Hitzebeständige Gummiunterlegscheibe: Anwendungen in industriellen Öfen

Warum hitzebeständige Gummischeiben bei ungeeigneter Werkstoffauswahl versagen

Thermische Beanspruchung und Dichtungsversagen bei Ofentüren und Flanschverbindungen

Wenn Industrieöfen ständig Heizzyklen durchlaufen, sind Gummidichtungen langfristig starken Belastungen ausgesetzt. Wir sprechen hier von Temperaturen, die immer wieder von Raumtemperatur bis über 260 Grad Celsius ansteigen und anschließend abkühlen. Laut einigen Fachartikeln zu Dichtungen führt diese Beanspruchung bereits nach etwa einem halben Jahr zur Bildung winziger Risse. Diese entstehen meist an Stellen mit hoher Druckkonzentration, insbesondere wenn sich die Ausdehnung der Metallteile beim Erhitzen von der der Gummidichtungen unterscheidet. Was passiert danach? Die Dichtung zwischen den Flanschen wird schwächer. Wärme tritt verstärkt aus, wodurch die Effizienz des Ofens sinkt (zwischen 12 % und 18 %), und die Sicherheit für die Anlagenbediener wird zunehmend problematisch.

Kompressionsset-Verschlechterung oberhalb von 150 °C: Wie sie die Langzeitintegrität von Gummidichtungen beeinträchtigt

Ein kontinuierlicher Betrieb über 150 °C führt zu einem irreversiblen Zerfall der Polymerketten – bekannt als Druckset –, wodurch dauerhaft Elastizität verloren geht. Bei 200 °C verlieren herkömmliche Elastomere innerhalb von nur 500 Betriebsstunden 40–60 % ihrer Rückprallfestigkeit (gemäß ASTM D395-Prüfung). Diese Verformung erzeugt unebene Dichtflächen, die folgendes ermöglichen:

• Kumulierte Wärmeabstrahlung (>15 % Energieverlust)
• Verdreifachung der Austauschhäufigkeit
• Eindringen von Verunreinigungen in lebensmitteltauglichen Umgebungen
  Da die Alterung unsichtbar fortschreitet, muss die Werkstoffauswahl die Langzeitleistung berücksichtigen – nicht nur die Spitzen-Temperaturbeständigkeit.

Vergleich wichtiger Gummischeiben-Materialien für den Einsatz in Industrieöfen

Silikonkautschuk-Scheiben: Hohe Flexibilität und intermittierende Stabilität bis 300 °C

Silikonkautschuk-Dichtungen vertragen Hitze sehr gut in Öfen, die zyklisch ein- und ausschalten. Die chemische Struktur von Silikon bleibt flexibel, selbst wenn die Temperaturen auf -60 Grad Celsius sinken und während kurzer Heizphasen auf etwa 300 Grad Celsius ansteigen. Das bedeutet, dass Türen auch nach zahlreichen Heiz- und Abkühlzyklen dicht schließen. Tests zeigen, dass Silikon nach der Beanspruchung bei 200 Grad Celsius gemäß ASTM-Norm nur etwa 15 % seiner Form verliert, wodurch es sich gegenüber dauerhafter Verformung besser behauptet als andere Materialien. Es gibt jedoch einen Haken: Wenn diese Dichtungen zu lange bei Temperaturen über 150 Grad Celsius im Dampf stehen, beginnen sie chemisch abzubauen. Dies wird zu einem großen Problem in Umgebungen, in denen regelmäßige Sterilisation oder Reinigung mit hoher Feuchtigkeit erforderlich ist.

Viton® (FKM) Kautschuk-Dichtungen: Hervorragende chemische Beständigkeit und kontinuierliche Einsatzfähigkeit bis 204 °C (400 °F)

Wenn hohe Temperaturen auf aggressive Chemikalien treffen, zeichnen sich Viton®-Fluoropolymer-Dichtscheiben durch ihre Überlegenheit gegenüber dem Wettbewerb aus. Die einzigartige Fluor-Kohlenstoff-Bindung des Materials ermöglicht einen kontinuierlichen Einsatz selbst bei 204 °C, ohne dass es unter Einwirkung von Ölen, verschiedenen Säuren, Lösungsmitteln und lästigen katalytischen Abgasen zerfällt. Nehmen wir beispielsweise katalytische Öfen: Nach 1.000 Stunden in solch sauren Bedingungen behalten diese Dichtscheiben noch etwa 90 % ihrer ursprünglichen Zugfestigkeit. Das entspricht laut den technischen Spezifikationen von DuPont etwa dem Dreifachen dessen, was typischerweise bei Silikon beobachtet wird. Für industrielle Anwendungen wie Metallhärteöfen, die regelmäßig mit Abschrecköl-Dämpfen und Umgebungen mit Druckdampf zu kämpfen haben, ist diese Art von Haltbarkeit mit heutigen Marktmaterialien nicht zu übertreffen.

