PTFE O-RINGE | WERKSTOFFE EINFACH ERKLÄRT
Was sind PTFE O-Ringe?
PTFE O-Ringe sind echte Allrounder.
Das wird spätestens klar, wenn man ergänzt, dass der Werkstoff seit seiner Markteinführung auch die Herstellerbezeichnung Teflon™ trägt.
Seine beinahe universelle Medienbeständigkeit und der extrem breite Temperaturbereich machen das Material für viele Anwendungen zur wertvollen Ressource.
Im Bereich der O-Ringe ist PTFE dennoch ein Exot: Weil dem Werkstoff die elastische Eigenschaft von Elastomeren fehlt, ergeben sich bei Herstellung und Einsatz einige entscheidende Unterschiede.
Merkmal | Wert |
|---|---|
ISO Bezeichnung | PTFE |
Handelsnamen | Teflon |
Chemische Bezeichnung | Polyetrafluorethylen |
Medienbeständigkeit | Nahezu universelle Medienbeständigkeit |
Temperaturbeständigkeit | -260°C bis +200°C |
Standardfarbe | Weiß |
Standardhärte | 60 Shore D |
Anwendungsbereich | Lebensmittel - und Pharma, Chemie, Rohrleitungen |
Herstellung | Kunststoffdrehen |
Toleranzen | DIN ISO 3601 |
Haltbarkeit | 20 Jahre |
Unterschiede im Rohstoffpreis
Material | NBR | EPDM | VMQ | HNBR | FKM | PTFE | FEP | FFKM |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Faktor | 1 | 1,5 | 1,9 | 2,7 | 3,9 | 24 | 51 | 329 |
Korrekte Interpretation: NBR ist im Vergleich zu den anderen O-Ring Werkstoffen das günstigste Material. Der Faktor gibt an, wie viel teurer ein Material im Vergleich zu NBR ist.
Beispiel: FKM ist 3,9x teurer als NBR. FFKM ist 329x teurer als NBR.
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#1 Die 5 wichtigsten Vorteile von PTFE O-Ringen
1. Extreme Frostbeständigkeit
2. Hervorragende Gleit- und Haftreibung
3. Universelle Medienbeständigkeit
4. Eignung für Lebensmittel- und Pharmaindustrie
5. Geringe Wärmeleitfähigkeit
PTFE O-Ringe können einen extrem breiten Temperaturbereich abdecken. Unter den richtigen Umständen können aber sogar Dauertemperaturen von -200 bis 260 Grad erreicht werden.
Im Hochtemperaturbereich können nur O-Ringe aus FKM und FFKM ähnlicher Hitze
standhalten.
Durch die sehr geringen Reibungswerte sind PTFE O-Ringe überaus verschleißfest. Bei Bewegung gleiten sie über die abzudichtenden Bauteile, was den O-Ring vor mechanischen Schäden schützt. Eine Schwächung der Dichtwirkung durch den Materialverlust des O-Rings kommt damit kaum vor.
O-Ringe aus PTFE verhalten sich darüber hinaus im Kontakt mit nahezu allen Medien stabil. Selbst aggressive Säuren können die Dichteigenschaften kaum schwächen. Nur flüssige Alkalimetalle und Fluorgas unter Druck stellen Lücken im Beständigkeitsprofil dar.
Dass O-Ringe aus PTFE kaum mit den Umgebungsmedien reagieren, sorgt auch für ihre physiologische Unbedenklichkeit. Daher sind die O-Ringe in vielen FDA-konformen Qualitäten für den Einsatz im Lebensmittel- und Pharmabereich erhältlich.
Die wichtigsten O-Ring Werkstoffe im Vergleich
Werkstoff | Temperaturbeständigkeit | Chemiebeständigkeit | Elastizität |
|---|---|---|---|
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 |
FKM (VITON) | -25°C bis +200°C | Mittel | Hoch |
FEP ummantelt | -60°C bis +200°C | Hoch | Mittel |
PTFE | -250°C bis +250°C | Hoch | Niedrig |
FFKM | -40°C bis +340°C | Hoch | Hoch |
#2 Die 3 häufigsten Anwendungsbereiche von PTFE O-Ringen
Lebensmittel- und Pharmaindustrie
PTFE O-Ringe in massiver Ausführung sind grundsätzlich FDA-konform. Sie kommen daher in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zum Einsatz.
Dabei kommen ihnen nicht nur die inerten Eigenschaften zugute. Sie stellen sicher, dass keine unerwünschte Beeinflussung der Erzeugnisse während der Produktion entsteht.
Daneben sorgen die hohe obere Temperaturgrenze von PTFE und die Medienbeständigkeit dafür, dass die O-Ringe auch den aggressiven Reinigungsprozeduren der Produktionsanlagen standhalten.
