PTFE Dichtungen

Wir fertigen Dichtungen aus PTFE und den relevanten Compounds. Dabei bieten wir sowohl Standardprofile als auch Sonderlösungen für anspruchsvolle Anwendungen an. Als Entwicklungspartner begleiten wir Sie von der Auslegung bis zur Serienfertigung.

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Wieso sind PTFE-Dichtungen so besonders?

PTFE-Dichtungen widerstehen nahezu allen Chemikalien, Lösungsmitteln und Säuren. Angegriffen wird der Werkstoff praktisch nur von Alkalimetallen, von elementarem Fluor bei höheren Temperaturen und von starken Fluorierungsmitteln wie Chlortrifluorid. Zudem laufen PTFE-Dichtungen im Dauerbetrieb von −200 bis +260 °C, und das mit sehr geringer Reibung.

PTFE-Dichtungen übernehmen damit die Anwendungen, bei denen Dichtungen aus NBR (Nitrilkautschuk), EPDM, H-NBR, TPU, FKM/FPM und VMQ an Temperatur, Chemie oder Tribologie scheitern. Der Werkstoff ist allerdings ein Thermoplast und verhält sich anders als ein Elastomer. Wer diesen Unterschied zu Elastomerdichtungen nicht beachtet, bekommt große Probleme bei der Verwendung von PTFE-Dichtungen.

Was sind PTFE-Dichtungen?

PTFE-Dichtungen bestehen aus Polytetrafluorethylen, einem Fluorkunststoff, der umgangssprachlich nach dem Handelsnamen Teflon benannt wird. Wer Teflon-Dichtungen bestellt, meint denselben Werkstoff. Er entsteht durch Polymerisation von Tetrafluorethylen (C₂F₄). Das Ergebnis ist eine unverzweigte Kohlenstoffkette, bei der jedes Kohlenstoffatom von zwei Fluoratomen umgeben ist. Diese Fluorhülle schirmt die Kette ab und macht den Werkstoff chemisch nahezu unangreifbar.

Die Kohlenstoff-Fluor-Bindung gehört zu den stabilsten Bindungen der organischen Chemie. Sie erklärt die chemische Beständigkeit und die thermische Stabilität bis +260 °C. Nach unten reicht das Einsatzfenster bis −200 °C und qualifiziert den Werkstoff auch für Tieftemperatur-Anwendungen.

Die Ketten sind allerdings nicht vernetzt. PTFE fehlt die elastische Rückstellkraft der Elastomere, und unter Dauerlast verschieben sich die Molekülketten gegeneinander. Das Material kriecht.

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Welche Eigenschaften haben PTFE-Dichtungen?

PTFE ist kein Elastomer, das muss von vornherein klar sein. Ein O-Ring aus FKM oder NBR wird in die Nut gepresst, verformt sich und drückt durch seine Elastizität dauerhaft gegen die Dichtfläche. PTFE fehlt genau diese Rückstellkraft. Das Material verformt sich unter Last und bleibt verformt.

Deshalb brauchen PTFE-Dichtungen konstruktive Unterstützung. Vorspannelemente lösen das am wirkungsvollsten Ein elastische Element drückt die PTFE-Dichtlippe gegen die Gegenfläche. Das Vorspannelement kann aus Elastomer sein oder aus Metall.

Im Maschinenbau haben sich zudem mehrere PTFE-Dichtungstypen etabliert: PTFE-Stangen- und Kolbendichtungen in Hydraulik- und Pneumatikzylindern, PTFE-Führungsringe und Führungsbänder, reibungsarme PTFE-Stützringe sowie Abstreifer aus PTFE.

Welche Temperatur halten PTFE-Dichtungen aus?

Der Dauereinsatzbereich von PTFE-Dichtungen reicht von −200 bis +260 °C, kurzzeitig sind +300 °C möglich. Mit steigender Temperatur sinken Zugfestigkeit und Kriechwiderstand, und die zulässige Flächenpressung fällt mit.

