O-Ringe

O-Ringe und X-Ringe

ALLGEMEINES

Der O-Ring nimmt neben Gleitlager und Wellendichtring einen hohen Stellenwert unter den Dichtungen ein. Der O-Ring ist ein am Umfang geschlossenes Kreisring-förmiges Dichtelement, das unerwünschtes Austreten oder Verlust von Medien verhindert. Ein O-Ring benötigt wenig Einbauraum und lässt sich problemlos montieren. Deshalb ist der O-Ring die am weitesten verbreitete Dichtung. Weitere Vorteile sind seine funktionale Zuverlässigkeit sowie die sehr kostengünstige Fertigung.

BESCHREIBUNG

O-Ringe von ttv werden nach der neuen DIN 3601 (früher 3771) gefertigt und kontrolliert. Sie werden in beheizten Spritz- oder Pressformen stoß- und nahtlos durch Vulkanisation hergestellt. Als Material werden vorwiegend unterschiedliche Elastomerwerkstoffe verwendet. Diese können aus Nitril NBR, HNBR, Chloropren CR, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk EPDM, Silikon VMQ, Fluorkohlenstoff FKM oder PTFE hergestellt sein.

Die Bezeichnung des O-Rings besteht aus drei Elementen:
» d1 = Innendurchmesser (mm)
» d2 = Schnurstärke (mm)
» Werkstoffbezeichnung und dessen Härte (Elastizität)

O Ring Innendurchmesser und Schnurstärke

FUNKTIONSWEISE

Der O-Ring als Dichtgummi überzeugt durch eine bestechend schlichte Form sowie durch seine zuverlässige Funktion. Die Dichtwirkung des O-Rings entsteht durch die Verformung seines Querschnitts d2 in einer Nut.

Dadurch wird der Dichtspalt am Nutgrund und an der Kontakt- bzw. Dichtfläche verschlossen. Somit wird eine Flächenpressung erzeugt, die eine Dichtwirkung möglich macht. Die maximale Verformung des O-Ring-Querschnitts hängt wesentlich von der Nuttiefe ab. Bei richtiger Nutauslegung und Werkstoffauswahl kann eine Dichtung dynamisch sowie statisch, innerhalb der Temperaturgrenzen des Werkstoffs, eingesetzt werden.

Aufgrund des geringen Platzbedarfs, der einfachen Montage und der vielfältigen Anwendungen sind diese Dichtgummis verschiedener Materialien, wie bspw. NBR, FKM oder PTFE, die wohl universellsten Lösungen unter den Dichtungen.

Im Betriebszustand verstärkt der Druck des Mediums die Deformation und damit die Dichtfunktion. Fällt dieser Druck auf „Null“ ab, erreicht die Verformung wieder nahezu den Einbauzustand.

STAUCHUNG UND DEHNUNG

Bis zu einem gewissen Maß können Dichtungsringe beim Einbau ohne Beeinträchtigung der Dichtfunktion getauscht oder gedehnt werden. Die Stauchung vom Dichtring sollte jedoch 4% nicht überschreiten. Anderenfalls kann er sich in der Nut verwerfen.

Die Dehnung bezogen auf den Innendurchmesser sollte im eingebauten Zustand 5% nicht überschreiten. Ansonsten kann es zu einer überproportionalen Querschnittabnahme und damit zu einer starken Abflachung am Innenmantel kommen. Nach der Guldinschen Regel zieht 1% Dehnung des Innendurchmessers 0,5% Schurstärkenverringerung nach sich.

Weitere wichtige Hinweise zu O-Ringen finden Sie hier.

Wichtiger Hinweis

DIE SCHNURSTÄRKE D2 MUSS STETS GRÖSSER SEIN ALS DER EINBAURAUM.