EPDM-Gummidichtscheiben: Kostengünstig nur unterhalb von 150 °C – Risiken der thermischen Oxidation bei dauerhaftem Ofeneinsatz

EPDM-Dichtscheiben sind wirtschaftlich gut geeignet für Dichtanwendungen, jedoch nur, wenn die Temperaturen unter etwa 150 Grad Celsius bleiben. Ihre gesättigte chemische Struktur macht sie beständig gegen Ozon und Dampf, doch bei höheren Temperaturen als diese Grenze beginnen sie schnell zu zerfallen. Laut neuesten Erkenntnissen von Rubber World aus dem Jahr 2023 verlieren diese Scheiben nach etwa 500 Betriebsstunden bei Temperaturen über 160 Grad Celsius mehr als 40 Prozent ihrer Elastizität. Diese Alterung führt zu Oberflächenrissen und letztendlich zum Versagen der Dichtungen an Stellen wie Backofenöfen, wo die Wärmebelastung am höchsten ist. Für sekundäre Bauteile wie Verbindungen von Lüftungskanälen eignen sich EPDM-Scheiben dennoch gut. Wer sie jedoch als Hauptdichtmaterial an Ofentüren oder Flanschen einsetzen möchte, wird voraussichtlich später Probleme bekommen.

Abgleich von Gummischeiben-Spezifikationen mit realen industriellen Ofenumgebungen

Backöfen für die Lebensmittelverarbeitung: Silikonkautschukdichtungen für FDA-konforme Abdichtung und Vakuumdichtigkeit

Silikonkautschuk-Dichtungen erfüllen die FDA-Norm 21 CFR 177.2600 für Materialien, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, wodurch sie besonders gut für Anwendungen wie Backen, Braten und Vakuumverpackungen in Industrieöfen geeignet sind. Diese Dichtungen vertragen Kurzzeiteinsätze von Dampfreinigungsprozessen mit Temperaturen bis zu 150 Grad Celsius, ohne schädliche Substanzen freizusetzen. Hervorzuheben ist ihre Fähigkeit, über längere Zeit ihre Form beizubehalten. Nach 168 aufeinanderfolgenden Stunden bei 177 Grad Celsius weisen sie lediglich etwa 15 % KompRESSIONsset auf. Diese Eigenschaft sorgt dafür, dass sie auch nach unzähligen Öffnungs- und Schließvorgängen der Ofentüren stets den richtigen Druck aufrechterhalten. Für Hersteller von Fleischprodukten oder Backwaren ist diese Beständigkeit von entscheidender Bedeutung, da sie dazu beiträgt, dichte Vakuumverschlüsse aufrechtzuerhalten und unerwünschte Mikroorganismen während der gesamten Produktionsdauer von verpackten Lebensmitteln fernzuhalten.

Metallhärte- und katalytische Öfen: Viton®-Gummischeiben, beständig gegen Dampf, Ölnebel und saure Abgase

Viton®- (FKM-) Scheiben halten kontinuierlichem Betrieb bei etwa 204 °C in anspruchsvollen thermischen Prozessbedingungen stand. Diese Scheiben widerstehen gut Problemen wie Quellen oder Verhärtung, die durch Abschreckölnebel, saure Abgase und starke Dampfstrahlen verursacht werden, wie sie häufig bei Aluminium-Härtungsverfahren und Abgasbehandlungsanlagen auftreten. Nach einer Standzeit von etwa 1.000 Stunden bei Temperaturen bis zu 230 °C behalten diese Scheiben ihre Form mit weniger als 20 % KompRESSIONsset bei. Das bedeutet, dass sie auch in rauen Umgebungen, die mit Giftstoffen belastet sind oder unter Druck stehen, eine ordnungsgemäße Abdichtung aufrechterhalten. Zudem hilft ihre Fähigkeit, plötzlichen Temperaturänderungen standzuhalten, dabei, Risse zu verhindern, wenn kalte Bauteile in heiße Kammern von etwa 400 °F eingebracht werden.