Nach unten ist der Abstand zu den Elastomeren groß. Die Grenze von PTFE-Dichtungen liegt bei −200 °C. Standard-NBR ist bis etwa −30 °C spezifiziert, FKM bis etwa −20 °C, EPDM bis etwa −45 °C und Silikon (VMQ) bis etwa −55 °C, Tieftemperatur-Typen dieser Elastomere reichen etwas weiter hinunter. In tiefkalten Anwendungen ist PTFE deshalb häufig die einzige Wahl.

Wer sich einer der beiden Grenzen nähert, sollte die Anwendung genauer prüfen, denn an beiden Enden des Einsatzbereichs verändern sich die mechanischen Eigenschaften stark. In Richtung +260 °C sinken Festigkeit und Kriechwiderstand weiter, die Dichtung wird weicher und anfälliger für Spaltextrusion. In Richtung −200 °C steigt die Steifigkeit deutlich an, die Bruchdehnung fällt, und das Material zieht sich erheblich stärker zusammen als der metallische Einbauraum. Hinzu kommt, dass nicht jedes Compound den vollen Bereich abdeckt. Einige Compounds sind enger spezifiziert, etwa mit −100 bis +250 °C, hier zählt das Datenblatt des konkreten Werkstoffs. Im Grenzbereich ist deshalb eine technische Abstimmung sinnvoll, am besten direkt mit Hänssler.

Wogegen sind PTFE-Dichtungen beständig?

PTFE-Dichtungen sind gegen Säuren, Laugen, Alkohole, Lösungsmittel und Oxidationsmittel beständig, auch in Konzentrationen, bei denen Elastomere quellen oder verspröden. Die Liste der Ausnahmen ist kurz. Alkalimetalle wie beispielsweise Natrium greifen den Werkstoff an, auch wenn sie in flüssigem Ammoniak gelöst sind. Elementares Fluor und starke Fluorierungsmittel wie Chlortrifluorid greifen PTFE bei höheren Temperaturen ebenfalls an.

Diese Beständigkeit gilt für ungefülltes PTFE. Sobald ein Füllstoff dazukommt, erbt die Dichtung dessen chemisches Verhalten. So wird bei einem bronzegefüllten Compound der Bronzeanteil in säurehaltigen oder oxidierenden Medien zersetzt. Eine PTFE-Bronze-Dichtung fällt dann aus, obwohl die PTFE-Matrix selbst beständig bleibt.

Warum neigen PTFE-Dichtungen kaum zu Stick-Slip?

Haft- und Gleitreibungszahl liegen bei PTFE-Dichtungen nahe beieinander. Damit fehlt der Sprung zwischen Losbrechen und Gleiten, der bei Elastomerdichtungen den Stick-Slip-Effekt auslöst. Für langsam fahrende Zylinder, Positionieraufgaben und Anwendungen mit häufigen Richtungswechseln ist das oft ein wichtiger Grund für die Werkstoffwahl. Zudem macht diese Eigenschaft PTFE zu einem beliebten Werkstoff für Stütz- und Führungsringe in Anwendungen, die geschmeidig unter niedrigem Druck laufen sollen.

Wieso kriechen PTFE-Dichtungen?

Dichtungen aus PTFE kriechen unter Dauerlast, wegen der geringen Festigkeit und der fehlenden Rückstellkraft. Das heißt, sie verformen sich bei gleichbleibender Belastung langsam weiter. Ab einem bestimmten Punkt liegt die Dichtkante nicht mehr sicher an und die Dichtstelle leckt. Konstruktiv lässt sich das Kriechverhalten mit einem Vorspannelement oder über Compounds abfangen.

Federvorgespannte Dichtungen lösen das am direktesten. Eine Metallfeder drückt die PTFE-Dichtlippe gegen die Gegenfläche und übernimmt die elastische Funktion, die dem Werkstoff fehlt. Sie kompensiert damit auch das Kriechen. Diese Bauform arbeitet statisch wie dynamisch und deckt je nach Federwerkstoff einen weiten Temperaturbereich ab. Der zweite Weg führt über Füllstoffe, die das Kriechen von vornherein verringern.

Lassen Sie uns gemeinsam Ihre optimale Dichtungslösung finden.

Für Standardlösungen und Sonderanfertigungen bieten wir Ihnen eine individuelle Fachberatung.

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Welches Compound passt zu welcher PTFE-Dichtung?

