfahren Shore und IRHD (International Rubber Hardness Degree). Das wirkt sich auch auf die Anwendung der Verfahren in der Praxis aus.

#3.1 Messung: Shore-Härte

Die Vorgaben für die Messung nach Shore ergibt sich aus DIN ISO 7619. Der Prüfingenieur testet mit diesem Verfahren in der Regel nicht die Härte am Fertigteil. Stattdessen kommt eine Normprobe mit definierten Abmessungen zum Einsatz. Dieser Messwert findet sich später im Datenblatt des O-Rings wieder. Zu unterscheiden sind mit Shore A und D zwei verschiedene Varianten. Für O-Ring-Werkstoffe ist vor allem die Prüfung nach Shore A anwendbar.

Für die Prüfung an Vulkanisaten, wie O-Ringe es sind, sieht die Norm eine Probendicke von mindestens 6 Millimetern vor. Der kegelförmige Prüfkörper wirkt unter Federkraft 3 Sekunden lang auf die Probe ein. Daneben hat die Temperatur einen Einfluss auf das Materialverhalten. Deswegen gilt eine Solltemperatur von 23 Grad, von der nicht mehr als 2 Grad nach oben oder unten abgewichen werden sollte.

Bei der Auswertung wandelt der Prüfer das Messergebnis für die Eindringtiefe um. Dabei entspricht eine Tiefe von 2,5 Millimetern einer Härte von 0 Shore A. Hinterlässt der Probenkörper gar keinen Abdruck, dann beträgt die Härte 100 Shore A. Sehr harte Werkstoffe erreichen 90
Punkte. Es lässt sich auch die Shore-Härte von Fertigteilen erfassen. Das gilt zumindest, wenn die Schnurstärke des O-Rings über 3 Millimeter beträgt.

Bei der Härteprüfung nach Shore D für zähere Elastomere ändern sich mit Druck und Abmessungen des Prüfkörpers zentrale Parameter. Deshalb besteht kein linearer Zusammenhang zwischen den Messwerten für die beiden Shore-Härten. Eine Umrechnung ist aber möglich.

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#3.2 Messung: IRHD

Die Härteprüfung nach IRHD-M liefert die Härte ebenfalls in Skalenwerten von 0 bis 100. Das Verfahren dient vor allem zur Bestimmung der Härte vorn Fertigteilen. Doch für Schnurstärken unter 1,6 Millimeter ist auch die Messung nach IRHD nicht geeignet. Abweichend von der Ermittlung der Shore-Härte dringt hier ein deutlich kleinerer kugelförmiger Prüfkörper in den ORing ein. Der höchste Punkt im Querschnitt des O-Rings sollte den Ansatzpunkt darstellen. Nachdem der Prüfkörper für 30 Sekunden auf den O-Ring eingewirkt hat, kann der Durchführende die Härte ablesen.

Wichtig ist: Die an Normproben und Fertigteilen ermittelten Härten eines identischen Elastomers werden nahezu immer voneinander abweichen. Zudem lassen sich die Messergebnisse nach Shore A und IRHD-M nicht ineinander umrechnen. Das gilt, obwohl die Ergebnisse im
mittleren Härtebereich relativ nah beieinander liegen können.

Verantwortlich dafür sind die unterschiedlichen Messverfahren, aber auch die formbedingten Abweichungen der Eigenschaften. Geometrisch haben die Normprobe eines Werkstoffs und der O-Ring als Fertigteil kaum Gemeinsamkeiten. So beeinflussen eine unterschiedliche Materialstärke und die gekrümmte Oberfläche die Messung. Mit sinkendem O-Ring-Querschnitt nimmt die Präzision der Verfahren stark ab. Genauso entscheidend ist, wo am Fertigteil der Prüfer den Probekörper ansetzt. Die vielen Fehlermöglichkeiten stellen ein großes Problem
bei der Härteprüfung dar. Die Ergebnisse sind allgemein deutlich weniger zuverlässig als die anderen Messverfahren. Daher ist eine Toleranz von 5 Härtepunkten Shore A oder IRHD nach oben und unten üblich. Diese halten hochwertige Fertigteile gegenüber der Angabe im Datenblatt ein. 

#4 Härte in der Auslegungspraxis

Die verbreitete Annahme, dass ein harter O-Ring grundsätzlich besser ist als ein weicherer, ist ein Irrtum. Vielmehr geht es in der Praxis darum, einen O-Ring einzusetzen, der genau so hart oder weich ist, wie es der Anwendungsfall erfordert. Dabei muss der Ingenieur dem komplexen Zusammenwirken zwischen den Abmessungen des Dichtspalts, den Eigenschaften des ORings und der Druckbelastung Rechnung tragen.

Unstrittig ist dabei aber: Die Härte des O-Rings im Lieferzustand sollte möglichst genau dem bei der Bestellung spezifizierten Sollwert entsprechend. So ist sichergestellt, dass der O-Ring seine Dichtaufgabe zuverlässig erfüllen kann. Sehr gute Anbieter von O-Ringen heben sich von durchschnittlichen dadurch ab, dass sie umfassende Maßnahmen zur Überwachung der Serienqualität betreiben. So gewährleisten sie, dass ihre Erzeugnisse den Erfordernissen anspruchsvoller Anwendungen entsprechen. Neben der Härte behalten sie dabei auch weitere
Materialeigenschaften wie Gewicht und Zugfestigkeit im Auge. Dazu kommen das Verhalten des O-Rings bei hohen und tiefen Temperaturen sowie die Wechselwirkungen mit Testmedien. Nur in der Gesamtheit liefern diese Prüfungen ein umfassendes Bild von den O-Ringen.

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
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Richtlinien für die Lagerung von Elastomeren

Richtlinien für die Lagerung von Elastomeren
- Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie -

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#1 Lagerung von Elastomeren

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O-Ringe aus Elastomeren müssen im Einsatz ohne Ausnahme funktionieren. Indem sie den Dichtspalt verschließen, trennen sie zwei Bereiche in einer Anlage oder einem Gerät voneinander ab. Damit verhindern sie beispielsweise, dass Bauteile von aggressiven Medien angegriffen werden. Sie schützen auch sensible Stoffe vor unerwünschter und potentiell gefährlicher Kontamination durch andere Substanzen. Dazu müssen die O-Ringe zahlreichen Belastungen standhalten können.

Unverzichtbare Bedingungen dafür sind die sorgfältige Auswahl des O-Rings, dessen gewissenhafte Herstellung und der fachmännische Einbau. Fachleute auf der ganzen Welt beschäftigen sich fortlaufend mit der Weiterentwicklung von O-Ring-Werkstoffen, Fertigungsverfahren und der Gestaltung der Einbauräume. Doch ein weiterer entscheidender Faktor bleibt oft im Hintergrund: Die Bedingungen, unter denen O-Ringe gelagert werden. Bei optimalen Lagerbedingungen behalten O-Ringe ihre Dichteigenschaften über Jahre bei. Fehler bei der Lagerung können die O-Ringe aber im Zeitraffer altern lassen. Hier erfahren Sie, was es bei der
Lagerung von Elastomeren zu beachten gilt.

#2 Schadensursachen bei der Lagerung von O-Ringen

Die Schadensanalyse spielt eine wichtige Rolle für den erfolgreichen Einsatz von O-Ringen als Dichtungselement. Versagt ein O-Ring, dann sollten sich Anwender die Zeit nehmen und das Bauteil untersuchen. Oft lässt sich der Grund für den Verlust der Dichtwirkung erkennen. Unter den Schadensbildern finden sich etwa die Versprödung des Materials, Rissigkeit oder bleibende Verformungen. All das führt dazu, dass der O-Ring einen Dichtspalt, der selbst auch Veränderungen durch die Betriebsbedingungen unterliegt, nicht mehr zuverlässig verschließen kann.

Der Schluss auf die zugrundeliegenden Schadensmechanismen ist aber nicht immer einfach. Vor allem unter harten Einsatzbedingungen wirken oft mehrere schädliche Umstände zusammen. Experten unterscheiden diese Schadensursachen:

  • Medieneinwirkung
  • Temperatur und Alterung
  • Mechanische Einwirkungen
  • Herstellungsfehler

Doch warum ist das für die Lagerung Ihrer O-Ringe relevant? Weil das Leben von O-Ringen aus Elastomeren mit der Vulkanisation beginnt. Hier erhalten die Bauteile den Zusammenhalt und ihre elastischen Eigenschaften. Erfahrene Hersteller nutzen dabei ihr besonderes Know-how. Denn die optimale Vulkanisation entscheidet über die Leistungsfähigkeit der O-Ringe. Gleichzeitig erfordert der Prozess ein präzises Zusammenwirken von Zeit, Druck und Temperatur. Herstellungsfehler spielen bei hochwertigen O-Ringen eine untergeordnete Rolle. Viel entscheidender ist: Ab der Vulkanisation können schädliche Umwelteinflüsse für Abweichungen
vom Sollzustand sorgen. Je nach Lagerdauer können die O-Ringe im Lager unvorteilhaften Bedingungen mehr oder weniger lang ausgesetzt sein. Damit sich die O-Ringe beim Einbau noch im Sollzustand befinden, sollten Sie also ein besonderes Augenmerk auf die Schaffung optimaler Verhältnisse im Lager legen. Die Rezepturen vieler Elastomerwerkstoffe enthalten zwar Stabilisatoren, die Schädigungen abwehren sollen.Dabei finden Alterungsschutzmittel und Schutzschichten gegen den Angriff von Ozon oder UVLicht Verwendung. Weil sie die Alterung nur verlangsamen, aber nicht aufhalten können, ist eine gute Lagerung unverzichtbar.

#3 Lagerbedingungen für O-Ringe aus Elastomeren

Vor allem bei einer längeren Lagerung über mehr als sechs Monate hinweg sollten Sie auf optimale Lagerbedingungen achten. Besonders empfindliche Elastomere für spezielle Einsatzzwecke können sogar bereits deutlich früher Schaden nehmen. In Versuchen zeigen O-Ringe aus dem Elastomer NBR bereits nach wenigen Tagen an ozonhaltiger Luft erste Risse. Auch PTFE-O-Ringe verdeutlichen, wie kritisch die korrekte Lagerung ist: Der Werkstoff weist eine überragende Medienbeständigkeit auf und ist dank seines breiten Temperaturbereichs für
viele Dichtungsanwendungen geeignet. Doch das Material neigt zum Kaltfluss. Schon eine geringe Druckbelastung kann zu dauerhaften Verformungen führen. Hier können die Hersteller durch geeignete Rezepturbestandteile entgegenwirken. Dennoch sollten PTFE-O-Ringe durch eine sorgfältige Lagerung vor einer Druckeinwirkung geschützt werden. Allgemeine Maßgaben dafür, wie Erzeugnisse aus Elastomeren zu lagern sind, bietet DIN 7761. Die Norm teilt Elastomere anhand der Rezepturbasis ein und gibt maximale Lagerzeiten vor.

