Anwendungen

Einsatzbedingungen • Umwelteinfluss • Richtlinien

Anwendung von Kunststoffbauteilen

Vielfältig und doch limitiert

Die Liste möglicher technischer Anwendungen von Produkten aus Polymeren bzw. Elastomeren und thermoplastischen Elastomeren ist lang. Sie reicht von Antrieben über Abfüllanlagen, Pumpen und Armaturen bis hin zu Getrieben oder medizintechnischen Produkten und ließe sich beliebig fortsetzen.

Letztendlich sind es jedoch die Einsatzbedingungen, die darüber entscheiden, ob und wie gut sich ein Produkt aus Elastomeren oder Thermoplasten für eine Anwendung eignet. Medien, Temperaturen und Umwelteinflüsse sind neben mechanischer Belastung bestimmende und limitierende Faktoren bei der Auswahl von Polymer-Produkten und Werkstoffen. Daneben spielen natürlich, je nach Branche und Einsatzgebiet, unterschiedliche Richtlinien und Vorschriften eine Rolle.

Wir unterstützen Sie bei Ihren ganz alltäglichen Fragen und Herausforderungen rund um den faszinierenden Werkstoff Gummi. Gerade in der Entstehungsphase von Produkten ist es wichtig, die verwendeten Materialien und ihr Verhalten in der Anwendung im Detail zu kennen. Wir prüfen und qualifizieren Produkte und Werkstoffe für Ihre Anwendung und nach Ihren Anforderungen oder externen Spezifikationen.

So können Sie am Ende sicher sein, sich für den richtigen Werkstoff entschieden zu haben.

Medien und Umwelteinflüsse

Flüssigkeiten, Gase und Umwelteinflüsse sind mitunter die wichtigsten Faktoren beim Einsatz von Kunststoffteilen. Technische Polymerprodukte kommen während des Gebrauchs grundsätzlich in Berührung mit den umgebenden Medien. Dabei reagieren insbesondere Elastomere und thermoplastische Elastomere auf Medienkontakt oder Energieeintrag in jeglicher Form. Zusätzliche Temperaturbelastung kann chemische oder physikalische Reaktionen weiter verstärken.

Im Folgenden sind technische Anwendungen für Elastomer- und Thermoplast-Bauteile daher nach Medien und Umwelteinflüssen gruppiert.

Anwendungen mit Medien- und Umwelteinflüssen

Öl und Fett

Die Vielfalt von Ölen und Fetten in technischen Anwendungen ist groß. Sie werden genutzt, um zu schmieren, Energie zu erzeugen und Kraft zu übertragen oder sie dienen als Rohstoff für die Herstellung unterschiedlichster Produkte.

Je nach Funktion, Einsatzgebiet oder Ursprung sprechen wir von Mineralöl oder Bio-Öl, Hydrauliköl, Schweröl, Erdöl, Heizöl, Getriebeöl, Motoröl, Pflanzenöl und Planzenfett, Tieröl und Tierfett, Silikonöl und Silikonfett oder paraffinische Mineralöle. Dies ist sicher nur ein kleiner Auszug sämtlicher Öl und Fettvarianten, die in technischen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Die Herausforderung für Elastomere

Der Ursprung und chemische Aufbau eines Öls sind bei der Auswahl eines Elastomers oder thermoplastischen Elastomers ebenso bedeutend, wie mögliche Hilfs- und Zusatzstoffe, sogenannte Additive, die den Ölen zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften zugegeben werden.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Öl oder Fett

Im Elastomer Institut Richter führen wir für Sie Verträglichkeitsprüfungen für Werkstoffe mit Ihren Ölen und Fetten durch. Unabhängig davon, ob diese als Prozessfluid im Einsatz sind oder nur zur Schmierung der Bauteile dienen.
Das Bosch Rexroth Fluidrating, also die Prüfung der Verträglichkeit von Elastomeren nach den Vorgaben von Bosch Rexroth für zahlreiche Öl- und Additivhersteller, ist bereits seit einigen Jahren fester Bestandteil unserer Dienstleistung. Im Rahmen von Automobilspezifikationen prüfen wir ebenso regelmäßig in unterschiedlichen Motor- und Getriebeölen.

Bei Hydraulikflüssigkeiten arbeiten wir zum Beispiel auch nach den Vorgaben der ISO 6072 und können dazu auch die erforderlichen Referenzprüfplatten besorgen.

Gerne nehmen wir auch Ihre individuellen Vorgaben für Ölverträglichkeitsprüfungen auf und testen für Sie Ihre spezifischen Öle und Werkstoffe für Ihre Anwendung.

Auch beraten wir umfassend zum Einsatz von Elastomerprodukte in Öl oder Fett zu sinnvollen Werkstoffprüfungen für Ihre Anforderungen.

Bremsflüssigkeiten

Bremsflüssigkeit ist eine Hydraulikflüssigkeit auf Polyglykol-Basis mit einem, im Vergleich zu Wasser, erhöhten Siedepunkt. In der Regel sind weitere Bestandteile, zum Beispiel Korrosionsschutzmittel und Entschäumer, in geringer Konzentration beigemischt. Typischerweise ist Bremsflüssigkeit hygroskopisch, sie nimmt also Wasser aus der Umgebung auf. Für Elektrofahrzeuge werden Bremsflüssigkeiten auch bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften modifiziert.

Die Herausforderung für Elastomere

Die Herausforderung für Elastomere beim Einsatz in Bremsflüssigkeit besteht in der Kombination aus Medium und hoher Temperatur. Die Siedepunkte und Nasssiedepunkte von typischen Bremsflüssigkeiten wie DOT 3, DOT 4 (LV) oder DOT 5 liegen zwischen 140 °C bis über 260 °C.

