O-Ring Herstellung: so entstehen O-Ringe

Das passende Fertigungsverfahren auswählen

Die Anforderungen an Dichtungen sind vielfältig: Medienkontakt, Druck- und Temperaturbelastung sowie Standzeit unterscheiden sich von Anwendung zu Anwendung. Entsprechend breit ist das Portfolio an Dichtungselementen. So wie sich für jeden Dichtungsfall das optimale Produkt finden lässt, gilt es auch für dessen Herstellung das passende Fertigungsverfahren zu wählen.

Die Produktionsweise beeinflusst nicht nur die technischen Eigenschaften der Dichtung, sondern auch ihre Kosten. Für industrielle Anwender ist die Auflösung dieses Zielkonflikts entscheidend.

Was die Verfahrensauswahl bestimmt

Aus ökonomischer Sicht geben Stückzahlen und akzeptable Lieferfristen den Ausschlag. Auf der technischen Seite kommen Werkstückabmessungen, der zulässige Toleranzbereich sowie die physikalischen Eigenschaften hinzu. Anhand der Art der Dichtung und des Werkstoffs treffen die Experten bereits eine Vorauswahl.

Im weiteren Verlauf liegt der Fokus auf zwei Dichtungsklassikern: O-Ringe und Flachdichtungen. Eine Einführung in die Grundbegriffe finden Sie unter Grundwissen O-Ringe.

Dichtungsarten und Werkstoffe

Der O-Ring

Der O-Ring ist die Dichtung mit der weitesten Verbreitung. Er ist ein geschlossener Ring mit kreisrundem Querschnitt, dessen Abmessungen von Innendurchmesser und Schnurdurchmesser festgelegt werden. O-Ringe kommen für ruhende (statische) und bewegte (dynamische) Dichtungen zum Einsatz. Wie sich die Maße bezeichnen lassen, erklärt der Beitrag zu den O-Ring Bezeichnungen.

Die Dichtwirkung stellt sich ein, wenn Druck den Querschnitt des O-Rings elastisch verformt. Es entsteht eine Flächenpressung zwischen Dichtung und Nutgrund einerseits sowie zwischen Dichtung und Dichtfläche andererseits. Damit das System funktioniert, müssen Nutauslegung und Werkstoffauswahl stimmen.

O-Ringe bestehen vorwiegend aus Elastomeren, die gummielastische Eigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaft erhält das Rohprodukt Kautschuk während der Vulkanisation. Der Prozess vernetzt die Makromoleküle, die dabei entstehenden Querverbindungen lassen das Material nach einer äußeren Formveränderung wieder in die Ausgangsposition zurückkehren.

Reicht die Medienbeständigkeit der Elastomere für eine anspruchsvolle Anwendung nicht aus, lässt sich die Eigenschaft durch eine Ummantelung mit geeigneten Werkstoffen steigern. Diesen fehlt häufig wiederum die Elastizität eines Elastomers. Häufig genutzte Elastomere sind NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), FKM (Fluorkautschuk) und FFKM (Perfluorkautschuk). Bekannt sind diese Materialien auch unter den geschützten Handelsnamen der jeweiligen Hersteller.

Die Flachdichtung

Flachdichtungen kommen vor allem zur Abdichtung von Flanschen zum Einsatz, also bei im Rohrleitungsbau verbreiteten Verbindungen mit zwei planen Dichtflächen. Hier ist die Auflagefläche des Dichtmittels deutlich größer als beim O-Ring, der kreisförmige Profilquerschnitt fehlt. Durch den etwa über eine Verschraubung erzielten Anpressdruck gleicht die Flachdichtung Unebenheiten in den Flächen aus und dichtet sie ab.

Flachdichtungen dienen entsprechend nahezu ausschließlich für statische Dichtungsfälle. Zusammen mit der häufig aggressiven Umgebung in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie macht das neben Elastomeren noch andere Werkstoffe interessant. So bestehen Flachdichtungen auch aus Faserstoffen oder PTFE (Polytetrafluorethylen). Für hohe Drücke kommen metallverstärkte Werkstoffe hinzu. Flachdichtungen für spezielle Anwendungen nehmen zudem sehr individuelle Formen und Dimensionen an.

