FEP/PFA-ummantelte O-Ringe Technologie. Anwendung. Produkte.

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1 FEP/PFA-ummantelte O-Ringe Technologie. Anwendung. Produkte.

2 Ein FEP/PFA-ummantelter O-Ring besteht aus einem Elastomer-Kern und einem nahtlos geschlossenen Mantel. ist. FEP/PFA-ummantelte O-Ringe vereinen dagegen die exzellente Chemikalienbeständigkeit von PTFE mit dem elastischen Verhalten eines O-Rings. Der gummielastische Kern aus FKM (Viton ) oder VQM (Silikon) gewährleistet die gleichmäßige Vorspannung an der Dichtstelle und somit eine ständige flächendeckende Anpressung. Die Ummantelung besteht aus FEP (Fluorisiertes Ethylenpropylen) oder PFA (Perfluoralkoxy-Copolymer) und stellt sowohl die dichtende Funktion als auch die hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien sicher. Dadurch lässt sich eine vergleichbare Leistungsfähigkeit ähnlich wie ein PTFE-Werkstoff herstellen. Ideal für anspruchsvolle Applikationen in aggressiven Medien Es gibt zahlreiche Anwendungen, in denen der Einsatz herkömmlicher Elastomere nicht möglich ist. Aggressive Chemikalien oder extreme Temperaturen können konventionelle O-Ringe zerstören, was letztlich zu Ausfall und Leckage führt. Das zeichnet FEP/PFA-O-Ringe von Freudenberg aus: n Sehr gute Beständigkeit gegenüber nahezu allen Medien (ausgenommen sind Alkalimetalle und einige Fluorverbindungen) n Große Temperatureinsatzbereiche (siehe Abschnitt Ausführungen, Seite 5) n Hervorragend geeignet für lebensmitteltechnische, pharmazeutische und medizinische Anwendungen n Niedrige Kontamination n Geringe Permeation n Niedriger Reibungskoeffizient verhindert den Stick-Slip-Effekt n FDA-Konformität und weitere Freigaben (siehe Abschnitt Zulassungen, Seite 8) FEP/PFA-ummantelte O-Ringe lassen sich ideal überall dort einsetzen, wo die chemische Beständigkeit eines Elastomer- O-Rings nicht mehr ausreicht, jedoch auf die gummielastische Eigenschaft der Dichtung nicht verzichtet werden kann, also der PTFE-Dichtring keine Alternative 2

3 Vom O-Ring zur Höchstleistungsdichtung Vergleich mit ähnlichen Dichtungslösungen Es gibt viele leistungsfähige Dichtungsmaterialien auf dem Markt, die generell für den Einsatz in extremen Medien und Temperaturen geeignet sind. Treffen aber mehrere Einflussfaktoren aufeinander, eignen sie sich nicht oder nur teilweise. Um hier einen Überblick zu bekommen, zeigen wir im Folgenden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Produkte im Vergleich zu ummantelten O-Ringen von Freudenberg: O-Ringe aus reinem PTFE: Massive O-Ringe aus PTFE sind universell chemikalienbeständig. Der Nachteil: Reines PTFE neigt sehr zum Kaltfluss und ist somit bei permanent druckbelasteten Anwendungen nicht anwendbar. PTFE-umhüllte O-Ringe: PTFE-umhüllte O-Ringe bieten eine breite Chemikalienbeständigkeit zu einem interessanten Preisniveau. Jedoch erlaubt der Aufbau der Hülle das Eindringen von Chemikalien, was zu einem schnellen Ausfall der Dichtung führen kann. PTFE-beschichtete O-Ringe: Werden die O-Ringe mit Acryl- oder Latex- PTFE-Dispersion beschichtet, verfügen sie über einen geringen Reibungskoeffizienten, aber der Mantel wird schnell abgerieben. Dadurch bieten PTFE-ummantelte O-Ringe keinen ausreichenden Schutz gegen aggressive Chemikalien. Simriz -Perfluorelastomere: Dieses Hochleistungselastomer verbindet seine elastomeren Eigenschaften mit einer extrem breiten Medien- und Temperaturbeständigkeit und bietet damit ähnliche Eigenschaften wie ein FEP/PFA-ummantelter O-Ring. Metall: Metallische O-Ringe bieten eine akzeptable Chemikalienbeständigkeit und sehr hohe Druckstandfestigkeit. Sie sind jedoch sehr unflexibel und benötigen deutlich höhere Vorspannkräfte als Elastomerdichtungen. 3