In Spezialfällen, bei Oldtimern oder Armeefahrzeugen kommen als Bremsflüssigkeit auch Silikonflüssigkeiten und Mineralöle zum Einsatz.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Bremsflüssigkeit

Im Elastomer Institut Richter prüfen und qualifizieren wir Werkstoffe in den von Ihnen eingesetzten oder vorgeschriebenen Bremsflüssigkeiten. Um das Funktionsverhalten von Elastomeren, beispielweise für Dichtungen, in Bremsflüssigkeiten abzusichern, werden Einlagerungsversuche unter definierter Temperaturbelastung durchgeführt. Diese liefern Informationen zur Verträglichkeit der Werkstoffe gegenüber den getesteten Medien und ihrer chemischen und thermischen Beständigkeit.

Zudem können wir mit unseren Prüfverfahren der Dynamisch mechanischen Analyse (DMA) oder des TR10-Wertes so manches Mal entscheidende Unterschiede von EPDM-Rezepturen in ihrem dynamischen Rückstellverhalten und Kälteverhalten aufzeigen. Beides sind besonders wichtige Eigenschaften, auf die es beim Abdichten gegen Bremsflüssigkeiten ankommt.

Kältemittel

Nach DIN EN 378-1 ist ein Kältemittel als Fluid zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage definiert, das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und diese bei höherer Temperatur und höherem Druck wieder abgibt. Dabei ändert das Fluid üblicherweise seine Aggregatszustände.

In der Kälte- und Klimatechnik kommen die unterschiedlichsten Kältemittel zum Einsatz. Aufgrund von Umweltschutzverordnungen und neuen Erkenntnissen ändern sich die Vorgaben für Kältemittel regelmäßig.

Die Herausforderung für Elastomere

Zur Schmierung der Maschinenteile des Kompressors sind den Kältemitteln Kältemaschinenöle beigemischt. Dies sind spezielle Öle, die über einen breiten Temperaturbereich hinweg einwandfrei funktionieren und sich in der Gasphase wieder vom Kältemittel trennen. Elastomere in Kältemittelanwendungen stehen daher hohen chemischen und thermischen Anforderungen gegenüber, und das teilweise über sehr lange Zeit.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Kältemitteln

Wir sind von Daimler und VW zertifizierte Prüfstelle für Dichtungen und Schläuche in Kältemitteln und unterstützen Sie gerne bei der Qualifizierung und Überprüfung Ihrer Elastomerprodukte für den Einsatz in den von Ihnen definierten Kältemitteln.

Dazu haben wir im Elastomer Institut Richter eine spezielle Abfüll- und Absauganlage für Kältemittel aufgebaut. Mit ihr ist es uns möglich, die Autoklaven vor dem Befüllen mit einem Kältemittel zu evakuieren.

Beständigkeitsprüfungen in HFO-1234yf bzw. R1234yf oder R134a gehören neben anderen gängigen Kältemitteln aus den Bereichen Automobil und gewerblicher Kältetechnik zu unserem Dienstleistungsumfang.

Auch für den immer stärker werdenden Trend zu CO2 Kältemittel (R744) sind wir bestens ausgestattet. Mehrere spezielle CO2-Hochdruckautoklaven, die mit Druck- und Temperaturfühler ausgestattet sind, ermöglichen uns auch Prüfungen in Kohlendioxid unter hoher Temperatur oder Druck. Neben den bereits etablierten CO2-Einlagerungen bei Raumtemperatur und Drücken kleiner 50 bar erweitern diese Hochdruckautoklaven unsere Testmöglichkeiten. Auch Prüfungen in CO2-Öl-Gemischen nach Kundenspezifikation sind möglich. Die Probekörper werden nach Kundenspezifikationen oder nach internen Prüfanweisungen eingelagert.

Lesen Sie hier mehr zu unseren CO2 Prüfmöglichkeiten:
Pressemeldung – Erweiterte Prüfmöglichkeiten für CO2-Einlagerung bei erhöhten Temperaturen

Wasser oder Heißwasser

Nicht nur in der Sanitär- und Heizungstechnik steht Wasser im Mittelpunkt des Handelns. Wasser in seinen unterschiedlichen Formen, ob Trinkwasser, Leitungswasser, Regenwasser, Brauchwasser, Abwasser, Meerwasser oder destilliertes Wasser wirkt in einer Anwendung auf Gummiprodukte ein. Dabei spielt oft nicht nur das eigentliche H2O eine Rolle, sondern auch zusätzliche Inhaltsstoffe, wie Salze, Rückstände oder beispielsweise Ionen und Ablagerungen aus Rohrleitungen.

Die Belastung von Elastomeren Werkstoffen steigt progressiv mit der Temperatur an. Damit beansprucht Heißwasser die Werkstoffe erheblich mehr als Kaltwasser und muss deshalb gesondert betrachtet werden.

Daneben gelten für die unterschiedlichen Einsatzbereiche in Wasser Vorschriften und Normen. So regelt DIN EN 681-1 die Anforderungen an Werkstoffe für Dichtungen in Rohrleitungen der Wasserversorgung und Entwässerung.

Die Herausforderung für Elastomere

Insbesondere beim Einsatz in Heißwasser unterschätzen viele Anwender die hohen Anforderungen an Elastomere und den großen Einfluss der Rezepturgestaltung verschiedener EPDM Werkstoffe.

