29.06.2018 Schäden erkennen und vermeiden

Elastomere sind permeabel, d.h. dass Gase in den Gummiwerkstoff eindringen und auch wieder herausdiffundieren können. Je höher ein Gas unter Druck steht, umso leichter kann es in ein Elastomer eindringen. Wird dieser Druck im Dichtsystem schlagartig abgebaut, kann das eingedrungene Gas nicht schnell genug entweichen. Es erzeugt dann im Dichtungskern Risse, welche sich nach außen fortpflanzen. In anderen Fällen bilden sich Blasen an der Oberfläche der Dichtung. Die Ausprägung des Schadensbildes „Explosive Dekompression“ ist neben der rezepturbezogenen Resistenz des Werkstoffes primär abhängig von der Höhe des Druckabfalls und dem Verhältnis der Drücke vor und nach der Entspannung. Praktisch heißt das, dass man dieses Schadensbild am häufigsten an O-Ringen nach Notabschaltungen findet, wenn unkontrolliert auf Umgebungsdruck entspannt wurde.

Zur explosiven Überhitzung bzw. Verdampfung kommt es, wenn ein Medium, welches durch Quellung in eine Dichtung eingedrungen ist, schnell über seinen Siedepunkt hinaus erhitzt wird. Geht dieses eindiffundierte Fluid schlagartig von der Flüssigphase in die Dampfphase über, können sich im O-Ring kleine Dampfblasen bilden. Ein plötzlicher Übergang in die Dampfphase kann durch eine schnelle Überhitzung oder durch einen schnellen Druckabfall verursacht werden. Auch hier gilt, dass erhöhte Temperaturen die Anfälligkeit für Rissbildungen vergrößern.

Schadensbild und problematische Bereiche: Direkt nach der Entspannung finden sich häufig noch Blasen an der Oberfläche, die sich dann meistens wieder zurückbilden. Typische bleibende Schädigungen sind Risse im Kern, welche sich zum Teil bis zur Oberfläche fortpflanzen (Bild 1, 2). Das Schadensbild der explosiven Verdampfung unterscheidet sich nicht prinzipiell von dem der explosiven Dekompression (Bild 3). Bei der explosiven Überhitzung sind in vielen Fällen die Risse zahlreicher und kleinteiliger. Die inneren Rissbildungen sind typisch für den Schadensmechanismus einer explosiven Überhitzung. In der Regel führt dieser Schaden zu einem Ausfall des Dichtsystems und ist in jedem Fall zu vermeiden.

Abgrenzung zu ähnlichen Schadensbildern: Das Schadensbild der inneren Risse kann sich ebenfalls durch Spannungsrisse in-folge zu hoher Verformung und der gleichzeitigen Einwirkung hoher Temperaturen ergeben oder es entsteht durch Herstellungsmängel bei üblichen Verformungsgraden und typischer Temperatureinwirkung.

Präventionsmaßnahmen: Findet eine Beanspruchung auf explosive Dekompression zyk­lisch statt, so sollte auf den Einsatz von Elastomeren ganz verzichtet werden. Lässt sich dagegen die Anzahl an Entlastungszyklen begrenzen, kann der Einsatz von speziellen Rezepturen (Norsork M 710-Zulassung) weiterhelfen. Bedingt durch das kleinere Verhältnis von freier Oberfläche zur Masse nimmt die Anfälligkeit von O-Ringen mit zunehmender Schnurstärke zu. Auch erhöhte Temperaturen (> 60 °C) erhöhen das Risiko für Rissbildungen, da die Belastungsgrenzen von Elastomeren bei höheren Temperaturen sinken.

Praxistipp: Mithilfe von speziellen Prüfverfahren lässt sich die Widerstandsfähigkeit gegen explosive Dekompression verschiedener Elastomere miteinander vergleichen. Bekannt sind der Norsork M 710-Standard und NACE-Standards. Zu berücksichtigen ist, dass in diesen Tests Elastomere als positiv bewertet werden, auch wenn sich noch im erheblichen Maße Risse gebildet haben und nur eine sehr begrenzte Anzahl an Druckzyklen geprüft wird.

Link zum ISGATEC-Werkstoffkompass

Bild 1: Blasen an der Oberfläche und Risse in Umfangsrichtung durch explosive Dekompression (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 2: Risse im Querschnitt durch explosive Dekompression (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 3: Innere Risse durch explosive Überhitzung bzw. explosive Verdampfung (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)