O-RING Beständigkeistliste | Auslegung Einfach erklärt
Alles was Sie über O-Ring Beständigkeitslisten wissen müssen
Welcher O-Ring Werkstoff ist die beste Antwort auf die Summe aller Betriebsbedingungen?
Davon, wie gut Konstrukteure diese Frage in der Auslegungsphase einer Abdichtung beantworten, hängt deren dauerhafte Zuverlässigkeit ab.
Natürlich lassen sich Dichtungen im Rahmen der Wartung durch ein anderes Material austauschen, doch das geht nicht immer ohne weitere technische Eingriffe. Denn manche O-Ring Werkstoffe erfordern unterschiedlich gestaltete Einbauräume.
Darum findet bei der Werkstoffauswahl idealerweise von Anfang an eine umfassende Betrachtung der Betriebsbedingungen statt. Dabei haben die Kontaktmedien eine besonders große Bedeutung.
Schließlich entscheidet das Basispolymer im Wesentlichen über die Medienbeständigkeit eines O-Ring Werkstoffes.
Wenn Sie konkret eine Medienbeständigkeit prüfen wollen, dann nutzen Sie gerne unsere O-Ring Beständigkeitsliste.
Werkstoff | Temperaturbeständigkeit | Chemiebeständigkeit | Elastizität |
|---|---|---|---|
FFKM | -40°C bis +340°C | Hoch | Hoch |
FEP ummantelt | -60°C bis +200°C | Hoch | Mittel |
FKM (VITON) | -25°C bis +200°C | Mittel | Hoch |
PTFE | -250°C bis +250°C | Hoch | Niedrig |
NBR | -30°C bis +120°C | Niedrig | Hoch |
HNBR | -30°C bis +150°C | Mittel | Hoch |
EPDM | -45°C bis +150°C | Mittel | Hoch |
SILIKON | -60°C bis +200°C | Niedrig | Hoch |
FVMQ | -60°C bis +200°C | Mittel | Hoch |
FEPM | -10°C bis +200°C | Mittel | Hoch |
CR | -40°C bis +100°C | Niedrig | Hoch |
ACM | -20°C bis +150°C | Mittel | Hoch |
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#1 Was bedeutet Medienbeständigkeit?
Nahezu alle O-Ring Werkstoffe zeichnen sich durch ihre elastischen Eigenschaften aus.
Sie sind dafür verantwortlich, dass sich die Dichtungselemente in der Einbaulage flexibel verformen können. Dadurch gleichen sie kleine Unebenheiten in der Oberfläche von Maschinenteilen aus.
Schließlich kann sich der Dichtspalt beispielsweise durch mechanische Einflüsse über die Zeit verändern.
Die Betriebsbedingungen wirken sich nicht nur auf die abzudichtenden Maschinenteile aus, sondern auch auf die O-Ringe selbst. Mit der Zeit können sie nämlich zu Veränderungen in der Werkstoffzusammensetzung führen.
Neben Temperaturen verursachen vor allem aggressive Medien diese Prozesse, wenn sie in den Kontakt mit den O-Ringen kommen. Dabei lassen sich zwei Wirkprinzipien unterscheiden:
- Physikalische Veränderung: Medien dringen in den Dichtungswerkstoff ein oder lösen Mischungsbestanteile wie Weichmacher heraus. Durch diese Prozesse verändert sich das Volumen des O-Rings. Schrumpft der O-Ring, kann die Verpressung so weit abnehmen, dass es zu Undichtigkeiten kommt. Quillt der O-Ring, verändern sich mechanische Eigenschaften wie Härte oder Reißfestigkeit.
- Chemische Veränderung: Die chemische Beeinflussung durch Medien bezieht sich auf die Bindungen der Polymere. Sie sind es, die den O-Ringen im Ausgangszustand ihre guten Dichtungseigenschaften verleihen. Aggressive Medien spalten diese Polymerketten. Daraus resultiert der Verlust der elastischen Eigenschaften, sodass sich das Dichtungselement nicht mehr flexibel anpassen kann.
Ähnlich wie der Angriff durch aggressive Medien kann auch die Temperatureinwirkung die elastischen Eigenschaften von O-Ringen in Mitleidenschaft ziehen.