4 Verfügbarkeit Ummantelte O-Ringe können in allen Abmessungen gefertigt werden, um möglichst allen Anwendungen gerecht zu werden. portfolio Das Profil Das meistverwendete Profil ist nach wie vor der runde Querschnitt. Aber auch ovale Profile für Dichtungen an Mannund Handlöchern sind gleichermaßen erhältlich wie Dichtungen mit halbrundem Profil für Rohrbündelwärmetauscher. In Pumpengehäusen und Plattenwärmetauschern werden quadratische und rechteckige Profile eingesetzt. Ecken sollten bei allen Profilen grundsätzlich abgerundet ausgelegt werden. Die Abmessungen Die Fertigungsgrößen der Innendurchmesser liegen zwischen 5 mm bis hin zu jeder gewünschten Größe. Ummantelte O-Ringe können grundsätzlich in allen metrischen, zöllischen und kundenspezifischen Schnurstärken geliefert werden. Bevorzugen Sie nach Möglichkeit bei Ihrer Nutauslegung gängige Schnurstärken, profitieren Sie neben den hervorragenden Eigenschaften auch von einem besonders wirtschaftlichen schnell verfügbaren Standard- Programm, das in vielen Abmessungen ab Lager lieferbar ist. Da bezüglich der Größe des Innendurchmessers keine Einschränkungen nach oben hin bestehen, zeigen wir in der auf Seite 6 aufgeführten Tabelle die Kleinstmaße, die möglich sind. Materialien Der FKM-Kern: FKM (schwarz) verfügt über sehr gute gummi-elastische Eigenschaften. Die Fähigkeit, nach einer Verformung seine ursprüngliche Form wieder anzunehmen, wird durch einen hervorragenden Druckverformungsrest (DVR) dargestellt. Der Silikon-Kern: Der Silikon-Kern, (meist rot) ist deutlich weicher als ein FKM-Kern, dafür aber temperaturbeständiger. Die FEP-Ummantelung: Durch Fluorisiertes Ethylenpropylen, kurz FEP, erhält der O-Ring seine hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber nahezu allen Flüssigkeiten, Gasen und Chemikalien (ausgenommen sind flüssige Alkalimetalle und einige Fluorverbindungen). Die PFA-Ummantelung: Das Perfluoralkoxy-Copolymer PFA ähnelt in seinen Anwendungsbereichen dem FEP. Es zeichnet sich zusätzlich durch verbesserte Kaltflusseigenschaften und durch optimierte mechanische Eigenschaften bei höheren Temperaturen aus. 4

