Falsche Härteauswahl

Definition und Einordnung (Shore-Härte, was „falsch“ bedeutet)

Von falscher Härteauswahl spricht man, wenn die Härte eines Elastomer- oder Kunststoffdichtwerkstoffs nicht zu den realen Einsatzbedingungen passt. Gemeint ist in der Praxis meist die Shore-Härte. „Falsch“ bedeutet dabei nicht, dass ein Shore-Wert grundsätzlich ungeeignet ist, sondern dass die Dichtung im Betrieb zu stark nachgibt oder zu wenig nachgibt. Beides kann die Dichtfunktion verschlechtern und zu Leckage, Verschleiß oder sogar Ausfall führen.

Die Shore-A-Härte ist eine Eindrückhärte für Elastomere. Sie beschreibt, wie stark ein genormter Eindringkörper bei definierter Kraft in den Werkstoff eindringt. Gemessen wird typischerweise mit einem Durometer nach Normen wie ASTM D2240 oder ISO 48-4. Der Messwert ist gut vergleichbar, aber er ist nur ein Kennwert unter vielen.

In der Dichtungstechnik ist entscheidend, ob die Dichtung unter Druck, Spaltmaß, Temperatur, Bewegung und über Zeit genügend Anpresskraft hält und dabei nicht übermäßig verschleißt. Deshalb ist eine reine Shore-Angabe keine Funktionsgarantie. Zwei Werkstoffe mit gleicher Shore-Härte können sich in der Praxis sehr unterschiedlich verhalten, weil Rezeptur, Füllstoffe und Vernetzungsgrad die Langzeiteigenschaften stark beeinflussen.

Härte ist nicht gleich Dichtfunktion

Die Shore-Härte beschreibt den Widerstand gegen lokale Eindrückung. Sie sagt jedoch nur begrenzt aus, wie gut eine Dichtung über Monate oder Jahre abdichtet. Für die Dichtwirkung sind oft Compression Set und Stress Relaxation mindestens so wichtig.

Compression Set ist die bleibende Verformung nach dauerhafter Stauchung. Hohe Werte bedeuten: Die Dichtung kommt nicht zurück und verliert Geometrie. Stress Relaxation beschreibt den Abbau der Anpresskraft bei konstanter Verformung. Dieser Kraftverlust kann auch dann auftreten, wenn die Dichtung geometrisch noch gut aussieht. Beide Effekte können trotz passender Shore-Härte zu Dichtverlust führen.

Typische Fehlerbilder: zu weich vs. zu hart

Eine falsche Härteauswahl zeigt sich meist in zwei Richtungen. Wenn die Dichtung zu weich ist, verformt sie sich unter Druck zu stark. Wenn sie zu hart ist, passt sie sich der Gegenfläche nicht ausreichend an. Welche Richtung kritisch ist, hängt davon ab, ob die Anwendung statisch oder dynamisch ist, wie hoch der Druck ist und wie groß der Extrusionsspalt ist.

Extrusion und Abscheren (zu weich)

Extrusion bedeutet, dass Material durch den Extrusionsspalt (Spaltmaß zwischen Bauteilen) in Richtung Niederdruckseite gedrückt wird. Bei genügend Druck kann die Dichtung in den Spalt fließen. Wird dieser ausgepresste Bereich anschließend mechanisch belastet, kommt es zum Abscheren. Typisch sind ausgefranste Kanten, Materialnasen oder lokale Ausbrüche.

Ob Extrusion auftritt, hängt oft von einer Kombination ab: Druck × Spaltmaß × Temperatur × Werkstoffsteifigkeit. Gerade die Temperatur ist tückisch. Viele Elastomere werden bei höheren Temperaturen weicher, wodurch die effektive Steifigkeit sinkt und Extrusion wahrscheinlicher wird.

Mikro-Leckage, Reibung und Montageprobleme (zu hart)

Eine zu harte Dichtung baut zwar bei ausreichender Verformung hohe Flächenpressung auf, doch sie überbrückt Mikrounebenheiten schlechter. Das wird besonders bei niedrigen Drücken sichtbar, weil dann weniger Dichtenergie zur Verfügung steht. In der Praxis zeigt sich das oft als Mikro-Leckage, also kleine, aber kontinuierliche Leckraten.

