Dichtung für technische Anwendungen: Bauformen, Werkstoffe, Auswahl

Die richtige Dichtung folgt aus Einbauraum, Temperatur, Medium, Druck und Norm: O-Ring oder Flachdichtung für Nut und Flansch, Profil- oder Formdichtung für Spalte und Sondergeometrien. Der Werkstoff wird danach festgelegt, denn Silikon, EPDM, NBR und FKM decken unterschiedliche Temperaturbereiche und Medien ab und erfüllen nicht dieselben Nachweise. In der Praxis scheitern Fehlbesetzungen selten an der Bauform und häufig an fehlenden Angaben zu Reinigungsmedien, Temperaturspitzen und Einbautoleranzen. Dieser Beitrag ordnet Bauformen und Werkstoffe den Punkten eines Lastenhefts zu und zeigt, welche Daten eine Anfrage braucht.

Bauformen: welche Dichtung zu welchem Einbauraum passt

Der O-Ring ist die Standardlösung für Nuten mit definierten Maßen. Abmessungen und Toleranzen regelt DIN ISO 3601, bei statischer Abdichtung liegt die Verpressung des Schnurdurchmessers typisch bei 15 bis 30 %. Die Nut braucht ausreichend Freiraum, weil Elastomere sich bei Wärme und durch Quellung ausdehnen. Die Flachdichtung wird aus Plattenware gestanzt oder wasserstrahlgeschnitten und dichtet Flansche, Deckel und Gehäuseteilungen. Bei Elastomer-Flachdichtungen begrenzt die zulässige Flächenpressung die Schraubenkraft: Wird zu stark angezogen, fließt der Werkstoff seitlich aus und verliert seine Rückstellkraft.

Die Profildichtung entsteht im Extrusionsverfahren und wird als Meterware geliefert oder zu Rahmen gestoßen und vulkanisiert. Sie eignet sich für Türen, Klappen und Gehäuse mit langen Dichtlinien und größeren Spalttoleranzen. Hohlkammerprofile und Profile mit Dichtfahne gleichen Spaltschwankungen bei geringer Schließkraft aus, Vollprofile nehmen höhere Anpresskräfte auf. Übliche Querschnitte zeigen unsere extrudierten Silikonprofile. Die Formdichtung wird im Werkzeug gepresst oder gespritzt. Sie ist sinnvoll, wenn die Geometrie dreidimensional ist, Ecken ohne Stoßstelle verlangt werden oder Durchführungen und Montagelaschen integriert sein sollen, wie bei Silikonformteilen nach Zeichnung.

Die aufblasbare Dichtung ist ein Hohlprofil, das nach dem Schließen mit Druckluft beaufschlagt wird und sich erst dann an die Gegenfläche legt. Beim Öffnen und Schließen reibt nichts an der Dichtung, und größere Spalte oder Unebenheiten lassen sich überbrücken. Eingesetzt wird sie an Autoklaven, Isolatoren, Trocknern und Behältertüren. Konstruktiv braucht sie einen Luftanschluss am Profil, eine Druckregelung und eine Nut, die das Profil im drucklosen Zustand sicher hält.

Werkstoffe: Temperatur und Medium bestimmen die Wahl

Silikon (VMQ) deckt je nach Compound typisch -60 °C bis +200 °C ab, Sondermischungen kurzzeitig auch mehr. Es ist gegen Ozon und UV-Strahlung beständig und wird häufig in Lebensmittel- und Medizinanwendungen eingesetzt. Grenzen liegen bei Weiterreißfestigkeit und Abrieb. Standardtypen quellen in Mineralölen und Kraftstoffen deutlich, für dauerhaften Heißdampf sind dafür ausgelegte Compounds nötig. Wie sich das auf einzelne Bauformen auswirkt, beschreibt unser Beitrag zu Silikondichtungen in der Industrie.