Die Verpressung wird als prozentualer Wert angegeben. Als Verpressung wird jener Prozentanteil der Schnurstärke d2 bezeichnet, um den diese im Einbauzustand zusammengepresst wird. Die Verpressung steht somit in direktem Zusammenhang mit der Nuttiefe. Bei gleicher prozentualer Verpressung nehmen die Verformungskräfte mit zunehmender Schnurstärke d2 zu. Um diese auszugleichen wird die prozentuale Verpressung mit zunehmendem Schnurdurchmesser verringert.

Vorhandener Druck kann für die Abdichtung vorteilhaft sein. Dieser verpresst den O-Ring zusätzlich, die Druckwirkung wird in gewissen Bereichen unterstützt. Druck presst den O-Ring an die druckabgewandte Nutseite. Um eine Spaltwanderung des O-Rings zu vermeiden, sollte dieser möglichst klein gehalten werden. Bei radialer Abdichtung ist eine Toleranz von H8 / f7 vorzusehen, bei axialer Abdichtung H11 / h11.

Sollte dies nicht sichergestellt werden können oder sind hohe Drücke zu erwarten, sollte eine möglichst hohe Werkstoffhärte für den O-Ring gewählt werden. Andernfalls kann es zur Spaltwanderung / Extrusion und somit zur Zerstörung des O-Rings kommen.

Schnurstärke

ANWENDUNGSBEREICHE

O-Ringe kommen in zwei Anwendungsbereichen zum Einsatz:
» statische Abdichtung bei ruhenden Maschinenteilen
» dynamische Abdichtung bei sich bewegenden Maschinenteilen

Statische Abdichtung
O-Ringe sind sehr gut zur Abdichtung von Maschinenelementen geeignet, die sich nicht relativ zueinander bewegen. Dabei können mit O-Ringen Drücke bis zu 1000 bar abgedichtet werden, sofern der Einbauraum sachgemäß ausgeführt, die Anwendung konstruktiv richtig ist und der richtige Werkstoff gewählt wurde (Im Zweifelsfall sind zusätzliche Stützringe zu verwenden).

Dynamische Abdichtung
Bei dynamischen Einsätzen kommen O-Ringe erfolgreich als Dichtelement zum Einsatz. Hier allerdings eher bei niedrigeren Drücken und Geschwindigkeiten oder bei kleinen Einbauräumen. Da es bei der Bewegung beispielsweise in Hydraulik- oder Pneumatikbauteilen zu Reibungswiderstand kommt, wird eine kleinere Verpressung des O-Rings gewählt als bei der statischen Abdichtung. Um Reibungsverlusten oder vorzeitigem Verschleiß des O-Rings durch Trockenlaufen vorzubeugen, sollte immer eine gute Schmierung gewährleistet sein.

Für die translatorische (hin- und hergehende) Bewegung und für die schraubenförmige Bewegung sind die Einbauräume gleich. In den Anwendungsfeldern Hydraulik und Pneumatik unterscheiden sie sich jedoch durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse und Schmierungszustände.

 

WERKSTOFFE

Primärkriterien bei der Werkstoffauswahl sind die Einsatztemperatur und die Medienbeständigkeit. Da sie für die Lebensdauer der Dichtung mitbestimmend sind, müssen auch die mechanischen Werte einer Elastomermischung berücksichtigt werden.

Die ttv-Beständigkeitsliste gibt Hinweise zur Medienbeständigkeit der unterschiedlichen Werkstoffe. Technische Gummiwerkstoffe unterliegen einer exakten Rezeptur. Im Vergleich der abzudichtenden Medien aller enthaltenen Mischungsbestandteile ist das Polymer in Bezug auf die chemische Beständigkeit die schwächste Komponente. Die Auswahl des richtigen Werkstoffes beschränkt sich daher oftmals auf die richtige Wahl des Basispolymers. In der Praxis können weitere rezepturbedingte Einflüsse wie z. B. die Art und Menge der eingesetzten Weichmacher und Füllstoffe die Eigenschaften entscheidend verändern.

Die Polymerverträglichkeit allein ist noch kein Garant für sicheres Dichten, aber sie ist eine wichtige Voraussetzung.

