Druckverformungsprüfung bei Elastomeren

Die Druckverformungsprüfung ist ein standardisiertes Prüfverfahren zur Bewertung des Rückstellverhaltens von Elastomeren nach dauerhafter Druckbelastung. Sie liefert den Druckverformungsrest – kurz DVR oder englisch: Compression Set –, einen der aussagekräftigsten Kennwerte in der Dichtungstechnik, weil er direkt abbildet, wie gut ein Elastomer seine Rückstellkraft und damit seine Dichtwirkung über Zeit und Temperatur aufrechterhalten kann. Die gängigsten Prüfnormen sind DIN ISO 815 und ASTM D-395.

Wie die Druckverformungsprüfung abläuft

Ein genormter Prüfkörper – in der Regel ein zylindrischer Scheibenkörper – wird mit Distanzstücken meist um 25 % seiner Ausgangshöhe komprimiert. Die Prüfung erfolgt in der Regel bei erhöhten Temperaturen im Wärmeschrank, um die Alterung im realen Einsatz beschleunigt zu simulieren.

Für kältekritische Anwendungen kann der Test auch bei Minustemperaturen durchgeführt werden, um das Einfrieren des Elastomers zu bewerten. Nach Ende der Prüfzeit wird die Druckvorrichtung entfernt. Der Prüfkörper erholt sich bei Raumtemperatur, und nach einer definierten Wartezeit – standardmäßig 30 Minuten – wird gemessen, wie viel der ursprünglichen Verformung dauerhaft bestehen geblieben ist.

Das Ergebnis wird stets in Prozent angegeben:

• DVR = 0 % bedeutet vollständige Rückstellung – der Prüfkörper hat seine ursprüngliche Dicke exakt wiedererreicht
• DVR = 100 % bedeutet keine Rückstellung – der Prüfkörper bleibt dauerhaft in der komprimierten Form

Je niedriger der Druckverformungsrest, desto besser das Rückstellvermögen des Werkstoffs.

Prüfmethoden nach ASTM D-395

Die Druckverformungsprüfung kann nach verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Weit verbreitet sind die Verfahren nach ASTM D-395:

• Methode A – konstante Kraft: Der Prüfkörper wird mit einer definierten, gleichbleibenden Druckkraft belastet. Die resultierende Verformung ist werkstoffabhängig und variiert.

• Methode B – konstante Stauchung: Der Prüfkörper wird auf eine festgelegte Höhe komprimiert, typischerweise um 25 % seiner ursprünglichen Dicke. Diese Methode ist in der Praxis häufiger anzutreffen, weil sie die reale Einbausituation von Dichtungen – etwa die Verpressung eines O-Rings in seiner Nut – besser abbildet.

Ein DVR von 50 % bei Methode B bedeutet konkret: Von den 25 % aufgebrachter Stauchung bleibt die Hälfte – also 12,5 % der ursprünglichen Dicke – dauerhaft verformt. Die Dichtung hat entsprechend Rückstellkraft verloren.

Ergänzend zu ASTM D-395 kommt in Europa häufig DIN ISO 815 zum Einsatz, die in Methodik und Prüfkörpergeometrie teils abweicht – Ergebnisse aus unterschiedlichen Normen sind daher nur bedingt direkt vergleichbar.

Wann ein hoher DVR kritisch wird – und wann nicht

Ein niedriger DVR ist für die meisten Dichtungsanwendungen erstrebenswert, aber die Bewertung hängt immer vom konkreten Einsatzfall ab.

Bei statischen Dichtstellen – etwa Flachdichtungen zwischen Flanschflächen oder O-Ringe in ruhenden Verbindungen – kann eine Dichtung ihre Funktion auch bei einem DVR von bis zu 90 % noch erfüllen, sofern der Systemdruck konstant bleibt und keine äußeren Kräfte auf das Dichtelement einwirken. Die Rückstellkraft ist dann zwar weitgehend aufgebraucht, die Dichtung liegt aber noch am Gegenstück an.

Kritisch wird ein hoher DVR, wenn:

• Systemdruckwechsel auftreten – dann kann die nachlassende Vorspannung nicht mehr ausgeglichen werden und es entstehen Leckagepfade
• Medienkontakt das Elastomer zum Schrumpfen bringt (Volumenschwund durch Extraktion von Weichmachern oder anderen Mischungsbestandteilen) – die ohnehin reduzierte Vorspannung sinkt weiter, bis die Dichtwirkung verloren geht
• dynamische Belastung vorliegt – bei Hubbewegungen oder Rotation reicht selbst ein moderater DVR aus, um die Dichtfunktion frühzeitig zu kompromittieren

Umgekehrt kann Quellung durch Medienaufnahme einen hohen DVR partiell ausgleichen: Ein gequollenes Elastomer nimmt an Volumen zu und erhöht dadurch die Kontaktpressung an der Dichtstelle – auch wenn das Rückstellvermögen des Werkstoffs selbst bereits stark abgenommen hat. Dieser Effekt ist aber kein verlässlicher Auslegungsparameter, sondern ein Zufallsprodukt der Medienwechselwirkung.

DVR als Auswahlkriterium bei der Werkstoffentscheidung

In der Praxis ist der DVR neben Medienbeständigkeit und Temperatureinsatzbereich eines der wichtigsten Auswahlkriterien für Dichtungswerkstoffe. Peroxidisch vernetzte Compounds zeigen gegenüber schwefelvernetzten Qualitäten in der Regel deutlich bessere DVR-Werte – besonders bei erhöhten Temperaturen. FKM und EPDM in peroxidischer Vernetzung gehören zu den Elastomeren mit dem besten Hochtemperatur-DVR; NBR zeigt bei mittleren Temperaturen gute Werte, nimmt aber bei dauerhafter Wärmebelastung stärker zu.