- Abrasion durch wiederholte Reibung, unzureichende Schmierung begünstigt O-Ring-Schäden.
- Chemische Einwirkung verändert Vernetzung, macht O-Ring hart, spröde oder klebrig.
- Chemisches Quellen: Eindringen der Umgebung erhöht Volumen, Risiko von Extrusion und Dichtungsverlust.
- Lösungsempfehlung: Verwenden Sie Elastomer mit chemischer Beständigkeit und prüfen Sie Verträglichkeit.
Die O-Ringe in Maschinen erleiden aus vielen Gründen Schäden. Dieser Leitfaden liefert Details zu einigen der häufigsten Arten, wie O-Ringe beschädigt werden (es gibt noch weitere, die in diesem Artikel jedoch nicht behandelt werden).
Die häufigsten Arten, wie O-Ringe beschädigt werden
Abrasion
Visuelle Hinweise: Die Kontaktflächen des O-Rings weisen eine zerkratzte Oberfläche auf. An stärker abgenutzten Stellen können tiefere Schnitte oder sogar Risse auftreten.
Ursachen: In dynamischen Anwendungen tritt Abrasion aufgrund von wiederholtem Kontakt zwischen der Oberfläche des O-Rings und seinem Gehäuse auf, was zu übermäßiger Reibung führt. Eine unzureichende Schmierung oder eine unzureichende Metalloberflächenbearbeitung können das Risiko erhöhen, da sie das Eindringen von abrasiven Verunreinigungen in das Dichtungssystem ermöglichen.
Lösung: Eine korrekte Schmierung des Dichtungssystems ist wichtig. Das Eindringen von Verunreinigungen kann durch den Einsatz eines Abstreifers begrenzt werden.
Chemische Einwirkung
Visuelle Hinweise: Abhängig von der zu dichtenden Chemikalie kann der O-Ring verschiedene Anzeichen aufweisen, einschließlich Blasenbildung, Rissen, Härteveränderungen oder Verfärbung.
Ursachen: Bestimmte Chemikalien können mit bestimmten Elastomeren reagieren, was oft zu einer Erhöhung der Vernetzungsdichte führt, was in der Bildung eines harten und spröden Materials mit reduzierter Fähigkeit zur Reaktion resultiert. Es können auch Brüche in den Polymerketten auftreten, was zu einer verminderten Festigkeit führt. Manchmal kann es zu einer Verringerung der Vernetzungsdichte kommen, was in einem weichen und klebrigen Material resultiert, welches die ursprüngliche Form und Integrität verliert.
Lösung: Eine geeignete Auswahl des Elastomermaterials ist entscheidend, um die Kompatibilität des Rings mit der Anwendungsumgebung zu gewährleisten. Chemische Angriffe werden durch hohe Temperaturen sowie durch übermäßige Dehn- oder Kompressionsbeanspruchungen beschleunigt. Überprüfen Sie die thermische Verträglichkeit der wichtigsten Elastomertypen mit unserem Online-Leitfaden.
Chemisches Quellen
Visuelle Hinweise: Der O-Ring erscheint größer als seine ursprünglichen Abmessungen. Dies geschieht entweder entlang der gesamten Länge des Rings oder in spezifischen Bereichen, die den Chemikalien ausgesetzt sind.
Ursachen: Quellen wird durch das Eindringen der chemischen Umgebung in das Elastomer verursacht, aufgrund der chemischen Ähnlichkeit zwischen der Verbindung und der Umgebung. Die Volumenzunahme des Rings kann zum vollständigen Ausfüllen der Dichtungsnut führen, was zu einer Extrusion und einem Dichtungsverlust führen kann. Das chemische Quellen kann auch zum Verlust physikalischer Eigenschaften wie Zugfestigkeit führen.
Lösung: Verwenden Sie ein Elastomer mit nachgewiesener Beständigkeit gegenüber der chemischen Umgebung. Überprüfen Sie die chemische Verträglichkeit der wichtigsten Elastomertypen.
