Ein praktischer Leitfaden zur Zuverlässigkeit von Materialien, Fehlermechanismen und technischer Validierung
Fluidtechniksysteme – Hydraulik und Pneumatik – sind die „Muskeln und Nerven“ der modernen Industrie. Sie übertragen Energie durch unter Druck stehende Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf, und Dichtungen sind die Barriere, die diesen Kreislauf geschlossen hält . Wenn die Abdichtung versagt, ist das Ergebnis selten „nur ein kleines Leck“: Es kann schnell zu Druckinstabilität, Verschmutzung, Fehlfunktionen des Stellantriebs und ungeplanten Ausfallzeiten kommen.
Unter allen Dichtungstypen werden O-Ringe nach wie vor am häufigsten in der Fluidtechnik verwendet, da sie einfach und kostengünstig sind und eine bidirektionale Abdichtung bieten . Unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit sind Elastomere jedoch kein Wegwerfzubehör. Unter hohem Druck können Dichtungen austreten; Bei hohen Temperaturen zersetzen sich Elastomere chemisch und entwickeln einen Druckverformungsrest ; Bei extremer Kälte schrumpfen die Materialien und verlieren an Kontaktspannung. Deshalb ist das Verständnis der Polymerchemie, der Compoundierung und der realen Betriebsbedingungen für jeden Wasserbauingenieur, Wartungsmanager und OEM-Einkäufer von entscheidender Bedeutung.
In diesem Leitfaden werden die Grundlagen der Materialwissenschaft, die häufigsten Fehlermechanismen und die Verifizierungsstandards konsolidiert, mit denen Sie eine auf Zuverlässigkeit ausgerichtete Dichtungsstrategie entwickeln können – insbesondere für Hochleistungshydraulik, die in Belt & Road-Märkten in russisch- und spanischsprachigen Regionen eingesetzt wird.
1) Warum die Elastomerauswahl eine Entscheidung zur Systemzuverlässigkeit ist (keine Ersatzteilentscheidung)
Ein hydraulisches System ist eine Kette. Wenn das Siegel das schwache Glied ist, kann es zu folgenden Fehlern kommen:
Leichtes Weinen → Ölverlust und Probleme bei der Haushaltsführung
Ölfilm + Staub → Eindringen von Schleifmittel → Riefenbildung am Ventilschieber
Verschmutzung → Pumpenverschleiß → systemweiter Ausfall
Ausfallzeiten → hohe Reparaturkosten + Produktionsausfall + Sicherheitsrisiko
In vielen realen Fällen führt die Wahl einer kostengünstigen Dichtung zu einem kostspieligen Wartungsereignis, da Leckagen oft das erste Symptom einer tieferen Verschlechterung der Zuverlässigkeit sind.
Wo Dichtungen in der Praxis am wichtigsten sind:
Hydraulikzylinder (Stangendichtungen, Kolbendichtungen, statische O-Ringe)
Hydraulikventile (Patronenventile, Proportionalventile, Wegeventile)
Hydraulikpumpen und -motoren (Wellenabdichtung, statische Anschlussabdichtung)
Hydraulikschlauch- und Armaturenbaugruppen (O-Ring-Gleitringdichtungen, Verbunddichtungen, Adapter, Schnellkupplungen)
Wenn Ihre Anwendung Schlauchleitungen oder Schnellverbindungen umfasst, muss die Dichtungsstrategie auf Ihre Hydraulikschläuche, Hydraulikarmaturen und Schnellkupplungen abgestimmt sein – Bereiche, in denen es aufgrund von Vibrationen, Temperaturschwankungen und Montageschwankungen häufig zu Undichtigkeiten kommt.
2) Grundlagen der Elastomermaterialwissenschaft: Polymer + Formulierung + Härtungssystem
In der Fluidtechnik werden Materialien häufig nur nach Polymerfamilie gekennzeichnet: NBR, FKM, EPDM, HNBR . Die endgültige Leistung hängt jedoch von der gesamten Mischung ab , einschließlich:
Selbst innerhalb derselben „Familie“ können sich verschiedene Qualitäten je nach Molekülstruktur, Monomerverhältnis (z. B. ACN-Gehalt in NBR) und Härtungstyp sehr unterschiedlich verhalten.
2.1 Polarität und „Gleiches löst Gleiches auf“
Die Kompatibilität zwischen Elastomer und Hydraulikflüssigkeit wird stark von der molekularen Polarität beeinflusst.