Art und Anteil der Inhaltsstoffe, beispielsweise das Polymer selbst, der Ethylen- oder Weichmachergehalt, die Füllstoffe und nicht zuletzt das Vernetzungssystem, wirken sich auf die Leistungsfähigkeit eines EPDM aus. Peroxidisch vernetzte Varianten etwa bieten im Gegensatz zu schwefelvernetzten eine längere Lebensdauer, lassen sich jedoch nur schwer mit einem konstant guten Vernetzungsgrad verarbeiten. Dies macht EPDM, dem für Wasser wohl wichtigsten Werkstofftyp, rezeptur- und prozesstechnisch zur problematischsten Elastomerfamilie für Dichtungsanwendungen.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Wasser

Wir sind seit 2009 eine DVGW anerkannte Prüfstelle für Konformitätsprüfungen nach DIN EN 681-1. Neben den Materialprüfungen nach den Vorgaben der DVGW prüfen wir natürlich auch nach internen Standards und beraten Sie rund um den Einsatz von Elastomeren in Heißwasser. Sprechen Sie uns gerne an, wir unterstützen Sie umfassend.

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Ausführliche Informationen zu Heißwasser und Dampfanwendungen am Beispiel der O-Ring Dichtung finden Sie in unserem Fachaufsatz.

O-Ringe in Heißwasser und Dampf – ein Problem für viele Anwender

Bernhard Richter zeigt Schadensbeispiele ausgefallener O-Ringe, beleuchtet die Tauglichkeit unterschiedlicher Elastomere für einen Gebrauch in Heißwasser- und Dampf und gibt Einblicke in die Einflussfaktoren auf die Lebensdauer der Elastomere in entsprechenden Anwendungen.

Gase

An Werkstoffe, Dichtungen und Membranen, die in Gas-Versorgungsleitungen, Gasanlagen, Gasschweißgeräten oder ähnlichen Prozessen in Kontakt mit Gasen eingesetzt sind, bestehen besondere Anforderungen.

Sie müssen chemisch und thermisch resistent und hinreichend dicht gegenüber den eingesetzten Gasen sein. Je nach Einsatzgebiet müssen die Produkte und Materialien auch entsprechende Regelwerke erfüllen.

So definiert DIN EN ISO 9539 Kriterien zur Bewertung von Werkstoffen in Gasschweißgeräten, Brennschneidern oder in verwandten Prozessen. DIN EN 682 beschreibt Werkstoff-Anforderungen für Dichtungen in Versorgungsleitungen und Bauteilen für Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe. DIN EN 549 benennt Kriterien für Elastomer-Werkstoffe für Dichtungen und Membranen in Gasgeräten und Gasanlagen.

Unsere Leistungen für Ihre Gasanwendung

Wir sind seit 2009 eine DVGW anerkannte Prüfstelle für Konformitätsprüfungen für die Normen DIN EN 549, DIN EN 681-1 und DIN EN 682. Hierzu bieten wir Qualifikations- und Überwachungsprüfungen für Elastomerwerkstoffe an.

Daneben unterstützen wir auch bei der Überprüfung der chemischen Beständigkeit der Werkstoffe. Sprechen Sie uns an, wir beraten Sie umfassend zu Elastomeren.

Lebensmittel und Getränke

Die Anforderungen an Materialien für den Lebensmittelkontakt sind besonders hoch. Neben den Nahrungsmitteln und Getränken, die herstellt, verarbeitet und abgefüllt werden, spielen hier für Elastomerbauteile neben einem hygienegerechten Design (Hygienic Design) auch Hygienestandards, Reinigungsmittel und Sterilisationsprozesse eine große Rolle.

Die Werkstoffe dürfen im Gebrauch weder Inhaltsstoffe in gesundheitsgefährdeten Mengen an die Lebensmittel abgeben, noch bei der Reinigung von den teils aggressiven Reinigungsmedien angegriffen werden.

Der Anspruch Lebensmittel

Lebensmittel und Getränke sollten in ihrem Einfluss auf Elastomerwerkstoffe bei direktem Kontakt nicht vernachlässigt werden. Greifen die in den Nahrungsmitteln enthaltenen Produkte und Zusätze, beispielsweise Aromastoffe oder Enzyme, den Werkstoff an, so kann dies nicht nur den Elastomerwerkstoff schädigen, sondern zu einer verstärkten Migration von Werkstoffbestandteilen in die Lebensmittel führen.

Verträglichkeitsprüfungen auch in Lebensmitteln machen daher vor dem Einsatz von Elastomerdichtungen oder anderen Gummibauteilen durch aus Sinn.

Der Anspruch Reinigung und Sterilisation

Um Hygienestandards einhalten zu können, werden die Anlagen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie in CIP und SIP Verfahren (Cleaning In Place/Sterilization In Place) gereinigt und sterilisiert. Anlagenkomponenten, die mit den dazu notwendigen Medien in Kontakt kommen, müssen auch diesen, teils aggressiven Substanzen oder einer Dampfsterilisation standhalten.

3-A Sanitary und Globalmigration nach FDA oder BfR

Die Prüfung nach 3-A Sanitary Standards wird häufig als Ergänzung zur FDA-Konformität nach FDA 21 CFR 177.2600 von Anwendern verlangt, um die Widerstandsfähigkeit der Dichtungswerkstoffe gegen Desinfektions- und Reinigungsmittel abzusichern.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Lebensmitteln oder Getränken

Wir führen für Sie Konformitätsprüfungen nach 3-A Sanitary Standards durch und ermitteln die Globalmigration der Werkstoffe nach den Richtlinien der FDA 21 CFR 177.2600 oder entsprechend der BfR Empfehlung XXI für Bedarfsgegenstände aus Elastomeren im Lebensmittelkontakt.

Selbstverständlich prüfen wir die Materialien auch nach Ihren individuellen Anforderungen und in Ihren Reinigungsmedien und beraten Sie umfassend für den Einsatz von Elastomeren in Anwendungen mit Nahrungsmitteln und Getränken.

Kraftstoffe

Elastomerprodukte, die in Kraftstoffsystemen eingesetzt sind, können mit einer Vielzahl von Substanzen in Berührung kommen. Neben den Ottokraftstoffen mit unterschiedlichen Anteilen an Ethanol und Methanol sowie Dieselkraftstoffen mit unterschiedlichen Biodiesel-Anteilen sind heute auch umweltfreundliche synthetische Dieselkraftstoffe (Gas-to-Liquids) im Einsatz.