Basiselastomer / Maximale Lagerzeit

  • CR / 6 Jahre
  • NBR / 6 Jahre
  • EPDM / 8 Jahre
  • FKM, VMQ / 10 Jahre
  • FFKM (Ecolast) / 13 Jahre

Das zeigt: Bei sachgemäßer Lagerung können Anwender von O-Ringen aus Elastomeren diese selbst nach längerer Zeit ohne Einbußen bei der Funktion einsetzen. Doch das gilt nur, wenn auch die Lagerung den hohen Ansprüchen an die Dichtungselemente gerecht wird. Generell
gilt die Forderung nach einem kühlen, trockenen, staubarmen und vor übermäßigem Luftaustausch geschützten Lagerort. Die detaillierten Anforderungen von DIN 7761 an den Lagerraum lassen sich in diese Kategorien einordnen:

  • Licht
  • Feuchtigkeit
  • Temperatur
  • Sauerstoff und Ozon
  • Verformung

#3.1 Licht

Schützen Sie Ihren Lagerbestand an O-Ringen vor direkter Sonneneinstrahlung. Vor allem die UV-Strahlung schadet den Elastomeren. Doch auch eine zu hohe lokale Erwärmung lässt die O-Ringe schneller altern. Am besten bleiben die O-Ringe so lange wie möglich in geschlossenen Kartons. Sie schirmen die Dichtungselemente vom Tageslicht ab. Folienbeutel aus UVbeständigem Polyethylen (PE) stellen einen guten Schutz dar.

#3.2 Feuchtigkeit

Im Lagerraum sollte die relative Luftfeuchtigkeit nicht über 70 Prozent steigen. Maximalwerte von 65 Prozent kommen dem Ideal noch näher. Die O-Ringe sollten Sie zuverlässig vor dem Kontakt mit Kondenswasser schützen. Manche Elastomere sind hier anfälliger als andere.

#3.3 Temperatur

Auch hinsichtlich der Solltemperaturen bei der Lagerung unterscheiden sich die einzelnen Elastomerarten im Detail. Den Sollbereich markieren die Mindesttemperatur von +5 Grad und die Maximaltemperatur von +25 Grad. Im kalten Zustand können die O-Ringe sehr steif werden. Vor dem Einbau sollten sie daher etwas Zeit bekommen, um sich bei Raumtemperatur zu erwärmen. Das erleichtert die Montage und schützt vor Schäden. Im Lagerraum installierte Wärmequellen sollten Hitze nicht direkt auf die O-Ringe abstrahlen können. Dafür sorgt ein Mindestabstand von einem Meter oder eine geeignete Abschirmung.

#3.4 Sauerstoff und Ozon

Luftdichte Behälter oder PE-Beutel schützen Elastomer-O-Ringe vor der Einwirkung schädlicher Medien aus der Umgebungsluft. Gleichzeitig sollte kein übermäßiger Luftwechsel im Lagerraum herrschen. Elastomere nehmen selbstständig Sauerstoff auf. Einen Teil davon binden
sie, den Rest geben sie in veränderter Form als Oxidationsprodukte wieder an die Umwelt ab. Bei dieser Alterungsreaktion kommt es zu einer starken Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des O-Rings. Ähnliches gilt auch für Ozon. Leuchtstoffröhren, Elektromotoren
und viele andere elektrische Geräte bilden das Gas während ihres Betriebs. Vor allem O-Ringe aus dem Elastomer NBR nehmen sehr schnell Schaden an ozonhaltiger Luft.

#3.5 Verformung

Auch eine mechanische Beanspruchung während der Lagerung kann bereits irreversible Schäden am O-Ring verursachen, bevor dieser überhaupt am Verwendungsort eingebaut ist. Idealerweise befinden sich die Bauteile während der Lagerdauer daher in einem entspannten
Zustand. Dabei wirken weder Druck noch Zug auf die Dichtungselemente. Gerade bei der verteilten Lagerung von O-Ringen kommt es häufig zu Druckstellen durch Heftklammern oder andere Gegenstände. Bei O-Ringen mit großen Durchmessern kann die entspannte Lagerung
aber eine Herausforderung darstellen. Damit der Platzbedarf im Rahmen bleibt, lassen sich ORinge mit einem Innendurchmesser über 300 Millimeter einschlagen.

Knicke sind aber unbedingt zu vermeiden. Daneben gibt es weitere wichtige Hinweise im Zusammenhang mit der Lagerung von Elastomeren. Auch der Kontakt mit Schwermetallen wie Mangan, Kupfer oder Eisen kann O-Ringe altern lassen. Das sollte ebenso vermieden werden wie die Lagerung zusammen mit PVC. Nach einer längeren Lagerung kann eine Reinigung des O-Rings notwendig sein. Dabei sollten warmes Wasser und ein sauberes Tuch zum Einsatz kommen. Auf keinen Fall eignen sich Reinigungsflüssigkeiten wie Benzin, Benzol oder Terpentin. Nicht nur bei der Reinigung, sondern bei jedem Umgang mit O-Ringen sollten Sie diese von spitzen oder scharfen Gegenständen fernhalten.

#4 So organisieren Sie die Lagerung von Elastomeren optimal

Mit der richtigen Lagerung können Sie O-Ring-Bestände problemlos lokal vorhalten. So können Sie jederzeit auf einen Ausfall reagieren. Einbußen bei der Funktion der O-Ringe aus dem eigenen Lager müssen Sie dabei nicht befürchten. Der Aufbau einer systematischen Lagerhaltung bietet viele Vorteile. So erlaubt die zentrale Lagerung von O-Ringen den Abbau verteilter Bestände. Die vorgehaltene Menge lässt sich dadurch reduzieren. Außerdem stellt das sicher, dass stets die ältesten O-Ringe zuerst Verwendung finden. Die Verpackungseinheiten können außerdem länger geschlossen bleiben. Daneben beugt das Lagersystem Verwechslungen vor. Wir von NH Dichtungsservice unterstützen Sie bei der Lagerung. Unsere O-Ringe liefern wir bestens geschützt in individuellen Verpackungseinheiten und bringen nach Kundenwunsch Markierungen auf. Das sorgt für die notwendige Sicherheit und Effizienz beim Einsatz von O-Ringen.

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
NH Dichtungsservice
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E-Mail: info@nhd-service.com

O-Ringe in Heißwasser und Dampf

O-Ringe in Heißwasser und Dampf
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

Inhaltsverzeichnis:

#1 O-Ringe in Heißwasser und Dampf

Wasser und Dampf stellen die Haltbarkeit von O-Ringen auf eine harte Probe. Die Herausforderung besteht darin, dass zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen Kontaktmedium und Dichtungswerkstoff auch noch extreme Temperaturen kommen. Solch anspruchsvolle Betriebsbedingungen finden sich vor allem in der Prozessindustrie, der Kraftwerkstechnik sowie in den Bereichen Sanitär und Heizungsbau. Die notwendige Beständigkeit weisen nur spezielle O-Ring-Qualitäten auf. Hier erfahren Sie, welche Anforderungen Heißwasser und Dampf stellen und welche Werkstoffe in Frage kommen.

#2 Anforderungen an O-Ringe bei Heißwasser- und Dampfanwendungen

Die Prozessindustrie ist ein Paradebeispiel für sehr hohe Ansprüche an die Qualität von Dichtungselementen. Meist stellt sich im Betrieb sehr große Hitze ein – und das oft im zyklischen Wechsel mit thermischen Zuständen deutlich unter der Raumtemperatur. Das gilt etwa für Raffinerien, genauso wie für die Getränke- und Lebensmittelproduktion. Gleichzeitig kommen die O-Ringe in Kontakt mit Medien, die das Material des O-Rings angreifen können. Heißwasser und Dampf haben sich in der Praxis als besonders problematisch erwiesen. Diese Medien müssen auch in Kraftwerken und Fernwärmeanlagen gehandhabt werden. Dabei sind Wassertemperaturen bis zu 175 °C keine Seltenheit.

In Anlagen zur Herstellung von Milcherzeugnissen sind O-Ringe beispielsweise den stark fetthaltigen Zwischen- und Endprodukten ausgesetzt. Zur Aufrechterhaltung hygienischer Zustände kommen aggressive Medien und sehr heißer Dampf zum Einsatz. Diesen Bedingungen müssen hochwertige O-Ringe dauerhaft standhalten, denn die Serviceintervalle sind lang. Dafür sorgen hohe Stillstandskosten und aufwendige Austauschprozeduren. Bei vielen Anwendungen kommt hinzu, dass auch der O-Ring selbst keine Beeinflussung der Kontaktmedien hervorrufen darf. Das verlangen die strengen Standards der Branchen.

#3 Schäden durch Heißwasser und Dampf

Lange Wechselintervalle, extreme Temperaturen und Drücke: Das sind anspruchsvolle Einsatzbedingungen. Diese Einflüsse lassen den O-Ring über die Zeit von seiner elastischen Rückstellkraft einbüßen. Ist diese zu sehr geschwächt, kann der O-Ring mechanischen Belastungen nicht widerstehen und passt sich nicht ausreichend dem Dichtspalt an. Das Bauteil verliert seine Dichtwirkung. Doch auch heißes Wasser und Dampf setzen dem O-Ring zu.

Die Medien lassen ungeeignete Elastomerwerkstoffe sehr schnell altern. Dabei gibt es verschiedene Schadensmechanismen. Kontaktmedien können in das Material des O-Rings eindringen und ihn zum Quellen bringen. Ist die Nut durch einen quellenden O-Ring überfüllt, kann es bei Druckeinwirkung zur Spaltextrusion kommen. Daneben bewirken Medien eine Veränderung der mechanischen Werkstoffeigenschaften. Das betrifft zum Beispiel Reißdehnung und Härte, zwei zentrale Kennwerte für die Dichtungsfunktion. Dieselbe Konsequenz hat die Schrumpfung, bei der aggressive Medien Rezepturbestandteile aus dem Elastomer herauslösen. Zur Beeinträchtigung der Dichtwirkung kommt dann die meist unzulässige Kontamination des Mediums.

Wasser enthält unter anderem Härtebildner, Kohlendioxid und Sauerstoff, die Metalle zum korrodieren bringen. Durch Hydrolyse spaltet das Wasser chemische Verbindungen auf. So baut es allmählich viele polymere Dichtungswerkstoffe ab, woraus eine Schrumpfung und damit verbunden ein Verlust der Verpressung resultiert. Eine Mindestverpressung ist aber notwendig, damit der O-Ring seine Rückstellkraft voll entfalten und den Dichtspalt überbrücken kann. Die Mechanismen wirken auch bei Wasserdampf. Dabei ist die Aggressivität des Mediums aber noch zusätzlich von der Sättigung des Wasserdampfes abhängig. Der Sättigungsgrad drückt aus, wie hoch der Wasserdampf in der Luft konzentriert ist. Beim Einsatz von EPDM-O-Ringen ist das besonders entscheidend. Denn dieser Werkstoff besitzt die äußerst nützliche Eigenschaft, dass die Beständigkeit gegen Luft deutlich geringer ausgeprägt ist als die gegen Dampf.