Kompressionsverformung
Visuelle Hinweise: Der Querschnitt des O-Rings wird weniger kreisförmig, mit abgeflachten Oberflächen, die die Form der Nut oder des Sitzes annehmen. Der O-Ring nimmt eine dauerhafte Verformung an, was anzeigt, dass er seine ursprüngliche Form nach dem Entfernen des deformierenden Faktors nicht wiedererlangt. Dies wird als prozentualer Verlust der Kompression im Verhältnis zur ursprünglichen Kompression gemessen.
Ursachen: Physikalische und chemische Veränderungen können im Elastomer bei hohen Temperaturen auftreten. Das kristalline Netzwerk kann zunehmen, was zum Verlust der Elastizität des O-Rings und seiner Fähigkeit, seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen, führt. Dies ist eine permanente chemische Veränderung. Die Belastungen, denen die Dichtungen bei hoher Temperatur ausgesetzt sind, verschwinden nicht, wenn die Temperatur gesenkt wird. Dieses Phänomen wird Schrumpfen beim Abkühlen genannt und ist durch Erwärmung reversibel. Die Verringerung des Querschnitts führt zu einer Verminderung des Kontakts der Dichtkraft, was das Risiko von Leckagen in Systemen mit Temperatur- und Druckzyklen erhöht. Andere Ursachen umfassen eine unangemessene Konstruktion der Dichtungsnut, das Volumenschwellen durch die Flüssigkeit im System und die unvollständige Vulkanisation des O-Rings während des Herstellungsprozesses.
Lösung: Die Auswahl von Elastomeren mit geringer Kompressionsverformung und/oder hoher Beständigkeit gegen hohe Temperaturen verlängert die Lebensdauer des O-Rings. Das Design der Dichtungsnut sollte überprüft werden, um sicherzustellen, dass der O-Ring nicht übermäßig komprimiert wird. Das Schrumpfen beim Abkühlen kann durch Verwendung einer flexibleren Polymerstruktur reduziert werden, was sich in einem niedrigeren Glasübergangstemperaturpunkt widerspiegelt.
Extrusion und Beschädigung durch Abschneiden
Visuelle Hinweise: Die Ränder des O-Rings bei niedrigem Druck haben ein ungleichmäßiges, gekerbtes oder abgeschabtes Aussehen. In extremen Fällen kann eine Extrusion auftreten, bei der die Oberfläche des O-Rings aufplatzt.
Ursachen: Hohe Belastungen, die normalerweise durch hohen Druck entstehen, zwingen das Material in die Risse, was zu einer Extrusion führt. Hochdruckpulsationen können ein Schließen und Öffnen der Risse zwischen den Kontaktflächen verursachen. Dadurch kann der O-Ring zwischen den Rändern der Kontaktflächen eingeklemmt werden, was physische Schäden an der O-Ring-Oberfläche verursacht, oft als Schneidevorgang bezeichnet.
Lösung: Ein härteres Material kann hilfreich sein, ebenso wie die Anwendung von Stützvorrichtungen, die die Rissbildung reduzieren können.
Explosive Dekompression
Visuelle Hinweise: Die Oberfläche des O-Rings kann Risse aufweisen, gebrochen, durch tiefe Einschnitte markiert oder in extremen Fällen vollständig zerrissen sein.
Ursachen: Wenn elastomere Dichtungen hohen Gasdrücken bei hohen Temperaturen über längere Zeit ausgesetzt sind, wird das Gas im Polymerverbundstoff absorbiert. Wenn der äußere Druck verringert wird, tritt das im Material gelöste Gas in Form von Mikrobläschen aus der Lösung aus. Wenn sich das Gas ausdehnt, bewegt es sich durch das Material nach außen. Das Problem entsteht, wenn die Dekompressions- und Ausdehnungsrate hoch ist und das im O-Ring eingeschlossene Gas sich über die Fähigkeit des Materials ausdehnt, die Gasblasen zu enthalten.
