Was ist ein O-Ring?
Obwohl sie oft von vielen übersehen werden, sind O-Ringe eine unglaublich einfache und dennoch hocheffektive technische Lösung.
Der Ring selbst ist kostengünstig und die Installationsmethode ist einfach. Dennoch kann die dadurch erzeugte Abdichtung extremen Druck zuverlässig aushalten.
Was ist ein O-Ring?
Ein O-Ring ist ein ringförmiges Stück Material, meistens ein Elastomergummi, das als Gleitringdichtung verwendet wird, um zu verhindern, dass Luft oder Flüssigkeit aus Ihrer Maschine oder Anwendung austritt.
Diese Komponenten können aufgrund ihrer Torusform manchmal als Torusverbindung bezeichnet werden, und manche Leute bezeichnen diese Gleitringdichtungen auch als „Packungen“.
Wie funktionieren O-Ringe?
Damit ein O-Ring eine zuverlässige Abdichtung bildet, muss er zwischen zwei benachbarten Oberflächen zusammengedrückt werden. Wenn die Oberflächen zusammengebracht und der Ring zusammengedrückt wird, verformt er sich leicht, sodass er beide Oberflächen berührt. Dadurch entsteht eine physische Barriere gegen Leckagen, auch bekannt als Kontaktspannung.
Ist der Anpressdruck geringer als der der Kontaktspannung, entsteht eine Abdichtung, die das Entweichen von Flüssigkeit oder Gas verhindert. Mit steigendem Anpressdruck komprimiert sich der O-Ring weiter und sorgt so für eine noch dichtere Abdichtung. Dieser sich selbst fortsetzende Prozess wird als „Selbstergenerierung“ bezeichnet.
Wenn der Druck abnimmt oder nachlässt, kehrt der O-Ring in seine ursprüngliche Form zurück, sodass der Prozess immer wieder stattfinden kann. Dies bedeutet zwar, dass O-Ringe eine wiederverwendbare Komponente sind, wenn sie jedoch aus einer Baugruppe entfernt werden, sollten sie ausgetauscht werden, um eine optimale Abdichtung zu gewährleisten.
Für Anwendungen mit höherem Druck werden härtere O-Ringe benötigt, weshalb diese Komponenten in unterschiedlichen Härtegraden und sogar in unterschiedlichen Materialien erhältlich sind.
Wo werden O-Ringe verwendet?
Von Haushaltsgeräten bis hin zu Industriemaschinen können O-Ringe in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.
O-Ringe sind eine unglaublich nützliche Komponente in Automobilanwendungen. Die luftdichte Abdichtung, die sie bilden, kann beispielsweise verhindern, dass Öl in aktive Bereiche des Fahrzeugs gelangt, wodurch sichergestellt wird, dass Kraftstoff korrekt in den Brennraum geleitet wird, oder dass Bereiche, in denen ein Vakuum herrscht, beeinträchtigt werden.
Ein weiteres hervorragendes Beispiel für O-Ringe in Aktion ist die Tauchausrüstung. Bei dieser Anwendung bilden die Ringe eine Dichtung rund um die Maske oder den Tank, wodurch lebenswichtiger Sauerstoff im Inneren bleibt und gleichzeitig das Eindringen von Wasser verhindert wird.
Dichtungsschrauben und -muttern — Verbindungselemente mit integriertem O-Ring
In einigen Fällen ist eine Abdichtung rund um ein Gewindeloch oder unter dem Kopf eines Befestigungselements erforderlich. Unter diesen Umständen können Sie möglicherweise eine Unterlegscheibe verwenden, die zum Zurückhalten oder Abdichten von Flüssigkeiten bestimmt ist, oder einen Verschluss mit integrierter Dichtung.
Für Hochdruckanwendungen oder kritische Anwendungen verfügen die Dichtungsschrauben von Accu über einen integrierten O-Ring, der eine Abdichtung in einer Reihe von Anwendungen bietet, bei denen die Rückhaltung oder der Ausschluss von Flüssigkeiten und Gasen von entscheidender Bedeutung ist, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, der Industrie oder der zuvor genannten Automobilindustrie.
Weitere Informationen zu den Dichtungsschrauben von Accu finden Sie in unserem Artikel „Was sind Dichtungsschrauben?
