WAS SIe über FEP ummantelte O-RINGE wissen sollten

#1 FEP O-RINGE: Spezialisten für chemisch stark beanspruchte Anwendungen

Ebenso wie der bekannte Werkstoff PTFE zeichnet sich FEP durch eine überlegene Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien und hohen Temperaturen aus. Diese Eigenschaften verdanken beide Polymere ihrem ähnlichen chemischen Aufbau. Da sie anders als Elastomere keine gummielastischen Eigenschaften aufweisen, sind die Werkstoffe für sich genommen jedoch keine optimalen Dichtungswerkstoffe. Sie werden im Betrieb schnell dauerhaft verformt und das kann schon bei geringen äußeren Einflüssen auf das Dichtungssystem zu Leckagen führen.

Doch FEP hat einen erheblichen Vorteil gegenüber PTFE: Entsprechende Fertigungstechnik vorausgesetzt, lassen sich Elastomerkerne mit einem nahtlosen Überzug aus FEP versehen. Solch ein ummantelter O-Ring verbindet die Vorteile beider Werkstoffe. Das fertige Dichtungselement kombiniert die Medienbeständigkeit eines Fluorpolymers mit den elastischen Eigenschaften des Elastomers. Hier erfahren Sie mehr über Herstellung und Anwendungsgebiete FEP-ummantelter O-Ringe. Außerdem geben wir praktische Hinweise für Nutauslegung und Montage.

#2 FEP ummantelte O-Ringe für aggressive Medien

Ein O-Ring mit elastischen Eigenschaften und gleichförmig ausgeprägter Oberfläche, die auch bei hohen Temperaturen nahezu allen Medien und Temperaturen standhält. Das ist das Ideal vom Dichtungselement für anspruchsvolle Anwendungen. Diesem Zielbild kommen FEP-ummantelte O-Ringe sehr nahe. Hier bildet FEP die widerstandsfähige Hülle, während ein elastischer Kern das Rückstellvermögen und die gleichmäßige Anpressung des Dichtungsrings gewährleistet. So lässt sich bei FEP-ummantelten O-Ringen ein geringer Druckverformungsrest erreichen. Der geringe Reibungskoeffizient erleichtert zudem die Montage.

#3 Anwendungsfelder für FEP ummantelte O-RINGE

Besonders herausfordernde Betriebsbedingungen finden sich häufig in der chemischen Industrie, aber auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Hier treffen aggressive Medien auf hohe Temperaturen und oft zyklische Fahrweisen. Diese Faktoren stellen eine enorme Belastung für Dichtungselemente dar. Dazu kommen in diesen investitionsintensiven Bereichen höchste Anforderungen an die Anlagenverfügbarkeit.

Genau für diesen Einsatzbereich sind FEP-ummantelte O-Ringe prädestiniert. Die Ummantelung weist eine nahezu universale Medienbeständigkeit auf. Weiterhin sind die Dichtungselemente eine kostengünstige Lösung für statische Abdichtungen. Etwas kostenintensiver sind O-Ringe mit einer Ummantelung aus PFA. Der Werkstoff ist ebenso medienbeständig wie FEP, hat jedoch eine nochmals bessere Temperaturbeständigkeit. Seine mechanischen Eigenschaften bleiben statt bis ca. 200 °C bis ca. 260 °C stabil.

#4 Hierfür eigenen sich FEP ummantelte O-ringe nicht

Was die chemische Beständigkeit von FEP angeht, bestehen Lücken nur bei flüssigen Alkalimetallen und einigen Fluorverbindungen. Doch andere Faktoren schränken das Einsatzgebiet deutlich stärker ein. Beispielsweise eignen sich ummantelte O-Ringe generell nicht für den Einsatz als dynamische Dichtung. Bewegliche Maschinenteile erzeugen einen zu hohen Verschleiß an der dünnen Hülle aus FEP. Gleiches gilt für abrasive Medien, deren Partikel den Elastomerkern des O-Rings freilegen und damit dem Medienangriff aussetzen können. Sollen ummantelte O-Ringe zum Einsatz kommen, sollte der Techniker zudem die Einbausituation prüfen. FEP-ummantelte O-Ringe dürfen bei der Montage nicht zu stark gedehnt werden. Auch hier droht die Beschädigung des FEP-Mantels. Vor dem Hintergrund, dass viele Dichtungsausfälle auf Montagefehler zurückgehen, sollte diesem Punkt ein besonderes Augenmerk gelten.