NBR enthält polare ACN-Gruppen → gute Beständigkeit gegenüber unpolaren Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis
EPDM ist unpolar → es kann in Mineralölen stark aufquellen und schnell an mechanischer Festigkeit verlieren
Aus diesem Grund kann EPDM in einem System „ausgezeichnet“ und in einem anderen „katastrophal“ sein.
2.2 Vulkanisation: Schwefel- vs. Peroxid-Härtung
Durch die Vulkanisation wird ein lineares Polymer in ein 3D-Netzwerk umgewandelt.
Schwefelhärtung : starke mechanische Eigenschaften und Ermüdungsbeständigkeit, kann jedoch aufgrund der Netzwerkumlagerung einen höheren Druckverformungsrest bei erhöhter Temperatur aufweisen.
Peroxidhärtung : stärkere C-C-Vernetzungen → bessere Wärmestabilität und verbesserte Druckverformungsbeständigkeit, bevorzugt für hydraulische Hochleistungsanwendungen bei hohen Temperaturen.
2.3 Füllstoffe, Härte und Extrusionswiderstand
In der Hochdruckhydraulik ist die Härte Ihr erster Schutz gegen Extrusion.
70 Shore A ist die gängige Wahl für allgemeine Zwecke.
Für höhere Drücke (und größere Spielabstände) gehen Ingenieure oft zu 90 Shore A über und/oder verwenden Stützringe (PTFE, PEEK, Nylon, gefülltes PTFE).
Praktische Regel: Druck + Spiel + Temperatur entscheidet darüber, ob Sie „nur Material“ oder „Material + Anti-Extrusionsstruktur“ benötigen.
3) Kernelastomerfamilien für hydraulische Dichtungen: was und wann zu verwenden ist
Nachfolgend finden Sie eine praktische, technikorientierte Materialmatrix. Verwenden Sie es als Ausgangspunkt und bestätigen Sie es dann mit Flüssigkeitsverträglichkeitstests.
3.1 NBR (Nitril): das Arbeitstier für die Mineralölhydraulik
Beste Übereinstimmung: Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis (ISO HL/HM/HV; DIN HLP/HVLP)
Typische Stärken:
Ausgezeichnete Ölbeständigkeit (Mineralöl, Kraftstoffe, Schmierstoffe)
Kostengünstig und weit verbreitet
Geeignet für die meisten Mobilhydraulik
Typischer Bereich:
Schwächen:
Anwendungsfälle:
Hydraulik für Baumaschinen
Standardzylinder, Pumpen und Ventile
Armaturen und Schlauchverbindungen in Mineralölanlagen
3.2 HNBR (hydrierter NBR): „NBR aufgewertet“ für Wärme + Additive + Langlebigkeit
HNBR reduziert ungesättigte Bindungen → deutlich besser:
Wann sollte ein Upgrade von NBR auf HNBR durchgeführt werden:
Die Öltemperatur übersteigt häufig ~100 °C
Eine lange Lebensdauer ist entscheidend
Additivreiche Flüssigkeiten führen zu einer vorzeitigen NBR-Alterung
Anwendungsfälle:
Hochzuverlässige Industrieaggregate
Bohr- und Hochleistungsgeräte
Anwendungen, bei denen die Ausfallkosten hoch sind
3.3 FKM (Fluorelastomer, z. B. Viton®): Hochtemperatur- und chemische Stabilität
FKM ist aufgrund der starken CF-Bindungen eine erstklassige Wahl:
Hohe Dauertemperaturfähigkeit
Geringe Gasdurchlässigkeit
Hervorragende chemische Beständigkeit in vielen Ölen und Lösungsmitteln
Aber FKM ist nicht universell:
Kann in starken Basen abgebaut werden
Einige Aminzusätze können problematisch sein
Nicht geeignet für bestimmte Phosphatesterflüssigkeiten (je nach Formulierung)
Anwendungsfälle:
Hochtemperatur-Industriehydraulik
Anforderungen an Gasverstärkung und Abdichtung mit geringer Permeation
Schwere chemische Umgebungen (sofern kompatibel)
3.4 EPDM: die richtige Lösung für feuerbeständige Flüssigkeiten (und die falsche Lösung für Mineralöl)
EPDM ist das Elastomer der Wahl für:
Wasser-Glykol-Flüssigkeiten (HFC)
Feuerbeständige Phosphatester-Flüssigkeiten (HFD-R, z. B. Luftfahrtflüssigkeiten)
Kritische Regel:
Anwendungsfälle:
Feuerbeständige Hydrauliksysteme
Pneumatische/hydraulische Außensysteme, die Witterungsbeständigkeit erfordern
Bremsflüssigkeitskreisläufe und bestimmte Polarflüssigkeitsanwendungen
3.5 VMQ (Silikon) und FVMQ (Fluorsilikon): Spezialoptionen
VMQ : Sehr großer Temperaturbereich, aber schlechter Verschleiß und mechanische Festigkeit → meist statische Abdichtung, Elektronikverguss.