Temperatur und Umgebung
InhaltsstoffAnteil in %
Kautschuk (Polymer)40
Füllstoffe35
Weichmacher20
Verarbeitungshilfsmittel1.3
Alterungsschutzmittel1.3
Aktivatoren1
Vernetzungsmittel0.7
Beschleuniger0.7
Mischungsbestandteile einer Beispielrezeptur

Temperatur und Umgebung

HauptmaterialienTemperatur-
beständigkeitsbereich
Einsatzbereich
Nitril NBR-30°C+120°CHydraulliköl, Schmierfett, Kohlenwasserstoff, Öl, Fette Pflanzenöl, Wasser, Button, Druckluft
HNBR-35°C+150°COzon, UV, warmes Wasser, Schwefel enthaltene Öle,
Chloropren CR-40°C+120°CLuft, Ozon, Wasser bis 80°C, Pflanzenöl, Sauerstoff, Soda, Chlor, Fettalkohol, Kühlgas, Lebensmittelbereich CO2
Ethylen / Propylen EP-45°C+110°CLebensmittelbeständig (wenn peroxydvernetzt): Wasser, Getränke; Benutzung mit entzündbaren Flüssigkeiten, Dampf, verschiedene Säuren, Soda, Glykol, Ozon, warmes Wasser
Silikon VMQ-60°C+225°CTiefe und hohe Temperaturen, Luft, Sauerstoff, Inertgas, schwache Säure und Basen, Ozon
Fluorenkohlenstoff FKM-15°C+240°CGute Ölbeständigkeit, hydraulische Flüssigkeiten, Lösungsmittel, entzündbare Öle und Chemikalien, Ozon
PTFE-150°C+260°CSehr gute chemische Beständigkeit, guter elektrischer Isolierstoff, niedriger Reibungskoeffizient

Andere Materialien und Mischungen auf Anfrage.

OBERFLÄCHENBEHANDELTE O-RINGE

Da Elastomerwerkstoffe typischerweise „griffige” und „haftende” Oberflächen aufweisen, ist es oft nötig den Reibungskoeffizient eines O-Ringes zu verbessern. Durch verschiedene Verfahren der Gleitintensivierung kann eine Verminderung der Reibung für die Montageerleichterung bis hin zur Lebensdauerverlängerung erzielt werden.

Pfeil obenBehandlungstypBeschreibungFarbe / Zustand
KurzfristigSilikonierungEin Silikonfilm wird auf die zu behandelnden Teile gespritzt!Glänzend, fettig, transparent
GleitintensivierungenMolykotierung Molybdän-Pulverbeschichtung durch AuftrommelnSilberartig
LängerfristigTalkumierungTalkum-Pulverbeschichtung durch AuftrommelnTrocken, weiß
Pfeil untenPTFE-PulverbeschichtungPTFE-Pulverbeschichtung durch AuftrommelnTrocken, weiß


Noch bessere Reibungsreduzierungen über längere Zeiträume lassen sich außerdem durch gleitintensivierende Zusatzstoffe in der Elastomermischung erzielen, wie zum Beispiel Molybdän Disulfid (MoS2) oder PTFE.

O-RINGE UNTER DRUCK

Die Neigung zur Extrusion / Spaltwanderung wird weitgehend vom Spaltmaß zwischen den Maschinenteilen beeinflusst. Der Spalt hängt von der Bearbeitung, der Fertigungsmethode und den Toleranzen ab.

Wichtiger Hinweis

DAS SPALTMASS SOLLTE SO GERING WIE MÖGLICH GEHALTEN WERDEN.
Ein zu großer Dichtspalt kann durch Spaltwanderung zur Zerstörung des O-Rings führen.

O-Ringe in einer Härte von 90 Shore A erlauben geringfügig größere Spaltweiten als Standard-O-Ringe in 70 Shore A.

O Ringe unter Druck