#5 Materialkunde: Der entscheidende vorteil gegenüber PTFE

Bei FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer) handelt es sich um ein thermoplastisches Fluorpolymer. Genau wie der bekanntesten Vertreter der Gruppe der Fluorpolymere, PTFE (Polytetrafluorethylen), erhält auch FEP seine herausragende Medienbeständigkeit durch die mehrfachen Kohlenstoff-Fluorverbindungen. Fluor ersetzt hier alle oder zumindest einen Teil der Wasserstoffbindungen am Kohlenstoffgerüst der Moleküle. Das steigert zudem die Temperaturbeständigkeit dieser Werkstoffe. PFA (Perfluoralkoxy-Polymere) sind vollständig fluorierte Kunststoffe, die wie FEP ebenfalls thermoplastisch verarbeitet werden können. Was ihre Medienbeständigkeit angeht, sind alle 3 Werkstoffe als Hülle für einen O-Ring mit Elastomerkern geeignet.

 

#6 Vorteil durch thermoplastische Verarbeitung

Der Nachteil von PTFE: Das Material kann nur gesintert werden und das Verfahren erfordert sehr hohe Temperaturen, denen ein Elastomerkern nicht standhalten kann. Zwar lassen sich Innenringe aus Elastomeren auch mit PTFE umgeben, doch die beiden Verfahrensalternativen haben beide entscheidende Defizite gegenüber nahtlosen Hüllen aus FEP und PFA. O-Ringe aus Elastomeren können in einem Sprühverfahren mit einer sehr dünnen PTFE-Schicht veredelt werden. Diese dünne Schicht hält einer mechanischen Belastung jedoch nicht lange Stand. Ist die Schicht beschädigt, besteht kein Schutz mehr gegen aggressive Medien. So ist es auch bei der Umhüllung des Innenrings mit einer dünnen PTFE-Folie. Das bedingt entweder eine Stoßfuge oder einander überlappende Randbereiche der Folie. Da der Stoß eine Schwachstelle für den Medienangriff darstellt, muss seine Positionierung im Zusammenhang mit der Wirkrichtung des Mediums beim Verbau entsprechend beachtet werden.

Der große Vorteil von FEP und PFA gegenüber PTFE besteht genau darin: Die Werkstoffe eignen sich für Heißformgebungsverfahren wie das Spritzgießen. Damit lassen sich Innenringe aus einem elastischen Werkstoff mit einer nahtlos geschlossenen Hülle umgeben. Je nach Anwendungszweck kann als Kern ein Einlegeteil aus verschiedenen Elastomerwerkstoffen zum Einsatz kommen.

#7 Qualitätsmerkmale und varianten von FEP O-Ringen

Damit sie zuverlässig funktionieren, erfordern mit FEP oder PFA umspritzte Einlegeteile besonders kontrollierte Herstellungsbedingungen. Da es sich um Hybridbauteile handelt, bei denen sich die Materialeigenschaften von Kern und Mantel deutlich unterscheiden, ist der dichte Verbund beider Materialien besonders wichtig. Daher arbeitet die Industrie immer weiter daran, beim Spritzgussprozess Lufteinschlüsse zwischen Kern und Hülle zu minimieren. Um einen optimalen Materialverbund zu erzielen, arbeiten die Spritzgussmaschinen unter Vakuumbedingungen.