FVMQ : Temperaturvorteile von Silikon + verbesserte Ölbeständigkeit → Flugkraftstoffsysteme, Fahrzeuge in kalten Regionen, Membranventile, die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und Ölbeständigkeit erfordern.
4) Fehlermechanismen in hydraulischen Dichtungen: Diagnose auf technischer Ebene
Dichtungsausfälle sind in der Regel auf mehrere Faktoren zurückzuführen: Material + Geometrie + Flüssigkeit + Umgebung.
4.1 Extrudieren und Nibbeln (Hochdruck + Spiel)
Unter Druck verhalten sich O-Ringe nahezu inkompressibel. Wenn der Hardware-Abstand zu groß ist, kann Elastomer in den Spalt gedrückt werden und dann während der Bewegung einschneiden – „Knabbern“.
Checkliste zur Prävention:
Reduzieren Sie das Spiel und verengen Sie die Toleranzen
Härte erhöhen (z. B. 90 Shore A)
Fügen Sie auf der Niederdruckseite Stützringe (PTFE/Nylon/gefülltes PTFE) hinzu
Erwägen Sie Verbunddichtungskonstruktionen in Zylindern
4.2 Kompressionsrest: Wenn das „elastische Gedächtnis“ verschwindet
Eine Dichtung muss einer Kontaktspannung standhalten, die über dem Flüssigkeitsdruck liegt. Im Laufe der Zeit verändern Hitze, Flüssigkeitseinflüsse und übermäßige Kompression das Polymernetzwerk und glätten die Dichtung, bis die Kontaktspannung auf nahezu Null abfällt → Undichtigkeit.
Was treibt den Kompressionssatz an:
Hohe Temperatur und Langzeitbelichtung
Schlechte Wahl des Härtungssystems
Falsches Pressverhältnis/Stopfbuchsendesign
Chemischer Angriff durch flüssige Zusätze
Hochzuverlässige Praxis:
Behandeln Sie den Druckverformungsrest als wichtigen Zuverlässigkeits-KPI und nicht als Laborwert.
Legen Sie für kritische Systeme enge Grenzwerte fest und validieren Sie sie mit standardisierten Testmethoden.
4.3 Wechselwirkungen mit Flüssigkeiten: Quellung, Extraktion und chemischer Abbau
In Öl können Elastomere:
Flüssigkeit aufnehmen → anschwellen → Härte sinkt
Weichmacher/Additive verlieren → schrumpfen und werden spröde
Chemische Angriffe unterliegen → Rissbildung, Erweichung, Verlust der Zugfestigkeit
Technische Regel:
4.4 Schnelle Gasdekompression (RGD) und Wasserstoffpermeation
In Hochdruckgas-/Wasserstoffumgebungen löst sich Gas im Elastomer. Bei einer schnellen Druckentlastung dehnt sich das Gas im Inneren aus, wodurch Mikrorisse und Blasenbildung entstehen – manchmal ein „explosiver“ Ausfall.
Gängige Ansätze:
Wählen Sie Materialien mit geringer Permeabilität (oft bestimmte FKM-Typen)
Verwenden Sie hochfeste Elastomere mit hoher Härte (z. B. 90 Shore HNBR)
Reduzieren Sie den Steuerdruck nach Möglichkeit
Validieren Sie mit RGD-spezifischen Testprotokollen für die Anwendung
5) Passen Sie den Hydraulikflüssigkeitstyp an das Dichtungsmaterial an: eine praktische Auswahlmatrix
Um die richtige Auswahl zu treffen, beginnen Sie mit der Flüssigkeitskategorie (ISO/DIN) und verfeinern Sie sie dann nach Temperatur, Druck und Arbeitszyklus.