Unterschiedliche Füllstoffe verändern die Anwendungsgebiete von PTFE-Dichtungen. Jeder Füllstoff verbessert eine Eigenschaft auf Kosten einer anderen, deshalb gehört zu jeder Compound-Entscheidung auch der Blick auf die Nebenwirkung.

Reines PTFE

Reines PTFE bietet die höchste chemische Beständigkeit und die geringste Reibung. Es kriecht dafür am stärksten und hält dem Druck am wenigsten stand. Sinnvoll ist es an Dichtstellen mit geringer mechanischer Last. Oder konstruktiv unterstützt als federvorgespannte Dichtung.

Modifiziertes PTFE (TFM)

Modifiziertes PTFE kommt ohne Füllstoff aus. Verändert wird die Mikrostruktur selbst: Sie wird dichter und enthält weniger Poren. Dadurch sinken Permeation und Kaltfluss, und die Dichtflächen werden glatter. An die Druckfestigkeit gefüllter Compounds reicht modifiziertes PTFE dennoch nicht heran. Geeignet vor allem für Gase und für Dichtstellen mit hohen Anforderungen an die Oberflächengüte.

PTFE-Kohle

Kohlegefülltes PTFE erhöht Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit deutlich. Zudem führt es Reibungswärme besser ab als reines PTFE. Gegenüber Glasfaser gilt es als schonender für die Gegenlauffläche.

PTFE-Graphit

Graphit wirkt als Festschmierstoff und stabilisiert die Reibung dort, wo das Medium wenig schmiert oder zeitweise Trockenlauf auftritt. Zur Druckfestigkeit trägt Graphit wenig bei, Zugfestigkeit und Bruchdehnung sinken. Die Wärmeabfuhr verbessert sich dagegen deutlich.

PTFE-Kohle/Graphit

Die Kombination verbindet die Druckfestigkeit der Kohle mit der Trockenlaufeigenschaft des Graphits. Sie ist die naheliegende Wahl für dynamische Anwendungen, bei denen die Schmierung nicht über die gesamte Laufzeit gesichert ist.

PTFE-Glas

Glasgefülltes PTFE stützt die Matrix mit Fasern und reduziert das Kriechen deutlich. Der Werkstoff hält höhere Drücke aus, wird dabei aber spröder und wirkt gegenüber weichen Gegenlaufflächen abrasiv.

PTFE-Wollastonit

Wollastonit, ein mineralischer Füllstoff, stützt die Matrix ähnlich wie Glasfaser und erreicht eine hohe Druckfestigkeit. Gegenüber der Gegenlauffläche gilt er als schonender als Glasfaser. Der Reibwert liegt dafür höher als bei reinem PTFE.

PTFE-Ekonol

Ekonol, ein aromatischer Polyester, erhöht die Verschleißfestigkeit deutlich, ohne die Gegenlauffläche abzutragen. Das Compound eignet sich deshalb für weiche Gegenlaufflächen wie Aluminium oder Buntmetalle und überall dort, wo metallische Füllstoffe stören.

PTFE-Bronze

Bronzegefülltes PTFE ist das formstabilste Compound. Es hält dem höchsten Druck stand und führt Wärme sehr gut ab. Zudem dehnt es sich wenig aus. Der metallische Füllstoff wird allerdings von Säuren, starken Laugen und Oxidationsmitteln angegriffen.

PTFE-Bronze/MoS₂

Molybdändisulfid wirkt wie Graphit als Festschmierstoff. In Kombination mit Bronze entsteht ein formstabiles Compound mit niedriger und stabiler Reibung, das auch Mangelschmierung verträgt. Die chemische Einschränkung des Bronzeanteils bleibt bestehen.

PTFE-Edelstahl

Edelstahlgefülltes PTFE verbindet hohe Formstabilität mit sehr guter Wärmeabfuhr. Der Füllstoff ist korrosionsbeständiger als Bronze und verträgt Heißdampf. Typische Anwendungen sind Armaturen und hochbelastete Dichtstellen bei hohen Temperaturen.

