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 Drücken zuverlässig standhalten.
Was ist ein O-Ring?
Ein O-Ring ist ein donutförmiges Stück Material, meistens ein Elastomergummi, das als Gleitringdichtung verwendet wird, um zu verhindern, dass Luft oder Flüssigkeit aus Ihrer Maschine oder Anwendung austreten.
Diese Bauteile können aufgrund ihrer Torusform manchmal als torisches Gelenk 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 zusammengeführt und der Ring zusammengedrückt wird, verformt er sich leicht, sodass er beide Oberflächen berührt. Dadurch entsteht eine physische Barriere gegen Undichtigkeiten, auch Kontaktspannung genannt.
Ist der Anpressdruck niedriger als der Kontaktdruck, entsteht eine Abdichtung, die verhindert, dass Flüssigkeit oder Gas austreten. Wenn der Anpressdruck ansteigt, wird der O-Ring weiter zusammengedrückt und sorgt so für eine noch engere Abdichtung. Dieser sich selbst verstärkende Prozess wird als „Selbstenergetisierung“ bezeichnet.
Wenn der Druck abnimmt oder nachlässt, kehrt der O-Ring in seine ursprüngliche Form zurück, sodass der Vorgang immer wieder stattfinden kann. Technisch gesehen bedeutet das zwar, dass O-Ringe ein wiederverwendbares Bauteil sind, aber wenn sie 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. So kann beispielsweise durch die luftdichte Abdichtung verhindert werden, dass Öl in aktive Bereiche des Fahrzeugs austritt. So wird sichergestellt, dass Kraftstoff korrekt in die Brennkammer geleitet wird oder dass Bereiche, in denen ein Vakuum herrscht, beeinträchtigt werden.
Ein weiteres hervorragendes Beispiel dafür, wie O-Ringe in Aktion sind, sind Tauchausrüstungen. Bei dieser Anwendung bilden die Ringe eine Versiegelung rund um die Maske oder den Tank, wodurch lebenswichtiger Sauerstoff im Inneren bleibt und gleichzeitig das Eindringen von Wasser verhindert wird.
Verschlussschrauben und Muttern — Verschlüsse mit integriertem O-Ring
In einigen Fällen ist eine Abdichtung an einer Gewindebohrung oder unter dem Kopf eines Befestigungselements erforderlich. Unter diesen Umständen können Sie möglicherweise eine Unterlegscheibe verwenden, die zur Flüssigkeitsretention oder Abdichtung vorgesehen ist, oder einen Verschluss mit integrierter Dichtung.
Für Hochdruck- oder kritische Anwendungen verfügen die Dichtungsschrauben von Accu über einen integrierten O-Ring, der eine Abdichtung in einer Reihe von Anwendungen gewährleistet, bei denen die Rückhaltung oder der Ausschluss von Flüssigkeiten und Gasen entscheidend ist, wie 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 Standard-EPDM-Abdichtscheibe verwendet werden, um eine wetterfeste Befestigung zu gewährleisten.
Was ist der Unterschied zwischen einem Gummi-O-Ring und einer Gummi-Unterlegscheibe?
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 Abstand zwischen Teilen herzustellen und Druck oder Reibung zu absorbieren. Gummi-O-Ringe sind im Vergleich dazu eine Schlaufe aus Elastomer, die sich zusammendrücken und dann wieder in ihre ursprüngliche Form zurückfedern können.
Im Gegensatz zu Gummischeiben, bei denen es sich um ein Bauteil mit geringerem Risiko handelt, kann ein Ausfall eines O-Rings oft die gesamte Armatur ruinös beeinflussen.
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 Auswirkungen auf die Umwelt zurückzuführen ist.
Dennoch gibt es eine Reihe von Gründen, die dazu führen können, dass ein O-Ring vorzeitig ausfällt, wie z. B. Druckverformung, unsachgemäßes Design oder falsche Größe der Stopfbuchse, Unverträglichkeit mit der Umgebung und Abrieb.
Kompressionsset
Bei Druckverformung verformt sich die O-Form des O-Rings dauerhaft zu einem Oval mit flachen Seiten. Dies tritt auf, wenn die Dichtlinie des O-Rings aufgrund eines Konstruktionsfehlers der Stopfbuchse beschädigt ist.
Die Dichtungslinie bestimmt das Ausmaß der Kompression, der ein O-Ring ausgesetzt werden kann, um die Integrität der Dichtung nicht zu beeinträchtigen.