Lösung: Eine Verlängerung der Dekompressionszeit und die Verringerung der Temperatur verringern im Allgemeinen das Risiko von Schäden durch explosive Dekompression, ebenso wie die Auswahl von Materialien, die diesem Phänomen widerstehen.
Montagebeschädigungen
Visuelle Hinweise: Montagebeschädigungen können als spezifische, präzise Schnitte und Kratzer beobachtet werden, die auf die O-Ring-Oberfläche beschränkt sind.
Ursachen: Montagebeschädigungen können verschiedene Formen annehmen, von der Reibung des O-Rings an Metallkomponenten bis hin zu Schäden durch unsachgemäße Installation von verschmutzten, verdrehten oder nicht ordnungsgemäß geschmierten Dichtungen. Eine falsche Größe des Rings für eine bestimmte Anwendung ist ebenfalls ein wesentlicher Faktor, der zu Montagebeschädigungen beiträgt.
Lösung: Größere Sorgfalt bei der Installation von O-Ringen ist entscheidend, um Montagebeschädigungen zu vermeiden. Scharfe Kanten mit Klebeband oder Schutzschichten umwickeln verhindert das Einschneiden der Oberfläche. Eine angemessene Fasenbildung der Montagematerialien und geeignete Schmierung tragen dazu bei, Montagebeschädigungen zu verhindern.
Ausgasung
Visuelle Hinweise: Normalerweise zeigt der Ring keine sichtbaren Änderungen. In extremen Situationen kann eine Schrumpfung sichtbar sein.
Ursachen: Komponenten der elastomeren Formulierung können unter Vakuumbedingungen freigesetzt werden (verflüchtigen). Diese Komponenten können von der Elastomerformulierung, aus Zersetzungsprodukten oder anderen Gasen stammen, die während des Spritzgussprozesses im Polymermaterial eingeschlossen wurden. In Halbleiteranwendungen können die als Gas abgegebenen Moleküle bei der Waferbearbeitung Kontaminationen verursachen. In industriellen Anwendungen können sie die Vakuumeffizienz beeinträchtigen.
Lösung: Materialien, die aus reinen Polymeren ohne flüchtige Bestandteile (wie Weichmacher, Wachse usw.) hergestellt sind, weisen ein geringeres Ausgasungsniveau auf. Die Verwendung geeigneter Materialien bei den richtigen Temperaturen für die jeweilige Anwendung trägt ebenfalls dazu bei, das Ausgasen gering zu halten.
Plasma-induzierte Degradation
Visuelle Hinweise: Der entscheidende Hinweis ist der gleichmäßige Materialverlust an den Oberflächen, die mit dem Plasma in Kontakt stehen. In einigen Fällen können je nach Materialtyp pulverige Rückstände oder Verfärbungen an der O-Ring-Oberfläche beobachtet werden.
Ursachen: Plasma besteht aus hochenergetischen ionisierten Gasen und/oder Radikalen, die die organischen Komponenten des Materials angreifen und winzige Moleküle oder Partikel bilden. Die Korrosion tritt aufgrund der Ionenbombardierung in Verbindung mit chemischen Angriffen auf.
Lösung: Längere Plasmenexposition verursacht irreversible Schäden an den Dichtungen. Die chemische Verträglichkeit des Materials kann dazu beitragen, dass der o-Ring länger hält, wodurch seine Lebensdauer verlängert und der Einfluss von Geräteausfallzeiten reduziert wird.
Spiralisation
Visuelle Hinweise: Der O-Ring zeigt ein spiralförmiges Muster entlang der Außenoberfläche mit tiefen Einschnitten in einem Winkel von 45 Grad an der Oberfläche des O-Rings in Bereichen maximaler Belastung.
Ursachen: Die Spiralisation des O-Rings kann während der linearen Bewegung vorwärts und zurück auftreten, sei es während der Montage oder im Betrieb. Der Grad der Spiralisation wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, einschließlich unregelmäßiger Oberflächen, unzureichender Schmierung, Reibung, Montagefehler und Exzentrizität der Komponenten.
