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O-Ringe für tiefe Temperaturen in kryogenen Anwendungen

O-Ringe für tiefe Temperaturen in kryogenen Anwendungen

O-Ringe werden in verschiedenen Industrien verwendet. Einige Branchen erfordern Dichtungen, um in rauen Umgebungen mit niedrigen Temperaturen eine gute Leistung zu erbringen. Kryoanwendungen beziehen sich am häufigsten auf Betriebsumgebungen, in denen die Temperatur unter -150 ° C sinkt. Kryodichtungen sollen einen sicheren und zuverlässigen Betrieb ohne Leckagerisiko gewährleisten. O-Ringe für niedrige Temperaturen sind von großer Bedeutung in Anwendungen in der Pharma-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Lebensmittel- (einschließlich Molkerei-), Öl- und Gasindustrie sowie in der petrochemischen Industrie.

 

Kryotechnik – Was ist das?

Kryogen ist die Untersuchung des Verhaltens von Materialien bei extrem niedrigen Temperaturen, die ihre chemischen Eigenschaften ändern. Kryogene Flüssigkeiten, zu denen unter anderem Sauerstoff, Stickstoff, Helium, Methan und Argon können sehr gefährlich sein. Der Kontakt mit kryogener Flüssigkeit ist potenziell lebensbedrohlich, sie kann giftig oder erstickend sein. Flüssigkeiten sind brennbar und können explodieren, wenn sie aufgrund der Ausdehnung schnell auslaufen. O-Ringe in kryogenen Anwendungen sollten diesen kritischen Bedenken Rechnung tragen. Die Tieftemperaturtoleranz von Dichtungen in kryogenen Anwendungen muss deutlich geringer sein als die von Standard-O-Ringen. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff wird in der Medizin (Kryochirurgie, Kryotherapie), der Metallverarbeitung, dem Einfrieren von Lebensmitteln und flüssigem Sauerstoff in der petrochemischen Industrie verwendet. Unter den kryogenen Flüssigkeiten werden auch flüssiges Helium (NMR-Tomographen) oder flüssiges Methan (Antriebskraftstoff für Kraftfahrzeuge) verwendet. Beachten Sie, dass die Verwendung von flüssigem Stickstoff und flüssigem Helium zum Sieden bei sehr niedrigen Temperaturen (unter -153 ° C) dient. Zu kryogenen Anwendungen zählen Anwendungen, bei denen die Temperatur unter -150 °C bis -460 °C (absoluter Nullpunkt) sinkt. Für die Lagerung von Flüssiggasen (einschließlich Stickstoff und Helium) werden spezielle Behälter benötigt, die eine hervorragende Wärmedämmung bieten. Alle Hinweise und Empfehlungen zur Lagerung von kryogenen Flüssigkeiten sind unbedingt zu beachten.

 

Einfluss niedriger Temperatur auf O-Ringe

O-Ringe, die in Niedertemperaturanwendungen verwendet werden, können sich verschlechtern. Niedrige Temperaturen können die Dichtleistung beeinträchtigen. Elastomere Produkte, die mit niedrigen Temperaturen in Kontakt kommen, können schrumpfen, was wiederum ihre Kompressionsfähigkeit verringert und zu Undichtigkeiten führen kann. Sobald die untere Temperaturgrenze überschritten wird, härten Gummiprodukte aus, werden weniger flexibel und spröde. Dies beeinträchtigt die Leistung der O-Ringe und führt dazu, dass sie undicht werden. Um Ausfälle durch Arbeiten in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen zu vermeiden, werden verschiedene Tests durchgeführt, um zu überprüfen, wie sich bestimmte Gummimischungen bei niedrigen Temperaturen verhalten. Die chemische Verträglichkeit in Kombination mit den entsprechenden physikalischen Eigenschaften und der Beständigkeit der Materialien gegenüber extrem niedrigen Temperaturen ist der Schlüssel zur Herstellung von Hochleistungs-O-Ringen.

 

Dichtigkeitsprüfung

Der Betrieb bei niedrigen Temperaturen hat den größten Einfluss auf die Flexibilität von Elastomerprodukten. Mit sinkender Temperatur nimmt die Elastizität des Gummis (je nach Mischung) allmählich ab, bis er diese Eigenschaft vollständig verliert. O-Ringe, die bei niedrigen Temperaturen flexibel sind, sorgen für eine gute Dichtleistung. Die Leistung von O-Ringen für Niedertemperaturanwendungen wird mit Standardtests gemessen, um die physikalischen Eigenschaften und die Leistung des Materials zu messen. Die folgenden Tests werden durchgeführt: Sprödigkeit (ASTM D2137), Temperaturrückzug (ASTM D1329), Druckverformungsrest (ASTM D395). Leistungstests werden durchgeführt, um die Leistung von O-Ringen beim Betrieb in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen sicherzustellen.