Falsches Design der Stopfbuchse oder falsche Größe
Neben dem Druckverformungsrest können auch ein falsches Stopfbuchsendesign oder eine falsche Dimensionierung dazu führen, dass ein O-Ring aus anderen Gründen eine unterdurchschnittliche Leistung erbringt.
In diesem Fall funktioniert der O-Ring nicht so gut wie erwartet, da er die falsche Spezifikation für die Anwendung hat. 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 an einer Fehlausrichtung bei der Montage liegen
Inkompatibilität mit der Umwelt
Ein vorzeitiger Ausfall des O-Rings kann auch auf seine Unverträglichkeit mit der Umgebung zurückzuführen sein, z. B. durch extreme Temperaturen und chemische Einwirkung.
Wenn ein O-Ring Hitze ausgesetzt wird, kann er aufgrund thermischer Zersetzung weich werden oder reißen.
Ebenso kann ein Gummi-O-Ring in kalten Umgebungen seine Elastizität verlieren. Dies wird als „Cold Set“ bezeichnet. Die Kaltverfestigung kann durch Erhitzen rückgängig gemacht werden. Die Verringerung des Querschnitts kann jedoch zu einer schwächeren Abdichtung und zu einer möglichen thermischen Verschlechterung (siehe oben) führen, wenn zu viel Wärme verwendet wird.
Wenn ein O-Ring Chemikalien ausgesetzt wird, kann er reißen, Blasen bilden und andere optische Abnutzungserscheinungen entwickeln. Einige Chemikalien, z. B. solche auf Erdölbasis, schädigen die O-Ringe aus Naturkautschuk. Daher werden beim Einbau von O-Ringen häufig Schmiermittel auf Silikonbasis als Alternative zu herkömmlichen Maschinenölen verwendet.
Abnutzung
Bei dynamischen Dichtungen, bei denen häufig Drehbewegungen und Oszillationen auftreten, können O-Ringe Abrieb ausgesetzt sein. Der Abrieb wirkt sich in der Regel auf die flachen Seiten des O-Rings aus, die direkt mit der bewegten Oberfläche in Kontakt stehen.
Wenn Abrieb auftritt, beginnen sich Streupartikel am Ring zu kratzen; dies kann zu Rissen oder Löchern im Bauteil führen.
Die Auswirkungen des Abriebs 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.
Dies gilt auch für die Auswahl des Materials, das Sie für einen O-Ring benötigen. Obwohl es für diese Komponenten insgesamt keine beste oder schlechteste Option gibt, sind bestimmte Materialien für bestimmte Anwendungen besser geeignet.
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 Kfz-Bremsflüssigkeiten, Ketonen, Phosphatester-Hydraulikflüssigkeit und nitro-/halogenierten Kohlenwasserstoffen geeignet.
O-Ringe aus Gummi (Fluorpolymer) aus FPM
FPM ist für Silikonflüssigkeiten und -gase, Erdölöle, Säuren und einige halogenierte Kohlenwasserstoffe geeignet. Sie werden häufig in der chemischen Verarbeitung, in der Automobilindustrie und in Haushaltsgeräten eingesetzt.
Es wird nicht empfohlen, Fluorpolymer zusammen mit Phosphatester-Hydraulikflüssigkeiten zu verwenden.
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 Größen zwischen 2,9 mm und 67 mm erhältlich sind. Beide Materialien haben einen Härtegrad von Shore A.
Für Niederdruckanwendungen unter 1000 psi wird ein Härtegrad von 55 empfohlen. Für Hochdruckanwendungen von bis zu 6000 psi ist jedoch ein Durometer von 90 erforderlich.
Je höher der Härtegrad, desto härter ist 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 Vorgang zu vereinfachen, z. B. das Einweichen in heißes 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 bei der Handhabung korrosiver Materialien und Strahlung spezifiziert werden.
Für weniger extreme Anwendungen, die immer noch eine metallische Dichtung erfordern, 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 anhand seines Innen- und Außendurchmessers aus. Diese Messungen können mit einem Lineal vorgenommen werden. Für eine genauere Messung können Sie auch Messschieber verwenden.
Um diese Messungen vorzunehmen, legen Sie die Unterlegscheibe auf eine ebene Fläche und achten Sie darauf, dass sie ihre ursprüngliche Torusform hat.