'In Situationen, in denen die innere Abdichtung weniger wichtig ist, z. B. bei Dachanwendungen, kann eine standardmäßige EPDM-Dichtungsscheibe verwendet werden, um eine wetterfeste Befestigung zu gewährleisten.
Was ist der Unterschied zwischen einem Gummi-O-Ring und einer Gummischeibe?
Obwohl sie eine ähnliche Form und ein ähnliches Material haben, unterscheiden sich Gummi-O-Ringe und Gummischeiben in vielerlei Hinsicht.
Eine Unterlegscheibe ist ein flaches Bauteil, das verwendet wird, um den Abstand zwischen den Teilen zu gewährleisten und Druck oder Reibung aufzunehmen. Gummi-O-Ringe sind im Vergleich dazu eine Elastomerschleife, die sich zusammendrücken und dann wieder in ihre ursprüngliche Form zurückfedern kann.
Im Gegensatz zu Gummischeiben, bei denen es sich um eine Komponente mit geringerem Risiko handelt, kann ein Ausfall eines O-Rings oft schädliche Auswirkungen auf die gesamte Armatur haben.
Wann und warum versagen O-Ringe?
Die häufigste Ursache für den Ausfall von O-Ringen ist Verschleiß, der häufig auf die Alterung der Komponenten und die Umweltbelastung zurückzuführen ist.
Dennoch gibt es eine Reihe von Gründen, die dazu führen können, dass ein O-Ring vorzeitig ausfällt, wie z. B. Druckverformungsrest, unsachgemäße Stopfbuchsenkonstruktion oder falsche Dimensionierung, Umweltverträglichkeit und Abrieb.
Kompressionssatz
EinDruckverformungsrest liegt vor, wenn sich die O-Form des O-Rings dauerhaft zu einem Oval mit flachen Seiten verformt. Dies tritt auf, wenn die Dichtungslinie des O-Rings durch einen Konstruktionsfehler der Stopfbuchse beeinträchtigt wird.
Die Dichtungslinie bestimmt, wie stark ein O-Ring komprimiert werden kann, um die Integrität der Dichtung nicht zu beeinträchtigen.
Unsachgemäßes Drüsendesign oder falsche Dimensionierung
Neben dem Druckverformungsrest können eine falsche Stopfbuchsenkonstruktion oder eine falsche Dimensionierung auch dazu führen, dass ein O-Ring auf andere Weise unterdurchschnittlich abschneidet.
In diesem Fall funktioniert der O-Ring nicht so gut wie erwartet, da es sich um die falsche Spezifikation für die Anwendung handelt. Dies könnte die falsche O-Ring-Größe oder Härte sein. Wenn der O-Ring nicht mit der Nut kompatibel ist, kann dies an einer beschädigten Hardware oder einem Problem mit einer Fehlausrichtung bei der Montage liegen
Unvereinbarkeit mit der Umwelt
Einvorzeitiger Ausfall eines O-Rings kann auch auf seine Unverträglichkeit mit der Umwelt zurückzuführen sein, wie z. B. extreme Temperaturen und chemische Einwirkung.
Wenn ein O-Ring Hitze ausgesetzt wird, kann er durch thermischen Abbau weich werden oder reißen.
In ähnlicher Weise kann ein Gummi-O-Ring in kalten Umgebungen seine Elastizität verlieren. Dies wird als „Coldset“ bezeichnet. Die Kaltverfestigung kann durch Erhitzen rückgängig gemacht werden. Die Verringerung des Querschnitts kann jedoch zu einer schwächeren Abdichtung und einer potenziellen thermischen Degradation wie oben beschrieben führen, wenn zu viel Wärme verwendet wird.
Wenn ein O-Ring Chemikalien ausgesetzt wird, kann er reißen, Blasen bilden und andere visuelle Gebrauchsspuren entwickeln. Einige Chemikalien, z. B. solche auf Erdölbasis, schädigen O-Ringe aus Naturkautschuk. Daher werden bei der Installation von O-Ringen häufig Schmiermittel auf Silikonbasis als Alternative zu herkömmlichen Maschinenölen verwendet.
Abrieb
Bei dynamischen Dichtungen, bei denen häufig Drehbewegungen und Oszillationen auftreten, können O-Ringe Abrieb ausgesetzt sein. Der Abrieb wirkt sich typischerweise auf die flachen Seiten des O-Rings aus, die direkt mit der bewegten Oberfläche in Kontakt stehen.