PTFE-Keramik

Keramikgefülltes PTFE ist sehr verschleißfest und führt Wärme gut ab. Dafür liegt der Reibwert deutlich höher als bei anderen Compounds, und gegenüber weichen Gegenlaufflächen wirkt der harte Füllstoff abrasiv. Der Einsatzbereich ist mit −100 bis +250 °C enger als bei reinem PTFE.

PTFE-PEEK

PEEK als polymerer Füllstoff erhöht Verschleiß- und Extrusionsfestigkeit, ohne die Gegenlauffläche anzugreifen, und bringt kaum chemische Einschränkungen mit. Interessant für dynamische Dichtungen auf empfindlichen Gegenlaufflächen und in der Prozesstechnik.

PTFE-Dichtung oder Elastomerdichtung?

Eine PTFE-Dichtung lohnt sich dann, wenn Temperatur, Medium oder Reibverhalten außerhalb dessen liegen, was ein Elastomer leisten kann. Solange ein Elastomer die Anforderung erfüllt, ist es die einfachere und wirtschaftlichere Lösung.

Werkstoff	Dauereinsatz	Beständig gegen	Ungeeignet für	Rückstellverhalten
PTFE	−200 bis +260 °C	fast alle Chemikalien, Lösungsmittel, Säuren und Laugen	Alkalimetalle, elementares Fluor und starke Fluorierungsmittel bei höheren Temperaturen	keine nennenswerte Rückstellkraft, Vorspannelement nötig
NBR	−30 bis +100 °C	Mineralöl, Fett, Kraftstoff	Heißwasser, Bremsflüssigkeit, Ozon, UV	elastisch
EPDM	−45 bis +130 °C	Heißwasser, Heißdampf, Bremsflüssigkeit auf Glykolbasis, Säuren, Laugen	Mineralöle, Fette, Kraftstoffe	elastisch
FKM/FPM	−20 bis +200 °C	Mineralöl, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe	Ketone, Ester, Amine, Bremsflüssigkeit, Methanol	elastisch

Wie legt man eine PTFE-Dichtung aus?

Vier Parameter entscheiden über Funktion und Lebensdauer einer PTFE-Dichtung: Medium, Temperatur, Druck und Gegenlauffläche. Aus Druck und Bewegung folgen die beiden Größen, die an der Dichtkante wirken, nämlich Flächenpressung und Gleitgeschwindigkeit. Bei PTFE verhalten sie sich anders als bei einem Elastomer, weil die Rückstellkraft fehlt.

Der Reibwert von PTFE-Dichtungen

Der Reibwert von PTFE-Dichtungen in den Datenblättern ist abhängig von den Prüfbedingungen, unter denen er entstanden ist. Deshalb wird er häufig als Bereich oder als Kennlinie angegeben. Eine belastbare Einzelzahl für den Reibwert gibt es nicht. Tabellenwerte für die Paarung PTFE gegen Stahl reichen von etwa 0,04 bis über 0,2, je nach Flächenpressung, Gleitgeschwindigkeit, Temperatur und Oberfläche.

Flächenpressung und Spaltextrusion

Bei hohen Drücken wird PTFE in den Spalt zwischen Stange und Führung gedrückt und bleibt dort verformt. Spaltextrusion ist damit eine typische mechanische Schadensform an PTFE-Dichtungen. Abhilfe schaffen kann ein Stützring, der den Spalt abdeckt und das Material zurückhält.

Das zulässige Spaltmaß sinkt mit steigendem Druck und steigender Temperatur, weil das Compound weicher wird. Glasfaser, Kohle und Bronze erhöhen die Druckfestigkeit und verschieben die Grenze nach oben, Bronze am deutlichsten. Druck, Spaltmaß, Compound und Stützelement sollten gemeinsam betrachtet werden.

Welche Gegenlauffläche brauchen PTFE-Dichtungen?

PTFE legt beim Gleiten einen dünnen Film auf die Gegenlauffläche und läuft anschließend gegen das eigene Material. Dieser Übertragungsfilm braucht eine Oberfläche, an der er haftet. Auf einer zu glatten Fläche hält der Film nicht. Auf einer zu rauen tragen die Rauheitsspitzen ihn wieder ab.

