Schadensursachen bei O-Ringen erkennen und vermeiden

Viele Ausfälle sind vermeidbar

Eine gut funktionierende Dichtung nehmen Anwender kaum wahr. Sie verrichtet über einen langen Zeitraum zuverlässig ihren Dienst. Gerät eine Dichtung dann doch einmal in den Fokus, hat das in den meisten Fällen unangenehme Folgen. Steht eine Maschine wegen einer Undichtigkeit außerplanmäßig still, drohen hohe Umsatzausfälle.

Besonders groß ist dieses Risiko bei hoch vernetzten Produktionsanlagen, wie sie in der Chemie, Pharma und Lebensmittelindustrie vorherrschen. Dort treffen O-Ringe zudem auf herausfordernde Betriebsbedingungen: besonders hohe oder tiefe Temperaturen, aggressive Medien und hohe Drücke stellen eine Belastungsprobe für die Dichtungen dar.

Maschinenausfälle sind dabei nicht das einzige Problem. Schwerer zu beziffern sind Folgen wie Rückrufaktionen für Erzeugnisse, die unter unbestimmten Produktionsbedingungen entstanden sind, oder Umweltschäden durch austretende Gefahrstoffe. Ein Blick auf die häufigsten Schadensursachen zeigt jedoch: Viele Ausfälle lassen sich in der Praxis mit einfachen Maßnahmen vermeiden.

Warum die Schadensanalyse so wichtig ist

Wer die Zuverlässigkeit von Abdichtungen steigern will, sollte sich im Schadensfall auf Ursachensuche begeben. Häufig lässt sich ein klarer Grund für den Defekt identifizieren. In komplexeren Fällen führt das Zusammenwirken mehrerer Ursachen zur Undichtigkeit. Auch dann ermöglicht die Schadensanalyse zumindest, unbeteiligte Faktoren als Verursacher auszuschließen.

Montage, Einbauraum und Betriebsbedingungen beanspruchen den O-Ring im Einsatz. Um zu prüfen, ob die richtige Lösung für die Dichtungsaufgabe ausgewählt wurde, gilt es all diese Faktoren zu hinterfragen. Daneben können die Dichtungselemente bereits während Herstellung und Lagerung unerwünschten Einflüssen ausgesetzt sein. Ein kundiges Auge liefert oft wertvolle Hinweise und macht aufwendige Laboruntersuchungen wie Spektroskopie oder chromatographische Methoden in vielen Fällen überflüssig.

Experten teilen die Ursachen für Defekte an Dichtungen in vier Kategorien ein: Schäden durch die Einwirkung von Prozessmedien, Schwächung des Materials durch Temperatur und Alterung, herstellungsbedingte Fehler sowie unzulässige physikalische Belastungen.

Schäden durch Medieneinwirkung

Eine ungeeignete Kombination aus Dichtungswerkstoff und Medium kann zu einer starken Quellung des O-Rings führen. Das geschieht, wenn das Medium in den Werkstoff eindringt. Im umgekehrten Fall ist auch Schrumpfung möglich: Das Medium löst dann Mischungsbestandteile aus dem Material heraus.

Die Medieneinwirkung ist nicht auf den laufenden Betrieb beschränkt. Bereits ungeeignete Montageöle oder Montagefette können O-Ringe chemisch beschädigen, bevor sie zum Einsatz kommen. Beide Phänomene verändern die Werkstoffeigenschaften. Darunter leidet die Gummielastizität, also genau jene Eigenschaft, die Elastomere so geeignet für Dichtungsanwendungen macht.

Häufig kommt es zur Bildung von Rissen, zur Versprödung oder zu einer bleibenden Deformation. Ein weiteres Indiz ist die Haptik: Unter Medieneinwirkung verändert sich die Oberflächenstruktur, der O-Ring fühlt sich dann etwas matschig an.

Eine unzulässige Paarung muss nicht immer daran liegen, dass die Beständigkeitsliste missachtet wurde. Auch von der Planung abweichende Betriebsbedingungen oder eine Verwechslung im Lager kommen als Ursache infrage. Selbst FFKM, bekannt für sein besonders breites Anwendungsspektrum, zeigt im Kontakt mit heißem Wasser ab etwa 150 °C bei gängigen Rezepturen schon nach wenigen Wochen starke Verformungen.

Schäden durch Temperatur und Alterung

Zu einem verbreiteten Schadensbild aus dieser Kategorie zählen Rissbildung und Versprödung. Schuld ist häufig eine deutliche Überschreitung der oberen Dauertemperatur, für die die Dichtung freigegeben ist. Wichtig: Die auf einem Datenblatt angegebene Temperaturbeständigkeit wurde drucklos und medienfrei, also in Luft, ermittelt. In der realen Anwendung wirken sich Druck und Medium negativ auf die Temperaturbeständigkeit aus.