5 Ausführungen Unsere Materialien lassen sich durch ihre Kombinationsfähigkeit kundenspezifisch auf den einzelnen Anwendungsfall anpassen. Selbstverständlich beraten wir Sie gerne hinsichtlich der optimalen Materialauswahl. Bitte nehmen Sie dafür Kontakt mit unseren Anwendungs- Ingenieuren auf. FKM-Kern mit FEP-Mantel: Diese Variante verfügt über herausragende Dichteigenschaften bei sehr geringem Druckverformungsrest des speziell ausgelegten FKM-Kerns. Liegen keine extremen Temperaturen vor, stellt der FKM-Kern die erste Wahl dar. Temperaturen: von 20 C bis +204 C Silikon-Hohlkern mit FEP-Mantel: Die Ausführung wird bei Anwendungen eingesetzt, in denen niedrige Anpresskräfte gefordert sind, z.b. bei Glas oder anderen empfindlichen Apparaturen, da sich der Ring einfacher anpasst als eine massive Dichtungsausführung. Temperaturen: von 60 C bis +204 C Silikon-Kern mit FEP-Mantel: Silikon verfügt zwar über ein besseres Tieftemperaturverhalten als FKM, lässt sich jedoch aus technischen Gesichtspunkten nicht direkt mit FKM vergleichen. Temperaturen: von 60 C bis +204 C Silikon-Hohlkern mit PFA-Mantel: Die PFA-Version vereint die Vorzüge des Silikon-Hohlkerns mit FEP-Mantel mit einem erweiterten Temperaturbereich. Temperaturen: von 60 C bis +260 C FKM-Kern mit PFA-Mantel: Der Vorteil dieser Kombination liegt in der Abriebfestigkeit des PFA-Mantels. Temperaturen: von 20 C bis +204 C Silikon-Kern mit PFA-Mantel: Silikon kombiniert mit PFA hat einen sehr hohen Temperatureinsatzbereich, insbesondere im oberen Bereich. Temperaturen: von 60 C bis +260 C 5

6 Abmessungen kleinstmöglicher Innendurchmesser Schnurstärke FKM-Kern Silikon-Kern Dicke der FEP/PFA-Hülle 1,60 7,20 7,20 1,78 7,20 7,20 0,203 2,00 7,20 7,20 0,203 2,50 9,30 9,30 0,254 2,62 9,30 9,30 0,254 3,00 10,00 12,00 0,254 3,15 12,00 10,00 0,305 3,53 12,00 12,00 0,305 4,00 18,00 18,00 0,305 4,30 22,00 18,00 0,381 4,50 22,00 18,00 0,381 5,00 22,00 19,00 0,381 5,33 20,00 20,00 0,508 5,50 27,00 25,00 0,508 5,70 27,00 25,00 0,508 6,00 27,00 25,00 0,508 6,30 28,00 27,00 0,508 6,99 39,00 32,00 0,508 8,00 60,00 50,80 0,508 8,40 70,00 50,80 0,508 9,00 70,00 50,80 0,508 9,50 73,00 50,80 0,508 10,00 74,00 57,00 0,508 11,00 98,00 70,00 0,762 12,00 100,00 70,00 0,762 12,70 102,00 70,00 0,762 14,00 130,00 130,00 0,762 15,00 177,80 177,8 0,762 Gehäuseauslegung radial axial t +/ t b +/ b t +/ t b +/ b 1,20 0,05 2,10 0,20 1,20 0,02 2,50 0,20 1,30 0,05 2,30 0,20 1,30 0,02 2,70 0,20 1,50 