Dichtungen, Bild: fotolia/Edler von Rabenstein

Bei Dichtungen ist die Auswahl groß. Und genau wie bei Hydrauliköl weiß der Anwender in der Regel nur ungefähr, was drin ist. Bild: fotolia/Edler von Rabenstein

Viele Anwender verlassen sich bei Dichtungen auf die Hersteller, auch was Know-how angeht. Soll eine passende Dichtung zum Hydrauliköl oder zum Schmierstoff ermittelt werden, beauftragen sie den Anbieter damit, die Verträglichkeit zu untersuchen. Doch wie genau testen Hersteller die Verträglichkeit und welche Aussagekraft haben die Ergebnisse folglich? fluid hat nachgefragt bei Dr. Mandy Wilke, Technology Specialist Fluid Power Europe, Trelleborg Sealing Solutions und Thomas Papatheodorou, Manager des physikalischen Labors bei der Parker Engineered Materials Group, Prädifa Technology Division.

Wie testen Sie bei Kundenanfragen die Verträglichkeit einer Dichtung mit einem Druckmedium?

Mandy Wilke, Bild: Trelleborg
Dr. Mandy Wilke warnt vor Wasser und Luft im Hydrauliköl. Im schlimmsten Fall kann dadurch das Dichtsystem komplett ausfallen. Bild: Trelleborg

Wilke: Grundsätzlich sollte zwischen zwei Arten der Untersuchung unterschieden werden.
Zum einen werden statische Einlagerungsversuche durchgeführt. Bei diesen Untersuchungen wird der Einfluss des Druckmediums auf die physikalischen Kennwerte von Dichtungswerkstoffen wie zum Beispiel Elastomeren untersucht. Diese Untersuchungen werden unter Temperatur über unterschiedliche Versuchszeiten durchgeführt. Dabei wird die Veränderung der Kennwerte wie Härte, Dichte und Druckverformungsrest betrachtet.

Zum anderen wird die Verträglichkeit von Dichtungen mit Druckmedien aber auch in dynamischen Versuchen erprobt. Hier liegt der Schwerpunkt auf Reibung und Verschleiß der Dichtelemente im Zusammenspiel von Druckmedium und Gegenlauffläche.

Papatheodorou: Verträglichkeitsuntersuchungen an Gebrauchselastomeren (Dichtungswerkstoffen) werden bei Parker Prädifa gemäß ISO 1817:2016 (Elastomere und thermoplastische Elastomere – Bestimmung des Verhaltens gegenüber Flüssigkeiten) durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Änderung der folgenden Eigenschaften an normierten Prüfkörpern aus einem definierten Testwerkstoff bestimmt: Härte, Reißfestigkeit, Reißdehnung und Volumen, also Quellung oder Schrumpfung. Die Bewertung erfolgt anhand einer Matrix. Dabei bestimmt das schlechteste Einzelergebnis das Gesamtergebnis der Untersuchung.

Bewertungmatrix Verträglichkeit von Dichtung und Schmierstoff, Bild: Parker Prädifa
Parker Prädifa bewertet anhand dieser Matrix, wie gut sich Dichtung und Druckmedium vertragen. Bild: Parker Prädifa

Für O-Ringe, die meist in statischen Abdichtungen eingesetzt werden, kann beispielsweise das „Quellen“ beziehungsweise „Schrumpfen“ eine wichtige Kenngröße sein, die das Funktionsverhalten, also die Dichtfunktion, letztendlich entscheidend bestimmen kann. Quellen ist in diesem Zusammenhang weniger kritisch als Schrumpfen.

Für dynamisch eingesetzte Dichtungen sind eher Änderungen der Reißfestigkeit und der Härte die wesentlichen Kenngrößen im Hinblick auf das Funktionsverhalten.

Ergänzend zu den oben genannten „statischen“ Prüfungen im chemischen Labor führen wir bei Bedarf auch Quellprüfungen auf unseren Funktionsprüfständen durch, da im Kontaktbereich einer hochdynamisch belasteten Dichtung noch andere Faktoren zu berücksichtigen sind, die bei der rein statischen Prüfung nicht zu Tage treten.

In welchen Fällen können zwischen Dichtung und Druckmedium unvorhergesehene Reaktionen auftreten?

Wilke: Temperaturangaben werden in den Anwendungen manchmal unvorhersehbar überschritten, was zu Alterungsbeschleunigung zum Beispiel beim Setzverhalten (Compression Set) führt. Thermische Überlastung des Druckmediums mit der Folge der chemischen Veränderung desselben wie beispielsweise Oxidation kann die Beständigkeit mit dem Dichtungswerkstoff negativ beeinflussen. Unzulässige Luft im hydraulischen System kann diesen Vorgang beschleunigen. Damit wird auch die Problematik der Kompression beziehungsweise Dekompression von Luft (Gas) in Toträumen verstärkt, die im Bereich der Nuten für Dichtelemente liegen. Elastomere können auch unter Druckbelastung Gas aufnehmen, das dann bei Reduktion des Drucks durch eine explosive Dekompression starke Schäden an der Dichtung verursachen kann.

Tanksysteme könne ebenfalls eine Problemstelle darstellen, indem unzulässig Feuchtigkeit in das hydraulische System eindringt. Mit Wasser versetztes Druckfluid und erhöhte Temperatur kann dann zum Beispiel für an sich geeignete Dichtungswerkstoffe zum Beispiel thermoplastische Polyurethane zu hydrolytischer Degradierung der physikalischen Werte des Materials führen, was in manchen Fällen zum Totalausfall eines Dichtsystems führen kann.

Thomas Papatheodorou, Bild: Parker Prädifa
Thomas Papatheodorou ist Manager des physikalischen Labors bei der Parker Engineered Materials Group, Prädifa Technology Division. Bild: Parker Prädifa

Papatheodorou: Wenn im Dichtkontakt beziehungsweise in der Dichtzone Temperaturgrenzen des Öls überschritten werden, können unvorhergesehene Reaktionen auftreten. So kann ein Öl beispielsweise in der Anlage auf 60 Grad Celsius temperiert werden, aber im Kontaktbereich können – unter anderem durch Reibung – deutlich höhere Temperaturen entstehen.

In solchen Fällen ist es möglich, dass sich die Additive im Öl verändern oder durch „Cracken“ des Öls Spaltprodukte entstehen, die den Dichtungswerkstoff angreifen. Bei NBR-Werkstoffen kann das Material beispielsweise durch Auslösen des Weichmachers verhärten. Parker Prädifa empfiehlt aus diesen Gründen zusätzlich zum 168-Stunden-Test die Durchführung der 1000-Stunden-Verträglichkeitstests.