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Beständig gegen explosive Dekompression

Dichtungswerkstoff auf Basis von Fluorkautschuk für den Einsatz in Gasen
Beständig gegen explosive Dekompression

Bei vielen Anwendungen werden O-Ringe außergewöhnlichen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend hoch sind auch die Anforderungen an alle Materialien, die im Produktionsprozess zum Einsatz kommen. Der Werkstoff Vi 890 wurde speziell für Anwendungen im Bereich der explosiven Dekompression entwickelt und hält hohen Belastungen stand.

Dipl.-Ing. (FH) Michael Krüger, Dr. Mitat Aydin

Die Betreiber von Anlagen im Bereich der Öl- und Gasindustrie sowie von Kompressoren haben häufig Leckageprobleme mit O-Ring-Dichtungen. Davon sind in erster Linie Dichtungen betroffen, die gegenüber gasförmigen Medien abdichten müssen, wenn das Gas von einem hohen Druckniveau innerhalb kurzer Zeit auf ein niedrigeres absinkt. Dieser Vorgang ist dann die Ursache für die Beschädigung des O-Rings, die beispielsweise durch Blasenbildung an der Oberfläche visuell leicht zu erkennen ist. Dieses Phänomen ist als explosive Dekompression bekannt. Da Elastomere permeabel sind, d. h. durchlässig für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten, können Gase unter Druck in das Dichtungsmaterial eindringen. Dieser Vorgang ist im Wesentlichen abhängig von dem verwendeten Basispolymer (Kautschuk), vom abzudichtenden Gas und von der Umgebungstemperatur. Nach einer schnellen Druckentspannung tritt das eingeschlossene Gas aus dem Elastomer unter folgenden physikalischen Gegebenheiten heraus: Zuerst wird ein Teil des Gases aufgrund des normalen, im Materialinneren stattfindenden Diffusionsprozesses das Elastomer kontinuierlich verlassen. Die restlichen Gasmoleküle neigen dazu, sich an Schwachstellen, z. B. an vorhandenen inneren Rissen, im Inneren des Elastomers anzusammeln. Von hier aus dehnen sich die eingeschlossenen Gasmoleküle aus, wobei Blasen, u. a. an der Materialoberfläche, gebildet werden. Die Steifigkeit des Elastomers bestimmt dabei den Grad, in dem dies der Fall ist. Ein höherer Modulwert bedeutet einen größeren Widerstand gegen diese Ausdehnung. Die so gebildeten Blasen zeigen normalerweise die Tendenz wieder harmlos zusammenzufallen, wenn das Gas weiterhin ausdiffundiert. In den Fällen, in denen zu viel Gas vorhanden ist, um vom Elastomer aufgenommen zu werden, kommt es jedoch zum Zerreißen der Hohlräume und somit zu einer starken Beschädigung des O-Rings. In diesen Anwendungen können nur speziell aufgebaute Elastomere zum Einsatz kommen, die sich insbesondere durch sehr gute physikalische Eigenschaften (z. B. hoher Weiterreißwiderstand und Modul) auszeichnen. C. Otto Gehrckens (COG) hat einen speziellen Werkstoff mit der Bezeichnung Vi 890 entwickelt, der für Anwendungen im Bereich der explosiven Dekompression geeignet ist und den hohen Belastungen standhält. Aufgrund der ausgezeichneten chemischen und thermischen Beständigkeit dient ein spezieller Fluorkautschuk als Basispolymer für diesen Werkstoff. Vi890 weist mit 90 Shore A eine hohe Härte auf, die insbesondere bei hohen Drücken einer möglichen Spaltextrusion entgegenwirkt und so eine explosive Dekompression vermeidet. Um die Beständigkeit gegenüber der explosiven Dekompression zu verifizieren, wurde der Werkstoff einem speziellen Test unterzogen, wobei als Medium Kohlendioxid (CO2) gewählt wurde. Die Tests wurden an unter Serienbedingungen hergestellten O-Ringen der Abmessung 37,47 x 5,33 mm durchgeführt. Um eine Sättigung der O-Ringe mit dem Gas zu erreichen, wurden diese einige Zeit bei unterschiedlichen Temperaturen gelagert und dann mit einer Geschwindigkeit von ca. 20 bar/s bis auf Umgebungsdruck entspannt. Anschließend wurden die physikalischen Eigenschaften gemessen und die O-Ringe einer umfangreichen visuellen Kontrolle unterzogen. Die physikalischen Veränderungen nach Lagerung in 100 % CO2 bei ca. 57 bar und 24 °C über eine Zeitdauer von 120 h stellten sich folgendermaßen dar:
  • Volumenänderung : +4,49 %
  • Härteänderung : -7 Shore A
  • Riss-/Bläschenbildung: 0
Nach Lagerung in 100 % CO2 bei ca. 70 bar und 125 °C über eine Zeitdauer von 72 h ließen sich folgende physikalische Änderungen beobachten:
  • Volumenänderung : +1,67 %
  • Härteänderung: -4 Shore A
  • Riss-/Bläschenbildung: 0
Eine visuelle Begutachtung der Oberfläche der O-Ringe unter 33-facher Vergrößerung erbrachte keinerlei Risse oder Blasen. COG ist mit den Tests des Werkstoffs Vi 890 überaus zufrieden. „Wir sind sehr zuversichtlich, unseren Kunden nun bei Problemen mit explosiver Dekompression eine qualitativ hochwertige und somit gute Dichtungslösung anbieten zu können.“, so der Geschäftsführer Ingo Metzger.
cav 466

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