0,05 2,60 0,20 1,40 0,02 3,00 0,20 1,90 0,05 3,20 0,20 1,83 0,03 3,50 0,20 2,00 0,05 3,40 0,20 1,96 0,03 3,75 0,20 2,30 0,05 3,90 0,20 2,25 0,05 4,15 0,20 2,50 0,05 4,30 0,20 2,55 0,05 4,60 0,20 2,75 0,05 4,50 0,20 2,65 0,05 4,95 0,20 3,15 0,05 5,20 0,20 3,05 0,05 5,25 0,20 3,38 0,05 5,50 0,20 3,25 0,05 5,50 0,20 3,60 0,05 5,80 0,20 3,45 0,05 5,80 0,20 4,00 0,05 6,50 0,20 3,85 0,05 6,40 0,20 4,30 0,05 6,90 0,20 4,30 0,05 7,25 0,20 4,50 0,05 7,10 0,20 4,38 0,05 7,30 0,20 4,65 0,05 7,40 0,20 4,45 0,05 7,40 0,20 4,95 0,05 7,80 0,20 4,85 0,05 7,80 0,20 5,25 0,05 8,20 0,20 5,20 0,05 8,20 0,20 5,85 0,05 9,10 0,20 5,75 0,05 9,10 0,20 6,75 0,10 10,40 0,20 6,40 0,07 10,20 0,20 7,15 0,10 10,90 0,20 6,65 0,07 10,90 0,20 7,70 0,10 11,70 0,20 7,30 0,07 11,70 0,20 8,20 0,10 12,30 0,20 7,80 0,10 12,30 0,20 8,65 0,10 13,00 0,20 8,20 0,10 13,00 0,20 9,70 0,10 14,30 0,20 9,20 0,10 14,30 0,20 10,60 0,10 15,60 0,20 10,00 0,10 15,60 0,20 11,40 0,10 16,70 0,20 10,80 0,10 16,70 0,20 12,50 0,10 18,80 0,20 12,00 0,10 19,00 0,20 13,00 0,10 19,80 0,20 12,70 0,12 21,00 0,22 t = Nuttiefe, b = Nutbreite Rechtliche Hinweise Die Angaben in dieser Produktinformation beruhen auf den Erfahrungen jahrzehntelanger Forschung für die Entwicklung und Herstellung von Dichtungsprodukten bei der Unternehmensgruppe Freudenberg. Die Dichtwirkung unserer Produkte wird jedoch nicht allein vom Bauteil selbst erbracht, sondern in Abhängigkeit vom konkreten Einsatzzweck und unterschiedlichsten Rahmenbedingungen wie etwa Montage, Materialpaarung, Druck, Temperatur, abzudichtende Medien, schwingungstechnische Einflüsse, eventueller Schmutzanfall sowie weiteren Faktoren, welche die Funktion und Lebensdauer der Dichtungen merklich beeinflussen können. Vor diesem Hintergrund stellen Angaben in dieser Produktinformation nur allgemeine, nicht verbindliche Richtwerte dar, die nicht für jeden Einsatzzweck Gültigkeit beanspruchen. Wir empfehlen daher, konkrete Einsatzfälle grundsätzlich mit unserem Beratungsservice zu besprechen. In Fällen spezieller Anforderungen (z.b. durch aggressive Medien) sollte die Dichtung in Zusammenarbeit mit uns ausgewählt werden, wobei Versuche zur Überprüfung der Funktionssicherheit vor einem Feldeinsatz oft unerlässlich sind. Im Zuge von Produktoptimierungen behalten wir uns vor, das Produktprogramm, Produktionsstandorte, Produkte und deren Herstellungsprozesse sowie die Angaben in dieser Produktinformation ohne vorherige Ankündigung zu ändern. 6

