Vorbeugung von O-Ring-Schäden

Leckagen in Ihrem System können von einer kleinen Unannehmlichkeit bis hin zu schwerwiegenden Problemen mit schwerwiegenden Folgen reichen. In jedem Fall hilft die Wahl des richtigen O-Rings und dessen Wartung, Lecks und Schäden zu vermeiden. Es gibt viele Gründe, warum ein O-Ring undicht werden kann. Wir untersuchen, warum diese Lecks auftreten und wie man sie verhindern kann.

Ursachen für Lecks

Es gibt drei Hauptgründe, warum O-Ringe undicht werden können.

• Größe Wenn die Dichtung zu groß ist, führt das überschüssige Material dazu, dass sie sich in der Nut bündelt, eine übermäßige Kompression verursacht und eine unebene Oberfläche bildet. Wenn der Ring zu klein ist, wird er übermäßig gedehnt, was dazu führt, dass das Material nicht ausreicht, um eine leckfreie Dichtung zu bilden.
• Installation: O-Ringe lassen eine gewisse Dehnung zu und müssen in der Tat etwas gedehnt werden, damit sie gut passen. Bei unsachgemäßem Einbau verändern sich die Innen- und Außenmaße. Die Dehnung sollte zwischen 1 % und 5 % liegen, wobei 2 % bei den meisten Anwendungen ideal sind, um eine wirksame Abdichtung zu gewährleisten. Eine Dehnung von mehr als 5 % wird nicht empfohlen. Die daraus resultierenden Spannungen führen zu einer beschleunigten Alterung und einer Verringerung des Querschnitts, was letztendlich zu Undichtigkeiten führt. Eine Ausnahme von dieser Regel ist eine schwimmende Dichtung. Eine schwimmende Dichtung ist ein O-Ring, der frei in einer Rille sitzt. Diese werden verwendet, wenn ein gewisses Maß an Leckage zulässig ist und wenn eine geringere Reibung erforderlich ist. Lesen Sie unseren Artikel über den Einbau von O-Ringen, um mehr zu erfahren. 
• Material Die Verwendung des falschen Materials für die Systemtemperatur, die Chemikalie oder den Druck führt zu einer Beschädigung des O-Rings und zum Versagen der Dichtung. In unserem Leitfaden zu Dichtungsmaterialien für Magnetventile, der viele der in O-Ringen verwendeten Komponenten abdeckt, finden Sie weitere Informationen zu den verschiedenen verfügbaren Materialien. Um herauszufinden, ob ein O-Ring chemisch verträglich ist, verwenden Sie unsere Tabelle zur chemischen Beständigkeit. 

Häufige Gründe für Schäden an O-Ringen

Komprimierung

Wenn ein O-Ring extremen Druckbelastungen ausgesetzt ist, bilden sich an einer zusammengedrückten Oberfläche umlaufende Risse. Letztendlich führen diese Risse dazu, dass das Siegel bricht. Alle O-Ringe lassen eine gewisse Kompression zu und kehren in ihre ursprüngliche Form zurück, wenn diese Kompression nachlässt. Ein gewisser Grad an Verformung wird immer vorhanden sein. Diese permanente Verformung wird auch als Druckverformungsrest bezeichnet. Wenn der Druckverformungsrest zu hoch wird, kehrt er nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurück, und es kommt zu Undichtigkeiten.

Lösung: Wählen Sie ein Material mit einem besseren Druckverformungsrest oder einer höheren Druckbeständigkeit. Einige Werkstoffe wurden speziell für Anwendungen entwickelt, die einen niedrigen Druckverformungsrest erfordern (z. B. wenn die Dichtung über einen längeren Zeitraum heißem Wasser ausgesetzt war). Überprüfen Sie die Nutabmessungen in Ihrer Anwendung, da der Druckverformungsrest durch falsche Nutabmessungen beeinträchtigt werden kann.

Schnelle Druckänderungen

Schnelle Druckänderungen sind ein besonderes Problem, wenn sich unter sehr hohem Druck Gase im Inneren der Dichtungen bilden. Während dies kein Problem darstellt, wenn das System unter Druck steht, kann es zu einem Problem werden, wenn das System plötzlich drucklos wird. Wenn der Druck plötzlich abfällt, dehnen sich die unter Druck stehenden Gase im Inneren des O-Rings plötzlich aus. Dies führt zu Blasen, Pockennarben und Löchern auf der Oberfläche des Siegels, wodurch die Struktur stark geschwächt wird.