Kritische nicht-temperaturbezogene Faktoren bei der Auswahl und Montage von Gummischeiben

Wenn es um die Haltbarkeit von Dichtungen geht, ist die Temperatur nicht immer das Hauptanliegen. Mindestens genauso wichtig, wenn nicht sogar wichtiger, ist die chemische Beständigkeit. Viele industrielle Umgebungen setzen Geräte harschen Chemikalien aus, die Materialien im Laufe der Zeit zersetzen. Denken Sie an Laugen, bekannte organische Lösungsmittel oder saure Substanzen, die sich bei der Lebensmittelverarbeitung und Metallbehandlung ansammeln. Diese Stoffe können Materialien angreifen, selbst wenn die Temperaturen im zulässigen Bereich liegen. Dampfreiche katalytische Öfen beispielsweise erfordern Materialien, die gegenüber wasserbasierten Reaktionen beständig sind. Dann gibt es noch das Problem mit sauren Abgassystemen, für die spezielle Polymere wie Viton erforderlich sind, die unter sauren Bedingungen nicht schmelzen. Die richtige Auswahl macht einen großen Unterschied bei den Wartungskosten und der gesamten Lebensdauer der Ausrüstung.

Umwelteinflüsse—einschließlich UV-Strahlung und Ozon—führen ebenfalls zur Alterung von Elastomeren, insbesondere in der Nähe von Belüftungshauben oder im Freien installierten Öfen. Während Silikon eine hervorragende Ozonbeständigkeit aufweist (gemäß ASTM D1149), quillt es schnell in kohlenwasserstoffbasierten Flüssigkeiten an. Viton® dagegen widersteht Ölen, leidet jedoch unter andauernden Bedingungen mit viel Wasserdampf.

Die richtige Montage ist genauso wichtig wie alle anderen Faktoren. Wenn Flansche während der Montage zu stark zusammengedrückt werden, entsteht eine sogenannte vorzeitige Druckverformung (premature compression set), wodurch die Dichtkraft laut ASTM-Normen um fast die Hälfte reduziert werden kann. Entscheidend ist hier die Anwendung des richtigen Drehmoments, das je nach Härtegrad und tatsächlicher Dicke der Unterlegscheibe angepasst werden muss. Dies hilft, Probleme wie Materialauspressung oder dauerhafte Formveränderungen zu vermeiden. Für die laufende Wartung sind regelmäßige Kontrollen unerlässlich. Achten Sie auf Anzeichen wie Risse an den Oberflächen, Veränderungen in der Materialhärte (gemessen in Shore-A-Einheiten) sowie Verzögerungen beim Zurückkehren in die ursprüngliche Form nach Entlastung. Dies sind Warnsignale dafür, dass ein Ausfall droht, wenn nicht rechtzeitig gegengesteuert wird.

Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:

• Chemische Beanspruchung (Säuren, Laugen, Lösungsmittel, Dampf)
• Erforderliche Toleranz gegenüber Druckverformung unter Dauerbelastung
• UV/Ozon-Beständigkeitsbewertungen gemäß ASTM D1149
• Drehmomentvorgaben abgestimmt auf Härte und Geometrie der Unterlegscheibe

FAQ

Warum versagen hitzebeständige Gummischeiben?

Hitzebeständige Gummischeiben versagen hauptsächlich aufgrund von thermischen Spannungen, falscher Materialauswahl und chemischer Beanspruchung. Langfristig führen diese Faktoren zu Rissen, verminderter Elastizität und einer beeinträchtigten Dichtwirkung.

Was ist eine Druckset-Versprödung und welche Auswirkungen hat sie?

Die Druckset-Versprödung tritt auf, wenn Gummi nach längerer Einwirkung hoher Temperaturen seine Elastizität verliert und sich dauerhaft verformt. Dies kann zu unebenen Dichtflächen und einer erhöhten Leckagegefahr führen.

Warum wird Silikongummi für Backofen in der Lebensmittelverarbeitung bevorzugt?

Silikongummi-Dichtungen erfüllen die FDA-Normen und gewährleisten eine sichere Berührung mit Lebensmitteln. Sie behalten ihre Form auch nach wiederholten Erhitzungszyklen bei und vertragen Dampfreinigung, ohne schädliche Stoffe freizusetzen.

Was macht Viton®-Gummischeiben für Einsatz in Metallhärteöfen geeignet?

Viton®-Dichtungen widerstehen hohen Temperaturen, Ölen und sauren Bedingungen, wodurch sie ideal für anspruchsvolle thermische Verarbeitungsumgebungen sind. Sie behalten ihre Form und Dichteigenschaften auch nach längerer Beanspruchung unter rauen Bedingungen bei.

Wie wichtig ist die sachgemäße Montage von Gummidichtungen?

Eine sachgemäße Montage ist entscheidend, um Probleme wie vorzeitige Setzung durch Kompression und Materialaustritt zu vermeiden. Dies beinhaltet das Anwenden des korrekten Drehmoments entsprechend der Härte und Dicke der Dichtung, um eine optimale Dichtkraft sicherzustellen.