Gemeinsame Richtlinienmatrix:
Mineralöle (ISO HL/HM/HV; DIN HLP/HVLP): NBR (Standard), HNBR (höhere Temperatur/längere Lebensdauer), FKM (sehr hohe Temperatur)
Wasser-Glykol (HFC): EPDM bevorzugt; NBR kann bei höheren Temperaturen eingeschränkt sein
Phosphatester (HFD-R): EPDM ist normalerweise die geeignete Wahl; In extremen Fällen können Spezialmaterialien erforderlich sein
Biologisch abbaubare Ester (HETG/HEES): HNBR ist oft eine ausgewogene Wahl; FKM für höhere Leistung, sofern kompatibel
Wenn Ihre Ausrüstung heiß läuft – was in geschlossenen Motorräumen schwerer Bagger häufig vorkommt – ist der Wechsel von NBR zu HNBR oft der direkteste Weg, um Leckagen zu reduzieren, Wartungsintervalle zu stabilisieren und die Gesamtbetriebskosten zu senken.
6) Verifizierungsstandards, die die Zuverlässigkeit (und Beschaffung) schützen
Wenn Sie Dichtungen nur auf der Grundlage eines Datenblatts kaufen, gehen Sie aufs Spiel. Auf Zuverlässigkeit ausgerichtete Teams nutzen eine standardisierte Validierung, um „Marketingaussagen“ in technische Beweise umzuwandeln.
Wichtige Standards, die Sie kennen sollten:
ISO 3601 : O-Ring-Größen, Toleranzen und Klassifizierung von Oberflächenfehlern
ASTM D471 : Flüssigkeitsimmersionsprüfung (Volumenänderung, Härteverschiebung, Massenänderung)
ASTM D395 : Druckverformungsrestbewertung
ISO 48-2 (IRHD) : Härteprüfung mit in vielen Fällen besserer Wiederholbarkeit an gebogenen Teilen als Shore A
ISO 2230 : Lagerbedingungen und Hinweise zur Haltbarkeit
Best Practice für die Beschaffung:
Fordern Sie Ergebnisse des Eintauchtests in die exakte Hydraulikflüssigkeit oder ein dokumentiertes Äquivalent an.
Legen Sie Akzeptanz-/Ablehnungsschwellen für Volumenänderungen und Härteänderungen fest, die an Ihren Arbeitszyklus angepasst sind.
Validieren Sie bei Hochdruckzylinderanwendungen den Extrusionswiderstand anhand realer Spiel- und Druckbedingungen und nicht nur anhand von Laborgutscheinen.
7) Lagerung und Lebenszyklusmanagement: Dichtungen können vor der Installation „veraltern“.
Elastomere beginnen zu altern, sobald die Aushärtung abgeschlossen ist. Durch unsachgemäße Lagerung können Dichtungen zerstört werden, lange bevor sie die Maschine erreichen.
Speicherprinzipien (ausgeglichen mit der ISO 2230-Logik):
Temperatur: kontrollierter moderater Bereich; Vermeiden Sie Wärmequellen
Luftfeuchtigkeit: Extreme vermeiden (zu trocken oder zu nass)
Licht und Ozon: Von UV-Strahlung, direkter Sonneneinstrahlung und Hochspannungsgeräten fernhalten
Stress vermeiden: O-Ringe nicht an Haken hängen; verhindern bleibende Verformungen
Fazit zum Lebenszyklus:
8) Praxislektion: Wie aus einem „kleinen Leck“ ein Systemausfall wird
Ein gängiges Muster für schweres Gerät:
Auf einer Zylinderstange bildet sich ein leichter Ölfilm.
Staub bleibt an der Folie hängen → das Risiko einer abrasiven Kontamination steigt.
Wischer können den Sand nicht vollständig entfernen → Partikel gelangen in das System.
Ventilspulen und Pumpenkomponenten verschleißen → Leistungsabfall.
Das System muss umfassend repariert, gespült und Komponenten ausgetauscht werden.
Zuverlässigkeitslektion:
9) Praktische Empfehlungen für OEMs, Wartungsteams und Käufer
Verwenden Sie diese „Minimum-Closed-Loop“-Methode:
Identifizieren Sie die Flüssigkeit genau (ISO/DIN-Kategorie + Additivtyp).
Definieren Sie die tatsächliche Temperaturbelastung an der Dichtungsschnittstelle (nicht nur die Tanktemperatur).
Bewerten Sie Druck und Spiel und entscheiden Sie, ob Sie Stützringe oder Verbunddichtungen benötigen.
Validierung mit standardisierten Tests (Eintauchen + Druckverformungsrest bei relevanter Temperatur).