So führt zu große Hitze zum dauerhaften Verlust eines Teils des elastischen Rückstellvermögens. Das zeigt der Druckverformungsrest: Nachdem das Material unter Temperatureinwirkung für eine bestimmte Zeit definierten Verformungskräften unterliegt, wird es entlastet und wieder auf Raumtemperatur gebracht.
Nun zeigt sich die verbliebene Elastizität daran, inwieweit das Material seine ursprüngliche Form wieder annimmt. Je geringer die bleibende Verformung, desto mehr Elastizität ist erhalten geblieben.
Kontaktmedium und Temperatur beeinflussen gegenseitig ihre Wirkung auf den Elastomerwerkstoff. So kann die Temperatur chemische Wechselwirkung von Medium und Dichtungswerkstoff beschleunigen oder verlangsamen.
Die Prüfung des Druckverformungsrests findet nach der gängigen Norm an Luft statt. Andere Kontaktmedien wie Öl oder Dampf führen je nach Medienbeständigkeit des vorliegenden Werkstoffes oft zu ganz anderen Ergebnissen.
#2 Beständigkeitsprofil der 5 wichtigsten O-Ring Werkstoffe
Der chemische Aufbau des Basispolymers, die Vernetzung und die Zusatzstoffe: Diese Freiheitsgrade entscheiden über die Widerstandskraft von O-Ringen gegen den Medienangriff.
Daher gibt es auch innerhalb eines Basispolymers unterschiedlich ausgeprägte Medienbeständigkeiten. Beispielsweise sorgt bei EPDM eine peroxidische Vernetzung für eine bessere Haltbarkeit im Kontakt mit Wasser als eine Schwefelvernetzung.
Dennoch lassen sich für die wichtigsten Basispolymere allgemeine Beständigkeitsprofile angeben.
Sie sind jedoch nur ein erster Anhaltspunkt für die technische Auslegung, da die Medienbeständigkeit erst im Zusammenhang mit den jeweiligen Betriebstemperaturen im Detail aussagekräftig wird.
Beständigkeitsprofile der wichtigsten O-Ring Werkstoffe
FFKM
Die Besonderheit von FFKM liegt in der allgemein hohen Beständigkeit gegenüber Chemikalien. Zusammen mit der guten mechanischen Belastbarkeit macht diese Eigenschaft den Werkstoff für sehr viele Anwendungsbereiche geeignet. Gegenwärtig handelt es sich bei FFKM um den Dichtungswerkstoff mit der ausgeprägtesten chemischen Beständigkeit.
FEP
FEP weist eine ähnlich gute Chemikalienbeständigkeit wie FFKM auf. Damit ist FEP in Sachen Medienbeständigkeit eine preiswerte Alternative zum kostenintensiven FFKM. FEP kann aber nicht die gesamte Bandbreite von FFKM abdecken, weil sich seine Widerstandskraft gegen aggressive Medien über ein schmaleres Temperaturband erstreckt. So liegt der Einsatzbereich von FEP zwischen -60 und + 205 °C. FFKM kann Hitze bis über 300 °C standhalten.
FKM
FKM teilt sich die Polymerbasis mit FFKM, ist jedoch nur teilweise fluoriert statt vollständig wie FFKM. Dementsprechend ist die Beständigkeit gegenüber Chemikalien unter FFKM angesiedelt. Auch das Hochtemperaturverhalten ist weniger gut, sodass 200 °C an Luft das dauerhafte Maximum darstellen. Im Kontakt mit heißem Dampf sollten FKM O-Ringe keinen Temperaturen ausgesetzt werden, die 120 °C übersteigen.
EPDM
Bei EPDM sticht vor allem die sehr gute Beständigkeit gegen Heißwasser und Dampf hervor. Die Beständigkeit erstreckt sich auch auf heiße Luft. Der Sauerstoff greift das Material jedoch an, sodass die Heißluftbeständigkeit auch die Haltbarkeit in heißem Wasser und Dampf limitiert. EPDM O-Ringe von guter Qualität sind bis 170 °C in Heißwasser und Dampf einsetzbar. Pflanzliche und tierische Öle oder Fette greifen das Material an.