Lösung: Obwohl ein System mit stabilen Drücken immer die bevorzugte Methode ist, um Dichtungen in optimalem Zustand zu halten, ist dies nicht immer machbar. Wenn der Druck jedoch langsam aus dem System entweicht, können die Gase in den Dichtungen allmählich entweichen, ohne Schaden anzurichten. Einige Hersteller bieten spezielle Dichtungen an, die dieses Problem lösen. Diese sind unter dem NORSOK M710 Standard erhältlich.

Schäden bei der Installation

Einbauschäden können viele verschiedene Formen annehmen, vom Schaben der Dichtung an Metallteilen bis hin zu Schnitten, Kerben, Verdrehungen und Einschnitten, die durch den unsorgfältigen Einbau verschmutzter, ungleichmäßiger oder falsch geschmierter Dichtungen entstehen. Wird die Größe des O-Rings nicht genau auf die Anwendung abgestimmt, kann dies ebenfalls zu Einbauschäden führen; darüber hinaus kann, wie bereits erwähnt, eine übermäßige Kompression oder Dehnung des O-Rings dazu führen, dass die Dichtung unbrauchbar wird.

Lösung: Dehnen Sie den O-Ring nie um mehr als 5 % und verwenden Sie beim Aus- und Einbau von O-Ringen immer die richtigen Werkzeuge wie O-Ring-Sätze und O-Ring-Picker. Scharfe Ecken und Gewinde werden durch Klebeband oder Schutzhüllen geschützt, um Einkerbungen der Oberfläche zu vermeiden. Vergewissern Sie sich, dass die Beschläge über geeignete Einführschrägen verfügen, die das Einsetzen der Beschläge erleichtern, und dass sie ausreichend geschmiert sind. Lesen Sie unseren Leitfaden für den Einbau von O-Ringen, um zu erfahren, wie Sie O-Ringe richtig messen und einbauen, oder unseren Leitfaden für Silikonöl und -fett, um Tipps für die Schmierung zu erhalten.

Übermäßige Reibung

Bei übermäßiger Reibung weist die Dichtung eine schürfende Oberfläche auf; bei übermäßigem Verschleiß kann es zu tieferen Einrissen und stellenweise zum Bruch kommen. Bei dynamischen Anwendungen wird der Abrieb durch den wiederholten Kontakt zwischen dem O-Ring und dem Gehäuse verursacht, was zu einer übermäßigen Reibung zwischen den beiden führt. Unzureichende Schmierung und Oberflächenbehandlung von Metallteilen können das Risiko ebenso erhöhen wie das Einbringen von abrasiven Stoffen in das Dichtungssystem.

Lösung: Vergewissern Sie sich, dass die richtige Schmierung für das Dichtungssystem verwendet wird. Auch die richtige Oberflächenbeschaffenheit des Metalls beeinflusst die Wahl der Dichtung. Sie können das Eindringen von Schadstoffen durch die Verwendung von Wischern oder Abstreifern verringern.

Chemischer Angriff

Unterschiedliche Chemikalien verursachen unterschiedliche Arten von Schäden, wie z. B. Blasen, Risse, Veränderungen der Härte oder Verfärbungen. In einigen Fällen reagieren bestimmte Chemikalien mit einigen Elastomeren. Dies führt in der Regel zu einer höheren Vernetzungsdichte und damit zu einem steiferen, spröderen Material. Außerdem kann es zu Kettenrissen kommen, die zu einer verminderten Festigkeit führen. Der Verlust der Integrität wird durch eine Verringerung der Vernetzungsdichte verursacht, was dazu führt, dass das Klebematerial oft weicher ist als das ursprüngliche Material.

Lösung: Die Auswahl des geeigneten Elastomerwerkstoffs ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Dichtung mit dem Anwendungsmedium kompatibel ist. Übermäßige Hitze und Druckbelastung von Elastomerdichtungen verschlimmern chemische Angriffe. Tameson verfügt über einen Online-Leitfaden für die chemische Kompatibilität der wichtigsten Elastomertypen, den Sie bei der Auswahl eines Materials zu Rate ziehen können.

