Was Druckverformungsrest bedeutet

Der Druckverformungsrest ist die bleibende Verformung, die ein O-Ring nach langer Kompression behält. Beim Einbau wird der Ring in einem rechteckigen Spalt zusammengedrückt; idealerweise würde er dauerhaft zurückfedern. Tatsächlich „vergisst“ das Elastomer nach und nach seine runde Form und bleibt teilweise abgeflacht. Dadurch sinkt seine Rückstellkraft. Unterschreitet sie den für die Verbindung erforderlichen Wert, beginnt die Dichtung zu lecken – häufig zunächst als leichte Leckage beim Kaltstart oder während eines Druckabfalls.

Dies ist eine der häufigsten Ursachen für einen allmählichen, alterungsbedingten Dichtungsausfall und unterscheidet sich von plötzlichen Schäden wie Extrusion oder Montageschnitten.

Messverfahren

Der Druckverformungsrest wird nach Verfahren wie ASTM D395 geprüft: Eine Probe wird um einen festgelegten Betrag zusammengedrückt, für eine definierte Zeit bei Temperatur gehalten, entlastet und nach einer Erholzeit erneut gemessen.

Druckverformungsrest % = (t0 − t2) / (t0 − ts) × 100

Dabei ist t0 die Ausgangsdicke, ts die komprimierte Distanz beziehungsweise Abstandhalterdicke und t2 die Dicke nach der Erholung. 0 % bedeutet vollständige Rückstellung; 100 % bedeutet, dass die vollständig abgeflachte Form erhalten bleibt und keine Rückstellung mehr vorhanden ist. Ein guter Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff kann nach 70 Stunden bei seiner Prüftemperatur beispielsweise 15–25 % erreichen, während eine ungeeignete Kombination 50 % überschreiten kann. Werte sind nur bei gleicher Prüfmethode, Temperatur, Zeit und Probengeometrie vergleichbar.

Ursachen

  • Wärme. Sie ist der wichtigste Einfluss. Jeder Werkstoff besitzt einen Temperaturbereich, oberhalb dessen der Druckverformungsrest stark steigt. NBR nahe oder oberhalb von 120 °C dauerhaft einzusetzen ist ein klassisches Beispiel.
  • Zeit. Der Rest wächst mit der Belastungsdauer, zunächst schnell und später langsamer.
  • Überverpressung. Zu große Verpressung erhöht die innere Spannung und beschleunigt den bleibenden Formverlust. Mehr Verpressung bedeutet nicht automatisch mehr Dichtwirkung; oberhalb des geeigneten Bereichs sinkt die Lebensdauer.
  • Chemischer Angriff und Quellung. Ein Medium, das das Polymer quellen lässt oder abbaut, beschleunigt den Druckverformungsrest. Deshalb ist Medienverträglichkeit ebenso wichtig wie Temperatur.

Warum dadurch Leckage entsteht

Eine statische O-Ring-Dichtung funktioniert, weil der Ring komprimiert bleibt und gegen beide Dichtflächen drückt. Mit zunehmendem Druckverformungsrest geht diese gespeicherte Energie verloren. Bei gleichbleibender Temperatur kann die Dichtung noch halten, aber bei einer Zustandsänderung undicht werden. Beim Kaltstart schrumpft Metall unter Umständen schneller, als der verhärtete Gummi folgen kann, und ein vorübergehender Spalt öffnet sich. Temperaturwechsel decken Probleme mit Druckverformungsrest daher oft früher auf als eine Prüfung bei konstanter Temperatur.

Vermeidung

Passenden Werkstoff für die Temperatur wählen. Dies ist der wirksamste Hebel. FKM behält bei hoher Temperatur häufig einen niedrigeren Druckverformungsrest als NBR; geeignete FFKM-Güten reichen für extreme Wärme und Chemikalien noch weiter. Der freigegebene Werkstoffbereich muss den tatsächlichen Betrieb einschließlich kurzer Spitzen abdecken.

Werkstoff Widerstand gegen Druckverformungsrest Typischer Einsatz
NBR (Nitrilkautschuk) Mittel; oberhalb etwa 120 °C schwach Öl und Hydraulik bei mäßiger Temperatur
FKM (Fluorkautschuk) Gut bis etwa 200 °C, güteabhängig Heißöl, Kraftstoff, Chemikalien
FFKM (Perfluorelastomer) Sehr gut bei extremer Wärme, güteabhängig Aggressive Chemikalien und hohe Temperatur
VMQ (Silikon) Gute Rückstellung, geringe mechanische Festigkeit Weiter Temperaturbereich, statische Dichtung

Verpressung im geeigneten Bereich auslegen. Sie muss groß genug zum Abdichten sein, darf aber Spannung und bleibende Verformung nicht unnötig erhöhen. Der Rechner für radiale statische Dichtungen zeigt die Verpressung über die Toleranzkette, damit Minimum und Maximum bewertet werden können.

Temperatur und Verweildauer beherrschen. Halten Sie die Dauertemperatur soweit möglich unterhalb der Werkstoffgrenze und vermeiden Sie lange statische Haltezeiten bei Spitzentemperatur. Ist der Betrieb unvermeidbar heiß, wählen Sie eine geeignetere Werkstoffgüte, statt ein günstigeres Polymer über seine Grenze hinaus zu betreiben.

Häufig gestellte Fragen

Ist Druckverformungsrest dasselbe wie Kriechen? Beide Vorgänge hängen zusammen, sind aber nicht identisch. Kriechen ist die fortschreitende Verformung unter konstanter Last; Druckverformungsrest ist die nach Entlastung verbleibende Verformung. Beide verringern die Dichtkraft im Laufe der Zeit.

Welcher Druckverformungsrest ist akzeptabel? Das hängt von Anwendung und Prüfmethode ab. Für eine heiße statische Dichtung wird bei einer geeigneten, anwendungsnahen Prüfung häufig ein Wert unter etwa 25 % angestrebt. Für lange Lebensdauer ist ein niedrigerer Wert günstiger, doch entscheidend ist der Vergleich unter identischen Prüfbedingungen.

Kann mehr Verpressung einen Werkstoff mit hohem Druckverformungsrest ausgleichen? Nein. Zusätzliche Verpressung erhöht die Spannung und verschlechtert den Rest häufig. Die richtige Lösung ist eine Werkstoffmischung mit besserer Rückstellung, dimensioniert für den geeigneten Verpressungsbereich. Vergleichen Sie bei Wärmeproblemen die Werkstoffseiten zu FKM und FFKM.