EPDM ist typisch von -40 °C bis +140 °C einsetzbar und gilt als Standard für Heißwasser, Dampf und viele Laugen, verträgt aber keine Mineralöle und Fette. NBR arbeitet typisch zwischen -30 °C und +100 °C und ist die übliche Wahl bei Hydrauliköl, Schmierfett und Kraftstoff, altert jedoch unter Ozon und Witterung. FKM hält typisch -20 °C bis +200 °C und ist gegen Öle, Kraftstoffe und viele Säuren beständig. Die Kälteflexibilität ist begrenzt, und Standardtypen sind für Heißdampf, Ketone und Amine ungeeignet.

Silikonschaum kommt dort zum Einsatz, wo nur geringe Schließkräfte aufgebracht werden können, etwa bei dünnwandigen Deckeln, Leuchtengehäusen oder Schaltschranktüren. Er dichtet gegen Staub und Spritzwasser und dämmt Wärme, ist aber nicht für Druckbeaufschlagung gedacht. Die geeignete Verpressung hängt vom Raumgewicht ab und wird anhand des Datenblatts der jeweiligen Type festgelegt. Geschlossenzellige Schäume nehmen deutlich weniger Wasser auf als offenzellige und sind im Außenbereich die übliche Wahl.

Druck, Bewegung und Einbau: typische Fehler aus der Praxis

Unter Druck muss der Werkstoff zur Spaltweite passen. Ein zu weicher O-Ring wird in den Dichtspalt extrudiert und an der Kante abgeschert. Abhilfe schaffen eine höhere Härte, ein engerer Spalt oder Stützringe; O-Ringe in 70 Shore A sind der übliche Ausgangspunkt. Silikon ist wegen seiner geringen Weiterreiß- und Abriebfestigkeit für Dichtstellen mit Relativbewegung nur eingeschränkt geeignet und wird bevorzugt statisch eingesetzt.

Viele Ausfälle entstehen bei der Montage. O-Ringe werden über Gewinde oder scharfe Kanten gezogen, verdreht eingelegt oder so stark gedehnt, dass der Schnurquerschnitt abnimmt. Einführschrägen von 15° bis 20° verhindern Schnittverletzungen. Häufig unterschätzt wird das Montagefett: Silikonfett lässt Silikondichtungen quellen, Mineralölfette schädigen EPDM. Das Montagehilfsmittel gehört deshalb in die Spezifikation.

Bei Ersatzbeschaffungen wird oft das ausgebaute Altteil vermessen. Das führt zu falschen Maßen, weil eine gealterte Dichtung durch Druckverformungsrest (Prüfung nach DIN ISO 815-1), Quellung oder Schrumpf ihre Geometrie verändert hat. Maßgeblich sind Nutmaße, Einbauzeichnung oder die ursprüngliche Artikelspezifikation. Das Schadensbild liefert zusätzliche Hinweise: Verhärtung und Risse deuten auf Temperatur oder Ozon, Volumenzunahme auf ein unverträgliches Medium, ausgefranste Kanten auf Extrusion.

Normen und Nachweise für Lebensmittel, Medizin und Fahrzeug

Für Lebensmittelkontakt bildet die Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 den rechtlichen Rahmen. Für Silikonelastomere ist in Deutschland die BfR-Empfehlung XV die übliche Bewertungsgrundlage; sie ist keine Rechtsnorm, sondern eine Empfehlung. Sie sieht unter anderem höchstens 0,5 % flüchtige organische Bestandteile vor, was in der Regel ein Tempern nach der Vulkanisation erfordert. FDA 21 CFR 177.2600 gilt in den USA für Gummiartikel, die wiederholt mit Lebensmitteln in Kontakt kommen. Für die Konformitätserklärung braucht der Hersteller Art des Lebensmittels, Kontakttemperatur und Kontaktdauer.

