Wissenswertes über Dichtungen
Statische und dynamische Dichtungen
Statische Dichtungen überzeugen als universelle Dichtelemente mit ihrer einfachen Montage, geringem Platzbedarf und Vielseitigkeit in der Anwendung. Anders als es bei einer dynamischen Dichtung der Fall ist, gibt es bei statischen Dichtungsanwendungen kein Spiel zwischen den abzudichtenden Oberflächen oder zwischen Dichtungsoberfläche und Passfläche. Die Dichtungen befinden sich zwischen zwei statischen bzw. ruhenden Teilen als Verbindungs- und Abschlusselement.
Dynamische Dichtungen nennt man dynamisch, weil diese Dichtungen einer Bewegung ausgesetzt sind. Sie befinden sich zwischen einem statischen Teil und einem rotierenden Teil.
Überzeugen Sie sich von der KREMER Zuverlässigkeit und Qualität, die wir Ihnen mit jeder einzelnen Dichtung liefern, und profitieren Sie von unserem Erfahrungswissen im Bereich Dichtungstechnik.
Materialien
Bei der Herstellung von Dichtungen kann auf eine Vielzahl an Werkstoffen zurückgegriffen werden, die je nach Dichtungsanwendung ihre Eigenschaften voll ausspielen können. Dies setzt natürlich voraus, dass dazu auch das geeignete Elastomer ausgewählt wird. Die verschiedenen Materialien, aus denen Dichtungen bestehen, sind nicht immer gleichermaßen widerstandsfähig gegen das abzudichtende Medium, beziehungsweise gegen die vorherrschende Temperatur. So sind etwa Dichtungen aus EPDM beständig gegen Bremsflüssigkeit, nicht jedoch gegen Benzin.
Genau umgekehrt verhält es sich hingegen mit dem Werkstoff NBR. Dichtungen im Kraftstoffbereich oder in Bremsanlagen müssen in diesem Fall unbedingt separat ausgewählt werden. Neben der Medienbeständigkeit und des Einsatztemperaturbereiches sind auch die mechanisch-technologischen Werte einer Elastomermischung Kriterien bei der Werkstoffauswahl. Dichtungen können unter anderem aus folgenden Materialien hergestellt sein:
Der Begriff EPDM steht für Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Dieser Werkstoff gehört zu den am weitest verbreiteten in der Industrie. Dichtungen aus EPDM zeichnen sich durch eine hervorragende Medienbeständigkeit in Wasser, Alkohol, Säuren, Laugen, Heißwasser und Dampf aus.
Darüber hinaus ist das Material beständig gegen Ozon- und Witterungseinflüsse sowie auch gegen Sauerstoff und UV-Strahlung. EPDM-Dichtungen sind anderen Werkstoffen überlegen, was die Alterung betrifft. Bei Kontakt mit Ölen, Fetten, Mineralölprodukten oder Kohlenwasserstoffen sind Dichtungen aus EPDM hingegen nicht zu empfehlen, da das Material stark anquillt und die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.
Eine breite Anwendung findet der Werkstoff in Bremssystemen auf Glykolbasis, zudem verfügt EPDM über sehr gute elektrische Isolationseigenschaften. Der Temperaturbereich, in welchem EPDM-Dichtungen eingesetzt werden können, liegt bei -40°C bis +140°C. EPDM ist außerdem unter den Handelsnamen BUNA-AP®, DUTRAL®, KELTAN®, NORDEL® und VISTALON® bekannt.
Silikondichtungen kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn eine hohe Beständigkeit gegen Hitze, Kälte, Witterungseinflüsse, Sauerstoff, Ozon und UV-Strahlen gefragt ist.
Darüber hinaus sind sie alterungs- und wetterbeständig und verfügen über hervorragende elektrische Isoliereigenschaften. Der thermische Anwendungsbereich des Materials reicht von -55°C bis +200°C, wobei auch ihre Elastizität erhalten bleibt. Ihre physiologische Unbedenklichkeit macht außerdem die Anwendung in medizinischen und lebensmittelnahen Bereichen möglich. Allerdings ist der Werkstoff Silikon nicht beständig gegen Säuren, Alkalien, Silikonfette und -öle, aromatische Mineralöle oder Kraftstoffe.