Beim Abrieb beginnen Streupartikel, am Ring zu kratzen, was zu Rissen oder Löchern im Bauteil führen kann.
Die Auswirkungen von Abrieb können durch sachgemäße Installation und Schmierung gemildert werden.
Welches Material eignet sich am besten für O-Ringe - FPM-Gummi oder Nitrilkautschuk?
Bei den meisten Anwendungen geht es um Kompromisse: Belastbarkeit versus Steifigkeit, Weichheit versus Härte, niedrige Temperatur versus hohe Temperatur und Leistung versus Kosten.
Das Gleiche gilt für die Auswahl des Materials, das Sie für einen O-Ring benötigen. Obwohl es für diese Komponenten insgesamt keine beste oder schlechteste Option gibt, eignen sich bestimmte Materialien für bestimmte Anwendungen besser.
O-Ringe aus Nitrilkautschuk
Nitril-O-Ringe können verwendet werden, um Temperaturen zwischen -54 °C und 149 °C standzuhalten. Nitril kann mit Wasser, Erdöl und einigen Hydraulikflüssigkeiten verwendet werden. O-Ringe aus diesem Material sind jedoch nicht für die Verwendung mit Bremsflüssigkeiten, Ketonen, Phosphatester-Hydraulikflüssigkeit und nitro-/halogenierten Kohlenwasserstoffen für Kraftfahrzeuge geeignet.
FPM-Gummi-O-Ringe (Fluorpolymer)
FPM eignet sich für Silikonflüssigkeiten und Gase, Erdöle, Säuren und einige halogenierte Kohlenwasserstoffe. Sie werden häufig in der chemischen Verarbeitung, in der Automobilindustrie und in Haushaltsgeräten eingesetzt.
Die Verwendung vonFluorpolymer mit Phosphatester-Hydraulikflüssigkeiten wird nicht empfohlen.
Der Temperaturbereich für FPM-Gummi reicht von -40 °C bis 250 °C; es kann im Vergleich zu Nitrilkautschuk in Umgebungen mit viel höheren Temperaturen eingesetzt werden.
Was ist die beste Härte für einen O-Ring?
Die optimale Härte für die meisten allgemeinen Anwendungen ist ein Shore A-Härtegrad von 70. Dies entspricht einem Durometer von 70.
Accu verkauft sowohl FPM- als auch Nitrilkautschuk-O-Ringe, die in einem Bereich zwischen 2,9 und 67 mm erhältlich sind. Beide Materialien haben einen Shore A-Härtegrad von 70.
Für Niederdruckanwendungen unter 1000 psi wird ein Durometer von 55 empfohlen. Für Hochdruckanwendungen von bis zu 6000 psi ist jedoch ein Durometer von 90 erforderlich.
Je höher das Durometer, desto härter der O-Ring und umgekehrt. Ein O-Ring mit einem höheren Härtegrad lässt sich schwerer dehnen und ist daher schwieriger von Hand zu montieren. Es gibt jedoch Methoden, um diesen Prozess zu vereinfachen, z. B. das Einweichen in heißem Wasser, um das Bauteil geschmeidiger zu machen, als es bei Raumtemperatur der Fall wäre.
Für Nischenanwendungen können metallische O-Ringe für Anwendungen mit extremen Kräften und Temperaturen oder sogar für den Umgang mit korrosiven Materialien und Strahlung spezifiziert werden.
Für weniger extreme Anwendungen, für die dennoch eine metallische Dichtung erforderlich ist, kann stattdessen eine Kupferscheibe verwendet werden.
Wie misst man einen O-Ring?
Das Messen eines O-Rings ist ein einfacher Vorgang. Messen Sie zunächst die Breite und den Durchmesser oder alternativ nur den Durchmesser der Nut der Welle, in die Sie das Bauteil einbauen.
Sobald diese Messungen vorgenommen wurden, wählen Sie den entsprechenden O-Ring aus, indem Sie sich seinen Innen- und Außendurchmesser ansehen. Diese Messungen können mit einem Lineal gemessen werden. Für eine genauere Messung verwenden Sie Messschieber.
Um diese Messungen durchzuführen, stellen Sie die Unterlegscheibe auf eine ebene Fläche und achten Sie darauf, dass sie ihre ursprüngliche Torusform hat.