Als Dichtung wird in der Technik ein Bauteil bezeichnet, dessen Aufgabe es ist, ungewollte Stoffübergänge zu verhindern bzw. zu begrenzen. Die Dichtung soll also verhindern, dass aus Schläuchen, Maschinen und Aggregaten unerwünscht Gase oder Flüssigkeiten austreten.
Dichtungen spielen dementsprechend eine wichtige Rolle, auch wenn diese meist unterschätzt wird. Dieser Aufgabe, nämlich eine Dichtigkeit herzustellen, kann die Dichtung aber nur gerecht werden, wenn sie zum jeweiligen Anwendungsbereich passt. Dabei ist auch zu bedenken, das sich unter Umständen während des Betriebes die Ausgangsbedingungen durch Temperatur, Druck und Verschleiß ändern können.
Wichtige Kriterien bei der Wahl einer Dichtung sind:
1. konstruktive Vorgaben der Bauteile
2. chemische und physikalische Belastungen
3. Wirtschaftlichkeit und Montage
Statische und dynamische Dichtungen
Sämtliche Dichtungen werden in zwei Typen eingeteilt und als statische und dynamische Dichtungen klassifiziert. Als statisch bezeichnet man eine Dichtung, wenn die Grenzflächen ruhen. Bei dynamischen Dichtungen hingegen bewegen sich diese Grenzflächen.
Zum Beispiel gehören Flachdichtungen bzw. Flanschdichtungen meist zur Gruppe der statischen Dichtungen. Hier gibt es kein Spiel zwischen den abzudichtenden Flächen. Die Flanschdichtung befindet sich zwischen zwei ruhenden Teilen als Verbindungselement. Abhängig von verschiedenen Einsatzbedingungen wie Temperatur, Druck und Medium kommen hier unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz.
Dichtungsringe bzw. O-Ringe können sowohl statisch als auch dynamisch eingesetzt werden. Als dynamische Dichtung befinden sie sich zwischen einem ruhenden und einem beweglichen Teil. Durch ihre Vielseitigkeit werden O-Ringe am häufigsten verwendet.
Bei allen Anwendungen mit dynamischen Dichtungen ist zu beachten, dass diese immer Reibungen ausgesetzt sind, die zu einem weitaus größeren Verschleiß führen können als bei einer statischen Dichtung. Verschleiß führt aber bei Dichtungen in letzter Konsequenz zur Undichtigkeit, was bei Wartungen zu berücksichtigen ist.
Flanschdichtungen bieten Sicherheit
Der Begriff Flanschdichtung ergibt sich aus dem Umstand, dass die Dichtung ein Übergang zwischen zwei Komponenten ist, die als Flanschen bezeichnet werden. Flanschdichtungen sind die Verbindungselemente von Schläuchen und Rohrverbindungen. Insofern ist die Dichtung an dieser Stelle zweifellos das wichtigste Bauteil. Dieser Typ wird überall da eingesetzt, wo hohe Belastungen durch Druck- und mittlere Temperaturen entstehen.
Der Vorteil der Flachdichtung ist eine hohe Druckstandsfestigkeit und eine gute Gasdichte. Besonders die Flanschdichtungen werden auf Grund dieser Eigenschaften überwiegend im Sanitärbereich und im Heizungsbau verwendet.
Faserverstärkte NBR-Flachdichtungen bieten hier eine hohe Sicherheit und sind widerstandsfähig gegen Gase, Öle, Salzlösungen, Wasser, Kraftstoffe, Alkohole und Dampf. Das macht solche Flachdichtungen auch zur ersten Wahl bei den Verschraubungen von Panzerschläuchen.
O-Ringe sind vielseitig einsetzbar
Der Rundring bzw. O-Ring kommt in ganz unterschiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz und ist auf Grund seiner Vielseitigkeit der häufigste Dichtungstyp. So sind O-Ringe zum Beispiel in jedem Wasserhahn verbaut. Rundringe werden vor allem in hydraulischen und pneumatischen Anlagen verwendet. Ihre Aufgabe ist es, Flüssigkeitsverluste zu verhindern oder zu begrenzen.
Der Dichtungseffekt wird dadurch erreicht, dass der O-Ring dank seiner elastischen Eigenschaften zwischen den Systemelementen durch Druck komprimiert und verformt wird und so die Austrittswege für Flüssigkeiten verschließt.
Der kreisrunde Querschnitt bestimmt hier die Wirkungsweise. Denn dadurch kann der O-Ring sowohl axial als auch radial abdichten. Zudem sind auch sehr hohe Drücke abdichtbar, weshalb der O-Ring meist bei statischen Abdichtungen eingesetzt wird wie zum Beispiel bei Zylindern, Rohren, Flanschen und Verschlüssen. In der Heizungs- und Sanitärinstallation wird als Material für O-Ringe meist EPDM verwendet.
Dichtungstechnik
Die meisten Dichtungen können unter dem Begriff Gummidichtung zusammengefasst werden. Die Materialeigenschaften ergeben sich aus dem Mischungsverhältnis beim Werkstoff und beeinflussen Funktion und Qualität der Dichtung. Darunter fallen Elastizität, Restkompression, Temperaturanwendungsbereich und Chemikalienbeständigkeit.
Grundlage bei der Herstellung der Dichtungsprofile sind Polymere. Diese bestehen aus Makromolekülen, welche sich durch eine verkettete und verzweigte Molekülstruktur auszeichnen. Polymere unterteilen sich in Elastomere, Thermoplaste und thermoplastische Elastomere.