In der Medizintechnik wird häufig USP Class VI verlangt. Das ist eine Prüfklassifizierung nach USP <88> zur biologischen Reaktivität und ersetzt nicht die Beurteilung des fertigen Medizinprodukts nach ISO 10993, die beim Inverkehrbringer liegt. Im Fahrzeugbau stehen Brandverhalten und Werknormen im Vordergrund: EN 45545-2 für Schienenfahrzeuge, ISO 3795 oder FMVSS 302 für den Kfz-Innenraum, dazu Prüfvorschriften der OEM. Maßtoleranzen für Elastomerteile legt DIN ISO 3302-1 fest, mit den Klassen M1 bis M4 für Formteile und E1 bis E3 für Extrusionsprofile.

Welche Angaben eine Anfrage beim Hersteller braucht

Eine belastbare Anfrage enthält die Einbausituation als Zeichnung mit Nut-, Spalt- und Flanschmaßen samt Toleranzen, die Temperatur als Dauerwert und als Spitze mit Dauer, alle Medien einschließlich Reinigungs- und Desinfektionsmitteln mit Konzentration und Temperatur sowie den Druck mit Höhe, Richtung und Angabe, ob Vakuum auftritt. Dazu kommen Bewegungsart, Härte, Farbe, geforderte Nachweise, Toleranzklasse und die voraussichtliche Losgröße, weil sie über Werkzeugkonzept und Fertigungsverfahren mitentscheidet.

Typisch für unvollständige Anfragen ist eine Angabe wie Silikondichtung, 60 Shore, rot, ohne Medium und Temperatur. Ob ein Standardcompound genügt oder etwa eine metalldetektierbare oder flammgeschützte Mischung nötig ist, lässt sich daraus nicht ableiten. Bei Profilen helfen eine Querschnittsskizze und die Angabe, ob Meterware, Ringe oder vulkanisierte Rahmen gebraucht werden, bei Formteilen ein 3D-Modell und ein Muster des Gegenstücks. Sind Punkte im Lastenheft noch offen, ist eine Bemusterung mit Einbauversuch beim Anwender sicherer als eine Freigabe nach Datenblatt.

Häufige Fragen

Kann eine Silikondichtung eine NBR-Dichtung ersetzen?

Nur wenn die Dichtstelle keinen dauerhaften Kontakt mit Mineralöl oder Kraftstoff hat und überwiegend statisch arbeitet. Standard-Silikone quellen in diesen Medien und haben eine geringere Weiterreißfestigkeit als NBR. Ihr Vorteil ist der größere Temperaturbereich. Vor dem Wechsel sollte die Nutgeometrie geprüft werden, weil sich Wärmeausdehnung und Volumenänderung unterscheiden.

Welche Shore-Härte ist für eine Dichtung üblich?

O-Ringe werden meist in 70 Shore A eingesetzt. Weiche Profile für Türen und Klappen haben eine geringere Härte, damit geringe Schließkräfte ausreichen; härtere Typen widerstehen Druck und Spaltextrusion besser. Die Härte wird nach DIN ISO 48-4 geprüft und gehört mit Toleranz in die Spezifikation. Silikonschaum wird über Raumgewicht und Stauchhärte spezifiziert.

Was ist bei Rahmen aus Profildichtungen zu beachten?

Profilrahmen werden aus Meterware zugeschnitten und an den Stoßstellen vulkanisiert oder geklebt. Vulkanisierte Stöße sind in der Regel belastbarer und kommen ohne Klebstoff aus, was bei Lebensmittelkontakt relevant ist. Bei engen Radien kann ein Hohlprofil einknicken, dann sind geformte Ecken oder ein Formteil die bessere Lösung. Die Anfrage braucht Innen- oder Außenmaß des Rahmens und die Lage der Stoßstelle.

Reicht eine FDA-Konformität für den Einsatz in Europa?

Nein. FDA 21 CFR 177.2600 ist eine US-Vorschrift. In der EU muss das Material die Anforderungen der Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 erfüllen, in Deutschland wird für Silikone die BfR-Empfehlung XV herangezogen. Viele Compounds erfüllen beide Anforderungen, das muss aber für die konkrete Mischung durch eine Konformitätserklärung belegt sein.