Für Dichtungsanwendungen, in denen es auf Gasdichtigkeit ankommt, sind Silikondichtungen ebenso wenig geeignet wie für den dynamischen Einsatz, da ihre Reißfestigkeit relativ gering ist und sie einen hohen Reibungskoeffizienten haben.
Das Kürzel NBR leitet sich von Acrylnitril-Butadien-Kautschuk ab. Chemisch betrachtet handelt es sich hierbei um ein Copolymer aus Butadien und Acrylnitril. Letzterer macht einen Anteil von etwa 18 bis 50% in kommerziellen Compounds aus. Mit steigendem Nitrilanteil erhält sich auch die Beständigkeit gegenüber kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen sowie gegenüber Mineralölprodukten. Dies wirkt sich jedoch negativ auf die Flexibilität des Materials im Einsatz bei tiefen Temperaturen aus. Allerdings existieren Tieftemperatur-Compounds, welche speziell für die Dichtungsanwendungen sind, die in Kontakt mit mineralölbasierten Flüssigkeiten durchgeführt werden.
Der Betriebstemperaturbereich von NBR-Dichtungen liegt bei -35°C bis +120°C. Anderen Dichtungswerkstoffen ist NBR nicht nur hinsichtlich der Abrieb- und Reißfestigkeit überlegen, sondern auch, was dessen Druckverformungsrest betrifft.
Die Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen, UV-Strahlung und Ozon ist jedoch gering - dies muss vor allem bei der Lagerung beachtet werden. Spezielle Additive können einige dieser Schwachpunkte kompensieren.
NBR ist beständig gegen Luft, Wasser (bis ca. +80°C), Öle, Fette, Schmiermittel, Silikonöle und -fette sowie gegen Flammschutzmittel. Daher ist das Material für Anwendungen in der Pneumatik und Hydraulik sehr verbreitet. Allerdings ist NBR nicht geeignet für Dichtungsanwendungen in Kraftstoffen mit hohem Aromatengehalt, in Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis, in polaren Lösungsmitteln oder auch in chlorierten und aromatischen Kohlenwasserstoffen.
Dichtungen aus H-NBR sind für einen Temperaturbereich von -30°C bis +150°C ausgelegt und verfügen über eine hohe mechanische Festigkeit, ihre Medienbeständigkeit ist mit NBR-Dichtungen vergleichbar.
Das Perfluorelastomer FFKM ist hingegen für Dichtungen geeignet, die großer Hitze oder aggressiven Medien ausgesetzt sind. Der Werkstoff FKM, auch unter dem Handelsnamen Viton®, wird für Dichtungsanwendungen verwendet, in denen es auf hohe mechanische Werte und enorme Beständigkeit gegen aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe, schwache Alkalien, verdünnte Säuren sowie gegen Mineralöle ankommt. Der Temperaturbereich des sehr alterungsbeständigen Materials reicht von -20°C bis +220°C, zudem verfügt FKM über einen sehr guten Druckverformungrest.
Dichtungen aus PTFE mit ca. 95° Shore Härte sind hingegen nicht elastisch, allerdings lassen sie sich in einem sehr großen Temperaturbereich einsetzen, welcher von -200°C bis +230°C reicht. PTFE ist bis auf einige Fluorverbindungen und flüssige Alkalimetalle sehr chemikalienbeständig und besitzt gute Gleiteigenschaften.
Herstellungsarten von Dichtungen
Dichtungen sind in Industrie und Alltag allgegenwärtig. Wie werden sie hergestellt und welche Verfahren zur Herstellung können dabei zum Einsatz kommen? Einem Hersteller stehen je nach Anforderung an die Dichtung - etwa der verwendete Werkstoff, die benötigte Menge oder Geometrie - unterschiedliche Möglichkeiten zur Auswahl. In diesem Artikel erklärt KREMER Ihnen mehrere bewährte Verfahren in der Dichtungsherstellung und stellt Ihnen deren Eigenschaften näher vor.
Gestanzte Dichtungen oder selbstklebend auf Folie - die Fachberater kennen die Angebots-Spezifikationen.
Darüber hinaus bietet das wasserstrahlschneiden von Flachdichtungen viel Flexibilität und schnelle Reaktionsmöglichkeiten, wenn kurzfristige Geometrieänderungen an der Dichtung gefordert sind.