Zerbrechlichkeit

Durch das Arbeiten bei niedrigen Temperaturen erhöht sich die Sprödigkeit von Gummiprodukten. Die Erhöhung der Sprödigkeit kann zu Rissen, Rissen oder Beschädigungen des O-Rings führen. Dazu wird ein Sprödigkeitstest (ASTM D2137) durchgeführt, der die Bruchfestigkeit von O-Ringen misst, die nach dem Biegen für eine bestimmte Zeit einer bestimmten Temperatur ausgesetzt werden. Dank dieser Methode wird die niedrigste Temperatur bestimmt, bei der Gummiprodukte nicht durch Rissbildung abgebaut werden.

Temperaturentnahme

Der ASTM D1329-Test, auch TR-Test genannt, wird durchgeführt, um die Temperatur zu messen, bei der gefrorene, vulkanisierte Elastomerartikel in ihren elastischen Zustand zurückkehren. Die verwendete Methode besteht darin, die Auswirkungen der Kristallisation zu bewerten und die Eigenschaften von Gummiprodukten während des Temperaturumkehrprozesses zu vergleichen.

Kompressionskit

Die Leistungsfähigkeit der Dichtringe kann bei kalten Temperaturen überprüft werden und was mit ihnen passiert, wenn die Temperatur erhöht wird. Der ASTM D395-Test prüft, wie sich das Material bei längerer Kompression verhält und ob es seine ursprüngliche Schnittdicke wiedererlangen kann. Der geringe Druckverformungsrest des Materials weist darauf hin, dass es nach längerer Kompression seine ursprüngliche Profildicke wiedererlangt und somit eine bessere Dichtfähigkeit zeigt. Bei längerer Kompression erreichen Elastomere ihre ursprüngliche Dicke nicht vollständig zurück.

 

O-Ringe für kryogene Anwendungen

Ein äußerst wichtiges Element ist die chemische Verträglichkeit von Materialien, die mit kryogenen Flüssigkeiten in Kontakt kommen. Um eine effiziente Abdichtung zu gewährleisten, benötigen wir Materialien, die längerem Kontakt mit extrem niedrigen Temperaturen standhalten. Aufgrund der ständigen Fortschritte in der Polymertechnik haben viele Materialien ihren Betriebstemperaturbereich erweitert und schrumpfen bei Tieftemperaturanwendungen nicht. Die richtige Wahl des Dichtungsmaterials ist bei kryogenen Anwendungen entscheidend. Eine kältebeständige Dichtung muss noch eine Reihe weiterer wichtiger Eigenschaften erfüllen (chemische Beständigkeit, mechanische Eigenschaften, Beständigkeit gegen Druckspitzen). O-Ringe für kryogene Anwendungen müssen so konstruiert sein, dass das Austreten von Flüssigkeiten verhindert wird.

PTFE-O-Ringe

Standard-O-Ringe bestehen aus Polytetrapolifluorethylen (PTFE) gefüllt mit verschiedenen Polymeren. Diese Polymere sind Polyimide und Materialien aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE). Polyethylen-Materialien sind geruchlos und ungiftig. Chemische Verträglichkeit, geringe Reibung, Extrusionsbeständigkeit und übermäßiger Verschleiß sind die Vorteile, die diese Materialien auszeichnen. Die Kombination von PTFE mit verschiedenen Polymeren gewährleistet die Dichtwirkung in einem weiten Temperaturbereich. PTFE ist ein Fluorpolymer, das aufgrund seiner Eigenschaften (chemische Verträglichkeit, Kältebeständigkeit, niedriger Reibungskoeffizient) in der Luft- und Raumfahrtindustrie und im Laborbereich eingesetzt wird.

O-Ringe aus PTFE bieten trotz schlechtem Druckverformungsrest eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen extrem tiefe Temperaturen bis -200 °C. Das Material bietet zudem eine hochwertige Beständigkeit gegen fast alle Industriechemikalien (chemische Verträglichkeit). PTFE-O-Ringe sind mit Säuren, Basen und Lösungsmitteln verträglich. Darüber hinaus hat PTFE einen niedrigen Reibungskoeffizienten und erfordert daher keine Schmierung bei der Installation. Bei kryogenen Temperaturen behält PTFE seine Biegeeigenschaften, bröckelt nicht und ist auch bei Kontakt mit UV-Strahlung haltbar und quillt nicht durch Feuchtigkeitsaufnahme.

