ISO 3601: O-Ring Norm, Maße und Toleranzen

Was ist die ISO 3601?

Die ISO 3601 ist auf internationalem Level mit Abstand die wichtigste O-Ring Norm. Sie ist in fünf Teile eingeteilt und bildet die Basis für die Auslegung und Bewertung eines O-Rings.

Die erste Fassung der internationalen Norm ISO 3601 wurde bereits im Jahr 1978 veröffentlicht. Damit wurde der Grundstein für genormte O-Ringe nach internationalem Standard gelegt.

Zunächst enthielt der erste Teil der Norm nur die Maße für O-Ringe zur allgemeinen Anwendung. Hierbei orientierte sich die ISO 3601 stark an der inzwischen veralteten deutschen Norm DIN 3771. Im Vordergrund standen zu diesem Zeitpunkt aber die zölligen O-Ringe, die aus der amerikanischen Norm AS568 stammen.

Erst seit dem Jahr 2008 spiegelt die ISO 3601 auch die amerikanischen Abmessungen wider. Im Sinne einer wirklich internationalen Norm werden die amerikanischen Abmessungen von der Einheit Zoll in Millimeter umgerechnet und so auch angegeben.

Das Jahr 2008 markierte noch aus einem weiteren Grund einen erheblichen Fortschritt für die Standardisierung von O-Ringen als Dichtungselement. Denn in diesem Jahr wurde Teil 2 der Norm veröffentlicht. Dieser Teil definiert die Einbauräume für O-Ringe in generellen Anwendungen der Fluidtechnik. Damit gab es zum ersten Mal Normgrößen mit abgestimmten Richtwerten zur Angabe von Verpressung und Dehnung.

So bringen Teil 1 und Teil 2 einen erheblichen Mehrwert für Konstrukteure auf der ganzen Welt. Für eine Vielzahl von Standardanwendungen liefern die Tabellen alle wichtigen Richtwerte für die Gestaltung eines leistungsfähigen Dichtungssystems. Dazu tragen auch Teil 3 und Teil 5 entscheidend bei, denn Qualitätskriterien an Herstellung und Rezeptur schaffen verbindliche Standards.

Teil 1: Wie wird ein O-Ring korrekt definiert?

Grundsätzlich wird ein O-Ring vollständig durch die Angabe seines Innendurchmessers und der Schnurstärke beschrieben.

Entspricht die Kombination aus Innendurchmesser und Schnurstärke einer standardisierten Abmessung, dann ergeben sich gleich zwei große Vorteile:

• Der Artikel hat wahrscheinlich eine kürzere Lieferzeit oder ist sogar lagernd.
• Im Vergleich zu außergewöhnlichen Maßen ist der Preis oft deutlich besser.

Die ISO 3601-1 unterteilt O-Ringe zudem in zwei unterschiedliche Klassen:

• Klasse A: O-Ringe für sensible Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt.
• Klasse B: O-Ringe für Standard-Anwendungen, also marktübliche O-Ringe.

Der wesentliche Unterschied zwischen Klasse A und Klasse B ist die Toleranzklasse. Entsprechend den sensiblen Anwendungen wird an O-Ringe der Klasse A ein deutlich höherer Anspruch an die Maßgenauigkeit gestellt.

Ist es nicht genau definiert, dann beziehen sich O-Ring Toleranzlisten immer auf O-Ringe aus Klasse B. Eine Übersicht der genormten Maße finden Sie in unseren O-Ring Tabellen.

Teil 2: Wie lege ich einen O-Ring optimal aus?

Die korrekte Auslegung eines O-Rings ist absolut entscheidend für eine langfristige Dichtwirkung. Bei der Auslegung von O-Ringen und Einbauräumen sollte deshalb immer auf die Angaben aus der ISO 3601-2 zurückgegriffen werden.

In der Praxis sind dabei zwei Fälle wichtig:

• Der Einbauraum ist gegeben und es wird der passende O-Ring gesucht.
• Der O-Ring ist gegeben und es wird der passende Einbauraum gesucht.

Für beide Fälle gibt es eine entsprechende Tabelle. Mithilfe dieser Tabelle lässt sich der passende O-Ring oder Einbauraum ganz einfach ablesen. Die Tabelle ist in drei Anwendungsfälle unterteilt: Flanschdichtung, Kolbendichtung und Stangendichtung.

Alle Angaben erfolgen in mm. Dabei steht NB für die Nutbreite und NT für die Nuttiefe. Statisch bedeutet ohne Bewegung, dynamisch bedeutet mit Bewegung.

Konkrete Richtwerte finden Sie in unserer Übersicht zu den O-Ring Toleranzen.

Teil 3: Was ist bei der Qualität eines O-Rings entscheidend?

Die Fertigungsqualität eines O-Rings wird anhand von sechs Merkmalen bewertet:

• Formabweichung, Versatz
• Einkerbung
• Fließlinien
• Grat
• Entgratungsbereich
• Vertiefungen, Einzugstellen

Basierend auf diesen sechs Merkmalen sind in der ISO 3601-3 die zulässigen Abweichungen angegeben. Damit ist ein Standard geschaffen worden, der als Grundlage für die Bewertung eines O-Rings dient.