Für gestanzte Flachdichtungen und Flanschdichtungen sind in der DIN 7715 Teil 5 drei Toleranzklassen - P1 (fein), P2 (mittel) und P3 (grob) - festgelegt. Für wasserstrahlgeschnittene Dichtungen gilt hingegen die DIN 2768 Teil 1. Welche Toleranzklasse die richtige für Sie ist, können Sie mit dem Toleranzberechnung-Tool von KREMER ermitteln.
Für flache Dichtungen haben sich das Stanzen oder das Wasserstrahlschneiden bewährt. Gestanzte Flachdichtungen lassen sich in großer Stückzahl auf relativ unkomplizierte und schnelle Weise und mit niedrigen Werkzeugkosten fertigen. Je nachdem wie dick und weich das Dichtungsmaterial ist, kann das Schnittbild konkav ausfallen. Soll dies vermieden werden, so bietet sich das äußerst präzise Wasserstrahlschneiden an, um rechtwinklige Schnittflächen zu erzielen. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Wanddicken bei gleichbleibend sauberem und präzisem Kantenschnitt erzielen.
Zur Herstellung von Profildichtungen aus EPDM sowie aus Silikon kommt die Extrusion zum Einsatz. Das zu verarbeitende Material wird in diesem Extrusionsprozess unter hohem Druck und kontinuierlich durch das Extrusionswerkzeug, einer formgebenden Matrize, gepresst. Auf diese Weise entsteht ein endloses Profil, das je nach Anwendungsfall unterschiedlich weiterverarbeitet, zum Beispiel zu Abschnitten konfektioniert, zu Ringen verklebt oder zu Rahmen eckvulkanisiert wird.
Sie ist auch als Injection Molding bekannt, wobei der Gummi durch Reibungswärme über eine Schnecke im Spritzaggregat plastifiziert und homogenisiert wird. Anschließend gelangt er über Angusskanäle in die geheizte Form. Druck, Temperatur und Geschwindigkeit, mit der das Material in die Gussform eingespritzt wird, können genau kontrolliert werden.
Das Injection Molding ist im Vergleich zum Formpressen daher wesentlich präziser. Das Endprodukt erfordert zudem keine Nachbearbeitung. Für Dichtungen aus Flüssigsilikon werden hingegen speziell konstruierte Spritzgießmaschinen verwendet, da der zweikomponentige Werkstoff über eine äußerst niedrige Viskosität verfügt und beim Einspritzen daher höchste Werkzeugpräzision erfordert.
Das Spritzgießverfahren ist optimal für große Serien von kleinen Dichtungen, etwa aus Silikon, NBR oder EPDM, an die hohe Anforderungen in puncto Toleranzen gestellt werden. Es ist ein schnelles, einfaches und kostengünstiges Verfahren mit hohem Wiederholungsniveau.Im Vergleich zum Formpressen ist das Spritzgießen die deutlich modernere Herstellvariante für technisch hochwertige Dichtungen.
Wenn ein Herstellverfahren gesucht wird, das die Vorteile des Spritzgieß- und Formpressverfahrens miteinander vereint, so stellt das Injection-Transfermoulding eine hervorragende Kombination dar. Wie beim Spritzgießen lässt sich der Vorgang gut automatisieren und regeln, während die plastifizierte Kautschukmischung nicht direkt ins Werkzeug, sondern in die Transfereinheit im oberen Teil der Form über ein Spritzaggregat eingespritzt wird. Dadurch, dass die Kautschukmischung bereits plastifiziert ist, kann die Vulkanisationsform gleichmäßiger gefüllt werden. Die Transferkammer wird durch den Schließdruck der Maschine zugefahren und die Masse wird in die Formen gedrückt.
Lagerung und Haltbarkeit
Die Lagerdauer von Dichtungen hängt entscheidend vom Umfeld ab. Sicher ist, dass die Eigenschaften von Dichtungen über mehrere Jahre nahezu unverändert bleiben, vorausgesetzt, sie werden sachgemäß gelagert oder behandelt.
Optimale Lagerbedingungen
Wesentliche Voraussetzungen bietet ein kühler, trockener, mäßig belüfteter und staubfreier Lagerraum. Dichtungen sollten in einem Temperaturbereich zwischen +5 bis +20 °C aufbewahrt werden.