Herstellungsverfahren für O-Ringe

Die Herstellung herkömmlicher O-Ringe und Flachdichtungen unterscheidet sich grundlegend. Gemein sind beiden die hohen Anforderungen an Präzision, Wirtschaftlichkeit und kurzfristige Verfügbarkeit. Kundenindividuelle Dichtungen müssen sich in kurzer Zeit herstellen lassen, um teure Maschinenausfälle beim Kunden zu vermeiden.

Für elastomere O-Ringe kommen hauptsächlich zwei Verfahren zum Einsatz: das Kompressionsverfahren (Formpressen, Compression Molding) und das Spritzgussverfahren (Injection Molding). Für besonders große O-Ringe ergänzt das Stoßvulkanisieren das Spektrum.

Formpressen (Kompressionsverfahren)

Das Kompressionsverfahren beginnt mit der Herstellung eines Rohlings im Strangpressverfahren. Dieser wird in eine Form eingelegt und unter hoher Temperatur zu einem kreisförmigen O-Ring gepresst. Nach dem abschließenden Entgraten ist der O-Ring fertig. Das Verfahren eignet sich vor allem für geringere Stückzahlen von Dichtungen mit großen Abmessungen.

Vorteile Formpressen:

• Geeignet für kleine Stückzahlen
• Große Abmessungen nahtlos fertigbar
• Günstigere Werkzeugkosten als beim Spritzgussverfahren

Spritzgussverfahren (Injection Molding)

Für O-Ringe in Standardgrößen, die der Markt in hohem Volumen nachfragt, eignet sich das Spritzgussverfahren besser. Das Ausgangsmaterial erhält seine endgültige Form durch das automatische Einspritzen in die geschlossene Form. Nach dem Auswerfen ist der O-Ring fertig für Weiterbearbeitung oder Verkauf. Auch hier wirken hohe Temperaturen auf das Material, um die für die Elastizität notwendige Vulkanisation zu erzielen.

Vorteile Spritzgussverfahren:

• Automatisierte Produktion
• Große Serien kostengünstig produzierbar
• Hoher Qualitätsstandard

Stoßvulkanisieren großer O-Ringe

Besonders große O-Ringe mit gebräuchlichen Schnurlängen von bis zu 3.000 mm verlangen einen weniger automatisierten Herstellungsprozess. Das trägt dem meist ungünstigen Verhältnis zwischen Nachfragemenge und Werkzeugkosten Rechnung. Am weitesten verbreitet ist das Stoßvulkanisieren von stranggepressten Schnüren. Die Verfügbarkeit der Rundschnur in verschiedenen Durchmessern stellt dabei die einzige Begrenzung der Gestaltungsfreiheit dar.

Zum Stoßvulkanisieren legt der Fachmann die Schnurenden in spezielle Vorrichtungen ein und versieht sie mit einer Haftmischung. Nun wirken Temperatur und Druck, um die Stoßstellen zu vulkanisieren, also die Moleküle zu verketten. Das Verfahren hat durch die überlegenen physikalischen Werte der vulkanisierten Stoßstelle das vorher gebräuchliche Verkleben von O-Ringen weitestgehend abgelöst.

Dennoch stellt der Stoß eine Schwachstelle gegenüber der extrudierten Schnur dar. Dem Prozess geschuldet sind auch die im Vergleich zu den anderen Verfahren größeren Fertigungstoleranzen.

Vorteile Stoßvulkanisieren:

• Keine Werkzeugkosten
• Kurze, flexible Lieferzeiten
• Jeder Innendurchmesser herstellbar

Die O-Ring Verfahren im Vergleich

Welches Verfahren das richtige ist, ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Stückzahl, Abmessung und Toleranzanforderung. Die folgende Übersicht ordnet die drei Verfahren ein.