Auch die sogenannten Blow-By Gase dürfen dabei nicht außer Acht gelassen werden. Diese beeinträchtigen insbesondere Dichtungen im Motoröl. Unter Blow-By Gas versteht man im allgemeinen Gase, welche beim Verbrennungsmotor durch das Überströmen der Kolben in das Kurbelwellengehäuse und dadurch in den Ölkreislauf gelangen.

Die Herausforderung für Elastomere

Insbesondere bei Motoren, die regelmäßig nur kurzzeitig beansprucht werden, kann es zu einem aggressiven Gemisch der Blow-by Gase mit dem Motoröl kommen, es entsteht ein schädlicher Mix aus Abgasen, Öl, nicht verbrannten Kraftstoffen und Wasser.

Solche aggressiven Blow-by Gasgemische können Dichtungen oder Schläuche stark angreifen und zu Beschädigung oder Ausfall der Bauteile führen. Um dies auszuschließen, gibt es seitens der OEM unterschiedliche Prüfnormen, um die Beständigkeit der eingesetzten Elastomere gegenüber Blow-by Gasen zu verifizieren.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Kraftstoffen

Speziell für die Automobilindustrie und ihre Zulieferer bietet das Elastomer Institut Richter Konformitätsprüfungen nach OEM Spezifikationen (Daimler, PSA, VW, Porsche…) oder nach firmenunabhängigen Standards (ECE, DIN, ISO…). Finden Sie hier einige Beispiele für OEM Prüfspezifikationen, nach denen wir arbeiten: Tabelle der Automobil-Spezifikationen

Wir prüfen Werkstoffe in automobil-typischen Fluiden, darunter auch unterschiedliche Kraftstoffe, und nach OEM Anforderungen auf ihre Resistenz gegenüber Blow-by Gasen. Daneben beraten wir Sie natürlich umfassend zum Einsatz von Elastomerprodukten in Kraftstoffanwendungen.

Kühlmittel, Kühlwasser, Kühlflüssigkeiten

Kühlmittel bzw. Kühlflüssigkeiten sind im weitesten Sinne Fluide, die Wärme aus einem System abtransportieren. Sie kühlen entweder direkt bei Berührung mit dem Kühlgut oder indirekt über Wärmetauscher.

Eines der wichtigsten Kühlmittel ist sicherlich Wasser. In geschlossenen Kreisläufen, vor allem bei Autos, wird dem Kühlwasser häufig Frostschutzmittel zugesetzt, um ein Einfrieren im Winter zu verhindern. Darüber hinaus sind Kühlwasserzusätze zum Korrosionsschutz der Motoren bzw. der Metallteile notwendig. In anderen Kühlkreisläufen außerhalb der KFZ Technik beugen häufig bestimmte Zusätze einem Wachstum von Mikroorganismen, dem sogenannten Fouling, vor. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet von Kühlflüssigkeiten bzw. Wärmeträgerflüssigkeiten sind die auf Hausdächern verbauten Wärmeabsorption-Solaranlagen.

Damit ergibt sich ein breites Spektrum an Kühlflüssigkeiten, die teilweise bei Temperaturen bis über 200°C abgedichtet werden müssen.

Die Herausforderung für Elastomere

Die dort eingesetzten Elastomere müssen eine gute Heißwasserbeständigkeit aufweisen und darüber hinaus gegen Glykole und unterschiedlichsten Additiven resistent sein. Auch werden sie mit hohen Temperaturen, teilweise bis über 200°C, belastet.

Beides stellt zum einen eine große Herausforderung für die chemische Beständigkeit der Elastomere da, aber auch für die Prüftechnik sind diese Bedingungen äußerst anspruchsvoll. Um den reellen Umständen gerecht zu werden, müssen wir die Versuche in Kühlflüssigkeiten bei hohen Temperaturen und dem dabei auftretenden, hohen Druck durchführen.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Kühlmitteln und Kühlflüssigkeiten

Wir prüfen die Beständigkeit von Elastomeren gegenüber Kühlmitteln bzw. Kühlflüssigkeiten bei Temperaturen bis 200°C und höher. Uns stehen in unserem Labor für die Versuche über einhundert Labor Autoklaven zur Verfügung. Daher können wir auch breit angelegte Prüfprogramme mit unterschiedlichen Kühlmitteln und Werkstoffen in relativ kurzer Zeit durchführen.

Gerne beraten wir Sie bei der Auswahl sinnvoller Prüfparameter für die notwendigen Einlagerungsversuche. Darüber hinaus können Sie sich auch auf sämtliche Leistungen unseres Portfolios für Ihre Anwendung verlassen. Von der allgemeinen Werkstoff- und Produktqualifikation nach unterschiedlichen Standards und kundenspezifischen Prüfvorschriften bis hin zum Einsatz unter speziellen Anwendungsbedingungen.

Und wenn eine Dichtung einmal nicht mehr funktioniert, können wir Ihnen mit unserer Erfahrung und Kompetenz auch bei der Schadensanalyse weiterhelfen.

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Lesen Sie sich ein in die Themen rund um chemische und physikalische Änderungen von Elastomeren im Medienkontakt:

Chemischer Angriff und Quellung – Zerstörung der Netzwerkstruktur durch ein Kontaktmedium

Im Fachbeitrag erklären Bernhard Richter und Ulrich Blobner Ursachen und Auswirkungen chemischer Angriffe und Quellung, zeigen die typischen Schadensbilder und geben Tipps, wie medienbedingte Schadenfälle vermieden werden können.