7 Wenn möglich empfehlen wir die Auslegung des Gehäuses wie unten dargestellt (geteilter Aufbau), in Anlehnung an die Maßtabelle. Alle Kontaktflächen sollten eine Rauhigkeit von 50 µm nicht überschreiten. Die Schrägkanten z.b. an Einbauhilfen sollten einen Winkel von 30 bis 40 aufweisen, abgerundet und glatt sein und eine Mindestlänge von 50% der Schnurstärke haben. Datenblatt 70 Simriz 491 Axial Radial A b t b Druck von außen t Axial Radial A b t b Innendruck t t = Nuttiefe, b = Nutbreite Toleranzen des Innendurchmessers Ummantelte O-Ringe können nicht mit den gleichen Toleranzen wie konventionelle O-Ringe gefertigt werden. Bedingt durch die Temperaturempfindlichkeit des FEP werden ummantelte O-Ringe so gefertigt und kontrolliert, dass die Konformität zur DIN 7715 M2F gewahrt bleibt. 7

8 Zulassungen und Toleranzen FDA-Konformität Toleranz des Innendurchmesser Toleranz der Schnurstärke Diese Konformität bezieht sich auf eine Zulassung der U.S. Federal Food and Drug Administration, welche den Einsatz von Fluorpolymeren regelt, die mit Lebensmitteln in Kontakt gelangen. Die FEP- und PFA-O-Ringe entsprechen der FDA Regulation 21 CFR Diese Spezifikation beinhaltet eine Zulassung des United States Department of Agriculture (USDA) für Einsatz in direktem Kontakt mit Fleisch- und Geflügelprodukten und eine Zulassung der Dairy and Food Industries Supply Association Inc. für den Einsatz in Verbindung mit Milchprodukten. Anforderungen an USP Class IV für den Einsatz in der Pharmaindustrie werden erfüllt. Bitte bedenken Sie, dass die Zulassungen nur für die Materialien der Ummantelungen gelten. Während des normalen Gebrauchs steht nur der Mantel in Kontakt mit dem abzudichtenden Medium. Wird der Mantel allerdings beschädigt, kann das Medium auch mit dem Kern in Kontakt kommen. Innendurchmesser Toleranz Innendurchmesser Schnurstärke Toleranz Schnurstärke 0,0 bis 12,7 0,20 1,5 bis 2,65-0,08 bis +0,12 12,8 bis 25,4 0,25 2,7 bis 3,15-0,08 bis +0,12 25,5 bis 38,1 0,30 3,2 bis 3,7-0,10 bis +0,15 38,2 bis 50,8 0,45 3,8 bis 4,75-0,12 bis +0,18 50,9 bis 63,5 0,55 4,8 bis 5,4-0,13 bis +0,20 63,6 bis 88,9 0,61 5,5 bis 6,4-0,13 bis +0,20 89,0 bis 101,6 0,71 6,5 bis 7,0-0,15 bis +0,22 101,7 bis 127,0 0,76 7,1 bis 8,3-0,18 bis +0,25 127,1 bis 152,4 0,94 8,4 bis 9,6-0,20 bis +0,30 152,5 bis 177,8 1,02 9,7 bis 12,7-0,25 bis +0,35 177,9 bis 203,2 1,14 12,8 bis 15,0-0,30 bis +0,40 203,4 bis 254,0 1,40 16,0 bis 18,0-0,40 bis +0,60 254,1 bis 330,2 1,52 19,0 bis 20,0-0,45 bis +0,68 330,3 bis 406,4 1,78 21,0 bis 25,0-0,50 bis +0,75 406,5 bis 1000,0 2, ,1 bis 1500,0 2, ,1 bis 2000,0 3,90 Standardmäßig ist ein Silikon-Kern FDAkonform, ein FKM-Kern jedoch nicht. Die Fertigung eines FDA-konformen FKM-Kerns ist möglich. 8

9 Die Montage Innendichtend Die Gehäusenut Um eine verlängerte Einsatzzeit der Dichtung zu erreichen, ist eine korrekte Montage unabdingbar. 90% der Dichtungsausfälle bei ummantelten O-Ringen beruhen auf Einbaufehlern oder einer fehlerhaften Konstruktion des Einbauraumes. Das Einpassen in eine Nut im Gehäuse kann sich als schwierig erweisen, da der O-Ring deformiert werden muss. Dies geschieht am besten, indem man den Ring 10 Minuten in heißes Wasser einlegt, ihn danach schnell aus dem Wasser nimmt und in die Nut einbaut. Man schiebt die Vorderkante der Dichtung über die Nut hinaus. Die Stange sollte eingeschoben werden, solange der Ring noch warm und verformbar ist. Nachdem man die hintere Kante des Rings vorsichtig in der Nut positioniert hat, zieht man die Vorderkante zurück, bis die Dichtung in die Nut einschnappt. Unter Umständen ist es bei kleineren Gehäusen notwendig, Einbauhilfen zu verwenden. Bitte sprechen Sie uns an, wenn diesbezüglich Detailfragen auftreten. Innendichtend Innendichtend Außendichtend Außendichtend Die Nut auf einer Welle Es ist möglich, die ummantelten O-Ringe außendichtend einzubauen. Hierzu verwendet man einen Einbaukegel. Wieder muss der Ring in heißes Wasser eingelegt werden, schnell und gleichmäßig über den Kegel geschoben werden, bis der Ring in die Nut einschnappt. Es kann notwendig werden, dass der Ring wieder auf das ursprüngliche korrekte Maß zusammengedrückt werden muss. Dies geschieht, indem man mit Hilfe eines zweiten äußeren Rings Druck aufbringt. Dieser Ring besteht wie der Einbaukegel aus Metall oder Kunststoff. Auch die Einbauhilfen verursachen, genauso wie die Ecken und Kanten der Nut, Defekte an der Dichtung, falls sie nicht gänzlich frei sind von Graten und scharfen Kanten. Ummantelte Dichtungen lassen sich nur um wenige Prozente dehnen und stauchen. Schwierigkeiten mit der Montage können vermieden werden, wenn die Einbauräume so ausgelegt werden, dass die Dichtung unverformt eingebaut werden kann (geteilte Gehäuse). 9

