Im Bereich der Gleitringdichtungen sind Elastomere Polymerwerkstoffe mit elastischen Eigenschaften. Diese vielseitigen Werkstoffe werden in verschiedenen Dichtungskomponenten, wie O-Ringe, Balgund Sekundärdichtungen, um eine wirksame Abdichtung zu gewährleisten und Flüssigkeitslecks zu verhindern.
Elastomere besitzen einzigartige Eigenschaften wie Flexibilität, Elastizität sowie Beständigkeit gegen Chemikalien und extreme Temperaturen, was sie für anspruchsvolle industrielle Anwendungen unverzichtbar macht. Die Auswahl des geeigneten Elastomers für eine bestimmte Gleitringdichtung hängt von Faktoren wie der abzudichtenden Flüssigkeit, der Betriebstemperatur, dem Druck und der chemischen Verträglichkeit ab.
Was ist Elastomer in einer Gleitringdichtung?
Elastomere sind ein wichtiger Bestandteil von Gleitringdichtungen und sorgen in zahlreichen Anwendungen für Abdichtung und Flexibilität. Elastomere sind Polymerwerkstoffe mit elastischen Eigenschaften, die sich unter Belastung verformen und nach Entlastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. In Gleitringdichtungen werden Elastomere häufig als Sekundärdichtungen, beispielsweise als O-Ringe, Dichtungen und Bälge, eingesetzt, um Leckagen zu verhindern und Wellenbewegungen auszugleichen.
Eine häufige Anwendung von Elastomeren in Gleitringdichtungen ist die Elastomerbalgdichtung. Diese Dichtungsart besteht aus einem Elastomerbalg, der sowohl als Sekundärdichtung als auch als Federelement fungiert. Er sorgt für axiale Flexibilität und gewährleistet eine konstante Dichtkraft. Elastomerbalgdichtungen sind kompakt, einfach zu installieren und können unabhängig von der Drehrichtung betrieben werden, wodurch sie vielseitig für verschiedene Pumpentypen und -größen einsetzbar sind.
Eigenschaften von Elastomeren
- Elastizität und Flexibilität: Elastomere besitzen die Fähigkeit, sich unter Belastung zu verformen und nach Wegfall der Belastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Diese Elastizität ermöglicht es Elastomerbälgen und anderen Dichtungskomponenten, Wellenbewegungen, Fehlausrichtungen und Vibrationen auszugleichen, ohne die Dichtfunktion zu beeinträchtigen.
- Durometerhärte: Die Durometerhärte eines Elastomers gibt seine Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücken an und ist ein Maß für seine Festigkeit. Weichere Elastomere bieten eine bessere Abdichtung gegenüber unregelmäßigen Oberflächen, während härtere Elastomere eine verbesserte Abriebfestigkeit bieten und für Anwendungen mit höherem Druck geeignet sind.
- Komprimierungssatz Widerstand: Der Druckverformungsrest beschreibt die Fähigkeit eines Elastomers, seine Dichtkraft beizubehalten und nach längerer Kompression wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Elastomere mit hohem Druckverformungsrest minimieren das Risiko von Dichtungsfehler durch dauerhafte Verformung, wodurch eine gleichbleibende Dichtleistung über längere Zeiträume gewährleistet wird.
- Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit bezeichnet die maximale Spannung, der ein Elastomer standhalten kann, bevor es bricht. Elastomere, die in Gleitringdichtungen verwendet werden, müssen eine ausreichende Zugfestigkeit aufweisen, um den Kräften standzuhalten, die durch den Druck der abgedichteten Flüssigkeit und die Federkraft der Dichtungsbaugruppe entstehen.
- Bruchdehnung: Die Bruchdehnung ist die maximale Dehnung, die ein Elastomer vor dem Reißen ertragen kann. Elastomere mit hoher Bruchdehnung können erhebliche Verformungen ohne Versagen aushalten und bieten so einen Sicherheitsspielraum für unerwartete Belastungen oder Bewegungen.
- Chemische Beständigkeit: In Gleitringdichtungen verwendete Elastomere müssen einer Zersetzung standhalten, wenn sie der abgedichteten Flüssigkeit und der Umgebung ausgesetzt werden.
- Temperaturbeständigkeit: Der Betriebstemperaturbereich ist ein weiterer entscheidender Faktor bei der Auswahl des geeigneten Elastomers für eine Gleitringdichtung. Elastomere müssen ihre Eigenschaften und Dichtleistung über den erwarteten Temperaturbereich der Anwendung hinweg beibehalten.