Chemikalien

In technischen Anwendungen kommen Elastomerbauteile in der Regel in Kontakt mit verschiedenen Medien. Speziell in der Chemie- und Prozesstechnik und im KFZ sind die unterschiedlichsten, teilweise aggressiven, Flüssigkeiten im Spiel. Dichtungen und Schläuche sind den Medien oft direkt ausgesetzt. Neben einer Temperaturbelastung ergeben sich dadurch hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkstoffe.

Die Herausforderung für Elastomere

Der Kontakt mit teils aggressiven Chemikalien stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Elastomerteile. Gummiwerkstoffe reagieren unterschiedlich stark auf die Substanzen. Im schlimmsten Fall werden die Netzwerkstrukturen des Elastomers chemisch verändert und die Werkstoffe nachhaltig geschädigt. Irreversible Beschädigungen führen nicht selten zum Funktionsverlust und Ausfall eines Bauteiles.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Chemikalien

Wir prüfen Elastomere für anspruchsvollen Einsatz und beraten Sie umfassend zu Lösungen. Mithilfe von Einlagerungsversuchen untersuchen wir die Verträglichkeit der Werkstoffe in den für Sie relevanten Chemikalien. Dazu steht uns für viele aggressive Chemikalien natürlich auch die angemessene Schutzausrüstung zur Verfügung. Mit den Verträglichkeitstests stellen wir fest, welche Werkstoffe sich für Ihren Einsatz eignen oder warum ein Elastomerbauteil ausgefallen ist. Zu den Chemikalien rechnen wir selbstverständlich neben synthetisch hergestellten Stoffen auch natürlich vorkommende Substanzen.

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Chemischer Angriff und Quellung – Zerstörung der Netzwerkstruktur durch ein Kontaktmedium

Im Fachbeitrag erklären Bernhard Richter und Ulrich Blobner Ursachen und Auswirkungen chemischer Angriffe und Quellung, zeigen die typischen Schadensbilder und geben Tipps, wie medienbedingte Schadenfälle vermieden werden können.

Dampf oder Heißdampf

Verschieden Elastomerprodukte, beispielsweise Dichtungen oder Schläuche, kommen auch in Anwendungen zum Einsatz, die mit Wasserdampf, also gasförmigem Wasser arbeiten. Dampf wird häufig als Prozessmedium eingesetzt oder zur Sterilisation von Materialien, medizinischen Instrumenten, Geräten, Gefäßen und Verpackungen benutzt. Je nach Anwendungsbedingung liegt Wasserdampf als Nassdampf, Heißdampf oder Sattdampf vor und kann auch mit Luftsauerstoff angereichert sein.

Die Herausforderung für Elastomere

Elastomerprodukte, wie beispielsweise Dichtungen, sind häufig nicht ausschließlich einem einzelnen Medium ausgesetzt, sondern trennen unterschiedliche Medien an einer Grenzfläche. Im Fall einer Dampfanwendung ist dies meistens Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff. In Kombination mit den hohen Anwendungstemperaturen stehen die Elastomere daher zusätzlich zum Wasserdampf oft einem oxidativen Angriff gegenüber.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Dampf

Wir führen Prüfungen in Dampf bis über 200°C durch. Hierzu stehen uns über einhundert Autoklaven zur Verfügung. Lassen Sie sich gerne zum Einsatz von elastomeren Werkstoffen in Dampf und zu sinnvollen Prüfungen für Ihre Produkte beraten.

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Ausführliche Informationen zu Heißwasser und Dampfanwendungen am Beispiel der O-Ring Dichtung finden Sie in unserem Fachaufsatz.

O-Ringe in Heißwasser und Dampf – ein Problem für viele Anwender

Kaum ein anderes Betriebsmedium verursacht bei O-Ringen mehr Probleme als Wasser und Dampf oder Verbindungen. Insbesondere bei höheren Temperaturen sehen sich Anwender häufig mit verfrühtem Dichtungsausfall konfrontiert. Erfahren Sie im Bericht mehr zu typischen Schadensbildern, Einflussfaktoren und geeigneten Werkstoffen für warm- und Heißwasseranwendungen.

Ausfall durch Hydrolyse

Wasser und Dampf werden von Dichtungsanwendern oftmals unterschätzt. Der ausführliche Bericht gibt wichtiges, fachliches Hintergrundwissen zum Schadensverlauf, den chemischen Grundlagen und Auslösern der Hydrolyse. Darüber hinaus beleuchtet er verschiedene Elastomertypen hinsichtlich ihrer Anfälligkeit auf Hydrolyse und gibt hilfreiche Praxistipps.

Luft

Auch die Anforderungen beim Einsatz von Elastomerprodukten in einfacher Luft sind durchaus anspruchsvoll. Denn Luft ist nicht gleich Luft. Im Hinblick auf Elastomere ist es wichtig, die Luftqualität zu kennen. Sprechen wir von Frischluft, Luft mit hoher Ozonkonzentration, von Heißluft oder von Luft, die mit Öldämpfen oder Lösemitteldämpfen angereichert ist? Zumeist ist Sauerstoff der aggressivste Bestandteil von Luft. Unter Wärmeeinfluss lässt er Dichtung beschleunigt altern.

Die Herausforderung für Elastomere

Ist die Luft mit zusätzlichen Substanzen belastet, so sind diese in ihrem Einfluss auf Elastomerwerkstoffe ebenso zu betrachten wie die Luft selbst. Neben Alterungsprozessen können sich hier auch chemische oder physikalische Reaktionen auf die zusätzlichen Stoffe und einwirkende Temperaturen bemerkbar machen. Häufig kann jedoch bereits eine Abschätzung mittels Beständigkeitstabellen helfen, die möglich Einwirkung auf den Dichtungswerkstoff zu bewerten.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Luft

Wir beraten Sie umfassend zum Einsatz Ihrer Elastomerprodukte. Entsprechend Ihren Anforderungen definieren wir für Sie sinnvolle Werkstoffprüfungen, die Aufschluss über das Verhalten und die Eignung der Werkstoffe geben.