Durch CIP (Cleaning in Place) und SIP (Sterilization in Place) werden die Dichtungen hohen Temperaturen und Säuren ausgesetzt. Für den FDA-konformen Einsatz kommen vor allem PTFE-Mischungen mit einer Härte von 57 Shore D zur Verwendung.
Chemieindustrie
In Anlagen der chemischen Industrie liegt der Fokus ebenso auf der Sicherheit der Produktionsprozesse.
Jedoch kommt hier der Wirtschaftlichkeit eine nochmals gesteigerte Bedeutung zu. Daraus ergeben sich die entsprechenden Anforderungen an Dichtungselemente. Sie müssen hohen Drücken, aggressiven Medien und wechselnden Temperaturbedingungen dauerhaft standhalten.
PTFE O-Ringe sind im Bereich der chemischen und petrochemischen Industrie daher weit verbreitet.
Rohrleitungsbau
Verschraubungen dienen im Rohrleitungsbau für die schnelle und lösbare Verbindung von unterschiedlichen Komponenten.
PTFE O-Ringe eignen sich optimal für den Einsatz in Flansch- und Deckeldichtungen. Dabei handelt es sich um statische Abdichtungen etwa für die Verbindung medienführender Bauteile oder für Revisionsöffnungen.
Durch die gute Zugänglichkeit der Einbaunuten spielt die gering ausgeprägte Elastizität des Werkstoffs kaum eine Rolle. Dagegen kommt die sehr gute Medienbeständigkeit von PTDE im Rohrleitungsbau voll zur Geltung.
#3 Wie ist die Medienbeständigkeit von PTFE O-Ringen?
Dichtungselemente aus PTFE sind nahezu universell mit allen Medien einsetzbar.
PTFE O-Ringe kommen bevorzugt dort zum Einsatz, wo die chemische Beständigkeit von Dichtungselementen aus herkömmlichen Elastomerwerkstoffen nicht ausreicht.
Auch an Umgebungsluft bleiben die Stoffeigenschaften dauerhaft stabil. Das ist ein wesentlicher Vorteil beispielsweise gegenüber NBR O-Ringen, die im eingebauten Zustand an Ozon tiefe Risse entwickeln können.
Bei der Medienbeständigkeit von PTFE O-Ringen sind nur wenige Ausnahmen zu beachten. Vor allem in Verbindung mit Alkalimetallen und elementarem heißem Fluor sollte der Einsatz von PTFE vermieden werden.
Halogenhaltige Verbindungen können PTFE durchwandern. Sie bewirken aber keine dauerhafte Quellung, weil sich die vorübergehende Volumenzunahme wieder rückstandsfrei zurückbildet.
Zum einen führen die Substanzen dadurch nicht zu ungewollten Veränderungen der Werkstoffeigenschaften von PTFE. Zum anderen können die Medien gleichzeitig auch keine Bestandteile aus dem Material lösen, die beispielsweise medizinische Erzeugnisse während des Produktionsprozesses kontaminieren könnten.
#4 Wie ist die Temperaturbeständigkeit von PTFE O-Ringen?
PTFE O-Ringen besitzen eine Temperaturbeständigkeit von -260°C bis +200°C.
PTFE O-Ringe decken einen sehr breiten Temperaturbereich ab. In Sachen Temperaturbeständigkeit gibt es nur wenige O-Ring-Werkstoffe, die einen ähnliches Spektrum an Betriebstemperaturen abdecken können.
Silikon-Katuschuke (VMQ) erreichen ebenfalls Dauertemperaturen über 200 Grad, sind jedoch anders als PTFE nicht beständig gegen Säuren und Alkalien, Wasserdampf oder Kraftstoffe.
Besonders kritische Anwendungen, die hohe Anforderungen an Temperatur- und Medienbeständigkeit mit elastischen Eigenschaften verbinden, verlangen jedoch nach anderen O-Ring-Werkstoffen als PTFE.
Hier bildet der Perfluorkautschuk FFKM die leistungsfähigste Alternative zu PTFE. Zwar liegt die Tieftemperatur bei FFKM höher, doch abgesehen davon ist FFKM ein besonders leistungsfähiger Werkstoff.
Die Kosten für FFKM O-Ringe liegen jedoch auf einem vergleichsweise hohen Niveau.
#5 Wie sind die mechanische Eigenschaften von PTFE O-Ringen?
1. Ausgezeichnetes Abriebverhalten
2. Kaum elastische Rückstellung
3. Hohe Härte
Das fehlende elastische Rückstellungsvermögen schließt den Einsatz von PTFE O-Ringen für dynamische Abdichtungen weitgehend aus.
Sowohl bei der Gestaltung des Dichtungssystems als auch bei der Montage sollte diese Eigenschaften spezielle Beachtung finden. So muss die übermäßige Dehnung beim Einbau unbedingt vermieden werden, damit sich der O-Ring wieder in seine Ausgangsform zurückbewegen kann.