PTFE-O-Ringe

O-Ringe im Deckel von FEP / PFA

Dichtungen im nahtlosen FEP / PFA-Mantel weisen eine hochwertige chemische Beständigkeit auf, die eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung von Flüssigkeiten gewährleistet. O-Ringe in der Ummantelung können zwei Arten von Elastomerkern haben: massiv und hohl. Der massive Elastomerkern kann aus FKM (Viton®) oder Silikon (VMQ) bestehen. Der FKM-Elastomerkern bietet eine hervorragende Flexibilität sowie einen guten Druckverformungsrest. O-Ringe in Silikonbeschichtung sind zudem (abgesehen von den oben genannten Eigenschaften) weicher und weisen eine höhere Hitzebeständigkeit auf. Der Silikonkern bleibt auch bei sehr niedrigen Temperaturen flexibel. Der hohle Elastomerkern ist hauptsächlich für Anwendungen gedacht, bei denen extreme Flexibilität erforderlich ist. Der geschlossene Elastomerkern kann aus einem FDA-zugelassenen Kunststoff gefertigt werden, so dass er in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie in anderen hygienischen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Die äußere PFA-Beschichtung ist chemisch beständig gegen verschiedene korrosive Substanzen (einschließlich Alkohol, Säure, Petroleum und aromatische Lösungsmittel). Es zeichnet sich durch eine geringe Verdichtung und einen Betriebstemperaturbereich von -60 °C bis +260 °C aus.

Die Außenhülle aus FEP hat ähnliche Eigenschaften wie PFA, weist jedoch eine höhere mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen Spannungen und Risse auf. Dieser Werkstoff hat schlechtere mechanische Eigenschaften und eine kürzere Lebensdauer als PFA. Die Betriebstemperatur liegt im Bereich von -60 °C bis +205 °C.

FEP / PFA beschichtete O-Ringe sind kratzempfindlich und sollten daher bei Anwendungen mit abrasiven Stoffen vermieden werden. Sie funktionieren jedoch gut in statischen Anwendungen. Für kryogene Anwendungen sind auch federbelastete Dichtungen erhältlich, die extrem niedrigen Temperaturen bis -250 °C standhalten.

 

Kryo-O-Ringe – Anwendung

Die Verwendung von flüssigem Stickstoff in kryogenen Dichtungen ist für den Betrieb bei Temperaturen von -196 ° C und in Flüssigwasserstoffanwendungen bis zu -254 ° C ausgelegt. Zu den kryogenen Flüssigkeiten gehören auch flüssiges Erdgas, flüssiger Sauerstoff und Helium. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff in kryogenen Dichtungen ist für den Betrieb bei Temperaturen von -196 ° C und in Flüssigwasserstoffanwendungen bis zu -254 ° C ausgelegt. Zu den kryogenen Flüssigkeiten gehören auch flüssiges Erdgas, flüssiger Sauerstoff und Helium. In der Luftfahrtindustrie werden unter anderem Dichtungen verwendet in Tanks und Raketenventilen. Sie schützen das Gasgemisch vor Leckagen, das für den Antrieb der Rakete verantwortlich ist. In der Öl- und Gasindustrie entspricht der Einsatz von Dichtungen unter anderem für den Transfer von Flüssigerdgas (LNG) und Flüssiggas (LPG). Im Folgenden finden Sie Informationen für andere Anwendungen, hier sind sie:

  • pharmazeutische Forschung
  • magnetresonanztomographie
  • Infrarot-Teleskope
  • Kryopumpen
  • Herstellung von Spezialgas
  • LNG-Kraftstoffsysteme und Kompressoren
  • radioastronomie
  • Herstellung von Sondergasen
  • flugzeug
  • kryogene Ventilschaftdichtungen
  • Infrarot-Teleskope
  • wissenschaftliche Instrumente

HierTechnische Dichtungen O-Ringe

Mehr zu den technischen Anwendungen von O-Ringen finden Sie hier

Was ist bei der Auswahl von kryogenen Dichtungen zu beachten?

Beim Kauf vonO-Ringen für kryogene Anwendungen sollte man auf mehrere Qualitätsindikatoren achten, darunter Leckrate (Rate sollte im Mikrobereich gehalten werden), angemessene Verpackung, einfache Installation. Ordnungsgemäß verpackte Dichtungen verhindern das Eindringen von Schmutz (z. B. Staub), der bei der Montage die dichte Verbindung zwischen O-Ring und Oberfläche beeinträchtigen kann. Einfache Montage bedeutet weniger Kraftaufwand zum Einführen zwischen zwei Oberflächen. In diesem Fall haben Polymerdichtungen den Vorteil gegenüber Metalldichtungen.

Profitieren Sie von unserem Wissen und wählen Sie Dichtungen aus, die für kryogene Anwendungen geeignet sind. Bitte zögern Sie nicht uns zu kontaktieren.

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