So prüfen wir beispielsweise das Alterungsverhalten, die Ozonbeständigkeit oder chemische Resistenz der Werkstoffe und helfen, die Lebensdauer Ihrer Bauteile in Ihrer Anwendung einzuschätzen.

Umwelteinfluss – Alterung, Temperatur, Ozon

Im Gebrauch sind Elastomerprodukte unterschiedlichen Einsatzbedingungen unterworfen. Diese beeinflussen die Werkstoffeigenschaften und lassen das Polymer mit der Zeit altern. Bewitterung, hohe Temperaturen oder Ozon beschleunigen die Alterungsprozesse. Durch Alterung hervorgerufenen Schädigungen der Elastomere sind irreversibel, also nicht umkehrbar und machen die Werkstoffe nach entsprechend langer Betriebszeit unbrauchbar.

Bei direktem Umwelteinfluss ist es daher wichtig, die Alterungs- und Ozonbeständigkeit der Werkstoffe zu kennen.

Hitze und Alterung

Hohe Temperaturen gehören zu den kritischen Faktoren. Sie beschleunigen chemische und physikalische Prozesse und können den Einfluss von Kontaktmedien, Gasen und Strahlung verstärken.

Beschleunigte Alterungsprüfungen bei, im Vergleich zur reellen Anwendung höheren Temperaturen stellen die ablaufenden Schädigungsprozesse in einer Art Zeitraffer labortechnisch nach. Anhand der Ergebnisse aus Heißluftalterungsversuchen lassen sich Aussagen zur Temperaturbeständigkeit eines Werkstoffes ohne Einfluss von Kontaktmedien treffen und die zu erwartende Lebensdauer der Werkstoffe abschätzen.

Ozon

Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen und ist ein hochreaktives Spurengas. Die chemische Formel lautet O3. In Bodennähe vorhandenes Ozon schädigt in entsprechender Konzentration neben der Gesundheit von Lebewesen auch Pflanzen und Materialien. Insbesondere stark ungesättigte Polymere, vor allem NBR, NR und SBR reagieren empfindlich auf Ozon. Selbst eine umwelttypische Ozonkonzentration führt bei zusätzlicher Spannungsbelastung oder Verformung der Bauteile zu den sogenannten Ozonrissen, tiefe Risse senkrecht zur Spannungsrichtung.

Ozonprüfungen geben Aufschluss über die Ozonbeständigkeit von Werkstoffen und erlauben es, die Wirksamkeit eines verwendeten Ozonschutzes zu bewerten.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Umwelteinfluss oder Ozon

Wir beraten Sie umfassend zum Einsatz Ihrer Elastomerprodukte. Entsprechend Ihren Anforderungen definieren wir für Sie sinnvolle Werkstoffprüfungen, die Aufschluss über das Verhalten und die Eignung der Werkstoffe geben.

So prüfen wir beispielsweise das Alterungsverhalten oder die Ozonbeständigkeit der Werkstoffe und helfen, die Lebensdauer Ihrer Bauteile in Ihrer Anwendung einzuschätzen.

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Weitere Informationen zum Schadensbild der Ozonrisse oder Details zum Thema Heißluftalterung finden Sie in unseren Fachberichten:

Ozonrisse an elastomeren Dichtungen und Bauteilen

Insbesondere stark ungesättigte Polymere, vor allem NBR, NR und SBR können von Ozon angegriffen werden. Im Beitrag finden Sie Hintergrundwissen zum Schadensbild der Ozonrisse und erfahren, wie Sie diesen Schaden von anderen Beschädigungen am Bauteil abgrenzen können. Wir informieren über Prüfmöglichkeiten und geben Tipps, wie Ozonrisse in der Praxis verhindert werden können.

Heißluftalterung von Elastomeren

In dem Bericht erfahren Sie mehr zu Alterungsprozessen von Gummiwerkstoffen, den prüftechnischen Grundlagen und Besonderheiten der Heißluftalterung und dem praktischen Nutzen der Prüfungen. Daneben informieren wir Sie über gängige Normen und den darin definierten Prüfverfahren.

Temperaturen

Für die Definition der Temperatureinsatzgrenzen von Elastomeren gibt keine harten Grenzkriterien. So existiert kein Schmelzpunkt wie zum Beispiel bei Thermoplasten und streng genommen auch keine Glasübergangstemperatur, sondern nur ein Glasübergangstemperaturbereich. Beides macht es schwierig, exakte untere oder obere Temperaturgrenzen vorzugeben. Die sehr verallgemeinerten Angaben auf Datenblättern oder in der technischen Literatur helfen hier oft nicht weiter.

Erst das gesamte Temperaturlastprofil einer Anwendung und Hinweise zur Spalt- und Druckbeanspruchung bei tiefen Temperaturen lassen letztlich eine Werkstoff- bzw. Rezepturauswahl zu, welche dann auch Chancen hat, direkt die Qualifikationsprüfungen ohne Umwege zu bestehen. Dabei können wir Ihnen helfen.

Anwendungen mit Temperaturbelastung

Hochtemperatur, Hitze

Der Einsatz bei hohen Temperaturen erfordert eine genaue Betrachtung der thermischen Einsatzgrenzen von Elastomeren. Werden die Bauteile dauerhaft thermisch überlastet so versprödet der Gummi und verliert seine Elastizität. Ein vorzeitiger Ausfall des Bauteiles ist oft die Folge.

Die Herausforderung für Elastomere

Im Gegensatz zu thermoplastischen Kunststoffen besitzen Elastomere keinen Schmelzpunkt. Für Elastomere existieren damit keine eindeutigen physikalischen Grenzkriterien, weshalb andere Werte zur Bestimmung der Temperatureinsatzgrenze herangezogen werden. Auch der Einfluss anderer Faktoren, wie beispielsweise Medien, wird durch hohe Temperaturen verstärkt und muss mit beachtet werden.