Die Dichtungen sollten in geschlossenen Behältnissen vor Tageslicht und Ozonquellen geschützt sein. Am besten Sie belassen die Dichtungen in den von uns gelieferten Kartons und Folienbeuteln. Unter diesen Bedingungen wird eine Veränderung der gummielastischen Eigenschaften deutlich reduziert und eine längere Lagerdauer und Haltbarkeit ermöglicht.
Zu hohe Gewichtsauflagen, Zug, Druck oder äußerliche Beschädigungen durch andere Gegenstände sind unbedingt zu vermeiden, um Deformationen entgegenzuwirken.
Unter Beachtung dieser Hinweise erfährt die Verwendbarkeit der Dichtungen dabei über Jahre hinweg keine nennenswerte Einschränkung.
CR: | 4 Jahre |
NBR: | 4 Jahre |
EPDM: | 6 Jahre |
MVQ: | 10 Jahre |
FFPM/FFKM: | 10 Jahre |
Konsequenzen mangelhafter Lagerung
Dichtungen aus Gummi können unter ungünstigen Lagerbedingungen ihre physikalischen Eigenschaften verändern. Unterschiedliche Einflussfaktoren können zu Rissen, bleibender Deformation oder starker Verhärtung führen, was die Funktionalität der Dichtungen stark beeinträchtigt und dazu führt, dass diese nicht mehr verwendet werden können.
Die Einhaltung von Lagerempfehlungen gemäß DIN 7716 gelten insbesondere auch für Dichtungen, die mit einer Selbstklebefolie ausgerüstet sind, um die Überkopfmontage oder den verliersicheren Transport einer vormontierten Dichtung zu gewährleisten. Beachten Sie unsere Produktinformationen zur richtigen Lagerung selbstklebend ausgerüsteter Dichtungen.
Weitere Informationen zum Thema Lagerung, Wartung und Reinigung von Gummierzeugnissen bietet die DIN 7716.
Stückzahlermittlung von Stanzteilen
Bei gestanzten Dichtungen ist die Verteilung der Dickenmaße und somit der Stückgewichte direkt vom verwendeten Halbzeug, der sogenannten Platten- oder Rollenware, abhängig. Die von den Herstellern der Platten- und Rollenware angezogene Toleranz nach DIN 3302-1 Klasse P3 für die Dicke von 3 mm beträgt immerhin schon ±0,4 mm. Diese Toleranz wird von den Herstellern des Halbzeugs auch fertigungsbedingt voll ausgenutzt. Somit kann eine gestanzte Dichtung sowohl eine maximale Dicke von 3,4 als auch minimale Dicke von 2,6 mm aufweisen.
Je nach Materialverbrauch können für die Herstellung von gestanzten Dichtungen Platten- und Rollenware mit unterschiedlich ausgeprägter Dickentoleranz Verwendung finden und die bei Ihnen nachgelagerte Stückzahlermittlung im Wareneingang erschweren.
Bei Stanzteilen geben wir mitunter keine anhand von Referenzteilen ermittelte Stückzahl an, sondern beziehen uns bei der Lieferscheinangabe der Menge auf das Produkt aus der Multiplikation der Anzahl der Stanzhübe und der Anzahl der Nutzen pro Hub.
KREMER-Tipp
Um bei der Wareneingangskontrolle angelieferter Gummi-Stanzteile eine gegenüber unserer Lieferscheinangabe annähernd gleiche Stückzahl ermitteln zu können, sollte eine möglichst große Stückzahl an Dichtungen aus mehreren Verpackungseinheiten als Referenz-Wiegeteil verwendet werden.
Dichtigkeitsverlust durch elektrolytische Korrosion
Statische Dichtungen haben die Aufgabe, zwei voneinander getrennte Bauräume zuverlässig abzudichten. Im Einzelfall werden hierzu auf den Einsatzzweck abgestimmte Gummiwerkstoffe verarbeitet, die den Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Hitze, Witterung oder Medienkontakt, standhalten.
Um die Dichtwirkung zu erzielen, wird der zu verpressenden Geometrie und der Härte der Dichtung bei der Auslegung des Dichtsystems eine wichtige Rolle beigemessen. Aber selbst wenn die Hinweise zur Oberflächenbeschaffenheit der Dichtflächen vom Anwender berücksichtigt werden, kann es durch Bildung von Rost an dafür anfälligen metallischen Dichtflächen zur korrosiven Unterwanderung des Dichtsystems kommen, wenn ein ionenleitendes Medium (Elektrolyt) durch den Gehäusespalt gelangt, für Korrosion anfällige metallische Oberflächen angreift und schließlich durch elektrochemische Reaktionen auflöst.
