Bild: Adobe Stock Liudmila

Wer ist schuld, wenn die Dichtung reißt? Herstellungsbedingte Dichtungsausfälle verursachen andere Schadensbilder als beispielsweise die Schädigung durch Ozon. Bild: Adobe Stock/Liudmila

Weil Risse durch eine Vielzahl von Ursachen ausgelöst werden können und da sie oft zu einem Totalausfall der Dichtung führen, ist eine genaue Abgrenzung herstellungsbedingter Schäden zu ähnlichen Schadensbildern sehr wichtig. Verwechslungsgefahr mit herstellungsbedingten Schäden besteht beispielsweise bei Ozonrissen. Ozonrisse können nur an Elastomeren auftreten, die in der Hauptkette eine Doppelbindung aufweisen (Dienkautschuke). Dieser Kautschuktyp ist am „R“ in der Kurzbezeichnung zu erkennen (zum Beispiel NBR, SBR und so weiter). Eine Ausnahme bildet hier ein vollhydrierter HNBR, der relativ gut ozonbeständig ist.

Damit Ozonrisse entstehen können, muss die Dichtung gedehnt sein. Es genügen bereits kleine Dehnungen von fünf Prozent. Mit zunehmender Dehnung nimmt auch die Anzahl der Risse zu.

Ozonrisse sind meist sehr tief und sind immer senkrecht zur Richtung der Spannung orientiert. Zur Entstehung von Ozonrissen ist keine erhöhte Ozonkonzentration notwendig, bereits das in der Umgebungsluft vorhandene Ozon reicht aus, um diesen Schaden auszulösen.

Abgrenzung zu Ermüdungsrissen

NBR-O-Ring, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
Dieser NBR-O-Ring wurde auf ein schwarzes Kunststoffbauteil vormontiert. Nach einigen Wochen Lagerung ist er durch Ozonangriff sehr stark rissig geworden. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Ermüdungsrisse besitzen eine große Ähnlichkeit mit Ozonrissen. Eine klare Abgrenzung ist meist nur möglich, wenn man die Beanspruchung kennt, die zu diesem Schaden geführt hat. Ist eine ausgefallene Dichtung nicht aus einem Dienkautschuk hergestellt worden (zum Beispiel FKM), weist aber ozonrissähnliche Schäden auf, ist hier ein sofortiger Ausschluss von Ozonrissen als Schadensursache möglich.

Risse infolge von Alterung durch Wärme und Sauerstoff

FKM-Membran, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
An dieser FKM-Membran sind Ermüdungsrisse zu erkennen. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Bei einer thermischen Überbeanspruchung über lange Zeiten hinweg versprödet der O-Ring beziehungsweise die Dichtung über den ganzen Querschnitt. Beim Biegen zeigen sich die Risse bevorzugt zur Luftseite hin oder an den Dichtflächen, an welchen die Wärmezufuhr erfolgte.

Kurzzeitige starke Überhitzungen führen zu tiefen, feinen Rissen (Schalenbildung beziehungsweise Versprödung nur im Randbereich), die sich erst beim Ziehen oder Biegen der Dichtungen zeigen, ohne dass die Dichtung insgesamt versprödet. Durch die zeitlich kurze Belastung und die isolierende Wirkung des Gummimaterials kann die zu hohe Temperatur die inneren Bereiche noch nicht sichtbar schädigen.

An den Laufflächen von Radialwellendichtringen werden in der Literatur diese Risse manchmal auch als Härterisse beschrieben.

Montagerissen und fehlerhafter Dichtungsanwendung

thermisch geschädigter O-Ring, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
Dieser O-Ring wurde thermisch geschädigt. Er ist komplett durchgehärtet; beim Biegen werden Risse an den Anlageflächen sichtbar. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Bei Montagerissen handelt es sich meist um Gewaltbrüche, die eine regelmäßige, eher leicht raue Bruchfläche aufweisen, der Grad der Rauheit hängt auch vom Weiterreißwiderstand des Werkstoffes ab. Die herstellungsbedingten Brüche zeigen inhomogene, häufig auch reliefartig erhabene Bereiche in der Bruchfläche.

Der Rissausgang bei Montagerissen lässt einen auffällig geradlinigen Beginn erkennen, auch zeigt sich bei Beschädigungen durch scharfkantige Einbauräume kein gerundeter Übergang von der Oberfläche in den Riss, bei leicht gerundeten Kanten zeigt sich ein Abdruck und/oder eine leichte plastische Verformung.

Montagebedingte Risse zeigen typische belastungsbedingte Rissverläufe, welche sich aus dem Einbauraum und dem Montageablauf erklären lassen.

Risse aufgrund von chemischem Angriff

Ausbruch durch die Montage, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
Ausbruch durch die Montage: Dieser Schaden ist bei Raumtemperatur entstanden, deshalb ist die Bruchfläche nicht glatt. Die Ausprägung der Bruchfläche ist auch stark abhängig vom Weiterreißwiderstand eines Werkstoffes. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Bei einem chemischen Angriff können Risse auftreten, müssen es aber nicht. Die Risse sind auf der Seite des angreifenden Mediums und manchmal auch erst unter Dehnung und unter dem Mikroskop erkennbar. Treten Begleiterscheinungen wie starkes Setzverhalten, klebrige Oberfläche oder eine Verhärtung auf, nimmt die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen chemischen Angriff handelt, stark zu.