In dynamischen Anwendungen steigt bei zu hoher Härte häufig die Reibung. Mehr Reibung erzeugt mehr Wärme, und Wärme beschleunigt wiederum Alterung und Verschleiß. Zusätzlich steigt die Montagekraft, was Montagefehler begünstigt und Bauteile belasten kann.

Einflussgrößen für die richtige Härteauswahl (Checkfragen für die Praxis)

Die passende Härte ergibt sich aus Randbedingungen an der Dichtstelle. Entscheidend ist, was abgedichtet wird, wo die Dichtung arbeitet (statisch oder beweglich), welcher Druck inklusive Spitzen anliegt und wie groß das reale Spaltmaß ist. Ebenso wichtig ist, welche Temperatur tatsächlich an der Dichtstelle herrscht, denn sie kann von der Umgebung stark abweichen, etwa durch Reibwärme.

In vielen Fällen führt eine kurze, strukturierte Klärung schneller zum richtigen Werkstoff als das Vergleichen von Shore-Werten:

• Wirkt die Dichtung statisch (Flansch, Stopfen) oder dynamisch (Kolben, Stange, Rotation)?
• Wie hoch sind Differenzdruck und Druckspitzen, und gibt es häufige Lastwechsel?
• Wie groß ist das Spaltmaß unter Toleranzen, Exzentrizität und Betriebsdruck?
• Welche Medien liegen an (Öl, Wasser, Kraftstoff, Lösemittel), und gibt es chemische Wechselwirkungen?
• Wie sind Rauheit und Gegenlaufflächenhärte, und wie kritisch ist Leckage für Sicherheit oder Umwelt?

Bei hohen Drücken und relevantem Spalt dominiert oft das Extrusionsrisiko. Bei Dynamik verschiebt sich der Schwerpunkt in Richtung Reibung, Wärme und Verschleiß.

Temperatur- und Zeiteffekte (Kälte, Relaxation, Set)

Die Shore-Härte wird meist bei Raumtemperatur angegeben. Im Betrieb kann sich der Werkstoff jedoch deutlich anders verhalten. Bei Kälte werden Elastomere steifer. Nähern sie sich dem Glasübergang (Temperaturbereich, in dem das Material stark verhärtet), sinken Elastizität und Anpassungsfähigkeit. Das kann Leckage nach Bewegungen oder nach Druckentlastung begünstigen, weil die Dichtung langsamer oder unvollständig zurückstellt.

Über die Zeit wirken Stress Relaxation und Compression Set. Damit kann die Anpresskraft sinken, obwohl die Dichtung anfangs dicht war. In der Auslegung ist deshalb wichtig, wie lange die Dichtung dicht bleiben muss und welche Temperatur- und Druckzyklen auftreten.

Korrektur- und Präventionsmaßnahmen (wenn Härte allein nicht reicht)

Wenn eine Anwendung an der Grenze liegt, lässt sich das Problem oft konstruktiv lösen, statt nur die Härte zu erhöhen. Gegen Extrusion hilft in vielen Fällen zuerst eine Kontrolle des Spaltmaßes. Eine bessere Führung, kleinere Toleranzen oder eine andere Lagerung reduzieren den Extrusionsspalt und senken die Belastung der Dichtung.

Wenn der Spalt konstruktiv nicht klein genug wird oder der Druck hoch ist, ist ein Stützring (Back-up-Ring) ein wirksamer Extrusionsschutz. Er stützt die Elastomerdichtung auf der Niederdruckseite ab und begrenzt das Auspressen in den Spalt.

Für dynamische Anwendungen ist die robuste Lösung oft eine Balance: ausreichende Anpassung an die Oberfläche bei gleichzeitig akzeptabler Reibung. In der Praxis bedeutet das, die Härte mit der richtigen Geometrie, Oberflächenqualität und gegebenenfalls mit Stütz- oder Gleitelementen zu kombinieren. Eine kurze Rücksprache mit einer spezialisierten Dichtungsberatung ist sinnvoll, wenn Druck, Spalt und Temperatur stark variieren oder Leckage besonders kritisch ist.