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3.2.2 Dichtungswerkstoffe

3.2.2.1 Elastomerdichtungen

Elastomerdichtungen sind prinzipiell gasdurchlässig. Der Gesamtvorgang der Gasdurchdringung wird Permeation genannt und ist abhängig vom Werkstoff, der Gasart und den Umgebungsbedingungen – insbesondere der Temperatur. Zudem gasen Elastomere aus. Bei vakuumtauglichen Elastomeren nimmt die Ausgasrate derart ab, dass nach hinreichend langer Evakuierungszeit die Permeation dominiert und bei unveränderten Umgebungsbedingungen eine konstante Gasrate die Dichtung durchdringt. Permeation und Ausgasung sind diffusionsabhängig. Eine hohe Gasdichtheit bedingt eine langsame Ausgasung, die zu einer langen Zeitdauer führt, bis sich ein konstanter Permeationsgasstrom einstellt. Die Zeitdauer kann durchaus einige hundert Stunden betragen, die jedoch durch Ausheizen stark beschleunigt werden kann. Sind in einem Vakuumsystem keine größeren Gasquellen etwa durch Desorption oder Leckagen vorhanden, können Elastomerdichtungen den erreichbaren Enddruck wesentlich bestimmen. Beispiel: Der Werkstoff FKM (Fluor-Kautschuk) hat eine geringe Gasdurchlässigkeit für Luft. Für eine Dichtung der Nennweite DN 500 ISO-K berechnet sich die Permeationsrate für atmosphärische Luft mit 60 % Luftfeuchtigkeit auf etwa 4 · 10-7 Pa · m3/s. Bei Vakuumsystemen mit FKM-Dichtungen wird daher selten ein Arbeitsdruck von besser als 1 · 10-8 hPa erreicht.

Elastomerdichtungen sind bei sachgemäßem Einsatz mehrfach verwendbar. Sie benötigen eine Anpresskraft von einigen N/mm2, die bei hinreichend großen Nennweiten für O-Ring-Dichtungen bereits durch den atmosphärischen Luftdruck auf den Flansch übertroffen wird.

Elastomerdichtungen können bei ungünstigen Lagerbedingungen oder unsachgemäßer Behandlung ihre Eigenschaften ändern. Zu vermeidende Einflussgrößen sind UV-Strahlung, Sauerstoff, Ozon, Wärme, Feuchtigkeit, Lösungsmittel oder zu große Verformungen. Damit ihre Eigenschaften möglichst erhalten bleiben, empfehlen wir folgende Umgebungsbedingungen bei der Lagerung:

  • Temperaturbereich: 5 bis 25 °C
  • Temperaturschwankungen vermeiden
  • Luftfeuchtigkeit: ca. 65 %
  • Lagerort dunkel oder in lichtdichten Behältern
  • Chemikalienfreie Atmosphäre

Im Einsatz büßen sie ihre Elastizität teilweise durch zyklische Belastungen, lange Standzeiten im verformten Zustand, hohe Temperaturen oder Alterung ein. Nach zu langem Einsatz werden sie sogar brüchig. Elastomerdichtungen müssen daher regelmäßig getauscht werden. Da die Betriebsbedingungen sehr vielfältig sind, kann keine allgemeine Aussage zur Haltbarkeit getroffen werden. Liegen keine Erfahrungswerte für die verwendeten Elastomere unter den jeweiligen Prozessbedingungen vor, muss ihre Standzeit gegebenenfalls durch Versuche ermittelt werden.

Kurzbezeich­nung Basis­elastomer Temperatur­bereich [°C] Eigenschaften1) 2)
FKM Fluor-Kautschuk -15 bis 200
  • der für die meisten Vakuumanwendungen am besten geeignete Dichtungswerkstoff
  • geringe Gasdurchlässigkeit
  • ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit
  • hervorragende Alterungsbeständigkeit
  • chemisch beständig gegenüber vielen Chemikalien
  • typischer erreichbarer Arbeitsdruck: 1 · 10-8 hPa
NBR Acrylnitril-Butadien-Kautschuk -25 bis 120
  • gute mechanische Eigenschaften, hohe Abriebfestigkeit
  • beständig gegen Mineral- und Hydrauliköle, Schmierfette und Benzin
  • gute Gasdichtheit
  • typischer erreichbarer Arbeitsdruck: 1 · 10-7 hPa
CR Chloropren-Kautschuk -5 bis 120
  • vergleichbare Eigenschaften wie NBR
EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk -50 bis 130
  • hohe Heißwasser- und Dampfbeständigkeit
  • sehr gute Alterungs- und Ozonbeständigkeit
  • gute Kältebeständigkeit
  • sehr gute Beständigkeit gegen oxidierend wirkende Agenzien
  • nicht beständig gegen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe und Mineralölprodukte
  • typischer erreichbarer Arbeitsdruck: 1 · 10-7 hPa
VMQ Silikon-Kautschuk -55 bis 200
  • hervorragenden Temperaturbeständigkeit, allerdings nicht bei Heißwasser oder Dampf übertragbar
  • gute Kältebeständigkeit
  • relativ hohe Gasdurchlässigkeit
  • typischer erreichbarer Arbeitsdruck: 1 · 10-6 hPa

1) Die Angaben zur Beständigkeit haben nur einen Richtwertcharakter, der der allgemeinen Information dient. Sie sollen die Auswahl des Elastomers erleichtern, stellen aber keinesfalls eine Garantie dar, da sie nicht ohne weiteres auf die realen Betriebsverhältnisse anwendbar sind.

2) Die aufgeführten Arbeitsdrücke sind Erfahrungswerte, wie sie in einem gut ausgelegten Vakuumsystem erreicht werden können.
Im Einzelfall können sie sowohl überschritten als auch unterschritten werden.

Tabelle 3.4: Eigenschaften von Elastomerwerkstoffen