Shore Härte bei O-Ringen einfach erklärt

Was ist die Shore Härte?

Die Shore Härte ist ein Maß für die Härte von Elastomeren, Kunststoffen und anderen polymeren Werkstoffen. Sie beschreibt, wie stark ein Werkstoff dem Eindringen eines genormten Druckkörpers widersteht. Je weniger der Druckkörper eindringt, desto härter ist der Werkstoff.

Gemessen wird die Härte mit einem Gerät, das Shore-Härteprüfer oder Durometer heißt. Eine höhere Zahl bedeutet einen härteren Werkstoff. Autoreifen-Gummi liegt zum Beispiel bei rund 70 Shore A, ein weicher Gummischlauch deutlich darunter.

Die Skala geht in jeder Härtemessung von 0 (sehr weich) bis 100 (sehr hart). Entwickelt wurde sie zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Albert F. Shore, der eine standardisierte Methode zur Härtemessung suchte. Daraus entstanden mehrere Shore-Skalen, von denen Shore A und Shore D die am häufigsten verwendeten sind.

Für O-Ringe ist die Härte mehr als eine technische Kennzahl. Sie entscheidet mit darüber, wie gut ein Dichtring abdichtet, wie er sich montieren lässt und wie zuverlässig er unter Druck arbeitet.

Wie wird die Shore Härte gemessen?

Die Messung ist im Prinzip einfach. Ein genormter Druckkörper wird mit einer festgelegten Kraft in den Werkstoff gedrückt. Die Eindringtiefe bestimmt den Härtewert. Dringt der Druckkörper tief ein, ist der Werkstoff weich und der Wert niedrig. Dringt er kaum ein, ist der Werkstoff hart und der Wert hoch.

Ein anschauliches Beispiel liefert Shore A. Der Prüfkörper hat eine wirksame Länge von 2,5 mm. Dringt die Spitze die vollen 2,5 mm ein, ergibt sich der Wert 0 Shore A. Dringt sie gar nicht ein (0 mm), ergibt sich der Wert 100 Shore A.

So läuft eine Messung ab

1. Werkstoff vorbereiten: Die Probe soll sauber, eben und bei standardisierter Temperatur sein. Üblich sind rund 23 °C bei stabiler Luftfeuchtigkeit.
2. Gerät kalibrieren: Der Härteprüfer wird nach Herstellervorgabe kalibriert.
3. Test durchführen: Der Prüfer wird senkrecht aufgesetzt und der Druckkörper für einige Sekunden gehalten.
4. Wert ablesen: Die Skala zeigt den Härtewert von 0 bis 100 an.

Für ein verlässliches Ergebnis werden in der Praxis mehrere Messungen gemacht und gemittelt. Konstante Prüfbedingungen und ein gewartetes, kalibriertes Gerät sind dabei entscheidend.

Prüfkörper oder Fertigteil

Ein wichtiger Punkt für die Praxis: Die genormte Messung erfolgt am standardisierten Prüfkörper unter idealen Bedingungen. Eine Messung direkt am Fertigteil, etwa an einem fertigen O-Ring, kann durch Form, Größe und Krümmung abweichen. Die Krümmung eines dünnen Schnurquerschnitts erschwert ein sauberes Aufsetzen des Geräts. Härtewerte aus dem Datenblatt beziehen sich deshalb auf den genormten Prüfkörper.

Shore A und Shore D im Vergleich

Shore A und Shore D dienen beide der Härtemessung, decken aber unterschiedliche Bereiche ab. Der Unterschied liegt in der Form des Druckkörpers und in der Höhe der aufgebrachten Kraft.

• Druckkörper: Shore A arbeitet mit einer abgerundeten Spitze, Shore D mit einer spitzeren Form. Eine spitze Spitze würde weiche Werkstoffe zu stark verformen, eine runde Spitze würde auf harten Werkstoffen kaum einen Eindruck hinterlassen.
• Anwendungsbereich: Shore A ist für weiche bis mittelharte Elastomere gedacht, Shore D für harte Kunststoffe und sehr dichte Elastomere.
• Skalenbereich: Beide reichen von 0 bis 100, beziehen sich aber auf unterschiedliche Härtebereiche.