Welche Oberflächenabweichungen zulässig sind, hängt vom Sortenmerkmal des O-Rings ab. Insgesamt werden drei Sortenmerkmale unterschieden:

• N: Standardqualität
• S: Erhöhte Qualitätsansprüche
• CS: Kritische Anwendungen

Nahezu alle O-Ringe werden in der Standardqualität hergestellt. Soll ein O-Ring nach dem Sortenmerkmal S oder CS gefertigt werden, muss dies stets angegeben werden. Denn je spezieller der Anwendungsfall ist, desto engere Grenzen gelten für die Fehlergrößen.

O-Ringe mit dem Sortenmerkmal CS sind vor allem kritischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder Sauerstoffeinrichtungen vorbehalten. Die Toleranzen lassen sich nur mit erheblichem Aufwand in den Fertigungsprozessen erreichen. So dürfen O-Ringe mit dem Sortenmerkmal CS zum Beispiel gar keine messbaren Einkerbungen aufweisen. Dementsprechend liegen die Kosten dieser O-Ringe deutlich über denen von Standardqualitäten.

Teil 4: Welche Arten von Stützringen gibt es?

Der vierte Abschnitt der O-Ring Norm befasst sich mit dem Einsatz von Stützringen. In Abhängigkeit vom Schnurdurchmesser aus Teil 1 ordnet Teil 4 den O-Ringen Stützringe mit bestimmten Profilmaßen zu. Sie dienen dazu, O-Ringe gegen die Einwirkung von zu hohem Druck zu schützen.

Hoher Druck und vor allem schnell wechselnde Druckverhältnisse können zu mechanischen Schäden am O-Ring führen. So kann er auf der druckabgewandten Seite in den Dichtspalt gepresst werden. Scharfe Nutkanten können dabei Teile des O-Rings abscheren. Dieses Schadensbild bezeichnen Dichtungsexperten auch als Spaltextrusion.

Als Gegenmaßnahme dienen Stützringe, die auf der druckabgewandten Seite platziert werden. Unter Belastung verformt sich der harte Stützring und verschließt den Dichtspalt, ohne ihn abzudichten. Stattdessen sorgt er dafür, dass der O-Ring nicht einfließen kann.

Die ISO 3601 definiert fünf Arten von Stützringen:

Die Auswahl der passenden Variante erfolgt vor allem in Abhängigkeit von der Zugänglichkeit der Einbaunut und den Druckverhältnissen. Außerdem sollte betrachtet werden, ob es sich um eine ruhende oder bewegte Abdichtung handelt. Sinnvollerweise sind die Nutabmessungen in der ISO 3601-2 auf die Abmessungen der Stützringe abgestimmt.

Teil 5: Was muss ein Elastomer-Werkstoff können?

Medienangriff, Temperaturen und Druck: Diese Parameter geben hochspezifische Anforderungen an O-Ring Werkstoffe vor. Dabei geht es nicht nur um die Auswahl eines leistungsfähigen Basiselastomers. Auch die Rezeptur muss so gewählt sein, dass die Werkstoffeigenschaften ideal zu den Betriebsbedingungen passen.

Ob sie das tun, lässt sich mit zahlreichen Kennzahlen zu mechanischen Eigenschaften sowie zum Temperatur- und Alterungsverhalten testen.

Seit der ersten Fassung aus dem Jahr 2002 gibt die ISO 3601-5 Anforderungen an die Eigenschaften von O-Ring-Werkstoffen vor. Anfänglich war die Norm allenfalls als allgemeine Auswahlhilfe geeignet. In Abhängigkeit von den Kontaktmedien ließ sich ein geeigneter Elastomerwerkstoff identifizieren.

Die Ausgabe von 2015 bringt jedoch einen erheblichen Fortschritt. Denn sie definiert werkstoffliche Anforderungen an gängige O-Ring-Materialien. Darunter finden sich etwa NBR, HNBR, FKM und EPDM.

Neben der Rezeptur beeinflusst auch der Fertigungsprozess die Eigenschaften des Fertigteils. Vor allem der kritische Schritt der Vulkanisation wirkt sich auf die mechanischen Kennwerte aus. Deshalb ist die Spezifikation der Eigenschaften am Fertigteil entscheidend. Diese Kennwerte werden in der Praxis für die Überprüfung eines ausreichenden Vulkanisationsgrades genutzt.

Ist der O-Ring konform zu Teil 5 der Norm, dann ist der Anwender gegen grobe Abweichungen bei Rezeptur und Vulkanisation gleichermaßen abgesichert.

Was muss gemäß ISO 3601 auf Datenblättern stehen?

Die O-Ring Norm gibt keine strikten Anforderungen an Datenblätter vor. Durchgesetzt hat sich jedoch, dass folgende Angaben auf Datenblättern stehen sollten.

Die fünf Pflichtangaben für O-Ring Datenblätter:

• Werkstoffangabe (ISO Bezeichnung)
• Shorehärte (Shore A oder D)
• Reißdehnung (%)
• Zugfestigkeit (MPa)
• Druckverformungsrest (%)

Darüber hinaus sind auch diese Angaben sinnvoll:

• TR-10 (°C)
• Dichte (g/cm³)
• Weiterreißwiderstand (N/mm)

Welche Abmessungsnormen gibt es neben der ISO 3601?

Neben der ISO 3601 existieren weitere nationale und internationale Abmessungsnormen für O-Ringe. Eine ausführliche Gegenüberstellung finden Sie in unserem Beitrag zu den Abmessungsnormen für O-Ringe.

Mehr zur abgelösten deutschen Norm lesen Sie im Beitrag zur O-Ring Norm DIN 3771.

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