Hinzu kommt, dass viele Anlagen mit den Medien Heißwasser und Dampf eine zyklische Abfolge von Betriebsphasen aufweisen. Hier wechselt sich extreme Hitze mit Kälte ab. Niedrige Temperaturen sind generell schonender für die O-Ringe. Bei der zyklischen Fahrweise kommt es aber zu sehr vielen Zustandswechseln, die sich jedes Mal auf den Dichtspalt auswirken. Eine sinkende Temperatur lässt den Dichtspalt größer werden, gleichzeitig unterliegt auch der O-Ring selbst einem thermischen Schwund. Beim Überbrücken des Spalts wird das Rückstellvermögen des O-Rings deutlich stärker beansprucht als bei einer dauerhaft hohen Betriebstemperatur. So kann es bei der zyklischen Betriebsweise selbst dann zu Undichtigkeiten kommen, wenn der O-Ring noch elastische Eigenschaften besitzt.

#4 Kriterien für geeignete O-Ringe

Für die Verwendung mit Heißwasser und Dampf geeignete O-Ringe zeichnen sich dadurch aus, dass sie ihre Ausgangseigenschaften unter der Medieneinwirkung möglichst lange beibehalten. Nachdem sie ihnen eine gewisse Zeit ausgesetzt waren, werden sie in Laboren vor allem auf diese Kriterien hin untersucht:

  • Volumenquellung
  • Mikrohärte
  • Zugfestigkeit
  • Reißdehnung

Je konstanter die Eigenschaften auch nach längerem Einsatz bleiben, desto besser ist die Eignung des Polymerwerkstoffs.

#5 Heißwasserbeständigkeit geeigneter O-Ring-Werkstoffe

Es gibt einige Werkstoffe, die das Potenzial haben, Wasser und Dampf bei hohen Betriebstemperaturen Stand halten zu können. Wie gut sie das in der Praxis tun, wird erheblich von der genauen Zusammensetzung des O-Rings und von der sorgfältigen Herstellung beeinflusst. Generell kommen die folgenden Basispolymere in Frage:

  • EPDM bis <max. 200°C
  • Ecolast (FFKM) Compound „NH5750“: bis <210°C
  • Ecolast (FFKM) Compound „NH5751 HT“ bis <230°C
  • Ecolast (FFKM) Compound „NH5755 HT“ bis <270°C
  • FKM bis <150°C
  • HNBR <120°C
  • VMQ <100°C
  • FEPM <150°C

Wegen der vielen Freiheitsgrade bei Verarbeitung und Werkstoff sagen diese Bezeichnungen alleine noch nichts über die Eignung für Heißwasser und Dampf aus. Als Anwender stellen sicher, dass Sie die richtige Qualität bekommen, indem Sie bei der Bestellung das Kontaktmedium und die benötigte Temperaturbeständigkeit angeben. In der Praxis haben sich vor allem die Elastomere EPDM und FFKM bewährt.

#5.1 O-Ringe aus EPDM: Heißwasser Allrounder

O-Ringe mit EPDM als Basispolymer und einer sehr guten chemischen Stabilität behalten ihre Eigenschaften auch bei Heißwasser und Dampf mit Temperaturen von bis zu 200 °C zuverlässig bei. Die Voraussetzungen dafür sind eine hochwertige Rezeptur und optimal eingestellte Fertigungsprozesse.

O-Ringe aus EPDM für Heißwasseranwendungen sind peroxidisch vernetzt und enthalten möglichst wenig Weichmacher. Durch die Zugabe spezieller Alterungsschutzmittel zur Rezeptur kann der Hersteller die Beständigkeit noch weiter erhöhen. Ein hoher Vulkanisationsgrad verleiht dem Elastomer seine elastischen Eigenschaften. Hier müssen Zeit, Druck und Temperatur optimal zusammenwirken.

Ist das gegeben, dann zeigen EPDM-O-Ringe in Heißwasser und Dampf nur geringe Veränderungen bei Volumen, Reißdehnung und Reißfestigkeit. Der O-Ring kann mechanischen Belastungen also einen annähernd gleichbleibenden Widerstand entgegensetzen. Er ist elastisch genug, um selbst einen variierenden Dichtspalt zu überbrücken. Für einige Heißwasseranwendungen scheiden EPDM-O-Ringe aber aus, da sie nicht beständig gegenüber Verbindungen auf Basis von Mineralöl sind. Wirkt neben Wasser noch Luft auf den O-Ring ein, dann begrenzt auch das die Haltbarkeit des O-Rings. Beständigkeitsangaben an Luft über 150 °C sind selten.

#5.2 O-Ringe als FFKM: Highend Lösung für Heißwasseranwendungen

FFKM gehört zusammen mit FKM und FEPM zu den fluorierten Elastomeren. Diese zeichnen sich durch einen sehr großen Temperaturbereich an Luft aus. So eignen sich O-Ringe aus FFKM für Dauertemperaturen weit über 300 °C. Die Verwendung mit Heißwasser erfordert hier ebenso spezielle Rezepturen. Genauso entscheidend sind Vernetzungsgrad und die Art der Vernetzung im Polymer.

Gleichzeitig weist FFKM eine sehr hohe Beständigkeit gegen aggressive Medien auf. Solche Stoffe sind zum Beispiel in der chemischen und der petrochemischen Industrie verbreitet. Mineralöl stellt dementsprechend kein Problem für FFKM dar. Daher sind die im Vergleich hohen Kosten für FFKM-O-Ringe vor allem dann zu rechtfertigen, wenn die Dichtungselemente neben Heißwasser oder Dampf noch weiteren aggressiven Medien ausgesetzt sind.

#6 Herausfordernde Betriebsbedingungen erfordern präzise Auslegung

Bei O-Ring-Abdichtungen für Heißwasser und Dampf ist nicht nur die Werkstoffauswahl entscheidend. Genauso wichtig ist die entsprechende Auslegung der Einbaunut. Die Verpressung sollte bei O-Ringen aus FFKM beispielsweise deutlich unter der für andere Werkstoffe üblichen liegen. Generell sollten Sie, wenn umsetzbar, Axialdichtungen den Vorzug geben. Diese sind weniger anfällig gegen Bauteiltoleranzen und begrenzen auch die Einwirkung von Luft bei EPDM-O-Ringen. Die Montage erfordert besondere Sorgfalt vom Techniker. Während FFKM-O-Ringe anfällig gegen mechanische Beschädigungen sind, dürfen bei EPDM-O-Ringen nur geeignete Montagefette zum Einsatz kommen.

Unser Angebot:

Nutzen Sie die Anwendungskompetenz unsere Experten. Mit Ihnen zusammen identifizieren sie den passenden O-Ring für Ihren Dichtungsfall. Dabei achten sie auch auf die optimale Gestaltung des Einbauraums und schaffen so die Haltbarkeit, die anspruchsvolle Anwendungen erfordern.

Luke Williams
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Relevanz genormter O-Ringe

Relevanz genormter O-Ringe
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

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#1 Relevanz genormter O-Ringe

In allen Bereichen stellen Bauteile mit genormten Eigenschaften eine große Erleichterung für die Anwender dar. Das trifft auf die Neuauslegung eines technischen Systems genauso zu, wie auf die Ersatzteilbeschaffung während der Betriebsphase. Doch genormte Größen, Materialeigenschaften und Qualitäten bieten auch finanzielle Vorteile. Im Beispiel der O-Ringe sind die standardisierte Dichtungselemente in hoher Qualität und mit kurzen Lieferzeiten lieferbar. Gleichzeitig ermöglicht die überaus große Variantenvielfalt eine optimale technische Auslegung für jeden Anwendungsbereich. Inzwischen existierten viele verschiedene Normen aus diversen Ländern, sodass Anwender schnell den Überblick verlieren können. Dementsprechend erfahren Sie in diesem Beitrag alles über die wichtigsten Normen und welchen Einfluss sie auf unsere Dichtungswelt nehmen.

#2 Vorteile genormter O-Ringe

Jede Abdichtung stellt spezifische Anforderungen an die O-Ringe selbst und an die Einbausituation. Das breite Angebotsspektrum von O-Ringen in verschiedenen Dimensionen, mit unterschiedlichen Qualitätsstufen und aus verschiedenen Werkstoffen ist daher unverzichtbar. Durch die Standardisierung sorgen Normen dafür, dass die benötigten O-Ringe schnell und zu günstigen Konditionen
eingekauft werden können. Als Anwender können Sie sich auf die Leistungsfähigkeit normgerechter Bauteile verlassen. Des Weiteren erleichtert der Einsatz von O-Ringen in genormten Größen die Auslegung der Nutgeometrie, da Techniker hier auf bewährte Standarttabelle zurückgreifen können.

Normen beschreiben außerdem die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe sowie an eine gleichbleibende Produktqualität. Gerade beim O-Ring sind stabile und optimal einge-stellte Produktionsprozesse entscheidend für die Zuverlässigkeit. So zählt unter anderem ein möglichst hoher Vulkanisationsgrad zu den Qualitätsmerkmalen. Denn erst die Vulkanisation verleiht den Bauteilen die zentrale Eigenschaft: Gummielastizität. Wirkt während des Pro-zesses zu wenig Hitze auf den Werkstoff ein, begrenzt das die Leistungsfähigkeit des O-Rings. Aber auch zu hohe Verarbeitungstemperaturen wirken sich negativ aus. Experten können die Elastizität des O-Rings beispielweise über Härte und Druckverformungsrest überprüfen. Die-se Prüfungen sind ebenfalls durch Normen standardisiert.

Neben Toleranzen für maßliche Abweichungen regeln Normen auch Oberflächenfehler. Zu den Fehlerbildern gehören unter anderem der Stoßversatz, Grate, Einkerbungen, Fehlstellen und Fließlinien. Halten O-Ringe die zulässigen Fehlergrößen ein, dann stellen diese keine Beeinträchtigung der Funktion dar.

#3 Gängige Normen für O-Ring-Größen

Für Praktiker sind vor allem die Maßlisten mit genormten O-Ring-Abmessungen relevant. Hier finden sie die passenden Dichtungselemente für die Ersatzbeschaffung und die Gestal-tung neuer Dichtungssysteme. Im Folgenden sind die O-Ringe Normen mit der aktuell höchs-ten Relevanz für den Dichtungsmarkt aufgeführt:

AS-Norm [Beispiel 34,59 x 2,62 mm oder als Referenznummer „126“]
• BS-Norm [Beispiel 34,59 x 2,62 mm oder als Referenznummer „126“]
• SMS-Norm [Beispiel 34,2 x 3 mm]
• JIS-Norm [Beispiel 20,8 x 2,4 mm]
• ISO-Norm [Beispiel 25,8 x 2,65 mm]
• DIN-Norm [Beispiel 25,8 x 2,65 mm]

Einige dieser Normen, wie z.B. die DIN-Norm, sind überholt, weil sie mittlerweile offiziell durch die entsprechende ISO-Norm ersetzt wurden. Dennoch bleiben sie relevant, schließlich finden sie sich in Werkstatthandbüchern, Ersatzteillisten oder technischen Zeichnungen be-stehender Produkte. Besonders den erfahrenen Anwendern von Dichtungen sind die Normen nach wie vor ein Begriff. Andere Normen beziehen sich vor allem auf die Anforderungen spezifischer Industrien.