Bei der Auslegung sollten die Nuten entsprechend gestaltet werden. Mit der mangelnden Elastizität geht jedoch eine hohe Härte einher. Dank dieser Eigenschaft halten PTFE O-Ringe auch großem Druck stand.
Aus diesem Grund ist der Werkstoff auch das Standardmaterial für Stützringe, die als zusätzliche Bauteile Elastomer-O-Ringe gegen druckbedingte Spaltextrusion schützen.
Der mechanische Verschleiß von O-Ringen ist nicht nur für dynamische Abdichtungen relevant. Auch in statischen Abdichtungen kann der O-Ring in Bewegung sein.
So können beispielsweise äußere Einflüsse die Positionierung der abzudichtenden Bauteile zueinander verändern.
Daneben sorgen wechselnde Druckbedingungen im Dichtungssystem für Bewegungen des O-Rings. Durch die geringe Haft- und Gleitreibung von PTFE O-Ringen nehmen diese dabei kaum Schaden.
#6 Was muss ich bei der Nutauslegung eines PTFE O-Rings beachten?
1. Einsatz in Flanschverbindungen oder Deckeldichtungen bevorzugt
2. Einbau in geschlossene Nut einer Kolbendichtung nur eingeschränkt möglich
3. O-Ring-Abmessungen identisch zum Nennmaß der Abdichtung wählen
4. Verpressung des Schnurquerschnitts zwischen 10 und 15 Prozent
5. Verpressung sollte zu beiden Seiten des Schnurquerschnitts je zur Hälfte erfolgen
6. Durch spanende Herstellung lassen sich O-Ringe-in allen Dimensionen flexibel herstellen
PTFE O-Ringe verfügen nicht über die elastischen Eigenschaften von Elastomeren. Ihr Rückstellvermögen ist daher stark eingeschränkt. Deshalb sind die Abdichtungen entsprechend auszulegen.
Für eine hohe Haltbarkeit sollten die Einbaunuten gut zugänglich sein. Bei der Dimensionierung der O-Ringe besteht dagegen eine größere Flexibilität. PTFE O-Ringe werden spanend hergestellt und nicht durch den Einsatz von Formwerkzeugen, wodurch die kurzfristige Verfügbarkeit von Sonderabmessungen sehr gut ist.
Überschreitet der Außendurchmesser das Maximalmaß gängiger Halbzeuge, erfolgt die Herstellung durch Verschweißen der Segmente.
Was ist bei der Montage von PTFE O-Ringen zu beachten?
1. Kein Einfetten bei der Montage notwendig
2. Verpressung durch bleibende Verformung nur einmal möglich
3. Bei geschlitzten O-Ringen auf Orientierung des Schlitzes achten
4. Aufdehnen des O-Rings vermeiden
5. Bei Einbau in geschlossene Nut Montagehilfe verwenden
Durch die geringe Reibung der PTFE-Oberfläche gleiten die O-Ringe ohne Montagefett in ihre Position.
Besondere Sorgfalt ist bei der Montage geschlitzter PTFE O-Ringe gefragt: Der Schlitz gleicht mit seiner Federwirkung die fehlende Elastizität des Werkstoffs teilweise aus. Damit sich die Wirkung entfaltet, muss der Ring so eingebaut werden, dass er durch den Druck aufgespreizt wird.
PTFE O-Ringe eignen sich nur für die einmalige Montage. Durch die Neigung zum Kaltfluss tritt bereits bei der ersten Druckbelastung eine dauerhafte Verformung ein.
Wichtig: Den Spreizschlitz geschlitzter PTFE O-Ringe immer entgegen der Druckbeaufschlagung montieren
#7 Weitere wichtige Informationen zu PTFE O-Ringen
Zum Abschluss möchten wir noch einige Fragen beantworten, die uns im Alltag häufiger gestellt werden.
#7.1 Sind PTFE und Teflon O-Ringe das Gleiche?
Ja, PTFE und Teflon O-Ringe sind das Gleiche.
„Teflon“ ist ein weltweit verbreiteter Handelsname von PTFE.
#7.2 Wo finde ich das PTFE Datenblatt?
Das Datenblatt für unsere PTFE O-Ringe können Sie sich ganz einfach direkt auf unserer Webseite ansehen und wenn Sie möchte auch herunterladen.
#7.3 Was ist der PTFE O-Ring Temperaturbereich?
Standard PTFE besitzt eine hohe Temperaturbeständigkeit von -260°C bis +200°C. Darüber hinaus existieren weitere PTFE-Varianten, die auch höhere bzw. niedrigere Temperaturen aushalten können.
In diesen Fällen werden dem PTFE-Kunststoff weitere Materialien beigemischt. Z.B. wird PTFE häufig mit Glas- oder Kohlefasern gefüllt, um bekannte Schwachstellen von PTFE auszugleichen.
„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
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