10 Häufig gestellte Fragen 1. Warum sind kleinere Abmessungen teilweise teurer? Kleinere Abmessungen, die unter einem gewissen Mindestmaß liegen, sind schwieriger zu fertigen, was sich auf die Herstellungskosten auswirkt. 2. Ist es möglich mit PTFE nahtlos zu ummanteln? Nein, PTFE ist ein gesintertes Pulver und kein Schmelzmaterial. Die Temperaturen beim Herstellungsprozess wären so hoch, dass sie das Elastomermaterial zerstören würden. Es kann im Gegensatz zu FEP und PFA kein Schlauchmaterial gefertigt werden. 3. Ist es möglich einen EPDM-Kern einzusetzen? Wir empfehlen den Einsatz von EPDM aufgrund der Hitzealterung, die während des Herstellprozesses auftritt, nicht. FKM und Silikon widerstehen solchen Temperaturen ohne Leistungsminderungen. 4. Sind auch Querschnitte abweichend vom Standard erhältlich? Die Produktion ist technisch möglich, sowohl bei runden als auch rechteckigen Profilen. Das Werkzeug für die Ummantelung ist jedoch äußerst aufwendig und deshalb insbesondere bei kleinen Mengen nicht immer wirtschaftlich. 5. Die Toleranzen bei ummantelten O-Ringen sind größer. Warum? Ummantelte O-Ringe lassen sich nicht in gleichen Toleranzen realisieren wie Standard-O-Ringe, da sich durch die unterschiedlichen Steifigkeiten von Mantel und Kern der Ring verformen kann. 6. Wann sollten ummantelte O-Ringe nicht eingesetzt werden? Bei dynamischen Anwendungen Ummantelte O-Ringe sind statische Dichtungen. Sogar relativ niedrige Geschwindigkeiten bei guten Oberflächen können zu Beschädigungen des Mantels und somit zur Leckage führen. Dehnen Starkes Dehnen führt zum Aufplatzen des Mantels. Wir raten davon ab, den Ring um mehr als das Doppelte der Schnurstärke zu dehnen. Dies gilt auch beim Einsatz der in Kapitel Montage beschriebenen Einbauhilfen. Stauchen Unsachgemäßes Stauchen von ummantelten O-Ringen kann zu Problemen führen. Zu heftiges Einpressen des Rings in ein Gehäuse kann durch starkes Knicken Beschädigungen verursachen. Das Vorwärmen, wie im Abschnitt Montage beschrieben, ist deshalb sehr wichtig. Bei hohen Drücken Einer der häufigsten Gründe für ein Versagen der Dichtfunktion unter Hochdruck sind zu große Spalte. Dies verursacht eine Extrusion des Mantels, die innerhalb kürzester Zeit zum Ausfall der Dichtung führt. Bei abrasiven Medien Wenn die Dichtung mit abrasiven Flüssigkeiten oder Pulvern in Kontakt kommt, wird der Mantel in Kürze zerstört. Weder FEP noch PFA sind dafür ausgelegt. 10

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12 Freudenberg Process Seals GmbH & Co. KG Lorscher Straße 13, Weinheim, Germany Phone +49 (0)