Ein Hitzeschaden ist meist leicht zu erkennen, weil sich die Haptik stark verändert. Der O-Ring fühlt sich spröde und rußig an und lässt sich im Extremfall schon unter geringem Druck auseinanderbrechen.

Die Schadensursache Alterung umfasst die Wirkung von Stoffen aus der Umgebungsluft sowie von Wärme. So führt die Reaktion von NBR mit Ozon aus der Luft innerhalb weniger Tage zu irreparablen Schäden. Diese tiefen Risse, sogenannte Lichtrisse, entstehen immer senkrecht zur Richtung der Spannung, die im eingebauten Zustand auf den O-Ring wirkt. Abhilfe schaffen eine Beschichtung oder der Wechsel zu einem ozonbeständigen Kautschuk.

Schäden durch unzulässige physikalische Beanspruchung

Mit deutlichem Abstand ist die fehlerhafte Montage die häufigste Ursache, warum eine O-Ringdichtung nach einiger Zeit ausfällt. Dazu zählen beinahe alle Defekte, die ohne eine vorhergehende Schädigung der Netzwerkstruktur eintreten. Ermutigend ist: Genau diese Schäden lassen sich durch entsprechende Schulungen am einfachsten vermeiden.

Der Fehlerschwerpunkt liegt im Montagevorgang, in der Ausführung des Einbauraums sowie in zu geringer oder zu hoher Verpressung. Häufig sind es mangelnde Schmierung beim Einbau sowie fehlende oder ungeeignete Montagehilfen, die bleibende Schäden verursachen. Auch übermäßiges Verdrillen schädigt den O-Ring, lässt sich bei großen Dichtungen mit geringer Schnurstärke aber kaum vermeiden.

Der Fehler kann ebenso bereits in der Konstruktion passieren. Scharfkantige Nuteinstiche, eine unangemessene Verpressung oder ein zu großes Durchmesserspiel gehören zu den verbreiteten Ursachen. Ein oft gesehenes Phänomen: Durch falsch ausgelegte Nuten oder zu hohen Druck wird der O-Ring in den Dichtspalt gedrückt und mit der Zeit abgeschält. Diese Spaltextrusion zählt zu den häufigsten Ausfallgründen und ist am abgeschälten Gummimaterial leicht zu erkennen. Auch eine bleibende Verformung und Abrieb gehören in diese Kategorie.

Herstellungsbedingte Schäden

Ähnlich wie durch Montagefehler beschädigte O-Ringe versagen Dichtungselemente mit Herstellungsfehlern oft schon nach einem Bruchteil der erwarteten Haltbarkeit. Beide Schadensursachen sind daher schwer zu trennen.

Einen zentralen Hinweis auf einen Herstellungsfehler liefert das Überschreiten der in DIN ISO 3601 festgelegten Grenzmaße. Eindeutige Abweichungen vom Sollzustand eines ungebrauchten O-Rings sind außerdem Anrisse und deren Vorstufe, radiale Fließlinien. Peroxidisch vernetzte Werkstoffe wie FKM sind in dieser Hinsicht deutlich fehleranfälliger als NBR.

Dazu kommt die Untervulkanisation, bei der sich die molekularen Querverbindungen im Elastomer nicht vollständig ausbilden. Die Folge ist eine undefinierte Ausprägung der gewünschten gummielastischen Eigenschaft.

Vorzeitige Ausfälle vermeiden

Quantitative Untersuchungen zeigen, dass mechanische und physikalische Einflussfaktoren am häufigsten für den Ausfall verantwortlich sind. Darauf folgen Fehler aus der Kategorie Temperatur und Alterung. Die Unverträglichkeit des Werkstoffs mit dem Medium sowie Herstellungsfehler treten dagegen deutlich seltener auf.

Weil montagebedingte Beschädigungen und unzureichend gestaltete Einbauräume die häufigste Fehlergruppe dominieren, wird eines klar: Wer Wert auf einen fehlerfreien Montagevorgang sowie eine gewissenhafte Konstruktion und Herstellung der Nut legt, verlängert die Haltbarkeit vieler Dichtungen spürbar. Die Schulung von Mitarbeitern in Montage und Konstruktion trägt dazu ebenso bei wie geeignete Montagevorrichtungen und Hilfsstoffe.

Die Folgen einer versagenden Dichtung stehen häufig in grobem Missverhältnis zu deren Beschaffungskosten. Gerade deshalb zahlt sich eine gewissenhafte Lieferantenauswahl aus. Bei NH O-RING erhalten Sie nicht nur einen flexiblen Lieferanten hochwertiger Dichtungen, sondern auch den Zugang zur Expertise erfahrener Mitarbeiter, die mit Ihnen gemeinsam die passende Dichtung für Ihren Anwendungsfall auslegen.

Häufige Fragen