Heißluftalterungsversuche, Beständigkeitstest in Medien unter Temperatur- und Zeiteinfluss und die Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) geben Aufschluss über die Temperaturgrenzen der Werkstoffe, die Medienbeständigkeit oder das viskoelastische Verhalten von Werkstoffen unter Temperatureinfluss, also bei hohen und tiefen Temperaturen.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung bei hohen Temperaturen

Wir beraten Sie umfassend für den Einsatz von Elastomerwerkstoffen bei hohen Temperaturen und die Auswahl sinnvoller Prüfverfahren, die eine Bewertung von Elastomeren für Ihren Einsatz erlauben. Wir führen in unserem Labor entsprechende Prüfungen durch und ziehen Rückschlüsse für Ihren Anwendungsfall.

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In unseren Fachberichten finden Sie weitere Informationen zur thermischen Überlastung von Elastomerwerkstoffen und Heißluftalterungsversuchen.

Thermische Überbeanspruchung Überhitzung

Selten ist die Temperatur allein das Problem, sondern meistens die falsche Kombination von Temperatur und Zeit. Im Fachbeitrag erfahren Sie mehr darüber, welche Schäden durch thermische Überlastung an Elastomeren entstehen und wie sie sich in der Praxis auswirken. Wir geben Tipps zu Prüfungen und auf was Sie achten sollten, um thermische Schäden zu vermeiden.

Heißluftalterung von Elastomeren

In dem Bericht erfahren Sie mehr zu Alterungsprozessen von Gummiwerkstoffen, den prüftechnischen Grundlagen und Besonderheiten der Heißluftalterung und dem praktischen Nutzen der Prüfungen. Daneben informieren wir Sie über gängige Normen und den darin definierten Prüfverfahren.

Tieftemperatur, Kälte

Elastomere verlieren bei tiefen Temperaturen nach und nach ihre herausragende Eigenschaft, die Elastizität. In den meisten Anwendungen jedoch ist die Gummielastizität und das Rückstellverhalten von entscheidender Bedeutung für die Funktionstüchtigkeit der Bauteile. Es gilt also, sowohl die reellen Einsatztemperaturen als auch das Tieftemperaturverhalten der Werkstoffe so genau wie möglich einzuschätzen.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung bei tiefen Temperaturen

Um die Tieftemperaturgrenzen von Elastomeren realistisch und vor allem vergleichbar einzuschätzen, ist es erforderlich, die Werkstoffe mit aussagekräftigen Prüfverfahren zu bewerten. Am hilfreichsten sind hier das TR10-Verfahren , der Druckverformungsrest bei tiefen Temperaturen und der DSC-Wert. Darüber hinaus erlaubt die Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) Rückschlüsse auf das mechanische, dynamische und thermische Verhalten von Elastomerbauteilen in unterschiedlichen Anwendungen.

Wir beraten Sie für den Einsatz von Elastomerprodukten in Kälte, bei der Auswahl sinnvoller Prüfverfahren und bewerten Ihre Werkstoffe.

Speziellen Einsatzbedingungen und Richtlinien

Neben Temperaturen und Medien gibt es auch noch andere Einsatzbedingungen, die besonders beachtet werden sollten. Unter speziellen Einsatzbedingungen sind also bestimmte Anwendungssituationen zu verstehen, die charakteristische Anforderungen an Elastomerwerkstoffe und Bauteile stellen. Dies können beispielsweise hoher oder schwankender Systemdruck, Druckstöße oder Vakuum sein. Auch der Einsatz im Gas- und Wasserfach oder der Lebensmittelindustrie stellt besondere Ansprüche an die Materialien. Diese werden in den relevanten Regelwerken definiert.

Anwendungen bei speziellen Einsatzbedingungen und Richtlinien

Druck: Hochdruck, Vakuum, Druckschwankungen, Druckabfall

Unter extremen Druckverhältnissen, bei großen Druckschwankungen oder plötzlichem Druckabfall sind die Elastomerdichtungen besonders gefordert.

So beeinflusst beispielsweise im Vakuum oder Hochvakuum die Oberflächengüte des Bauteils die Leckrate und die mechanische Belastbarkeit des Bauteiles, genauer der Widerstand gegen Spaltextrusion, kommt unter hohem Systemdruck zum Tragen. Diese wird durch atmende Maschinenbauteile noch begünstigt und kann zum typischen Schadensbild einer „angeknabberten“ Dichtung führen.

In Verbindung mit Gasen kann ein plötzlicher Druckabfall zur sogenannten explosiven Dekompression führen, wodurch die Dichtung nachhaltig geschädigt wird.

Neben bestimmten Werkstoffeigenschaften liegt also das Augenmerk bei extremen oder ungewöhnlichen Druckverhältnissen auch in der Auslegung des Dichtelements und des Einbauraumes

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Druck oder Vakuum

Wir beraten Sie umfassend zum Einsatz von Elastomerdichtungen unter extremen Druckverhältnissen und bei der Gestaltung des Einbauraumes. Wir unterstützen bei der Auswahl sinnvoller Prüfverfahren und helfen bei der Klärung von Schadensfällen.

Mit unseren Wurzeln in der Dichtungstechnik und nach jahrelanger Erfahrung in diesem Sektor können wir auf einen großen Erfahrungsschatz für Sie zurückgreifen.