#3.1 Normen für O-Ringe in Zollgrößen

Die britischen Norm BS 1806 beinhaltet Normgrößen für O-Ringe in Zollabmessungen. Die Abmessungen sind definiert über Innendurchmesser des Rings und Querschnittsdurchmesser des Materials. Nach der Größe aufsteigend erhalten die Dichtungselemente eine laufende Nummerierung. Die Norm definiert darüber hinaus zulässige Abweichungen von den genannten Maßen für die O-Ringe. Daneben enthält sie Informationen zur Gestaltung der Einbauräume.

AS 568B ist die US-amerikanische Norm für O-Ringe in Zollabmessungen. Sie teilt sich die Entwicklungsgeschichte mit der britischen Ausgabe, die jedoch zusätzliche O-Ring-Größen enthält. Das Normungsinstitut SAE (Society of Automotive Engineers) gibt die auch für die Luftfahrt gültige Norm heraus.

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#3.2 Normen für O-Ringe in metrischen Größen

Die Abmessungen von O-Ringen in metrischen Abmessungen für Großbritannien legt die Norm BS 4518 fest. In diese Reihe passt auch der schwedische MIL-Standard (SMS 1586). Denn die Herausgeber empfehlen dieselben Schnurstärken wie die britische Norm.
O-Ringe in metrischen Abmessungen definieren daneben die weitgehend abgelösten natio-nalen Normen DIN 3771, JIS B 2401 und NF T47-501. Die DIN 3771 ist die deutsche Norm für metrische O-Ringe zur Abdichtung von fluidtechnischen Anlagen. Die relevanten Abmessun-gen für O-Ringe sind als Innendurchmesser und Schnurstärke bezeichnet. Daneben enthält die Norm Maßgaben für zulässige Toleranzen und die korrekte Bezeichnung der O-Ringe. Das Sortenmerkmal S kennzeichnet O-Ringe für Anwendungen mit höheren Anforderungen, N ist die Standardqualität. Die französische Norm NF T47-501 unterscheidet sich davon hauptsächlich in Bezug auf die verwendeten Bezeichnungen für O-Ring-Klassen. Den japani-schen Industriestandard definiert JIS B 2401.

#3.3 ISO 3601

In ihrer gültigen Fassung führt die Norm ISO 3601 die Listen von Normmaßen aus mehreren nationalen Normen zusammen. Teil 1 beinhaltet Innendurchmesser, Schnurdurchmesser, Toleranzen und die Bezeichnungsschlüssel. Die Maßreihen enthalten die etwa aus DIN 3771 bekannten metrischen Dimensionen, aber auch die in metrische Maße umgerechneten Größen aus AS 568B.

Teil 2 definiert Einbauräume für allgemeine Anwendungen der O-Ringe. Die zulässigen Abweichungen bezüglich Form und Abmessungen der O-Ringe ergeben sich aus Teil 3. Hier unterscheidet die Norm analog zu DIN 3771 die Sorten N für Standardqualität und S mit engeren Toleranzbereichen für erhöhte Anforderungen.

Mit Teil 5 enthält ISO 3601 jedoch einen sehr wichtigen Zusatz. In diesem Abschnitt finden sich Vorgaben für die Eigenschaften von Werkstoffen für O-Ringe. Die Norm liefert Angaben zu diesen Kautschuken:

  • NBR
  • HNBR
  • FKM
  • EPDM
  • ACM

Neben der Definition von unterschiedlichen Kautschukrezepturen stellt die Norm auch Anforderungen an den Vulkanisierungsgrad, der für die Funktion und Zuverlässigkeit von O-Ring-Abdichtungen besonders entscheidend ist. Schließlich ergibt sich die Dichtwirkung von O-Ringen durch deren Verpressung mit den Dichtflächen und dem elastischen Rückfedern der Dichtung. Damit die Dichtwirkung dauerhaft erhalten bleibt, muss die Verformung von O-Ringen in einem gewissen Bereich liegen. Zu schwache Verformungen erzeugen eine zu geringe Rückstellkraft, zu große Verformungen erhöhen das Beschädigungsrisiko bei der Montage und können im Betrieb zu Spannungsrissen führen. Die Rückstellkraft der O-Ringe hängt nicht nur von den Abmessungen und Toleranzen von O-Ring und Nut, sondern auch von den Werkstoffeigenschafen ab. Hier stellt Teil 5 von ISO 3601 mit Härte und Druckverformungsrest zwei messtechnisch ermittelbare Größen für den Abgleich von Soll- und Ist-Eigenschaften bereit. Das verlangt von O-Ring-Herstellern hochwertige Rezepturen und eine kontrollierte Vulkanisierung.

Das eigentlich Neue daran: Die Norm spezifiziert die Eigenschaften der Fertigteile. Bisherige Regelungen und Datenblattangaben bezogen sich dagegen auf unter besonderen Bedingungen vulkanisierte Prüfkörper. Deren Eigenschaften sind jedoch nur von beschränkter Aussagekraft für die Fertigteile. Teil 5 der ISO 3601 stellt daher einen Schutz der Anwender vor Schwankungen bei Rezeptur- und Verarbeitungsqualität dar. Die Möglichkeit, sich auf einen genormten Werkstoff zu beziehen, kann bei der Bestellung von O-Ringen außerdem Zeit sparen und Missverständnisse verhindern. Entsprechend groß ist die Bedeutung dieses Abschnitts für Praktiker.

#3.4 Weitere O-Ring-Normen

Für die Anwender von O-Ringen sind neben den Maßlisten viele weitere Normen relevant. Sie regeln alle weiteren Bereiche im Umgang mit den Dichtungselementen. Dazu zählt zum Beispiel DIN 7716. Die Norm macht Vorgaben für die Lagerung von Erzeugnissen aus Kautschuk und Gummi. Gerade bei O-Ringen ist die sachgerechte Lagerung ausschlaggebend für die Haltbarkeit im Betrieb. Weitere relevante Bereiche sind etwa Prüfungen von Elastomeren auf die Materialeigenschaften. Die Normen stellen sicher, dass Messergebnisse zur Reiß- und Zugfestigkeit, Reißdehnung oder Dichte unter standardisierten Bedingungen erfasst werden. Das ermöglicht die Vergleichbarkeit der Werte. Die Normen müssen sich nicht direkt auf die O-Ringe beziehen. Eine wichtige Grundlage für die Werkstoffauswahl sind Vorgaben für die Eigenschaften der Kontaktmedien von O-Ringen. Darunter fallen beispielsweise Anforderungen an Kraftstoffe oder Hydraulikflüssigkeiten.

#4 Genormte O-Ringe bei NH Dichtungsservice

Am Markt haben sich die nach AS und metrischer Norm standardisierten O-Ringe durchgesetzt. Sie sind in der internationalen Norm ISO3601 zusammengeführt worden und dementsprechend halten wir umfangreiche Lagerbestände von O-Ringen nach diesen Normen für unsere Kunden vor.

Neben den genormten Abmessungen sind auch viele weitere Abmessungen direkt ab Lager verfügbar oder können mit einer kurzen Lieferzeit auftragsspezifisch angefertigt werden. Inzwischen haben wir so viele Werkzeuge zur Produktion zur Verfügung, dass beinah jede Abmessung in allen Standardwerkstoffen lieferbar ist.

Luke Williams
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Oberflächenveredlung von O-Ringen

Oberflächenveredlung von O-Ringen
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

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#1 Oberflächenveredelung von O-Ringen

Ob zur Erleichterung der Montage, Verbesserung der mechanischen Eigenschaften oder zur optischen Unterscheidung von O-Ringen: Die Veredelung von elastomeren Oberflächen spielt eine immer wichtigere Rolle für professionelle Dichtungsanwendungen.

Was in vielen Anwendungsgebieten ein deutliches Potenzial zur Effizienzsteigerung darstellt, bringt aber auch neue Herausforderungen mit sich. Dabei ist es angesichts der Vielzahl von Basispolymeren für den Ingenieur ohnehin nicht einfach, die optimale technische Lösung zu finden. So komplex ist das Zusammenwirken von mechanischer, thermischer und chemischer Belastung, branchenspezifischen Werkstoffanforderungen sowie der konstruktiven Ausgestaltung der Dichtstelle. Um die Möglichkeiten der Oberflächenveredelung von O-Ringen optimal einsetzen zu können, muss der Techniker diese aber nicht nur kennen. Auch die frühzeitige Berücksichtigung möglicher Veredelungen während des Auslegungsprozesses wird immer wichtiger.

NicoElNino/Shutterstock.com

#2 Dazu dienen Oberflächenbehandlungen

Das Prinzip der Oberflächenveredelung hat die Elastomertechnik nicht neu erfunden. Wie in der allgemeinen Oberflächentechnik strebt der Ingenieur auch bei Elastomeren die Funktionstrennung zwischen Volumen und Oberfläche des O-Rings an. Dabei können die Motive für die Veränderung der Oberflächeneigenschaften ganz unterschiedlich sein: Verbesserter mechanischer Schutz des Bauteils, die Verhinderung von Wechselwirkungen zwischen Grenzflächen und optische Erkenn- und Unterscheidbarkeit sind nur Beispiele.

Viele Eigenschaften von O-Ringen lassen sich durch eine gezielte Beeinflussung ihrer Oberfläche noch einmal besser auf den Anwendungszweck abstimmen. Bei O-Ringen zielen die meisten Anforderungen auf die Oberfläche auf die Verbesserung des Montageverhaltens, die Automatisierbarkeit von Montageprozessen und die Steigerung der Widerstandskraft gegen dynamische Beanspruchung ab. Dabei stellt es die oberste Maxime dar, die technischen Eigenschaften des Elastomerwerkstoffes geringstmöglich zu beeinflussen. Schließlich sind es genau diese, die die mit der Dichtwirkung die primäre Funktion der Bauteile sicherstellen. Daneben zeichnen sich geeignete Verfahren zur Oberflächenveredelung auch dadurch aus, dass sie die Bauteildimensionen nur wenig beeinflussen.