NBR
NBR ist vor allem gegen Produkte auf der Basis von Mineralöl beständig. Dazu gehören unter anderem Erzeugnisse wie Benzin- und Dieselkraftstoff. Die obere Grenze der Dauertemperatur liegt bei 120 °C. Wasserdampf stellt eine der wichtigsten Schwächen des Werkstoffes dar.
Wichtig: Im Folgenden handelt es sich um eine stark vereinfachte O-Ring Beständigkeitsliste. Wenn Sie konkret eine Medienbeständigkeit prüfen wollen, dann nutzen Sie gerne unsere O-Ring Beständigkeitsliste.
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|
Luft und Wasser |
Dampf und Heißwasser |
Öl und Kraftstoff |
Chemikalien |
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FFKM |
X |
X |
X |
X |
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FKM |
X |
X |
X |
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FEP |
X |
X |
X |
X |
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EPDM |
X |
X |
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NBR |
X |
X |
#3 Schadensbilder durch Medienangriff erkennen
Kommt es während des Betriebs zum Ausfall einer Dichtung, sollte unbedingt eine Schadensanalyse erfolgen. Sie gibt Aufschluss darüber, welche Wechselwirkungen zwischen O-Ring und Medien zum vorzeitigen Versagen der Dichtung geführt haben.
Chemischer Angriff
Der chemische Angriff zerstört die Bindungen im O-Ring Werkstoff. Das erkennt man an der Veränderung der Materialeigenschaften.
Der O-Ring wird hart und spröde. Diese Schäden zeigen sich zuerst auf der Seite, an der der O-Ring dem aggressiven Medium direkt ausgesetzt ist. Auch eine deutliche Schwellung oder Schrumpfung sowie eine klebrige Oberfläche deuten auf den chemischen Medienangriff hin.
Daneben ist die bleibende Verformung ein weiteres Merkmal des chemischen Medienangriffs.
Physikalischer Angriff
Die Folgen des physikalischen Angriffs durch ein Medium lassen sich nicht immer klar von anderen Schadensmechanismen trennen.
Grundsätzlich bewirkt das Medium ein Quellen oder Schwinden des Materials. Schwindet der O-Ring, weil beispielsweise Weichmacher aus dem O-Ring gelöst werden, lässt die Verpressung nach und es kommt zur Undichtigkeit.
Beim starken Quellen kann die Netzwerkstruktur in Mitleidenschaft gezogen werden. Besonders in dynamischen Anwendungen steigt mit dem Volumen auch die Reibung, sodass lokal Material verloren geht.
In diesem Fall ist die Quellung die Schadensursache, der Ausfall geschieht jedoch in Folge der übermäßigen mechanischen Beanspruchung.
#4 Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Medienbeständigkeit
Grundregel: Umso höher der Polymeranteil (z.B. FKM) in einer Werkstoffmischung, desto höher ist die Medienbeständigkeit.
Die Zusammensetzung des Basiskautschuks gibt im Wesentlichen vor, gegen welche Medien das Material beständig ist und welche es leicht angreifen können.
So sind NBR O-Ringe beispielsweise nicht beständig gegen Aceton, weil es sich in beiden Fällen um polare Substanzen handelt. Bei Co- und Terpolymeren beeinflusst die Konzentration der einzelnen Monomere zusätzlich die Eigenschaften. So ist es beispielsweise bei NBR, wo die Kraftstoffbeständigkeit zusammen mit dem Acrylnitril-Gehalt steigt.
Daneben wirken sich die Vernetzungsmechanismen auf die Medienbeständigkeit aus, genauso wie zusätzliche Rezepturbestandteile.
So kann ein hoher Weichmachergehalt in Kombination mit einem entsprechenden Medium zu starker Schrumpfung führen. Auch Füllstoffe oder andere Zusätze sorgen für teilweise unerwünschte Wechselwirkungen.
Andersherum steigern die richtigen Zusätze und Vernetzungen aber auch die Beständigkeit in bestimmten Kontaktmedien.