 

#8 Kombinationsmöglichkeiten von Kern und Mantel

Der Kern FEP-ummantelter O-Ringe besteht im Standardfall aus FKM. Hier sind Tieftemperaturen von bis -20 °C möglich. Dieser Kernwerkstoff sollte dann den Vorzug erhalten, wenn hohe Drücke wirken. Dank seiner guten Druckverformungseigenschaften kann der O-Ring einer Druckbelastung lange Stand halten. Für Anwendungen im Lebensmittelbereich disqualifiziert sich die Materialpaarung durch die fehlende FDA-Konformität. So könnte ein versagendes Dichtungselement eine ganze Produktionscharge kontaminieren. Treten im Einsatz extrem niedrige Temperaturen auf, dann bietet sich ein Silikon-Kern an. Diese Ausführung eignet sich bis – 60 °C. Als weitere Alternative steht EPDM zur Verfügung. Der Werkstoff hat einen deutlich kleineren Temperaturbereich als FKM und Silikon. Zusammen mit Silikon bietet er sich aber besonders für Anwendungen im Bereich der Lebensmittel- und Pharmazieproduktion an. So sind diese Varianten FEP-ummantelter O-Ringe FDA-konform. Da Silikon einen Preisvorteil hat, bekommt der Werkstoff häufig den Vorzug. EPDM kann dagegen günstige Druckverformungseigenschaften ähnlich FKM vorweisen. Alle drei Kernwerkstoffe sind auch mit einem Mantel aus PFA erhältlich. Wegen der deutlich höheren Kosten bleibt ihr Einsatz in der Regel für Betriebssituationen mit besonders hohen Temperaturanforderungen vorbehalten.

Von den Materialpaarungen abgesehen bietet der Markt auch verschiedene Bauformen. So kann der Mantel einen Vollkern oder einen Hohlkern umgeben. Hohlkerne kommen zum Einsatz, wenn ein möglichst geringer radialer Anpressdruck erwünscht ist. Das erfordern besonders filigrane Geräte oder Bauteile aus Glas.

 

#9 optimale nutauslegung und Montagehinweise für FEP O-Ringe

Die korrekte Montage ist entscheidend dafür, dass sich die sorgfältige Auslegung des gesamten Dichtungssystems in Form einer langen Standzeit auszahlt. Denn oft erhält der O-Ring bereits beim Einbau eine Vorschädigung, die seine Lebensdauer reduziert. Doch auch die korrekte Gestaltung des Einbauraums entscheidet mit über die Leistungsfähigkeit des Dichtungssystems.

Generell gilt: Wegen der fehlenden Elastizität des Mantels sollten FEP-ummantelte O-Ringe nur sehr vorsichtig verformt werden. Sie sind im Vergleich zu Elastomer-O-Ringen begrenzt dehn- und stauchbar. Den Austausch eines FEP-ummantelten O-Rings können Konstrukteure deutlich einfacher gestalten, wenn sie axial zugängliche Einbauräume vorsehen. Geteilte Nuten sind also zu bevorzugen. Ist das nicht möglich, sollte der Monteur unbedingt einen Einbaukegel verwenden. Das sorgt für eine gleichmäßige und kontrollierte Dehnung. Es hilft, den O-Ring vor der Montage einige Minuten in heißem Wasser zu temperieren. Alle beteiligten Bauteile müssen gratfrei ausgeführt sein. Wie bei allen Dichtelementen gilt die Herstellung schmutzfreier Oberflächen als unverzichtbare Vorbereitung für die Montage. Zudem sollte der Techniker auf die Rückverformung.

Werden sie korrekt eingesetzt, können FEP-ummantelte O-Ringe einen Konflikt auflösen: Sie verbinden weitreichende Medienbeständigkeit mit guten Druckeigenschaften. Weder reine Elastomerdichtungen noch O-Ringe mit PTFE-Umhüllung können diesen Bereich abdecken. PFA-ummantelte O-Ringe erweitern den Lösungsraum im Hochtemperaturbereich.

Luke Williams
Luke Williams

AUTOR DER DICHTUNGSAKADEMIE®

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