Am Dichtungsriss Herstellungsfehler erkennen

Eine Auswertung von mehr als 2000 Schadensfällen durch das O-Ring Prüflabor Richter ergab, dass Herstellungsfehler in circa zehn bis 15 Prozent der Fälle der Ausfallgrund der Dichtung waren. Im Folgenden geht es darum, diese Art von Schäden zu erkennen.

Dazu stellt sich zunächst die Frage, was ein Riss ist. Denn die Abgrenzung von einer Oberflächenvertiefung zu einem Riss ist nicht immer eindeutig.

Gerechtfertigt ist die Einstufung eines Oberflächenfehlers als Riss dann, wenn die Tiefe deutlich über 0,1 Millimeter hinausgeht und eine linienförmige Ausprägung in Abgrenzung zu einer flächigen Ausprägung vorliegt und der Fehler unter zweifacher Vergrößerung zu erkennen ist.

Bei der Schadensanalyse darf nicht nur die Bruchstelle begutachtet werden, sondern es muss die ganze Dichtung untersucht werden. Denn bei einer fehlerhaften Vulkanisation können sich neben der inhomogenen Bruchfläche auch Fließlinien auf der Dichtung zeigen. Dies sichert dann die Annahme von Herstellungsmängeln als Rissursache ab. Dabei kann es sich um Einzelfehler handeln, weil eine wirtschaftliche Gummiverarbeitung nicht ganz ohne Ausschuss möglich ist und dieser Fehler dann bei der Endkontrolle nicht erkannt wurde, oder es liegt ein gravierender Prozessfehler vor, der zu einer Häufung von Fließfehlern führt.

Daher ist ein Vergleich mit einer größeren Anzahl neuer, unbenutzter Dichtungen aus der aktuellen Serienproduktion oft hilfreich. Manchmal kann bei diesen Dichtungen der gleiche Fehler in geringerem Ausmaß schon entdeckt werden. Risse, die von Fließlinien herrühren, verlaufen oft parabelförmig und symmetrisch zur Formtrennebene. Bei einer fehlerhaften Vulkanisation zeigt sich im Bereich der Bruchstelle meist eine inhomogene Bruchstelle, mitunter finden sich auch auffällig glatte Bereiche in der Bruchfläche. Typisch für Risse durch Vulkanisationsfehler ist auch ein gerundeter Übergang von der Oberfläche zum Riss im Vergleich zu einem Schadensfall durch Schnittverletzung.

Werden an einer gerissenen Dichtung im Bereich der Bruchfläche mit Hilfe des Mikroskops Fremdpartikel festgestellt, so können diese als Auslöser für den Riss verantwortlich sein. Um das Fremdmaterial tiefgehender zu analysieren, stehen heute das FT-IR-Mikroskop und/oder die REM-EDX-Analyse zur Verfügung. Die Bruchfläche lässt deutlich den Bereich der Verschmutzung erkennen, an dem eine mangelhafte Vulkanisation stattgefunden hat, und den Bereich der Rissfortpflanzung (regelmäßige, leicht aufgeraute Struktur, spannungsgetriebene, das heißt in der Regel radial verlaufende Rissfortpflanzung).

Diese Art von Rissen beginnt im Bereich der Trennebene. Oft ist im Querschnitt eines O-Ringes eine umlaufende Einzugsstelle mit einem weiten „U“- oder „W“-förmigen Querschnitt zu erkennen. Die Einzugsstelle ist eine flache, tellerförmige Vertiefung, manchmal dreieckig im Schnitt an der Trennfuge am Innen- und/oder Außendurchmesser. Verursacht wird dies durch Beschädigungen der Werkzeugkante und/oder den hohen Schwundfaktor von Gummi.  Dieser Risstypus ist bis zu einer gewissen Ausprägung bei O-Ringen erlaubt, siehe Sortenmerkmale N und S nach ISO 3601-3. Die hier gezeigten Ausprägungen sind aber unzulässig und können zu Leckagen führen. Allerdings führen diese Schrumpfrisse nicht zu einem plötzlichen Systemausfall und können in ihrer Auswirkung durch Dichtheitsprüfungen abgeschätzt werden.

Entformungsrisse entstehen häufig an scharfkantigen Übergängen, Kanten oder Hinterschneidungen. Außerdem kann eine zu hohe Entformungstemperatur diese begünstigen. Da es sich hier um Gewaltbrüche handelt und die Rissbildung und Fortpflanzung bei hohen Temperaturen erfolgt, ist die Bruchfläche meist relativ glatt.

Entformungsrisse gehen aus von der Trennebene oder einer anderen Werkzeugkante und pflanzen sich dann senkrecht zur Entformungsbeanspruchung fort. Das Gefährliche an diesen Rissen ist, dass diese unter einer spannungsfreien Sichtprüfung in der Regel nicht entdeckt werden können. Kleine Anrisse führen auch noch nicht sofort zu einer Leckage. Die Leckage tritt erst dann ein, wenn sich ein Anriss unter betriebsbedingter Temperatur- und Druckeinwirkung zu einem Durchriss fortgepflanzt hat. Das kann dann erst nach über 100 Betriebsstunden oder mehr der Fall sein.

Bei diesem Schadensbild zeigen sich Beschädigungen beziehungsweise Risse im Bereich der nachbearbeiteten Fläche. Ist das Bearbeitungsverfahren und -werkzeug bekannt, ist die Schadensursache noch sicherer zu bestimmen. Der Durchriss einer Dichtung führt in der Regel zu einem Totalausfall des Systems und ist ein absolut zu vermeidender Fehler.

Bei Anrissen oder kleinen Rissen kann das Dichtsystem zwar noch funktionieren, aber es besteht die Gefahr, dass bereits die für O-Ringe oder auch für viele anderen Elastomerdichtungen typische Walkarbeit infolge von Druck- und Temperaturbeanspruchung ausreicht, dass sich der Riss fortpflanzt. Mit zunehmenden Temperaturen wird das Widerstandsvermögen des Elastomers gegen Rissfortpflanzung zunehmend geringer. do