Die Wahl der richtigen Skala hängt vom Werkstoff ab. Wird die falsche Skala genutzt, sind die Ergebnisse ungenau oder gar nicht aussagekräftig. Klassische Shore-A-Werkstoffe sind Reifen, Schuhsohlen und Dichtungen. Klassische Shore-D-Werkstoffe sind harte Kunststoffe wie Helmschalen oder technische Bauteile.

Warum die Härte für die Dichtwirkung zählt

Bei einem O-Ring beeinflusst die Härte direkt, wie der Dichtring arbeitet. Sie wirkt sich auf die Verformung im Einbauraum, auf die Dichtkraft und auf das Verhalten unter Druck aus.

Weicher oder härter, was bedeutet das?

• Weichere O-Ringe passen sich der Oberfläche besser an. Sie füllen kleine Unebenheiten leichter aus und dichten schon bei geringer Verpressung. Das ist bei niedrigen Drücken und rauen Oberflächen von Vorteil.
• Härtere O-Ringe widerstehen höheren Drücken besser und neigen weniger dazu, in den Dichtspalt gedrückt zu werden. Dafür brauchen sie eine sauberere Oberfläche und eine genauere Einbausituation, um zuverlässig abzudichten.

Härte und Spaltextrusion

Unter Druck wird ein O-Ring in den Spalt zwischen den abzudichtenden Bauteilen gepresst. Ist der Druck zu hoch oder der Spalt zu groß, wird Werkstoff in den Spalt gedrängt. Diesen Effekt nennt man Spaltextrusion. Ein zu weicher O-Ring wird bei hohem Druck eher in den Spalt gedrückt und kann dort beschädigt werden.

Eine höhere Härte erhöht den Widerstand gegen Spaltextrusion. Deshalb wird bei steigendem Druck oft ein härterer Werkstoff oder eine zusätzliche Stützscheibe gewählt. Die Härte ist damit ein zentraler Hebel bei der Auslegung von Dichtungen für höhere Drücke.

Die richtige Härte ist immer ein Abwägen: weich genug für eine gute Anpassung an die Oberfläche, hart genug für den Widerstand gegen den Druck. Welche Härte passt, hängt von Druck, Spaltmaß, Oberfläche und Werkstoff ab.

Typische Härten gängiger Werkstoffe

Jeder Werkstoff hat einen typischen Härtebereich. Die folgende Übersicht zeigt gängige Elastomere und Kunststoffe mit ihren üblichen Shore-Werten.

Die Werkstoffe von NH O-RING

Bei den Hochleistungswerkstoffen von NH O-RING gelten folgende kommunizierte Härtewerte:

FKM deckt mit 75 Shore A einen typischen mittleren Härtebereich für O-Ringe ab. FFKM ist je nach Typ von 70 bis 90 Shore A erhältlich und damit für unterschiedliche Druck- und Einbausituationen geeignet. FEP-ummantelte O-Ringe liegen mit 90 Shore A im harten Bereich. PTFE wird als Vollmaterial in Shore D gemessen und ist mit 60 Shore D der härteste Werkstoff im Sortiment.

Normen für die Shore-Härtemessung

Damit Härtewerte international vergleichbar sind, gibt es genormte Prüfverfahren. Sie legen Druckkörper, Kraft, Eindringtiefe sowie die Prüfbedingungen fest. Die wichtigsten Normen sind:

• DIN ISO 868: die in Europa maßgebliche Norm für Shore A und Shore D. Sie definiert das Verfahren so, dass Ergebnisse international vergleichbar sind.
• ASTM D2240: die amerikanische Norm, in den USA und international verbreitet. Sie beschreibt das Verfahren zur Bestimmung der Eindruckhärte von Gummi, Elastomeren und weichen Kunststoffen.
• JIS K 6253: das japanische Pendant, mit auf japanische Industriepraxis abgestimmten Anforderungen.
• ISO 7619: eine weitere internationale Norm für die Härtemessung von vulkanisiertem oder thermoplastischem Gummi.

Die Normen ähneln sich stark, unterscheiden sich aber in Details der Prüfbedingungen und der Gerätevorgaben. Wer Werte aus verschiedenen Quellen vergleicht, sollte daher auf die zugrunde liegende Norm achten.

Häufige Fragen