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#3 Montageerleichterung für die Industrie

Verbesserte Gleiteigenschaften der Oberfläche lassen die Montagekräfte deutlich sinken. Damit reduziert sich das Risiko einer mechanischen Schädigung des O-Rings durch übermäßige Dehnung oder Verdrillen. Montageöle und –fette stellen die einfachste Gegenmaßnahme gegen zu hohe Reibung dar. Sie können aber während der Betriebsphase zu unerwünschten Wechselwirkungen mit den abzudichtenden Bauteilen sorgen. Dabei beeinflussen sie nicht nur das Ergebnis von Dichtheitsprüfungen. Mit Gleitmitteln kontaminierte Oberflächen lassen sich in der Folge kaum noch fehlerfrei lackieren und auch die Festigkeit von Klebeverbindungen leidet. Darüber hinaus können für den Dichtungswerkstoff ungeeignete Hilfsstoffe das Elastomer beispielsweise durch Auslaugen irreversibel beschädigen. Trockene reibungsmindernde Beschichtungen für O-Ringe verhindern beides: Sie machen den Verbau einfacher und beschädigungssicher, ohne die Funktionalität der Dichtung im Betrieb einzuschränken.

Von der Verringerung der Reibung der O-Ringe profitiert nicht nur die manuelle Montage, auch automatische Prozessschritte für Handling und Positionierung der Dichtungselemente gewinnen substantiell an Zuverlässigkeit. Zu hohe Reibungskoeffzienten der O-Ringe sorgen zum Beispiel regelmäßig zu einer erschwerten automatischen Zuführung zum Montageprozess. Viele O-Ringe aus Elastomeren in Reinform neigen außerdem zum Verkleben, sodass die Vereinzelung nicht immer gelingt. Auch die statische Aufladung und die Verschmutzung von Anlagenteilen durch lose aufgebrachte Hilfsstoffe sorgen für Probleme.

Die optische Differenzierung von O-Ringen verschiedener Bauarten spielt nicht nur im Wareneingang eine wichtige Rolle. Auch bei der Montage leistet sie einen wichtigen Beitrag für die Zuverlässigkeit der Montageprozesse. Während es bei Handling und manuellem Verbau vor allem darum geht, Verwechslungen von Dichtungen aus verschiedenen Materialien oder unterschiedlicher Dimensionen sicher zu unterscheiden, kommt bei Prozessen mit höherem Automatisierungsgrad ein weiterer Aspekt dazu. Viele Anwender sichern die automatische Montage von O-Ringen durch eine kamerabasierte 100%-Überwachung ab. So stellen sie das gewünschte Ergebnis sicher: Am Einbauort soll genau eine Dichtung sitzen. Dabei helfen Farben oder Markierungen auf dem O-Ring. Sie schaffen beispielsweise Abhilfe, wenn eine Kamera Schwierigkeiten mit der Erkennung eines normalerweise schwarzen Dichtringes in einem dunklen Gehäuse hat.

#4 Eigenschaften für den dynamischen Einsatz verbessern

Dass unbehandelte Elastomere zum Anhaften an Grenzflächen neigen, wird auch beim dynamischen Einsatz von O-Ringen als Kolben- oder Stangendichtung zur Herausforderung. Insbesondere während längerer Stillstandszeiten können O-Ringe mit ihren Gegenlaufflächen verkleben. Löst sich die Verbindung bei der Bewegung wieder, dann kann der sogenannte Stick-Slip- oder Haftgleiteffekt eintreten. Dabei kommt es zum ruckartigen Gleiten der Reibungspartner. Zu der Störung des Bewegungsablaufes kommen unerwünschte Nebeneffekte in Form von erhöhtem Verschleiß und Schall. Mit der Reduzierung der Reibung sorgen die Ingenieure für einen geringeren Abrieb und präzise Bewegungen.

#5 Technische Sauberkeit herstellen

Eine ursprünglich branchenspezifische Anforderung bezieht sich auf die Sauberkeit der O-Ringe selbst. Der Anspruch, dass nicht nur verwendete Bauteile, sondern auch Werkzeuge und Anlagen frei von lackbenetzungsstörenden Substanzen (LABS) sein müssen, stammt ursprünglich aus der Automobilindustrie. Ähnliche Vorgaben, teilweise unter Übernahme der ursprünglichen Prüfvorschriften, finden mittlerweile aber auch in vielen anderen Bereichen Anwendung.

Der Hintergrund: O-Ringe im Rohzustand können herstellungsbedingt Fertigungsrückstände und Rezepturbestandteile beinhalten, die die Ausbildung einer geschlossenen Lackschicht auf kontaminierten Bauteiloberflächen verhindern. Anders als bei Metallen und vielen Kunststoffen reicht die oberflächliche Reinigung nicht aus, um die LABS-Freiheit elastomerer Dichtungen zu gewährleisten.

#6 Verfahren zur Oberflächenveredelung

Die steigenden Anforderungen an Dichtungselemente haben auch bei den Verfahren zu Veredelung zu einer stärkeren Differenzierung geführt. So steht nahezu für jede Anwendung ein geeignetes Veredelungsverfahren zur Verfügung. Hier geben wir einen Überblick über Standardverfahren für die verbreiteten Zielsetzungen der Veränderung der Oberflächeneigenschaften von O-Ringen: Montageerleichterung, Steigerung des Automatisierungsgrades und Einsetzbarkeit für dynamische Anwendungen.

6.1 Reinigungsverfahren

Eine reine Werkstoffoberfläche stellt die Basis für eine erfolgreiche Oberflächenbehandlung dar. Es gibt aber auch Fälle, in denen es gar nicht darum geht, die Oberfläche des O-Rings zu beschichten oder umzuwandeln. Das ist bei der Sicherstellung der LABS-Freiheit der Fall. Damit die lackbenetzungsstörenden Substanzen restlos verschwinden, braucht es eine Tiefenreinigung. Eine einfache Nassreinigung im Trommelverfahren zur Entfernung der oberflächlichen Fertigungsrückstände reicht hier nicht aus. Das Plasmareinigungsverfahren dringt bis in den Kern des Werkstoffes vor, ohne dessen physikalische Eigenschaften zu beeinflussen. Wichtig: Um die LABS-Freiheit nach der Reinigung aufrechtzuerhalten, sind spezielle Verpackungen erforderlich.

6.2 Beschichtungsverfahren

Die Gleiteigenschaften von O-Ringen lassen sich zwar auch dadurch verbessern, indem der Hersteller die Festschmierstoffe bereits der Werkstoffrezeptur beimischt. Dann sind keine weiteren Bearbeitungsschritte des fertigen O-Rings notwendig, doch es wird nur ein sehr geringer Anteil des enthaltenen Schmierstoffes tribologisch wirksam. Für die Beschichtung der Oberfläche haben sich zur Montageerleichterung das Auftrommeln von Substanzen und für dynamische Einsätze die Gleitlackbeschichtung durchgesetzt.

Verbreitet ist das Auftrommeln von Silikon (Silikon-Beschichtung), Talkum (Talkumierung) und Molybdänsulfat (Molykotierung). Alle Stoffe haben ihre Nachteile: Während Silikon zum Verkleben der O-Ringe neigt, weisen Talkumierung und Molykotierung eine geringe Abriebfestigkeit auf, sodass es zur Verschmutzung von Anlagenteilen kommen kann.

Die Gleitlackbeschichtung mit PTFE oder Grafit hebt sich davon durch die trockene und saubere Oberfläche ab. Abhängig von den Erfordernissen können die Hersteller dauerhaft haltbare PTFE-Beschichtungen in vielen Farben, transparent und mit unterschiedlicher Mikrostruktur aufbringen.

#7 Trends bei der Herstellung funktionaler O-Ring Oberflächen

Ummantelte oder massive O-Ringe aus FEP und PTFE stellen durch ihre flächendeckenden Werkstoffzulassungen und die hohe Zuverlässigkeit ein wichtiges Segment im Portfolio hochwertiger Dichtungselemente dar. Erhebliche Freiheiten bei der Wahl der Abmessungen der O-Ringe erleichtern ihren Einsatz. Diese Vielfalt stellt eine Herausforderung dar: Kunden müssen sich auf die kurzfristige Verfügbarkeit von O-Ringen nach ihren Spezifikationen verlassen können.

Auf diese Anforderungen antwortet wir mit einem breiten Sortiment lagernder massiver und gefüllter FEP und PTFE O-Ringe, sowie kurzen Reaktionszeiten bei der kundenindividuellen Fertigung und Lieferung. Auch bei Fragen zur konstruktiven Auslegung und Erprobung, die es beim dynamischen Einsatz der O-Ringe besonders umfassend zu prüfen gilt, stehen wir als Experten unseren Kunden zur Seite.

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Die Welt der O-Ringe

Die Welt der O-Ringe
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

Inhaltsverzeichnis:

#1 Die Welt der O-Ringe

O-Ringe, das sind auf den ersten Blick unscheinbare Bauteile, ohne die jedoch kaum ein technisches Gerät funktionieren würde. Sie dienen dazu, das Eindringen eines Mediums von einem Raum in einen anderen zu verhindern. Denken Sie an eine Rohrverbindung, bei der der O-Ring je nach Druckverhältnis das Prozessmedium im Inneren hält oder das Eindringen des Umgebungsmediums verhindert. 

Maximal effiziente Prozesse und die dafür notwendige hochspezialisierte Anlagentechnik stellen heute hohe funktionale Anforderungen an Dichtungen. In vielen Bereichen ist daher der Einsatz verbreiteter Standarddichtungen mehr und mehr Einzellösungen gewichen. Das schafft ein komplexes Handlungsfeld für alle, die mit Konstruktion, Herstellung sowie Verwendung und Instandhaltung von Dichtungslösungen betraut sind. In diesem Beitrag geben wir einen Überblick über die wichtigsten Aspekte des professionellen Einsatzes von O-Ringen.

#2 O-Ringe: High-Tech-Bauteile

Technische Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Kosten, das sind die übergeordneten Kriterien, an denen sich nicht nur O-Ringe, sondern alle Produktionsmittel messen lassen müssen. Doch selten verhält es sich so wie bei O-Ringen: Hier besteht ein deutliches Missverhältnis zwischen Beschaffungskosten und Einfluss auf die übrigen Leistungsparameter von Geräten, Maschinen und Anlagen. Selbst wenn ein O-Ring, anders als in vielen Bereichen von Pharma-, Chemie-, oder Lebensmittelindustrie, keine sicherheitskritische Funktion hat, kann er zum Problem werden. Unkalkulierbare sporadische Maschinenausfälle verursachen nicht nur Ausfallzeiten, sondern auch einen erheblichen Instandhaltungsaufwand.

Es ist an den Technikern, für jeden Einzelfall die richtige Balance zwischen den Anforderungen und Anschaffungskosten der O-Ringe zu finden. Das wird schnell kompliziert, denn auf dem Weg zur optimalen Dichtungslösung gilt es diverse Fragen zu beantworten. Das beginnt bei der Werkstoffauswahl unter Beachtung der notwendigen Zulassungen und führt über Lieferantenauswahl, konstruktive Auslegung der Dichtstelle bis zur schonenden und prozesssicheren Montage fort. Bisweilen ist das ein iterativer Prozess, zu dem auch die Schadensanalyse defekter O-Ringe gehört. Schneller ans Ziel kommt, wer über engagierte Partner und verfügt. Hier zählen Zuverlässigkeit, Flexibilität und die Bereitschaft zum Austausch technischen Know-hows.