Wenn der Elektrolyt bis zur Dichtung vordringen kann, wird auch die metallische Oberfläche im Randbereich der Dichtung geschädigt. Die Bildung von Rost geht mit einer Volumenzunahme des korrodierten Metalls einher, sodass die Dichtung im Zuge einer fortschreitenden Korrosion einem stetigen Druckzuwachs vom Randbereich ausgehend ausgesetzt ist - die Dichtung wird sukzessive angehoben. Unter der Dichtung entsteht Kapillarwirkung und der Elektrolyt kann weiter unter die Dichtung vordringen, bis sie vollständig unterwandert ist. Mit der Zeit verliert sie so ihre Funktion: Das Dichtsystem muss als undicht bezeichnet werden.
Was gilt es zu beachten?
Um die Unterwanderung des Dichtsystems zu vermeiden, muss sichergestellt sein, dass sich die Gehäuseteile am Spalteingang berühren. Zum Gehäuseinneren ausgerichtet ist unmittelbar dahinter eine erste Nutgeometrie oder ein Freiraum vorzusehen, um die Kapillarwirkung des Spaltes zu minimieren. Hierauf sollten sich die Gehäuseteile ein zweites Mal berühren und erst in der zweiten Nut der Sitz der Dichtung vorgesehen werden. Im verpressten Zustand der Dichtung wirken eine möglichst breite Dichtgeometrie und eine möglichst hohe Härte des Dichtwerkstoffes der Unterwanderung der Dichtung entgegen, verursachen aber auch höhere Schließkräfte, sodass auch die Gehäuseteile konstruktiv steifer ausgelegt werden müssen.
PAK - hoffentlich nicht buchstäblich in aller Munde
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, auch mit dem Kürzel PAK bezeichnet, sind eine Gruppe chemischer Benzol-Verbindungen. Es handelt sich dabei um winzig kleine Feststoffpartikel, die in der Natur mit einem Anteil von ca. 0,2% bis ca. 7% in Erdöl in vielen Variationen vorhanden sind. Durch Erdölraffination finden sie sich außerdem auch in wichtigen Rezepturbestandteilen von Gummimischungen wie Weichmachern und Industrierußen und in der Folge auch in Dichtungen. Spezielle PAK-Typen sind von der Europäischen Union als krebserregend, erbgutverändernd oder fortpflanzungsgefährdend eingestuft. Einmal in die Umwelt gelangt, reichern sie sich in Böden, Pflanzen und der Luft auf unbestimmte Zeit an und bauen sich nur schlecht ab. Daher ist dafür Sorge zu tragen, den Einsatz von PAK-haltigen Chemikalien auf ein Minimum zu begrenzen.
Als PAK-freie Dichtungen werden Dichtungen bezeichnet, deren analytisch ermittelte PAK-Konzentration bei <0,2 mg/kg liegt. Konzentrationen von <10 mg/kg gelten als PAK-arme Dichtungen.
Bei Gummidichtungen, die bei normaler oder vernünftigerweise vorhersehbarer Verwendung unmittelbar, länger oder wiederholt für kurze Zeit mit Haut oder Mundhöhle in Berührung kommen, gilt seit 2015 eine EU-Verordnung, die einen Grenzwert von 1 mg/kg für acht definierte PAKs vorsieht.
Dies hat zum Beispiel für Gummidichtungen mit Lebensmittelkontakt zur Folge, dass die mitunter aus 10-15 Bestandteilen bestehende Rezeptur überarbeitet und PAK-haltige Stoffe durch Alternativen ersetzt werden müssen.
Da eigenschaftsbedingt sehr häufig nicht auf Ruße in Elastomermischungen verzichtet werden kann, müssen PAK-arme Ruße spezieller Herstellungsmethoden eingesetzt werden.
Einhaltung gesetzlicher Regelungen zum Umwelt- und Gesundheitsschutz
Bei KREMER nehmen wir Umweltschutz und Sicherheit, sowohl unserer eigenen Mitarbeiter als auch unserer Kunden, sehr ernst. Die Einhaltung der gesetzlichen Regelungen, die uns bei der Produktion auferlegt werden, ist für uns selbstverständlich.