Werkstoffe in Gasschweißgeräten, Brennschneidern und verwandten Prozessen nach DIN EN ISO 9539

Die Anforderungen an Werkstoffe in Gasschweißgeräten, Brennschneidern oder in verwandten Prozessen sind sehr hoch. DIN EN ISO 9539 definiert Kriterien zur Bewertung von Werkstoffen, auch von nicht-metallischen Werkstoffen wie Elastomeren, für diese Einsatzzwecke. Die Beständigkeit gegen Lösemittel für nichtmetallische Werkstoffe in Kontakt mit Brenngasen muss mit definierten Einlagerungs- und Rücktrocknungsprüfungen in Aceton-Dampf, Dimethyllformamid-Dampf und n-Pentan nachgewiesen werden.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Anforderungen nach DIN EN ISO 9539

Wir überprüfen die Konformität Ihrer Materialien nach DIN EN ISO 9539 und stellen damit sicher, dass Ihre Produkte und Materialien in anspruchsvollen Anwendungen im Kontakt mit Brenngasen bestehen.

Sprechen Sie uns an, wir unterstützen Sie umfassend.

Dichtungen und Membranen in Gasgeräten nach DIN EN 549

An Dichtungen und Membranen in Gasgeräten und Gasanlagen bestehen besondere Anforderungen des DVGW nach DIN EN 549.

Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e. V., DVGW ist der Branchenverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft und anerkannter Regelsetzer.

Unsere Leistungen für Ihre Dichtungsanwendung nach DIN EN 549

Wir sind seit 2009 eine DVGW anerkannte Prüfstelle für Konformitätsprüfungen für die Normen DIN EN 549, DIN EN 681-1 und DIN EN 682. Hierzu bieten wir Qualifikations- und Überwachungsprüfungen für Elastomerwerkstoffe an.

Sprechen Sie uns an, wir unterstützen Sie umfassend.

Dichtungen in Rohrleitungssystemen der Wasserversorgung und Entwässerung nach DIN EN 681-1

An Dichtungen und Dichtungswerkstoffe, die in Rohrleistungssystemen der Wasserversorgung und Entwässerung eingesetzt sind, bestehen besondere Anforderungen des DVGW nach DIN EN 681-1.

Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e. V., DVGW ist der Branchenverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft und anerkannter Regelsetzer. Sein technisches Regelwerk gewährleistet die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Gas- und Wasserversorgung in Deutschland.

Unsere Leistungen für Ihre Dichtungsanwendung nach DIN EN 681-1

Wir sind seit 2009 eine DVGW anerkannte Prüfstelle für Konformitätsprüfungen für die Normen DIN EN 549, DIN EN 681-1 und DIN EN 682. Hierzu bieten wir Qualifikations- und Überwachungsprüfungen für Elastomerwerkstoffe an.

Sprechen Sie uns an, wir unterstützen Sie umfassend.

Dichtungen in Versorgungsleitungen und Bauteilen für Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe nach DIN EN 682

An Dichtungen und Dichtungswerkstoffe, die in Versorgungsleitungen und Bauteilen für Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe eingesetzt sind, bestehen besondere Anforderungen des DVGW nach DIN EN 682.

Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e. V., DVGW ist der Branchenverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft und anerkannter Regelsetzer.

Unsere Leistungen für Ihre Dichtungsanwendung nach DIN EN 682

Wir sind seit 2009 eine DVGW anerkannte Prüfstelle für Konformitätsprüfungen für die Normen DIN EN 549, DIN EN 681-1 und DIN EN 682. Hierzu bieten wir Qualifikations- und Überwachungsprüfungen für Elastomerwerkstoffe an.

Sprechen Sie uns an, wir unterstützen Sie umfassend.

Gummiformteile und Materialien in Lebensmittelanwendungen nach 3A Sanitary Standards und FDA 21 CFR 177.2600

Für den Einsatz im Lebensmittelbereich werden an Gummiformteile und Materialien besondere Anforderungen gestellt. Unter anderem haben hier die FDA 21 CFR 177.2600 (White List) und die Vorschriften nach 3-A Sanitary Standards eine besondere Bedeutung.

Die 3-A Sanitary Standards Inc. (3-A SSI) ist eine unabhängige Organisation für die amerikanische Lebensmittel- und Pharmabranche, die u.a. Normen und Vorschriften für die Entwicklung, Herstellung und Verwendung von Molkerei-Anlagen definiert. Das Hauptziel der Vorschriften besteht darin, verzehrbare Erzeugnisse vor einer Kontamination zu schützen und zu gewährleisten, dass jede Kontaktoberfläche gereinigt oder sterilisiert werden kann.

Dichtungen in diesen Anlagen müssen definierte Extraktionstests bestehen, um sich für die Verwendung zu qualifizieren. Die Prüfung nach 3-A Sanitary Standards wird häufig als Ergänzung zur FDA-Konformität nach FDA 21 CFR 177.2600 von Anwendern verlangt, um die Widerstandsfähigkeit der Dichtungswerkstoffe gegen Desinfektions- und Reinigungsmittel abzusichern.

Unsere Leistungen für Ihre Anwendung mit Anforderungen nach 3A Sanitary

Wir führen für Sie Konformitätsprüfungen nach 3-A Sanitary Standards durch und ermitteln die Globalmigration der Werkstoffe nach den Richtlinien der FDA 21 CFR 177.2600 oder entsprechend der BfR Empfehlung XXI für Bedarfsgegenstände aus Elastomeren im Lebensmittelkontakt.

Selbstverständlich prüfen wir die Materialien auch nach Ihren individuellen Anforderungen und in Ihren Medien und beraten Sie umfassend für den Einsatz von Elastomeren rund um Nahrungsmittel und Getränke.

Seminare für Ihre Weiterbildung

In unseren Seminaren und Webinaren vermitteln wir Ihnen wichtiges Wissen zu Elastomeren Werkstoffen, der Qualität von Elastomerprodukten, zu Prüfmöglichkeiten und zur Schadensanalyse. Wir zeigen Ihnen, wie Sie Schäden vorbeugen und Dichtungen für unterschiedliche Anwendungen auslegen.