#3 Technische Grundlagen zu O-Ringen

O-Ringe sind die Dichtungselemente mit der häufigsten Verwendung und heben sich von den ebenfalls verbreiteten Flachdichtungen durch ihre Form ab. Sie bestehen aus einem geschlossenen Ring mit einem kreisrunden Querschnitt und dienen zur Abdichtung ruhender und bewegter Maschinenteile. Die Dichtwirkung entsteht durch die Verpressung des elastischen Materials zwischen den beiden Dichtflächen. So funktionieren auch zur Abdichtung von Flanschen verwendete Flachdichtungen, denen der runde Querschnitt fehlt. Bei der dynamischen Abdichtung fällt die Belastungsrichtung anders aus. So nutzt der Techniker den O-Ring zur Abdichtung eines Hydraulikzylinders in Form einer Kolben- oder Stangendichtung. Der Unterschied zwischen den Einbauarten: Bei der Kolbendichtung befindet sich die Einbaunut im Innenteil, bei der Stangendichtung im Außenteil.

O-Ringe bestehen meist aus Elastomeren, die sich allesamt durch ihre gummielastische Eigenschaft auszeichnen. Gängige Basispolymere sind NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), FKM (Fluorkautschuk), FFKM (Perfluorkautschuk), sowie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), die sich hinsichtlich vieler technischer Eigenschaften unterscheiden. Die Feinabstimmung des Werkstoffs bewirkt der Compound-Hersteller durch die Beimischung zahlreicher Zusatzstoffe nach einer Rezeptur.

Bei der Serienproduktion von O-Ringen in gängigen Dimensionen kommen urformende Fertigungsverfahren zum Einsatz. Verbreitet sind das Formpressen und das Spritzgießen, wobei der Vulkanisation eine besondere Bedeutung zukommt. In dieser Stufe bilden die Makromoleküle unter der Wirkung von Druck und Hitze Querverbindungen aus, die dem Elastomer seine elastischen Eigenschaften verleihen. Im Gegensatz dazu dominieren bei der Herstellung von Flachdichtungen trennende Verfahren. Hier arbeitet ein Werkzeug die Kontur der Dichtung aus einem fertigen Plattenwerkstoff heraus.

#4 Optimale Auslegung von O-Ringen

Bei der Auslegung einer Abdichtung mittels O-Ring muss der Techniker viele Anforderungen miteinander verbinden. Die Herausforderung dabei: Viele Gestaltungsziele einer Abdichtung stehen miteinander im Konflikt.

#5 Mechanische Belastbarkeit von O-Ringen

Auf der einen Seite ist es wünschenswert, dass der O-Ring eine niedrige Härte aufweist, da es ihm ermöglicht, feinste Unebenheiten der Dichtungsflächen einzuschließen und diese auszugleichen. Denn dadurch kann der O-Ring sicher abdichten, ohne dass Oberflächen höchster Güte notwendig sind. Auf der anderen Seite neigt ein weicher O-Ring zur Spaltextrusion. Druck kann ihn also in den Dichtspalt pressen und auf diese Weise bleibende Schäden hinterlassen.

Auch Zugfestigkeit und Bruchdehnung sind wichtige Parameter: Sie geben Auskunft darüber, welche Kraft wirken muss, um den O-Ring zu zerreißen und wie groß seine Dehnung im Moment des Zerreißens ist. In Abhängigkeit davon dürfen bei der Montage bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden, um eine Vorschädigung des Dichtungselements auszuschließen. Das ist in der Praxis besonders entscheidend, denn Untersuchungen zeigen, dass montagebedingte Schäden eine der häufigsten Ursachen für den Ausfall von O-Ringen darstellen.

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#6 Einfluss der Temperaturbeständigkeit

Daneben ist die Einsatztemperatur entscheidend für die Auswahl des passenden O-Rings. Denn die Eigenschaften eines Dichtungswerkstoffs variieren teilweise deutlich mit den wirkenden Temperaturen. Es geht darum, welche Temperaturbelastung unter Betriebsbedingungen zu erwarten ist und ob es sich um vorübergehende Temperaturspitzen oder dauerhafte Bedingungen handelt.

Elastomere Werkstoffe verlieren bei bestimmten Temperaturen ihre Elastizität und nehmen eine dauerhafte Verformung an. Dann kehren sie nach der Druckentlastung nicht mehr vollständig in die ursprüngliche Gestalt zurück. In der Praxis: Die Dichtwirkung des O-Rings entsteht durch die Verpressung seines Querschnitts. Entsteht eine bleibende Verformung am O-Ring, so lässt diese Verpressung nach. Aufschluss über das Verformungsverhalten von Dichtungswerkstoffen bei bestimmten Temperaturen gibt der Druckverformungsrest.

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#7 Unverzichtbar: Prüfung der Medienbeständigkeit

Die für den Druckverformungsrest ermittelten Werte hängen aber auch von den Umgebungsmedien ab. So kann der Messwert eines Werkstoffes ganz unterschiedlich ausfallen, abhängig davon, ob die Prüfung in Öl, Dampf oder einem anderen Medium stattfindet. Etwa durch Quellung oder Schrumpfung können die Umgebungsmedien die Eigenschaften der Dichtung verändern. Dabei dringen Bestandteile des Umgebungsmediums in die Dichtung ein oder lösen Bestandteile aus dieser heraus.

Die grundlegenden Beständigkeitseigenschaften legt bereits das Basispolymer des O-Ring-Werkstoffes fest. Die übrigen Mischungsbestandteile können diese und andere Eigenschaften in einem gewissen Rahmen gezielt verbessern. Wie gut ein Dichtungswerkstoff für den Einsatz in verschiedenen Medien geeignet ist, das sagt die Beständigkeitsliste des Herstellers aus. Mit potenziell schädlichen Medien kann die Dichtung bereits vor der Betriebsphase in Berührung kommen. So zählt die Verwendung ungeeigneter Montageöle oder –Fette zu einer verbreiteten Schadensursache. Selbst bei der Lagerung kann es diesbezüglich zu Fehlern kommen. Daher sollte die Lagerung von Gummierzeugnissen stets nach der Norm 7716 erfolgen.

#8 Zulassungen: Darauf kommt es an

Weniger aus der Perspektive der Haltbarkeit der Dichtung heraus, sondern aus Gründen der Verbrauchersicherheit bestehen in vielen Anwendungsbereichen für O-Ringe verpflichtende Werkstoffanforderungen. Die Konformität der Dichtungen mit diesen Anforderungen bestätigt in der Regel der Hersteller. In anderen Fällen vergeben anerkannte Prüfinstitute entsprechende Zulassungen. Ein Anwendungsbeispiel: In Anlagen für die Lebensmittelverarbeitung kommen Dichtungen häufig mit fettigen oder wässrigen Stoffen in Kontakt. Diese können Stoffe aus dem Dichtungswerkstoff lösen, die schließlich in den Organismus der Konsumenten gelangen und dort schädliche Folgen haben können. Entsprechende Lebensmittelzulassungen für Dichtungen geben Grenzwerte für die maximal zulässige Extraktion von Dichtungsbestandteilen vor. Zulassungen für O-Ringe zum Einsatz in Sauerstoff- oder Gasanlagen dienen daneben der direkten Unfallvermeidung

#9 Zulassungen: Darauf kommt es an

Neben der Montage bilden Fehler bei der Gestaltung des Einbauraums für O-Ringe einen Fehlerschwerpunkt. Bei der Konstruktion widmet der Ingenieur der Vermeidung scharfer Kanten und einer zu hohen Verpressung besondere Sorgfalt. Ersteres verhindert mechanische Schäden am O-Ring, während eine Verpressung im Sollbereich die Elastizität des O-Rings erhält. Hier ist entsprechend der Druckverformungsrest besonders gering. Durch dieses Handeln lassen sich viele vorzeitige Dichtungsausfälle verhindern, vorausgesetzt die fertigungstechnische Umsetzung wird den Ansprüchen gerecht. Dabei kommt es auf die Einhaltung der Toleranzen und die Bereitstellung von Bauteilen mit rückstandsfreien Oberflächen geringer Rautiefen an.

Gelingt es, während der Auslegung alle wichtigen Anforderungen zu beachten, dann kommen alle Vorteile eines richtig eingesetzten O-Rings zum Tragen: Niedriger Platzbedarf, einfache Montage, hohe Dichtwirkung bei geringen Verformungskräften und geringe Kosten.

#10 Der richtige Partner ist entscheidend

Vor dem Hintergrund der Komplexität der Dichtungsthematik ist es im alltäglichen Arbeiten hilfreichen einen kompetenten Partner an der Seite zu haben. Wir verstehen uns nicht nur als Lieferant, sondern auch als Dienstleister und Berater im Dichtungsbereich. Unsere Kunden profitieren neben unseren Produkten auch von unserer langjährigen Erfahrung im Bereich des Gummis und Kunststoffs. Bei Fragen rund um den Dichtungsbereich stehen Ihnen unsere Experten jederzeit gerne zur Verfügung.

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
NH Dichtungsservice
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Zulassungen von Dichtungen

Zulassungen von Dichtungen
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

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#1 Zulassungen für Dichtungen – Herausforderung für Hersteller und Anwender

Die Auslegung einer Abdichtung ist ein komplexer Prozess mit vielen sich gegenseitig bedingenden Einflussfaktoren. Schließlich achtet der Ingenieur nicht nur auf Dichtwirkung, Haltbarkeit und Kosten. In vielen Bereichen gelten darüber hinaus industriespezifische rechtliche Anforderungen und das mit gutem Grund, denn dort können ungeeignete Dichtungen schwerwiegende Folgen haben.


Die Beachtung der geltenden Richtlinien und Zulassungen für den Anwendungsfall der Dichtung ist also unverzichtbar für die sichere Herstellung verkehrsfähiger Waren. Aufschluss über die Konformität des Materials geben entsprechende Werkstoffzulassungen, die den Schwerpunkt dieses Beitrags bilden

#2 Darum sind Zulassungen und Zertifizierungen so wichtig

Die bei der Werkstoffauswahl zu berücksichtigenden Anforderungen lassen sich in vier Kategorien einteilen: Einsatztemperatur, chemische Beständigkeit, mechanische Eigenschaften und verpflichtende Werkstoffzulassungen. Die Herausforderung besteht darin, alle Kriterien zur Deckung zu bringen, denn sonst droht eine eingeschränkte Leistungsfähigkeit des abzudichtenden Geräts oder der Maschine sowie eine unzulässige Beeinflussung des Produkts.