Chemische Schwellung

Die chemische Quellung erfolgt aufgrund der chemischen Ähnlichkeit zwischen Elastomer und Medium; anschließend infiltriert das Medium in das Elastomer. Wenn das Volumen der Dichtung zunimmt, wird die Dichtwirkung beeinträchtigt, und die Dichtung verliert ihre Integrität. Infolge der chemischen Quellung können physikalische Eigenschaften wie die Zugfestigkeit verloren gehen, und die Dichtung ist größer als die ursprüngliche Größe. Sie kann an der gesamten Dichtung oder an lokalisierten Stellen auftreten, die den chemischen Medien ausgesetzt waren.

Lösung: Wählen Sie ein Elastomer-Dichtmittel mit nachgewiesener Beständigkeit gegen chemische Einflüsse. Sie können unseren Online-Leitfaden nutzen, um die chemische Verträglichkeit der wichtigsten in Elastomeren verwendeten Materialtypen zu ermitteln.

Ausgasung

Wenn es in einem O-Ring zu Ausgasungen kommt, gibt es normalerweise keine sichtbaren Veränderungen. In extremen Fällen kann eine Schrumpfung beobachtet werden. Ausgasungen treten auf, wenn Stoffe unter Vakuumbedingungen aus einem Elastomer austreten. Bei diesen Bestandteilen kann es sich entweder um einen Teil der Elastomerformulierung, um die Zerfallsprodukte der Bestandteile oder um andere Gase handeln, die während des Formprozesses in der Polymermatrix gebunden werden. Bei Halbleiteranwendungen können die ausgeatmeten Moleküle die Waferverarbeitung beeinträchtigen, indem sie Verunreinigungen verursachen. Bei industriellen Anwendungen kann sie die Vakuumleistung beeinträchtigen.

Lösung: Reine Polymere und Materialien ohne flüchtige Bestandteile (z. B. Weichmacher, Wachse usw.) sorgen für eine geringere Ausgasung. Außerdem ist es von Vorteil, Materialien zu verwenden, die für die richtige Temperatur ausgelegt sind, um die Ausgasung auf ein Minimum zu beschränken.

Thermische Degradierung

Die thermische Degradation zeigt sich als radiale Rissbildung auf Oberflächen, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. Die Oberflächen können auch stellenweise glänzender werden, wenn das Dichtungsmaterial für thermische Erweichung anfällig ist. Wenn die obere Temperaturgrenze des gewählten Dichtungsmaterials überschritten wurde oder übermäßige Temperaturschwankungen aufgetreten sind, kommt es in der Regel zu einer thermischen Degradation, die mit einem Druckverformungsrest einhergeht. Die Vernetzungsdichte in Elastomeren kann bei hohen Temperaturen zunehmen, wodurch sie härter und weniger elastisch werden.

Lösung: Sie sollten ein Material mit höherer Temperaturbeständigkeit wählen. Mehrere zuverlässige Hochtemperaturdichtungen, die Temperaturen von bis zu +325°C (+617°F) standhalten können, sind von verschiedenen Anbietern aus perfluorelastomeren Verbindungen mit einem hohen Fluoranteil (FFKM) erhältlich.

UV-Zersetzung

Freiliegende Oberflächen des O-Rings weisen im Anfangsstadium Verfärbungen auf, wobei eine übermäßige Belastung in schweren Fällen zu Rissen und Zerfall führt. Wenn ein Elastomerwerkstoff UV-Licht ausgesetzt wird, kann dies zerstörerische Auswirkungen haben. UV-Licht hat eine kurze Wellenlänge und damit ein hohes Energieniveau, wodurch es in der Lage ist, mit der Molekularstruktur eines belichteten Elastomers zu interagieren. Diese Bedingungen führen in der Regel dazu, dass die Polymerketten brechen und reißen, so dass Wasser eindringen kann und es zu einem vorzeitigen Ausfall kommt.

Lösung: Im Allgemeinen neigen schwarze Materialien dazu, UV-Schäden besser zu widerstehen als andere Farben; auch fluorierte Materialien weisen eine gewisse Beständigkeit auf. Für UV-Prozesse, die bei Sterilisationsverfahren und in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden, gibt es spezielle Lösungen.