Auch hier ist die Werkstoffpaarung abhängig vom Compound. Glasfaser- und bronzegefüllte Compounds laufen gut gegen gehärteten oder hartverchromten Stahl. Bei eloxiertem Aluminium oder dünnwandigen Rohren tragen sie jedoch die Oberfläche ab.

Wie maßhaltig bleiben PTFE-Dichtungen bei Temperaturwechsel?

PTFE dehnt sich um ein Vielfaches stärker aus als die Metalle, in denen es eingebaut ist. Der lineare Ausdehnungskoeffizient liegt zwischen 30 und 100 °C bei 16·10⁻⁵ K⁻¹, zwischen 30 und 200 °C bei 19,5·10⁻⁵ K⁻¹ und zwischen 30 und 300 °C bei 25·10⁻⁵ K⁻¹. Stahl liegt bei rund 1,2·10⁻⁵ K⁻¹. Im unteren Temperaturbereich dehnt sich PTFE also gut dreizehnmal so stark aus wie das Bauteil, in dem es sitzt.

Ein zweiter Effekt wird in Auslegungen häufig übersehen. Bei 19 °C durchläuft PTFE eine Kristallitumwandlung mit einer Volumenvergrößerung von etwa 1 Prozent, ein weiterer Übergang liegt bei rund 30 °C. Wird das Spiel bei Raumtemperatur festgelegt, landet die Auslegung mitten in diesem Bereich.

Die Wärmeausdehnung selbst lässt sich über den Füllstoff senken. Bronzegefülltes PTFE mit 60 Prozent Füllgrad liegt beispielsweise bei etwa 7·10⁻⁵ K⁻¹ (25 bis 100 °C) und damit nur etwa halb so hoch wie der ungefüllte Werkstoff.

PV-Werte sind nicht eins zu eins übertragbar

Der PV-Wert, also das Produkt aus Flächenpressung und Gleitgeschwindigkeit, gilt immer nur für die im Datenblatt genannte Gegenlauffläche, Rauheit und Schmierung. Übertragen lässt er sich nur, wenn diese Randbedingungen übereinstimmen. Er sollte deshalb als eine ungefähre Richtlinie gedeutet werden.

Beachten Sie die Wärmeleitfähigkeit von PTFE

Die Wärmeleitfähigkeit von reinem PTFE liegt bei rund 0,25 W/(m·K); Datenblattwerte streuen etwa zwischen 0,2 und 0,3 W/(m·K). Reibungswärme bleibt damit weitgehend in der Dichtung, statt über die Gegenlauffläche abzufließen. Deshalb liegt das PV-Limit von ungefülltem PTFE trotz der niedrigen Reibwerte niedriger als bei PTFE-Kohle oder PTFE-Bronze, die die Wärme zwei- bis dreimal besser abführen. Mit steigender Gleitgeschwindigkeit gewinnt dieser Punkt an Gewicht, weil die Reibleistung mit der Geschwindigkeit wächst.

PTFE-Dichtungen von Hänssler

Wir fertigen PTFE-Dichtungen im eigenen Haus und drehen sie vom Einzelstück bis zur Serie. Weil ein zerspantes Bauteil kein Formwerkzeug braucht, entfallen Werkzeugkosten und Werkzeugzeiten. Damit rechnen sich Sonderabmessungen, Kleinserien und die Losgröße eins, ebenso besonders große Dichtungen und sehr kleine Dichtungen für Präzisionsbauteile. Ein großes Halbzeuglager hält die Lieferzeit kurz.

Wir arbeiten mit reinem PTFE, mit modifiziertem PTFE und mit Compounds wie PTFE-Bronze, PTFE-Glas und PTFE-Kohle, dazu kommen Spezial-Compounds mit MoS₂, Ekonol, Wollastonit, Keramik, Edelstahl oder PEEK. Neben Kolben- und Stangendichtungen fertigen wir aus PTFE auch Stützringe, Abstreifer, Führungselemente, Flachdichtungen und O-Ringe. Welches Compound und welche Bauform passen, entscheidet Ihr Einsatzfall.

Neben den gängigen Profilen fertigen und entwickeln wir auch Sonderdichtungen mit einzigartigen Profilen, die speziell auf Ihre Anwendung ausgelegt sind. Dadurch können wir die Standzeit erhöhen und die Leckagerate senken.