Die Anforderungen an die Dichtungen und der Anwendungsbereich entscheiden über Materialwahl und das Mischungsverhältnis. Kautschuk ist bei der Fertigung zum Beispiel von Ethylen-Propylen-Kautschuk, Nitrilkautschuk und Chloroprenkautschuk der Hauptrohstoff.
Neben der späteren Medienbeständigkeit und dem Einsatztemperaturbereich sind auch die mechanischen Eigenschaften einer Elastomermischung wichtige Kriterien. Die Rezeptur ist entsprechend verantwortlich für die Eigenschaften eines technischen Gummiwerkstoffes.
In der Produktion werden der Kautschukmasse daher verschiedene Zusatzstoffe beigemischt und das Ganze erhitzt. Dieses Verfahren wird als Vulkanisation bezeichnet. Dabei verbinden sich die Molekülketten des Kautschuks und verleihen so dem Material die gummiartige Elastizität.
Wichtige Materialien im Überblick
Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR)
Dichtungen aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), den man auch als Nitrilkautschuk bezeichnet, ist beständig gegen Hydrauliköle und Säuren und unempfindlich gegen Schmierfette und Benzin. Zudem weist das Material gute mechanische Eigenschaften und einen hohen Abriebwiderstand auf.
NBR besitzt eine gute Temperaturbeständigkeit von -25 °C bis zu +120 °C.
Das macht NBR zum meist verwendeten Werkstoff für Dichtungen aller Art, besonders aber für O-Ringe.
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)
Dichtungen aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) haben einen großen thermischen Anwendungsbereich von -20 °C bis +150 °C und kommen dann zum Einsatz, wenn eine hohe Beständigkeit gegen Heißwasser und Dampf notwendig ist. Zudem widerstehen O-Ringe aus diesem Material der UV-Strahlung.
Ebenso gut ist die Chemikalienbeständigkeit zum Beispiel gegen Natron- und Kalilaugen, Silikonöle und -fette sowie viele verdünnte Säuren. Absolut ungeeignet sind O-Ringe aus EPDM jedoch für Anwendungen im Zusammenhang mit Mineralölprodukten.
Silikon-Kautschuk (VMQ)
Silikon-Kautschuk (VMQ) zeichnet sich durch eine sehr gute Ozon-, Witterungs- und Alterungsbeständigkeit aus. VMQ weist im Temperaturbereich mit - 55 °C bis +200 °C sehr gute Werte auf.
Zudem sind Dichtungen aus VMQ physiologisch unbedenklich und finden zum Beispiel Anwendung in lebensmittelnahen und medizinischen Bereichen. Demgegenüber sind die mechanischen Eigenschaften von Silikon-Kautschuk im Vergleich zu anderen Elastomeren eher gering. Nicht beständig sind O-Ringe aus Silikon-Kautschuk gegen Kraftstoffe, aromatische Mineralöle, starke Säuren und Basen.
Fluor-Kautschuk (FPM/FKM)
O-Ringe, die aus Fluor-Kautschuk (FPM/FKM) hergestellt werden, eignen sich ausgezeichnet für den Einsatz in Umgebungen, in denen hohe Temperaturen herrschen. Fluor-Kautschuk hat eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit von -40 °C bis zu +200 °C. Ebenso sind die Dichtungen aus diesem Material widerstandsfähig gegen Wettereinflüsse. Allerdings ist der Werkstoff nicht geeignet bei überhitztem Wasserdampf.
FPM/FKM ist beständig gegen gegen Sauerstoff, Ozon, synthetische Hydraulikflüssigkeiten, Kraftstoffe und organische Lösungsmittel.
Polytetrafluorethylen (PTFE)
PTFE ist ein fluorierter Kunststoff mit sehr vielen guten Eigenschaften, hat jedoch nur eine geringe Elastizität. O-Ringe aus Polytetrafluorethylen (PTFE) zeichnen sich durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit aus und besitzen gute Gleiteigenschaften bei geringem Verschleiß.
Fast alle bekannten Hydraulikmedien, Schmierstoffe, Chemikalien und Lösemittel können dem Polytetrafluorethylen (PTFE) nichts anhaben. Zudem ist PTFE physiologisch unbedenklich und daher gut für pharmazeutische und medizinische Einsatzbereiche geeignet.
PTFE ist sehr temperaturbeständig in einem Bereich von -200 °C bis zu +260 °C und nicht entflammbar.
Thermoplastisches Polyurethan (TPU)
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) hat gute physikalische und chemische Eigenschaften. In der Dichtungstechnik trifft man auf dieses Material vor allem bei Hydraulikanwendungen, da TPU-Werkstoffe eine gute Flexibilität haben und sich durch eine hohe mechanische Festigkeit und Druckbelastbarkeit auszeichnen. TPU-Dichtungen können im Temperaturbereich von -40 °C bis +100 °C verwendet werden.
Dichtungen aus TPU sind gut einsetzbar im Zusammenhang mit Mineralölen und -fetten, Hydraulikölen, Silikonölen und -fetten, sowie in schwerentflammbaren Druckflüssigkeiten.
Perfluorelastomere (FFKM/FFPM)
Perfluorelastomere (FFKM/FFPM) sind als Werkstoff für Dichtungen vielseitig einsetzbar. O-Ringe aus FFKM/FFPM sind sehr flexibel in der Anwendung und besitzen die größte chemische Beständigkeit aller elastischen Dichtungswerkstoffe. Zudem ist der Werkstoff temperaturstabil bis 325 °C.