Kontrollieren Sie die Lager-, Montage- und Installationspraktiken, um die Dichtung vor der Wartung zu schützen.
Wo dies mit der Beschaffung hydraulischer Komponenten zusammenhängt:
Wenn Sie komplette Hydrauliklösungen liefern – Hydraulikpumpen, Hydraulikmotoren, Hydraulikventile, Hydraulikzylinder, Hydraulikschläuche und Armaturen – sollte die Dichtungsstrategie im gesamten System konsistent sein. Beispielsweise muss die Schlauchenddichtung (O-Ring-Gleitringdichtung, Verbunddichtung) der gleichen Flüssigkeits-/Temperaturrealität entsprechen wie Zylinder- und Ventildichtungen, um Leckagen am „schwächsten Glied“ zu verhindern.
Wenn Ihre Kunden in Russland/GUS oder spanischsprachigen Belt & Road-Märkten tätig sind, lohnt es sich, zweistufige Versiegelungsoption zu standardisieren: in Ihren Angeboten eine
Standard: NBR für typische Mineralölbedingungen
Upgrade: HNBR für Zuverlässigkeit bei hohen Temperaturen und langer Lebensdauer
… und bieten Sie FKM/EPDM nur dort an, wo die Flüssigkeit und die Umgebung dies wirklich rechtfertigen.
FAQ
F1: Welches O-Ring-Material eignet sich am besten für Standard-Mineralöl-Hydrauliksysteme (DIN HLP/HVLP)?
A: In den meisten Mineralölsystemen ist NBR die Standardwahl. Wenn die Öltemperatur häufig über ~100 °C liegt oder eine lange Lebensdauer erforderlich ist, ist HNBR in der Regel die bessere Alternative.
F2: Können EPDM-Dichtungen in Hydrauliksystemen mit Mineralöl verwendet werden?
A: Nein. EPDM darf nicht mit Mineralöl verwendet werden , da es stark aufquellen und an Festigkeit verlieren kann, was zu schnellem Auslaufen und Versagen führen kann.
F3: Wann sollte ich FKM (Viton®) in hydraulischen Geräten verwenden?
A: Verwenden Sie FKM, wenn hohe Temperaturen, geringe Gasdurchlässigkeit oder chemische Beständigkeit erforderlich sind – nachdem Sie die Kompatibilität mit Ihrer spezifischen Flüssigkeit und Ihren Additiven bestätigt haben.
F4: Was verursacht die Extrusion von O-Ringen in Hochdruckzylindern?
A: Extrusion tritt normalerweise auf, wenn der Druck hoch ist und der Hardware-Spielraum zu groß ist , sodass das Elastomer in einen Spalt gedrückt und während der Bewegung geschnitten werden kann. Höhere Härte und Stützringe sind gängige Lösungen.
F5: Welcher Test ist am nützlichsten, um die Kompatibilität einer Dichtung mit einer Hydraulikflüssigkeit zu bestätigen?
A: Eintauchtests nach ASTM D471 werden häufig verwendet, um Quellung, Härteänderung und Masse-/Volumenänderung nach Einwirkung einer bestimmten Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur zu bewerten.
F6: Worauf sollte ich bei Maschinen, die in kalten Regionen (z. B. Sibirien) arbeiten, bei Dichtungen achten?
A: Niedrige Temperaturen können die Flexibilität und Kontaktspannung verringern. Wählen Sie Materialien und Qualitäten mit nachgewiesener Tieftemperaturleistung aus und validieren Sie sie unter realen Betriebsbedingungen (dynamische Abdichtung ist anspruchsvoller als statische).
F7: Wie reduziere ich Hydrauliklecks in Schlauch- und Armaturenverbindungen?
A: Stellen Sie sicher, dass das Dichtungsmaterial zur Flüssigkeit passt, kontrollieren Sie das Montagedrehmoment und die Oberflächenbeschaffenheit und standardisieren Sie die Verbindungstypen. Durch die Verwendung gleichbleibender Qualität von Hydraulikschläuchen und -armaturen wird das Risiko von Leckagen in allen Flotten verringert.
F8: Sind Dichtungen vor dem Einbau haltbar?
A: Ja. Elastomere altern mit der Zeit. Eine gute Lagerung (kontrollierte Temperatur, geringe Ozon-/UV-Belastung, keine Verformung) ist wichtig, um frühzeitige Ausfälle zu verhindern.