Wegen der vielen Einflussfaktoren ist es unerlässlich, bei der Auslegung jede Abdichtung spezifisch zu betrachten. Nur so kann die Wahl gezielt auf einen Werkstoff fallen, dessen Medienbeständigkeit ideal auf den gegebenen Anwendungsfall passt.
Hinweis: Sie können uns jederzeit gerne bezüglich der Medienbeständigkeit von O-Ringen kontaktieren. Wir beraten Sie gerne.
#5 Auswirkung des pH-Wertes auf die Haltbarkeit von O-Ringen
Ja, der pH-Wert kann die Haltbarkeit von O-Ringen beeinflussen. O-Ringe sind in verschiedenen Materialien erhältlich, und jedes Material reagiert unterschiedlich auf das chemische Umfeld, in dem es verwendet wird.
Der pH-Wert, der ein Maß für die Säure oder Alkalität einer Lösung ist, kann insbesondere auf Materialien wie Gummi oder Kunststoffe Einfluss haben, aus denen O-Ringe häufig gefertigt werden.
- Niedriger pH-Wert (Sauer): Säurehaltige Umgebungen können bestimmte O-Ring-Materialien, wie Nitrilkautschuk (NBR) oder Silikon, angreifen und zu schnellerer Degradierung oder Versprödung führen.
- Hoher pH-Wert (Alkalisch): Alkalische Bedingungen können ebenfalls schädlich sein, insbesondere für Materialien wie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk).
Wichtig ist, das richtige Material für den spezifischen Einsatzbereich auszuwählen. Materialien wie Viton (FKM) und EPDM können beispielsweise besser gegen bestimmte Chemikalien und extreme pH-Werte beständig sein.
Für spezifische Anwendungen, bei denen O-Ringe hohen oder niedrigen pH-Werten ausgesetzt sind, sollte daher das Material des O-Rings sorgfältig ausgewählt werden, um eine optimale Lebensdauer und Leistung zu gewährleisten.
Beispiele für Substanzen mit niedrigen und hohen pH-Werten helfen, ein besseres Verständnis für die Skala der Säure- und Basenstärke zu erhalten.
Der pH-Wert reicht von 0 bis 14, wobei 7 als neutral gilt. Werte unter 7 sind sauer (niedriger pH-Wert), während Werte über 7 basisch oder alkalisch (hoher pH-Wert) sind. Hier sind einige Beispiele:
Niedriger pH-Wert (Sauer):
- Batteriesäure: Extrem sauer mit einem pH-Wert nahe 0.
- Magensäure: Sehr sauer, typischerweise mit einem pH-Wert von 1 bis 2.
- Zitronensaft: pH-Wert von etwa 2 bis 2,5.
- Essig: pH-Wert um 2,5 bis 3.
- Cola-Getränke: pH-Wert um 2,5 bis 4.
- Kaffee: pH-Wert um 4 bis 5.
Hoher pH-Wert (Alkalisch):
- Natronlauge: Sehr stark basisch, mit einem pH-Wert von etwa 13 bis 14.
- Bleichmittel: Typischerweise ein pH-Wert von rund 11 bis 13.
- Backpulver: pH-Wert zwischen 8 und 9.
- Seifenwasser: pH-Wert um 9 bis 10.
- Meerwasser: Normalerweise leicht alkalisch, mit einem pH-Wert um 8.
- Blut: Leicht alkalisch mit einem pH-Wert von etwa 7,35 bis 7,45.
Es ist wichtig zu beachten, dass die genauen pH-Werte je nach Zusammensetzung und Konzentration der Lösungen variieren können. Diese Beispiele geben jedoch eine allgemeine Vorstellung von dem, was als sauer oder alkalisch angesehen wird.
„Ich bin überzeugt davon, dass wir unser Wissen mit der Welt teilen sollten. Ich hoffe, dass ich alle Ihre Fragen beantworten konnte. Sollten Sie noch Fragen haben, dann können Sie sich jederzeit gerne bei uns melden. Wir helfen Ihnen gerne weiter.“
Herr der O-Ringe
Autor der Dichtungsakademie
Haben Sie noch Fragen zu diesem Thema? Dann kontaktieren Sie uns gerne!