Chemisch bedingte Risse treten in der Regel aber erst nach eher langen Betriebszeiten auf (mehr als 1000 Betriebsstunden); die Risse überdecken größere Bereiche, während bei den herstellungsbedingten Rissen der Ausfall bereits nach kurzer Zeit auftritt (meistens unter 100 Betriebsstunden) und die Risse nur partiell an der Oberfläche zu finden sind.

Präventionsmaßnahmen

montagebedingter Schaden, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
Hier zeigt sich ein montagebedingter Schaden, genauer gesagt ein Einschnitt mit anschließendem Durchriss. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Der Herstellungsprozess eines Gummiteiles ist sehr komplex und erfordert daher seitens des Verarbeiters Kompetenz und Sorgfalt. Dies kann auch die untenstehende Aufstellung aufzeigen.

Das heißt, der Einkauf einer hochbeanspruchten Dichtung bedeutet immer einen Vertrauensvorschuss an den Lieferanten. Daher macht es als Anwender Sinn, sich beim Lieferanten selbst ein Bild von dessen Möglichkeiten zu machen. Fällt dann das Urteil positiv aus, sollten noch angemessene Wareneingangsprüfungen bezüglich Form- und Oberflächenfehler der eingesetzten Dichtungen definiert werden.

Voraussetzungen für eine rissfreie Herstellung

Chemischer Angriff, Bild: O-Ring Prüflabor Richter
Chemischer Angriff einer FVMQ-Membrane: Die Risse erstrecken sich über eine größere Fläche. Bild: O-Ring Prüflabor Richter

Für die Elastomermischung muss eine konstante Lagertemperatur über die komplette Lieferkette sichergestellt werden. Dies gilt insbesondere bei scorchanfälligen Elastomermischungen.

Außerdem ist es wichtig, dass die verwendete Elastomermischung auch für das geplante Produktionsverfahren geeignet ist. Es muss darauf hingewiesen werden, dass nicht jede Mischung im Spritzgussverfahren verarbeitet werden kann. Besonders bei speziellen Herstellungsvarianten (Kaltkanal-Spritzguss, Spritzprägen) ist die Eignung der jeweiligen Mischungstype hinsichtlich Viskosität/Verarbeitbarkeit und Entformungseigenschaften zu hinterfragen.

Ferner empfiehlt es, sich Mischungen einzusetzen, welche die Werkstoffverschmutzung gering halten, um so den Reinigungsaufwand und das Risiko von rissauslösenden Verschmutzungen reduzieren. Werden die Mischungen nicht direkt vom Dichtungshersteller produziert, sondern von einem externen Compoundeur bezogen, empfiehlt es sich, bei der Wareneingangsprüfung beziehungsweise vor der Verarbeitung der Mischung eine Rheometerkurve zu fahren und diese mit dem Lieferzeugnis des Mischungslieferanten zu vergleichen.

Beim Werkzeugdesign sollten – wo immer möglich – scharfkantige Bereiche und Hinterschneidungen im Bauteil entschärft werden. Außerdem muss auf hinreichend große und richtig positionierte Entlüftung der Kavitäten geachtet werden. Schließlich ist eine verfahrensgerechte Auslegung der Fließkanäle und Anschnittbereiche von Bedeutung.

Beim Spritzgießen ist die wichtigste Voraussetzung für eine fehlerfreie Herstellung von Gummiteilen die vollständige und zuverlässige Füllung der einzelnen Kavitäten innerhalb der Inkubationszeit der zu verarbeitenden Gummimischung. Je geringer die Inkubationszeit der verwendeten Mischung (Mischungen mit geringer Inkubationszeit werden auch als „schnelle“ Mischungen bezeichnet), desto anspruchsvoller ist die Ermittlung der perfekten Verarbeitungsparameter.

Lässt sich trotz all der oben beschriebenen Maßnahmen keine rissfreie Fertigung garantieren, ist eine visuelle 100-Prozent-Kontrolle notwendig. Meist genügt dabei schon ein Standardprüfautomat. Sind die Risse jedoch nur unter Dehnung zu erkennen, werden Sonderprüfmaschinen notwendig, welche die Dichtungen vor der visuellen Kontrolle leicht dehnen oder quetschen.

Da wirtschaftliche Herstellungsmethoden keine ausreichende Sicherheit gegen unzulässige Oberflächenfehler bieten, ist eine 100-prozentige visuelle Endkontrolle üblich.

Praxistipps für Prüfmöglichkeiten und Normempfehlungen

Generell sind Risse nicht zulässig, da auch leichte Anrisse zu einem Dichtungsausfall führen können. Wenn in einem Lieferlos ein Riss entdeckt wird, sollte das ganze Lieferlos überprüft werden.

Zur besseren Erkennung von Rissen in der Wareneingangsprüfung sollten Dichtungen manuell leicht gedehnt werden (zehn bis 30 Prozent) und unter einer gut beleuchteten Lupe mit zwei bis vierfacher Vergrößerung begutachtet werden. Für kritische Serienteile ist auch eine automatisierte visuelle Prüfung unter Verformung möglich. do

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