Herstellungsverfahren für Flachdichtungen

Das Ausgangsmaterial für Flachdichtungen stellen in der Regel plattenförmige Halbzeuge dar. Je nach Anwendung bestehen sie aus Elastomeren, Faserwerkstoffen oder mehrschichtigen Materialkombinationen. Flachdichtungen in einer Vielzahl von Konturen lassen sich mittels Stanzen, Plotten oder Wasserstrahlschneiden aus den Platten heraustrennen. Die Verfahrensauswahl erfolgt unter den Gesichtspunkten Stückzahl, Lieferzeit und Werkstoff.

Stanzen

Für das Stanzen benötigt der Hersteller ein spezifisches Schneidewerkzeug, das eine hydraulische Presse in das Plattenmaterial drückt. Aufgrund der überschaubaren Werkzeugkosten lassen sich Mittel- bis Großserien wirtschaftlich abwickeln. Bei kundenspezifischen Flachdichtungen ist die Werkzeugerstellzeit ein Nachteil. Auch technisch besteht eine Einschränkung: Bei Werkstoffen mit zelligem und weichem Aufbau kann sich durch das Nachgeben ein konkaves Schnittbild ergeben.

Wasserstrahlschneiden

Eine besonders präzise Alternative ist das Wasserstrahlschneiden. Es ist für Materialien prädestiniert, bei denen mechanische und thermische Verfahren an ihre Grenzen kommen. Der Wasserstrahl unter hohem Druck erzeugt kleinste Geometrien und Bohrungen in engen Toleranzen. Auch weiche Werkstoffe lassen sich deformationsfrei verarbeiten, selbst einfache dreidimensionale Dichtungen sind möglich.

Ein weiterer Vorteil macht das Verfahren für die Kleinserien- und Einzelproduktion interessant: Ein digitales Modell der Flachdichtung reicht aus, um die Befehle für die CNC-gesteuerte Maschine zu erzeugen. Ist das passende Halbzeug verfügbar, kann die Produktion mit erfolgter Datenbereitstellung sofort beginnen. Bei Materialien über 100 mm Höhe wirkt sich die zunehmende Streuung des Wasserstrahls negativ auf die Präzision aus. Im vorgesehenen Anwendungsbereich erzeugt das Verfahren Werkstücke mit sehr dünnen Wandstärken und sauberen Kanten.

Plotten

Das Plotten eignet sich ebenfalls für kleinere bis mittlere Stückzahlen. Ein elektronisch gesteuertes, oszillierendes Messer trennt die Kontur der Flachdichtung aus dem Halbzeug. Dem Verzicht auf ein spezifisches Werkzeug entsprechend fallen geringe Rüstkosten an. Ein Plus gegenüber dem Wasserstrahlschneiden ist der Größenbereich: Je nach Schneidetisch lassen sich sehr große Dichtungen von mehreren Metern Länge herstellen. Das Verfahren eignet sich abhängig vom Werkstoff für maximale Materialhöhen bis 10 mm.

Flachdichtung: Verfahren im Vergleich

Stückzahl, Toleranz und Werkstoff entscheiden auch bei der Flachdichtung über das Verfahren. Die Übersicht fasst die drei Trennverfahren zusammen.

Flexible Fertigung und gleichbleibende Qualität

Ob eine Dichtung ihre Aufgabe zuverlässig erfüllt, hängt nicht nur von der Materialauswahl und der korrekten Auslegung des Dichtsystems ab, sondern auch von den Herstellungsstandards. Bei all diesen Fragen beraten Sie die Experten von NH O-RING und stellen sicher, dass die Dichtung Ihre technischen und wirtschaftlichen Anforderungen erfüllt.

Bei Dichtungen mit spezifischen Geometrien oder bei Prototypenteilen liegt ein besonderer Fokus auf der schnellen Verfügbarkeit. Egal ob Flachdichtungen als Plattenzuschnitt, Profilschnüre oder Formteile: Hier sind kurze Reaktionszeiten gefragt. Wir wählen das optimale Herstellungsverfahren aus, sodass Sie die Dichtungen schnellstmöglich geliefert bekommen.

Wie gleichbleibende Qualität über jede Charge hinweg sichergestellt wird, lesen Sie im Beitrag zur Qualitätskontrolle.

Häufige Fragen