26.01.2018 Lasergesteuerte Härteprüfung von O-Ringen

Die Härte ist bei der Wahl eines geeigneten Elastomer-Werkstoffes ein bedeutendes Kriterium. Um sie zu ermitteln, wird eine normgerechte Härteprüfung vorgenommen. Dabei bedeutet nicht immer „härter“ auch „besser“. Manchmal ist es für die Funktionalität einer Dichtung gerade erforderlich, dass sie sich an Oberflächen der Dichtungspartner anschmiegt oder sich stärker verformen lässt. Auch O-Ringe verdanken ihre Wirksamkeit im Wesentlichen der Tatsache, dass sie sich unter Anpressdruck verformen und so alle Lücken verschließen, durch die z. B. Wasser oder andere flüssige Agenzien eindringen könnten. Gleichzeitig muss aber auch eine Formstabilität gewahrt bleiben, um - gerade bei O-Ringen - eine Spaltextrusion zu verhindern. Die notwendige Härte, die sich aufgrund der Dichtaufgabe im Anwendungsfall empfiehlt, muss innerhalb der Härtetoleranz von ±5 Härtepunkten gewährleistet sein. Um dies im Herstellerwerk und beim Kunden gleichermaßen prüfen und nachvollziehen zu können, sind reproduzierbare Härteprüfungen notwendig.

Die Härteprüfung an elastomeren Bauteilen wird vorzugsweise nach Shore-A oder IRHD (International Rubber Hardness Degrees) vorgenommen. Die Härtemessung nach Shore-A wird an 6 mm dicken Normprobekörpern vorgenommen und dient dem Elastomerverarbeiter zur Wareneingangskontrolle und Freigabeprüfung seiner Gummimischung für die Produktion von Gummiteilen. Nun weisen die kundenspezifisch hergestellten Elastomerprodukte in den seltensten Fällen Wanddicken von 6 mm auf, sodass der Kunde und Weiterverarbeiter des Produktes daran eine normgerechte und damit vergleichbare Härteprüfung nach Shore-A vornehmen könnte.

Bei dünnwandigen Elastomerprodukten und bei gekrümmten Oberflächen des Gummi-Fertigteils eignen sich die Härtemessverfahren nach Mikro-Shore  oder IRHD, das z.B. klassisch für die Härtemessung an O-Ringen verwendet wird.

Die verschiedenen Härteprüfverfahren funktionieren trotz Detailunterschieden dennoch alle nach ein und demselben Prinzip: In das Produkt, dessen Härte es zu ermitteln gilt, wird eine Messnadel, ein   Indenter, mit definierter Kraft auf der Oberfläche aufgesetzt und für eine definierte Zeitdauer angedrückt. Je mehr das Objekt dem Indenter nachgibt, d. h. je tiefer er eindringen kann, umso weniger hart ist der elastomere Werkstoff. Sowohl bei den Verfahren nach Shore-A, Mikro-Shore als auch nach IRHD wird die maximale Härte mit dem Wert 100 angegeben, der niedrigste mit 0. Die für industrielle Anwendungsfälle meist verwendete Härte von Dichtungswerkstoffen beträgt 60 – 70 Shore A und wird auch gerne als „mittlere Härte“ bezeichnet. Diese Angabe kann Nicht-Fachleuten als eine erste Orientierungshilfe dienen.

Bei Kremer besteht die IRHD-Härtemessung an O-Ringen aus drei Schritten. Zuerst wird eine lasergestützte Messung der Höhe der O-Ringe vorgenommen und dabei der höchste Punkt der gekrümmten Oberfläche ermittelt. Anschließend wird das Messsystem auf den Wert 100 kalibriert, der einen Werkstoff bezeichnet, in den kein Eindringen möglich ist. Das Messgerät fährt nun den Messpunkt an, an dem die Messnadel für 30 s mit genau definiertem Druck exakt auf der höchsten Stelle der O-Ring-Krümmung aufsetzt und in den zu messenden O-Ring eindringt. Der Wert fällt dabei von 100 schlagartig ab, bis er sich zum Ende der Messung nur noch ganz wenig verändert. Die finalen Messwerte in IRHD und Mikro-Shore entsprechen zwar nicht exakt dem Wert nach Shore-A, der an der 6 mm starken Prüfplatte des verwendeten Elastomers ermittelt wurde, sind aber ausreichend genau, um eine Aussage über die Härte am Fertigteil machen zu können.