Arten von Elastomeren, die in Gleitringdichtungen verwendet werden
Nitril (NBR)
Nitril, auch Buna-N genannt, ist aufgrund seiner hervorragenden Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und andere kohlenwasserstoffbasierte Flüssigkeiten ein beliebtes Elastomer für Gleitringdichtungen. Es bietet eine gute Abriebfestigkeit und hält Temperaturen von -30 °C bis 110 °C stand. NBR wird häufig in Anwendungen mit Erdölprodukten wie Fahrzeugflüssigkeiten und Schmiermitteln eingesetzt.
Fluorelastomer (FKM)
Fluorelastomere, oft als Viton® bezeichnet, weisen eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit auf und halten hohen Temperaturen bis zu 200 °C stand. Sie sind beständig gegen eine Vielzahl aggressiver Chemikalien, darunter Säuren, Basen und Lösungsmittel. FKM ist die ideale Wahl für Gleitringdichtungen in der chemischen Verarbeitung, der Pharmaindustrie sowie der Öl- und Gasindustrie.
Silikon (VMQ)
Silikonelastomere zeichnen sich durch ihre hervorragende thermische Stabilität und Flexibilität über einen weiten Temperaturbereich von -60 °C bis 230 °C aus. Sie bieten eine gute Beständigkeit gegen Ozon, UV-Strahlung und Witterungseinflüsse. Silikon ist jedoch nur begrenzt beständig gegen Öle und Lösungsmittel. Es wird häufig in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Medizin und Pharmazie eingesetzt.
Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)
EPDM ist ein vielseitiges Elastomer mit ausgezeichneter Hitze-, Ozon- und Witterungsbeständigkeit. Es hält Temperaturen von -50 °C bis 150 °C stand und ist mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten kompatibel, darunter Wasser, Dampf und milde Chemikalien. EPDM wird häufig in der Automobilindustrie, der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik sowie in der Industrie eingesetzt.
Perfluorelastomer (FFKM)
Perfluorelastomere wie Kalrez® und Chemraz® zählen zu den chemisch beständigsten Elastomeren auf dem Markt. Sie halten extremen Temperaturen bis zu 327 °C stand und sind mit nahezu allen Chemikalien kompatibel, einschließlich hochaggressiver Säuren, Basen und Lösungsmittel. FFKM wird in kritischen Anwendungen eingesetzt, bei denen Dichtungsversagen schwerwiegende Folgen haben kann, beispielsweise in der Halbleiterherstellung und der chemischen Verarbeitung.
Hydrolysebeständiges Polyurethan (HPU)
HPU-Elastomere sind speziell auf Hydrolysebeständigkeit ausgelegt, d. h. auf den Abbau des Elastomers durch Wasser und hohe Temperaturen. Sie bieten eine hervorragende Abriebfestigkeit und halten Temperaturen bis zu 120 °C stand. HPU wird häufig in Gleitringdichtungen für Pumpen verwendet, die Wasser, Abwasser und andere wässrige Lösungen fördern.
Vorteile von Elastomeren
Hervorragende Dichtungsleistung
Elastomere in Gleitringdichtungen bieten hervorragende Dichtleistung in einem breiten Anwendungsspektrum. Ihre Elastizität und Flexibilität ermöglichen es ihnen, sich eng an die abzudichtenden Oberflächen anzupassen und so eine dichte Barriere zu bilden, die Leckagen verhindert. Dies ist besonders wichtig bei dynamischen Anwendungen wie Kreiselpumpen, bei denen die Dichtung Wellenbewegungen aufnehmen und gleichzeitig zuverlässig abdichten muss.
Chemische Verträglichkeit
Ein weiterer wichtiger Vorteil von Elastomeren in Dichtungsanwendungen ist ihre chemische Beständigkeit. Verschiedene Elastomermischungen sind so konzipiert, dass sie dem Kontakt mit verschiedenen Chemikalien, Lösungsmitteln, Ölen und anderen Flüssigkeiten standhalten. Fluorelastomere (FKM) beispielsweise weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen viele aggressive Chemikalien, Kraftstoffe und Öle auf und eignen sich daher für den Einsatz in anspruchsvollen Industrieumgebungen. Ebenso sind EPDM-Elastomere gut beständig gegen Wasser, Dampf und viele polare Lösungsmittel.
Temperaturbeständigkeit
Elastomere, die in Gleitringdichtungen verwendet werden, sind zudem für einen breiten Temperaturbereich geeignet. Verschiedene Elastomermischungen haben unterschiedliche Temperaturbeständigkeiten, wobei einige extrem hohen oder niedrigen Temperaturen standhalten. Fluorelastomere beispielsweise halten Temperaturen von bis zu 200 °C oder mehr stand, während Silikonelastomere ihre Eigenschaften bei Temperaturen von bis zu -60 °C behalten.