Lösung: Ein O-Ring aus einem härteren Material ist ein guter Ausgangspunkt, um die Spiralisation zu verhindern. Andere Dichtungsprofile, wie X-Ringe aus PPE oder D-Ringe, können ebenfalls in Betracht gezogen werden, da sie sich als widerstandsfähig gegenüber Spiralisation erwiesen haben, ohne die Dichtungsleistung zu beeinträchtigen. Wenn eine Hochdruckdichtung benötigt wird, bietet der T-Ring eine robuste Dichtungslösung mit geeigneten Stützringen. X-Ringe, D-Ringe und T-Ringe passen normalerweise in vorhandene Hohlräume für O-Ringe.
Thermische Degradation
Visuelle Hinweise: Es können Situationen auftreten, in denen auf den Oberflächen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, radiale Risse erscheinen. Wenn das Dichtungsmaterial zur Thermoplasticität neigt, können einige Bereiche der Oberfläche glänzend werden. Die thermische Degradation geht oft mit Kompression einher.
Ursachen: Die Anwendungstemperatur überschreitet die maximal zulässige Temperatur des Dichtungsmaterials oder es ist ein übermäßiger thermischer Zyklus aufgetreten. Hohe Temperaturen können das kristalline Netzwerk in Elastomeren erhöhen, was zu einer höheren Härte und einem höheren Modul führt, wodurch sie weniger elastisch werden.
Lösung: Die Wahl eines Elastomers, das widerstandsfähiger gegen höhere Temperaturen ist, ist die offensichtliche Lösung.
Thermische Extrusion
Visuelle Hinweise: Anzeichen sind sichtbar, wenn der O-Ring kein kreisförmiges Profil mehr aufweist. An zwei gegenüberliegenden Rändern ist eine Abflachung sichtbar, und an den Verbindungsstellen sind Schnitte vorhanden, wo die Abschnitte der O-Ring-Oberfläche beschädigt wurden. In Hochdruckanwendungen sind die Extrusion oder die Schnitte möglicherweise nicht sichtbar auf der Hochdruckseite, aber sie sind offensichtlich auf der Niederdruckseite. Der O-Ring nimmt oft die Form der Nut an.
Ursachen: Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Elastomers ist im Allgemeinen höher als der des umgebenden Metalls. Dies bedeutet, dass sich das Volumen des Elastomers bei hohen Temperaturen mehr erhöht als das umgebende Material, sodass der O-Ring bei hohen Temperaturen die Nut füllen und dann in die Lücke zwischen den Komponenten extrudiert werden kann.
Lösung: Das Design der Nut sollte optimiert werden, um ausreichend Platz für das zusätzliche Volumen des Rings bei hohen Temperaturen zu bieten und um zu vermeiden, dass die Nut gefüllt wird – siehe unseren Online-Leitfaden zu den Nutabmessungen.
UV-Degradation
Visuelle Hinweise: Das erste Zeichen auf den Oberflächen, die UV-Strahlen ausgesetzt sind, ist die Verfärbung, während übermäßige Exposition gegenüber anfälligen Materialien zu Rissen führen kann und in extremen Fällen zur Zersetzung.
Ursachen: Ultraviolettes Licht kann zerstörerische Auswirkungen auf elastomere Materialien haben. UV-Licht hat eine kurze Wellenlänge, was bedeutet, dass es eine hohe Energie hat, die mit der molekularen Struktur der exponierten Oberfläche des Elastomers interagieren kann. Dies führt im Allgemeinen zur Trennung der Polymerketten und zur Rissbildung an der Oberfläche, was zu Undichtigkeiten und einer vorzeitigen Zerstörung führt.
Lösung: Schwarze Materialien widerstehen in der Regel besser UV-Schäden als jede andere Farbe, und fluorierte Materialien zeigen ebenfalls eine erhöhte Beständigkeit.