Fällt beispielsweise in einer stark vernetzten Produktionsanlage oder Abfüllmaschine für Lebensmittel eine Dichtung aus, entstehen oft weitreichende Folgen, bevor der Hersteller reagieren kann. Die Forderung nach einer zuverlässigen Haltbarkeit der Dichtung teilen grundsätzlich alle Anwender, wobei je nach Anwendungsfall sicherheitstechnische oder ökonomische Aspekte überwiegen.

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#3 Verbrauchersicherheit gewährleisten

Industriespezifische Zulassungen gehen weiter ins Detail. Sie zielen vor allem auf die Schaffung von Sicherheit für Endverbraucher ab, indem sie unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Produktionsanlagen und dem Produkt verhindern. Die Vorgaben beziehen sich grundsätzlich nicht nur auf Dichtungen, sondern auf sämtliche Anlagenteile. Kunststoffe kommen dabei auch in Form von Schläuchen, Rohrleitungen oder Verpackungen zum Einsatz. Dennoch nehmen Dichtungen hier eine wichtige Position ein: Gerade bei Elastomeren mit komplexen Rezepturen, wie sie für herausfordernde Dichtungsanwendungen zum Einsatz kommen, kann eine sogenannte natürliche Entmischung auftreten. Dabei lösen sich flüchtige Weichmacherbestandteile aus dem Werkstoff (Migration) und gelangen über das Produkt in den menschlichen Körper, wo sie Schäden auslösen können.

Das ist nur ein Beispiel, industriespezifische Werkstoffanforderungen dienen daneben auch der unmittelbaren Betriebssicherheit von Maschinen und Anlagen.

#4 Marktzugang sichern

Dabei ist die Lage für den Anwender nicht immer unübersichtlich: Verschiedene Wirtschafträume fordern die Konformität der eingesetzten Produktionsanlagen und damit auch der Dichtungen mit eigenen industriespezifischen Vorgaben. Damit ist die Kenntnis und Beachtung dieser Regularien eine Grundbedingung dafür, dass ein Unternehmen seine Produkte in diesem Markt in den Verkehr bringen kann. Im nächsten Abschnitt geben wir einen Überblick über die wichtigsten Vorgaben. 

#5 Die wichtigsten Zulassungen für Kunststoffe

Die präsentesten Anforderungen an O-Ring-Werkstoffe betreffen die Erzeugnisse Pharmazeutika, Lebensmittel und Trinkwasser, die bei Herstellung und Transport unweigerlich mit Dichtungen in Berührung kommen. Medizinische Produkte aus Kunststoff können dagegen sogar selbst in den Körper gelangen, weshalb die Werkstoffe wiederum spezifischen Anforderungen genügen müssen. Auch Gas- und Sauerstoffanwendungen haben aus gutem Grund eigene Anforderungen.

#6 Lebensmittelzulassungen

Grundsätzlich gilt: Dichtungen, die mit Lebensmitteln in allen Phasen von Vorbereitung, Produktion und Transport in Berührung kommen, müssen dem geltenden Lebensmittelgesetz entsprechen. Risiken bestehen in Form von gesundheitsgefährdenden Rezepturbestandteilen, Verarbeitungsrückständen und Auslaugung.

Auf nationaler Ebene sind die Vorgaben des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) im Zusammenhang mit den Detailempfehlungen des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) maßgeblich. Die Organisation hat im Rahmen einer Positivliste jene Materialien bestimmt, deren Einsatz unbedenklich ist. Zugleich setzt sie Grenzwerte für die zulässige Migration fest. Wie streng die Anforderungen ausfallen, das hängt von den Einsatzbedingungen ab. Hier differenziert das Institut in Abhängigkeit von der Dauer des Kontakts der Dichtung mit dem Lebensmittel in vier Kategorien und eine Sonderkategorie.

Von internationaler Bedeutung sind die Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA). Zwar handelt es sich dabei um eine nationale Behörde, doch wer diese global anerkannten Standards nicht einhält, darf seine Anlagen nicht in die Anwenderländer exportieren. Hier gibt ebenfalls eine Liste zugelassene Werkstoffe und mengenmäßige Beschränkungen vor, wobei die Hersteller mittels Tests die Migrationseigenschaften ihrer Kunststoffprodukte prüfen müssen. Diese dienen zum Nachweis, dass es bei den Dichtungen auch im Kontakt mit wässrigen oder fettigen Lebensmitteln nicht zu unzulässigen Stoffübergängen kommt. FDA-konforme Compounds lassen sich in drei Klassen einteilen. Die Erzeugnisse der Klasse A-D eignen sich für Trockenlebensmittel, wobei viele Basispolymere zur Auswahl stehen, während sich für wässrige Lebensmittel EPDM der Klasse A-E eignet. Im Kontakt mit fettigen Lebensmitteln können Compounds der Klasse A-F bestehen. Die FDA stellt für die Kunststofferzeugnisse selbst keine Zulassung aus, stattdessen gibt der Hersteller eine Konformitätserklärung ab. 

Auch die Vorgaben der Hygieneorganisation 3-A Sanitary Standards sind zu beachten. Hier geht es vor allem um die Absicherung der Hygiene durch konstruktive Maßnahmen wie polierte Maschinenoberflächen. Dichtungsteile sind in blauer Farbe auszuführen, damit von ihnen stammende Verunreinigungen in Lebensmitteln leicht erkennbar sind. Seitdem bekannt ist, das tierische TSE-/BSE-Erreger eine Gesundheitsgefahr für den Menschen darstellen, hat die Lebensmittelindustrie gehandelt. So erhalten Dichtungen ohne Rezepturbestandteile tierischen Ursprungs das Kennzeichen ADI free (Animal Derived Ingredient free) als Garantie für deren TSE-/ BSE-Freiheit. 

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#7 Trinkwasserzulassungen

Für Trinkwasser gelten Reinheitsanforderungen, die noch über jene aus dem Lebensmittelbereich hinausgehen. So dürfen Rohre, Schläuche und Verteilungssysteme etwa durch Auslaugung Geruch, Geschmack, Färbung und Zusammensetzung des Trinkwassers nicht in unerwünschter Weise beeinflussen. Für Deutschland ergeben sich die Auswahlkriterien für Kunststoffe mit Trinkwasserkontakt unter anderem aus der KTW-Leitlinie des Umweltbundesamts. Sie enthält eine Positivliste der zugelassenen Werkstoffe. Dazu kommt die Prüfung nach dem Arbeitsblatt W270 des DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs e.V.), nach dem die eingesetzten Dichtungswerkstoffe das Wachstum von Mikroorganismen im Wasser nicht fördern dürfen. 

Andere Länder geben für Dichtungen mit Trinkwasserkontakt eigene Anforderungen und Zertifizierungen vor. Zu nennen sind beispielweise Großbritannien (WRAS), USA (NSF 61) und die österreichische Ö-Norm. 

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#8 Medizinische Zulassungen

Weltweit anerkannte Qualitätsstandards für Kunststoffe zum Einsatz in der Medizin- und Pharmazietechnik regelt die United States Pharmacopeial Convention (USP). Sie tut das im Rahmen der Herausgabe des US-amerikanischen Arzneibuchs, aus dem sich Anforderungen an Arzneimittel, Nahrungsergänzungsmittel und Lebensmittelinhaltsstoffe ergeben. Maßgeblich für Kunststoffe ist dabei die Einteilung in sechs verschiedene Klassen der Biokompatibilität.
Bei den notwendigen Tests geht es darum, die Reaktivität des Materials im lebenden Organismus zu untersuchen. Schließlich gelangen Kunststoffe in Form von Prothesen, Implantaten, Schläuchen oder Einwegmaterial vorübergehend oder sogar dauerhaft in den menschlichen Körper. Dort sollte das Material idealerweise keinerlei nachteilige Effekte, etwa durch die Freisetzung toxischer Substanzen, entwickeln. Mit der Zulassung nach USP Class VI erfüllt ein Dichtungswerkstoff die strengsten Anforderungen, sodass er sich für die Verwendung als Implantat und den Kontakt mit dem Blutkreislauf eignet.

#9 Sauerstoffzulassungen

Etwas anders ist der Fall bei Sauerstoffanlagen gelagert: Technisch reiner Sauerstoff kann sich leicht entzünden, wenn er mit Ölen oder Fetten in Kontakt kommt. Die entstehenden Ausbrände erreichen nicht nur sehr hohe Temperaturen, sondern breiten sich auch schnell aus. Die Prüfung der Reaktionsfähigkeit der eingesetzten Dichtungswerkstoffe mit flüssigem und gasförmigem Sauerstoff übernimmt die weltweit anerkannte Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Die für Sauerstoffanlagen zugelassenen Materialien können Techniker dem Merkblatt M034-1 der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI) entnehmen.

#10 Zusammenarbeit gibt Sicherheit

Wichtig für Anwender: Das ist nur eine Auswahl gebräuchlicher Zulassungen für Schwerpunktindustrien. Daneben existieren viele weitere Standards, die für Ihren Anwendungsfall relevant sein können, etwa die DVGW-Freigabe für Dichtungsmaterialen in Einrichtungen der Gasversorgung und des Gasverbrauchs oder die AMS- und NASSpezifikationen für Kautschuke in der Luft- und Raumfahrttechnik.
Auch hier darf der Experte den O-Ring nicht isoliert betrachten. Die Funktionalität der Dichtung hängt immer vom gesamten Dichtungssystem ab und dafür können neben Werkstoffanforderungen noch branchenspezifische Konstruktionsregeln und Toleranzanforderungen zur Anwendung kommen. Wir raten: Setzen Sie sich im Zweifelsfall bereits im Vorfeld einer Bestellung mit unseren Experten in Verbindung.

Luke Williams
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Aseptische Dichtungen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Aseptische Dichtungen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Fachwissen aus der Dichtungswelt für die Industrie

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#1 Aseptische Dichtungen die Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Die Anforderungen an Produktionsanlagen in der Lebensmittelproduktion kennen nur eine Richtung: Sie steigen kontinuierlich. Maßgeblich dafür sind nicht allein die Bestrebungen zur Effizienzsteigerung, sondern auch aufgrund neuer nahrungsmitteltechnischer Erkenntnisse veränderte Rezepturen. Gerade für die industrietypisch hoch vernetzten Anlagen spielen Dichtungen eine wichtige Rolle, denn keine Verbindung zwischen zwei Anlagenkomponenten kommt ohne sie aus. Bei der Gestaltung von Dichtungssystemen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie steht ein Ziel immer an erster Stelle: Die Produktsicherheit.

Für Dichtungen in diesem Anwendungsbereich gilt also ein umfangreiches Anforderungsprofil, wobei die absolute Zuverlässigkeit einen sehr hohen Stellenwert einnimmt. Dies führt nicht nur zum Einsatz besonders leistungsfähiger Dichtungswerkstoffe mit entsprechenden Lebensmittelzulassungen, sondern auch zu einem hohen Normungsgrad der Verbindungen. In diesem Beitrag geben wir einen Überblick über die verbreiteten Standards für Dichtungen und gehen auf die entscheidende Rolle von Zulassungen und Zertifizierungen ein.