Abrieb- und Verschleißfestigkeit
Bei Anwendungen mit abrasiven Medien oder Partikeln bieten Elastomere im Vergleich zu anderen Materialien eine gute Abrieb- und Verschleißfestigkeit. DichtungsmaterialienDank ihrer Elastizität können Elastomere Stöße von abrasiven Partikeln ohne bleibende Schäden absorbieren. Einige Elastomerverbindungen, wie z. B. hydrolysebeständiges Polyurethan (HPU), sind speziell für eine verbesserte Abriebfestigkeit entwickelt.
Vibrations- und Stoßdämpfung
Dank ihrer inhärenten Dämpfungseigenschaften eignen sich Elastomere hervorragend zur Absorption von Vibrationen und Stoßbelastungen in mechanischen Systemen. Bei Anwendungen mit starken Vibrationen oder plötzlichen Stoßkräften schützen Elastomerkomponenten in Gleitringdichtungen die Dichtflächen und andere kritische Komponenten vor Beschädigungen. Das Elastomer wirkt als Puffer, leitet Energie ab und reduziert die Vibrationsübertragung auf die Dichtungsflächen.
Kosteneffizienz
Elastomere sind im Allgemeinen kostengünstiger als andere spezielle Dichtungsmaterialien. Die Rohstoffe und Herstellungsverfahren für Elastomere sind im Vergleich zu exotischen Legierungen oder Hochleistungskeramiken in der Regel günstiger. Darüber hinaus ermöglicht die Vielseitigkeit von Elastomeren den Einsatz in einer Vielzahl von Gleitringdichtungskonstruktionen und -anwendungen, wodurch der Bedarf an kostspieligen Sonderlösungen reduziert wird.
Faktoren, die die Elastomerleistung beeinflussen
Umgebungstemperaturbereich
Elastomere unterliegen bestimmten Temperaturgrenzen, jenseits derer sich ihre mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Beispielsweise ist Nitril (NBR) für Temperaturen von -30 °C bis 110 °C geeignet, während Fluorelastomere (FKM) Temperaturen von -20 °C bis 200 °C standhalten. Das Überschreiten des empfohlenen Temperaturbereichs kann dazu führen, dass das Elastomer verhärtet, weich wird oder sich zersetzt, was die Leistung und Lebensdauer der Dichtung beeinträchtigt.
Chemische Verträglichkeit
Das Elastomer muss der chemischen Umgebung standhalten, ohne übermäßig aufzuquellen, zu schrumpfen oder sich zu zersetzen. Verschiedene Elastomere bieten Beständigkeit gegen verschiedene Chemikalien:
- Nitril (NBR): Beständig gegen Mineralöle, Fette und einige Kraftstoffe
- Fluorelastomer (FKM): Hervorragende Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien, Öle und Lösungsmittel
- EPDM: Gute Beständigkeit gegen Ketone, Alkohole und Bremsflüssigkeiten, aber schlechte Beständigkeit gegen Öle
- FFKM: Überragende chemische Beständigkeit, widersteht einer Vielzahl aggressiver Chemikalien
Eine Unverträglichkeit zwischen Elastomer und Medium kann zu Dichtungsversagen und Leckagen führen.
Druckscheiben
Hohe Drücke können zu einem übermäßigen Druckverformungsrest führen, der die Dichtwirkung des Elastomers beeinträchtigt. Die Druckgrenze hängt vom Elastomertyp und der Dichtungskonstruktion ab. Beispielsweise Gummibalgdichtung mit kompaktem Design kann im Vergleich zu einem Standard-O-Ring höheren Drücken standhalten.
Abrieb und Verschleiß
Bei Anwendungen mit abrasiven Partikeln oder Medien muss das Elastomer eine gute Abriebfestigkeit aufweisen, um vorzeitigem Verschleiß vorzubeugen. Härtere Elastomere wie FKM oder FFKM bieten im Allgemeinen eine bessere Abriebfestigkeit als weichere Materialien wie Silikon oder EPDM. Allerdings können härtere Elastomere die Dichtleistung bei dynamischen Anwendungen, die Flexibilität erfordern, beeinträchtigen.
Wellendrehzahl und Rundlauf
Das Elastomer muss Wellenbewegungen und Rundlauffehler ausgleichen dynamische Abdichtung Anwendungen. Hohe Wellendrehzahlen können Hitze erzeugen und den Elastomerverschleiß beschleunigen. Übermäßiger Wellenschlag oder Fehlausrichtung können zu ungleichmäßigem Verschleiß und Leckagen führen. Elastomere mit guter Druckverformungsbeständigkeit und Elastizität, wie FKM oder FFKM, eignen sich besser für Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Eine geeignete Dichtungskonstruktion, wie z. B. der Einbau einer Schraubenfeder oder von Wellenfedern, kann dazu beitragen, Wellenbewegungen auszugleichen und Versiegelung aufrechterhalten Wirksamkeit.
