Schäden erkennen und vermeiden

Auswirkung einer scharfkantigen Nutausführung (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

28.09.2018 Schäden erkennen und vermeiden

Falscher Einbauraum

von Dipl.-Ing. Bernhard Richter (O-Ring Prüflabor Richter GmbH), Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Blobner (O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Dichtungen werden aus den verschiedensten Gründen in der Praxis geschädigt. Neben dem Erkennen der Schadensursache werden dann mögliche Abhilfemaßnahmen wichtig –  für die Instandhaltung, aber auch bei der Erstausrüstung von Anlagen mit Dichtungen.

Einbauräume sind erforderlich, um Dichtungen kontrolliert zu verformen, unabhängig von den Montagekräften (=Kraftnebenschlussprinzip). Da Elastomere keine ideal-elastischen Eigenschaften besitzen, sondern sich eher viskoelastisch verhalten, ist das Rückstellvermögen auch abhängig vom Verformungsgrad: Zu geringe Verformungen führen zu einem schnelleren Verlust des Rückstellverhaltens. Daher werden z.B. statische O-Ringe mindestens 10% verformt bzw. verpresst. Ist die Verformung zu hoch, z.B. 50%, können sich bei erhöhten Temperaturen zu große Spannungen innerhalb der Dichtung ergeben, was zu inneren Spannungsrissen führen kann, welche sich dann nach außen fortpflanzen. Scharfe Kanten, z.B. nicht ausgerundete Nuteinstiche, müssen vermieden werden, da sie Anrisse erzeugen können, die sich dann unter Betriebsbedingungen fortpflanzen können. Will man das Dichtpotenzial von O-Ringen sicher ausschöpfen, sollte man neben den üblichen Oberflächenkennwerten zusätzlich auch die Struktur der Oberfläche (und damit das Bearbeitungsverfahren) vorgeben. Querstrukturen zur Umfangsrichtung sind zu vermeiden. Bei dynamischen Dichtungen soll die Oberflächengüte ein Minimum an Reibung und Verschleiß sicherstellen. Dazu ist neben der Rautiefe auch der Traganteil von Bedeutung.  Unabhängig von dem Einfluss der Spaltmaße bezüglich Exzentrizität muss sichergestellt sein, dass es unter maximaler Druckeinwirkung zu keiner unzulässigen Spalteinwanderung kommt (Bild 1). Da Elastomere in erster Näherung als inkompressibel betrachtet werden können, muss der Einbauraum immer mehr Volumen anbieten, als die Dichtung im ungünstigsten Fall haben kann.

Schadensbild und problematische Bereiche: Eine klassische Nutüberfüllung ist an abgequetschten (schon bei der Montage) oder ausgefransten Rändern zu erkennen. Typisch für dieses Schadensbild sind beidseitige Materialaustriebe (Bild 2).Im Fall von zu großen Verformungen entstehen Spannungsrisse (Bild 3) im Inneren der Dichtung und wachsen dann nach außen.Bei Schäden durch scharfkantige Einbauräume zeigen sich oft auffällig geradlinige Einschnitte. Falsche Einbauräume führen häufig nach eher kurzen Betriebszeiten zu Ausfällen. Geringe Leckagen (Schwitzleckagen), welche durch ungeeignete Oberflächen verursacht werden, treten dagegen oft erst nach mehreren hundert Betriebsstunden auf.

Abgrenzung zu ähnlichen Schadensbildern: Das – durch schlechte Einbauräume verursachte – Schadensbild kann oft nur unter Zuhilfenahme der Einbauraumzeichnung von den ähnlichen Schadensbildern Montage- oder Herstellungsfehler abgegrenzt werden.

Präventionsmaßnahmen: Die wohl einfachste und effektivste Präventionsmaßnahme ist die Schulung von Dichtungsanwendern, u.a. in der Konstruktion. Außerdem sollten keine bestehenden Dichtungslösungen eins zu eins für neue Anwendungen kopiert werden. Auch kleinste Änderungen (z.B. Umstellung der Oberflächenbearbeitungsmethode) können gravierende Auswirkungen haben.

Praxistipps (Prüfmöglichkeiten/Normempfehlungen): Für die korrekte Gestaltung von Einbauräumen gibt es eine Vielzahl an Normen, Literatur und Empfehlungen von Dichtungsherstellern. Die wichtigste Norm für die Gestaltung von Nuten für O-Ringe ist die ISO 3601-2 (Ausgabe 2016-07: Fluid power systems – O-rings – Part 2: Housing dimensions for general applications). Für verschiedene andere Dichtungsformen gibt es eigene Normen.

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Bild 1: Auswirkung einer scharfkantigen Nutausführung – der O-Ring schält sich an der Nutkante ab (350 bar Druck, Spalt 0,05 mm) (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 1: Auswirkung einer scharfkantigen Nutausführung – der O-Ring schält sich an der Nutkante ab (350 bar Druck, Spalt 0,05 mm) (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 2: O-Ring-Querschnitt nach einer klassischen Nutüberfüllung: Oben und unten sind die abgequetschten Bereiche zu erkennen (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 2: O-Ring-Querschnitt nach einer klassischen Nutüberfüllung: Oben und unten sind die abgequetschten Bereiche zu erkennen (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 3: EPDM-O-Ring, zerstört durch zu hohe Verformung und thermische Einwirkung  (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 3: EPDM-O-Ring, zerstört durch zu hohe Verformung und thermische Einwirkung (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)