#2 Das macht die Dichtungsanforderungen so besonders

In der Lebens- und Genussmittelproduktion sind Dichtungen zunehmend herausfordernden Einsatzbedingungen ausgesetzt. Das liegt zum einen an den kürzer werdenden Prozesszyklen und dem Streben nach einer möglichst kontinuierlichen Fahrweise. Auf diese Weise können die Prozessingenieure die Anlagenproduktivität aber nur dann nachhaltig steigern, wenn die Dichtungssysteme den Herausforderungen gewachsen sind. Denn damit steht auch immer weniger Zeit für die notwendigen Reinigungsprozesse der Anlagen zur Verfügung. Ein weiterer Umstand verschärft die Lage: Wo möglich, verzichten Hersteller heute meist vollständig auf den Einsatz von Konservierungsstoffen. Damit dies die Produkthaltbarkeit nicht beeinträchtigt, müssen die Produzenten noch mehr Wert auf die Reinheit in der Produktionskette legen.

Die verbreiteten Prozesse zur wirtschaftlichen Aufrechterhaltung der Hygienestandards CIP (Cleaning in Place) sowie SIP (Sterilisation in Place) stellen die Dichtungswerkstoffe daher auf eine harte Probe. So wirkt bei der Sterilisation heißer Wasserdampf von teilweise über 150 °C auf die Dichtungselemente. Bei der Reinigung sind die Spezialisten gezwungen, immer aggressivere CIP-Reinigungsmittel einzusetzen. Nicht nur die Desinfektionsmittel selbst, sondern auch deren mögliche Wechselwirkung mit den abzudichtenden Medien gilt es bei der Auslegung der Dichtung zu bedenken.

#3 Dichtungssysteme im Lebensmittel- und Pharmabereich: Hoher Normungsgrad

Zur Einhaltung der industriespezifisch notwendigen hohen Sicherheitsstandards tragen genormte Rohrverbindungen bei. Neben den guten technischen Eigenschaften erlauben sie Instandhaltern den verwechslungssicheren Ersatz verschlissener Dichtungen und die Austauschbarkeit genormter Bauteile.

#4 Milchrohrdichtungen: Kleiner Ring, große Wirkung

Das System zur Verbindung von Anlagenteilen mit der weitesten Verbreitung im euro-päischen Raum ist die Milchrohrverschraubung. Der Standard nach DIN 11851 findet sich wegen seines hohen hygienischen Niveaus nicht nur in der Lebensmittelindustrie, sondern auch in Landwirtschaft, Pharmazie und chemischer Industrie. Die Norm regelt die Maße der aus Edelstahl gefertigten Bauteile und garantiert somit für die Aus-tauschbarkeit von Standardelementen. Die Verbindung besteht aus Kegelstutzen und Gewindestutzen, die eine Überwurfmutter fest aufeinanderpresst. Zur Erleichterung der Reinigung, die auch ein häufiges Lösen und Schließen der Verbindung beinhaltet, kommen Rundgewinde und metallische Oberflächen mit geringen Rautiefen zum Einsatz.

Eine Elastomerdichtung, je nach Einsatzbedinungen aus NBR, EPDM, FKM, Silikon sowie massivem oder ummanteltem PTFE, garantiert die Dichtleistung. Aufgrund des fehlen-den metallischen Anschlags stellt die Verpressung der Dichtung einen kritischen Punkt dar. Auch die Dichtung ist für die wiederkehrende Reinigung ausgelegt und unterschei-det sich im Querschnitt von einem O-Ring. Dabei lassen sich drei Produktvarianten un-terscheiden, wobei der Milchrohrverschraubungsring ohne Bund die Standardbauform und zur Abdichtung von Schläuchen und Armaturen dient. Die Variante ohne Bund existiert auch noch einmal mit einem höheren Querschnitt. Die dritte Variante zeichnet sich durch seinen schmalen Bund am Innendurchmesser aus. Anwendern erleichtert die Normung nach DIN 11851 den Austausch der Dichtungen. Sie müssen nicht wie beim O-Ring Schnurstärke und Innendurchmesser angeben, sondern lediglich ein Maß. Die gültige DIN-Norm sieht die metrische Nennweite (DN) als Bestellangabe vor, aus der sich sowohl Höhe als auch Durchmesser ergeben. Die hohe Verbreitung des Sys-tems hat daneben zum Angebot von Verschraubungen mit Zoll- oder ISO-Abmessungen geführt.

Milchrohrverschraubungsringe nach DIN 11851 (Standardbauform)

Normgröße

Abmessung

Normgröße

Abmessung

DN 10

12 x 20 x 4,5

DN 65

71 x 81 x 5,0

DN 15

18 x 26 x 4,5

DN 75

78 x 88 x 5,0

DN 20

23 x 33 x 4,5

DN 80

85 x 95 x 5,0

DN 25

30 x 40 x 5,0

DN 100

104 x 114 x 6,0

DN 32

36 x 46 x 5,0

DN 125

130 x 142 x 7,0

DN 40

42 x 52 x 5,0

DN 150

155 x 167 x 7,0

DN 50

54 x 64 x 5,0

DN 200

204 x 216 x 7,0

 

#5 Im Lebensmittelbereich unverzichtbar: Tri-Clamp Dichtungen

Eine Alternative zur Milchrohrverschraubung definiert die Norm DIN 32676 (Reihe A, B und C) mit einer Klemmverbindung, bekannter unter der nicht normgerechten Bezeichnung Clampverbindung. Bezüglich der Kontur lassen sich Dichtungen mit und ohne Lippe unterscheiden. Bei der Montage positioniert der Mitarbeiter die Dichtung zwischen zwei symmetrischen Flanschen, die er durch Schrauben miteinander verbindet. Die Verbindung eignet sich besonders für SIP- und CIP-Systeme und zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Elemente leicht trennen und verbinden lassen. Durch die symmetrische Gestaltung des Flansches spielt die Orientierung der Dichtung beim Einbau keine Rolle. Jedoch kann auch hier der fehlende metallische Anschlag die Dichtwirkung beeinträchtigen. So kann es durch ungünstige Montagebedingungen zu einer zu starken Verpressung oder einem schrägen Verbau kommen.

Tri-Clampdichtungen nach DIN 32676 Reihe A (Standard)

Normgröße

Abmessung

Normgröße

Abmessung

DN 10

34 x 10,2

DN 65

91 x 56,2

DN 15

34 x 16,2

DN 80

106 x 81,2

DN 20

34 x 20,2

DN 100

119 x 100,2

DN 25

50,5 x 26,2

DN 125

155 x 125,2

DN 32

50,5 x 32,2

DN 150

183 x 150,2

DN 40

50,5 x 38,2

DN 200

233,5 x 200,2

DN 50

64 x 50,2

DN 250

268 x 250

#6 Aseptik-Rohrverbindungen

Milchrohrverschraubung und Clampdichtungen kommen nicht ohne Spalt zwischen den Armaturenteilen aus. In solchen sogenannten Toträumen können sich Ablagerun-gen bilden, die sich mit gängigen Reinigungsprozessen nicht immer zuverlässig entfer-nen lassen. Hingegen die Rohrverbindungen mit nach DIN 11864 für Lebensmittel und Pharmazie geeigneten Edelstählen genügen diesen Anforderungen und eignen sich für aseptische Anwendungen. Der Standard für Aseptik-Rohrverbindungen kann als ver-besserter Nachfolger der Milchrohrverschraubung gesehen werden. Die dabei einge-setzten O-Ringe dichten totraumfrei und zeichnen sich gleichzeitig durch die leichte Montage aus. Definiert sind die Nennmaße für die Reihen A, B und C als DN- und zöllige Abmessungen.

#7 Werkstoffzulassungen sind unverzichtbar

Für die Einhaltung der Hygienestandards in der Lebensmittelproduktion ist die Medienbeständigkeit des Dichtungswerkstoffes entscheidend. Denn gerade die Lebensmit-tel- und pharmazeutische Industrie konfrontiert elastomere Dichtungen mit einer ho-hen Medienvielfalt. Neben den Belastungen durch CIP- und SIP-Verfahren wirken wei-tere aggressive Medien. So kommen die Dichtungen in Kontakt mit Fetten und Ölen, sowie Aromastoffen oder VE- und WFI-Wasser. Bei letzterem handelt es sich um Was-ser für Injektionszwecke, das völlig entmineralisiert ist. Es löst Mineralien aus den Kon-taktwerkstoffen und macht so viele Materialien innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar. Parallel zur geforderten Reaktionsträgheit müssen die Werkstoffe Makrounebenheiten in den Oberflächen ausgleichen können, um die Dichtwirkung zu erzielen.

Angesichts dieser Bedingungen müssen sich Anwender von Dichtungssystemen auf höchste Materialgüten verlassen können. Hohe Prozessstandards in Herstellung und Handhabung der Dichtungselemente bleiben Vertrauenssache, doch über die grund-sätzliche Eignung des Werkstoffes für den Einsatzzweck geben seine Zulassungen Auf-schluss. Zu den wichtigsten zählen die Standards FDA, USP und der 3A-Sanitary Stan-dard. Die teilweise branchenspezifischen Werkstoffzulassungen stellen eine unver-zichtbare Bedingung für den Einsatz der Dichtungselemente dar. So legt die FDA-Verordnung beispielsweise für den Lebensmittel- und Pharmabereich in den USA zuge-lassene Werkstoffe fest. Aufschluss darüber, ob eine bestimmte Polymermischung ge-eignet ist, gibt eine White List von Rezepturbestandteilen. Für Milchrohrverschrau-bungsringe und Tri-Clamp Dichtungen kommen ausschließlich Werkstoffe mit FDA-Zulassung in Betracht. Damit die Dichtungen ihre Aufgabe wie vorgesehen erfüllen können, müssen die mit der Auslegung des Dichtungssystems betrauten Ingenieure auch bei der Gestaltung des Einbauraums besondere Sorgfalt walten lassen.

#8 Leistungsfähige Partner sind gefragt

Neben den üblichen Fragen während der Auslegung einer Dichtung stellt sich der Inge-nieur im Lebensmittel- und Pharmabereich noch die Frage nach für den Prozess not-wendigen Werkstoffzulassungen und der Anwendbarkeit der Vorgaben des Hygienic Design. Bereits hier beginnt die Unterstützung der Experten von NH Dichtungsservice. Wir stel-len Ihnen nicht nur alle Datenblätter und Zulassungen bereit, sondern begleiten Sie auch auf dem Weg zur wirtschaftlich optimalen Dichtung. Denn der Einsatz leistungs-fähiger aber gleichzeitig der Aufgabe angemessener Werkstoffe ist hierbei entschei-dend. Den laufenden Betrieb unserer Kunden sichern wir durch umfangreiche Lagerbe-stände von Milchrohrverschraubungsringen und Clampdichtungen vieler Werkstoffe und Abmessungen ab.

Luke Williams
Luke Williams

Blogautor- und Vertriebsleitung
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