O-RING Anwendungen | AUSLEGUNG EINFACH ERKLÄRT

Alles was Sie über O-Ring Abdichtungsarten wissen müssen

O-Ringe sind sehr vielseitig anwendbare Dichtungselemente. 

Durch die runde Form und ihre elastischen Eigenschaften können sie in verschiedenen Konstellationen technische Bauteile gegeneinander abdichten. Genauso eignen sich O-Ringe dazu, das Innere einer Maschine oder Anlage von der Umwelt abzutrennen. 

Egal ob Druck, bestimmte Medien oder Temperaturen: Richtig eingesetzte O-Ringe erhalten die Bedingungen im Inneren des Dichtungssystems zuverlässig aufrecht. Damit sie dieser Aufgabe gerecht werden können, müssen Techniker bei der Auslegung einer Abdichtung die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung beachten. 

Wir charakterisieren die Anwendungen und fassen zusammen, worauf es ankommt.

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#1 Diese O-Ring Anwendungen gibt es

Die wichtigste Unterscheidung verschiedener O-Ring Anwendungen betrifft die Richtung der Verpressung. Von der Einbaurichtung aus gesehen, kann der Querschnitt von O-Ringen axial oder radial verpresst werden. 

Bei der Verpressung handelt es sich um die elastische Verformung des O-Rings zwischen den beiden Dichtflächen. 

Sie ist notwendig, um die Dichtflächen sauber zu verschließen. Durch die Verpressung passt sich das Dichtungselement an Unebenheiten in den Werkstückoberflächen an. Auch leicht exzentrisch zueinander positionierte Bauteile werden durch diese Vorspannung des O-Rings sicher abgedichtet. 

Das ist auch deshalb wichtig, weil die Positionierung der Bauteile sich durch äußere Einflüsse wie einen Schlag jederzeit verändern kann.

Axiale und radiale Verpressung sind die beiden Kategorien gebräuchlicher O-Ring Anwendungen. Sie lassen sich noch weiter untergliedern und haben spezifische Anforderungen an Konstruktion, O-Ring Werkstoffauswahl und viele weitere Parameter.

#2 Abdichtungsart: Flanschdichtung

Die Flanschdichtung ist eine O-Ring Anwendung, bei der das Dichtungselement rein statisch eingesetzt wird. 

Hier ruhen die Dichtflächen, zwischen denen der O-Ring verpresst wird. Es handelt sich also um eine starre Verbindung, die in der Regel jedoch mit Schrauben lösbar ausgeführt ist. Flanschdichtungen zeichnen sich durch eine Verpressung in axialer Richtung aus. 

Die Verformungskraft wirkt also in der Einbaurichtung des O-Rings. Als Beispiele für eine Flanschdichtung sind Verbindungen von Rohrleitungen oder Revisionsöffnungen zu nennen. Auch Reduzierstücke für den Leitungsquerschnitt werden per Flanschdichtung gesichert.

1. Werkstoffe
Grundsätzlich eignen sich viele Elastomerwerkstoffe für den Einsatz als Flanschdichtung. Weil die Montage kaum Dehnung erfordert, können auch Werkstoffe mit geringer Elastizität unproblematisch genutzt werden. 

In der Chemie- und Lebensmittelindustrie ist beispielweise das starre aber überaus medienbeständige PTFE ein sehr verbreitetes Material für Flanschdichtungen. EPDM findet oft in der Sanitär- und Heizungsinstallation Verwendung.

2. Nutauslegung
Bei der Nutauslegung von Flanschdichtungen sollte vor allem beachtet werden, dass die Druckrichtung die Einbaulage des O-Rings vorgibt. Bei Innendruck sollte das Dichtungselement an der äußeren Nutkante anliegen – bei Außendruck entsprechend umgekehrt. Damit steigert der Druck die Dichtwirkung.

3. Montage
Die Montage von Flanschdichtungen gestaltet sich dank der gut zugänglichen Nuten meist unproblematisch. Bei der Montage kann der O-Ring von vorne in die Nut eingelegt werden, ohne dafür übermäßig verformt zu werden. 

Bei Außendruck ist lediglich eine geringe Dehnung des Innendurchmessers notwendig, bei Innendruck eine minimale Stauchung des Außendurchmessers.

4. Einsatzfelder
Die Flanschdichtung mit O-Ringen findet sich immer dort, wo runde Bauteile statisch miteinander verbunden werden sollen. Flansche und die entsprechenden Dichtungen sichern aneinandergefügte Rohre, verschließen Endstellen mit Deckeln und integrieren Revisionsöffnungen.

#3 Abdichtungsart: Kolbendichtung

Bei der Kolbendichtung wird der O-Ring radial verpresst. Die Verformung wirkt also orthogonal zur Einbaurichtung. 

Noch ein weiteres Kriterium charakterisiert die Kolbendichtung. Hier ist die Einbaunut im Innenteil der Abdichtung, also dem Kolben, angeordnet. Die Verpressung findet an der Dichtfläche des Außenteils statt. 

Kolbendichtungen werden daher auch als außendichtend bezeichnet. Sie sind allgemein günstiger als Stangendichtungen, da die Einbaunut im Innenteil mit spanenden Verfahren leichter herzustellen ist.

1. Werkstoffe
Die Kolbendichtung kann sowohl statisch als auch dynamisch eingesetzt werden. Während bei der dynamischen Anwendung die Belastung des O-Rings durch Reibung besonders relevant ist, ist sie im unbewegten Dichtungsfall eher unkritisch. 

Mit einer Ausnahme: Bei unbewegten Abdichtungen können wechselnde Druckverhältnisse eine starke Reibung verursachen. 

Dann wandert der O-Ring abwechselnd von einer Nutflanke zur anderen, um sich jeweils an der druckabgewandten Seite zu befinden. Bei dynamischen Abdichtungen kommt es dagegen regelmäßig dazu, dass sich die Dichtflächen gegeneinander und damit auch gegen den O-Ring bewegen. Die verbreitetsten Beispiele dafür sind Hydraulik- und Pneumatikanwendungen.

Die dynamische Anwendung von O-Ringen als Kolbendichtung verlangt nach besonders reibungsbeständigen Dichtungswerkstoffen. Zu den abriebfesten Werkstoffen zählen NBR, PTFE, EPDM und FKM.

2. Nutauslegung
Auch die Nutauslegung sollte dem dynamischen Einsatz Rechnung tragen. So ist eine deutlich reduzierte Verpressung vorzusehen, damit die Reibung auf das technisch notwendige Minimum beschränkt ist. 

Das schützt den O-Ring vor vorzeitigem Verschleiß und erhöht die Haltbarkeit. Höhere Oberflächengüten der Dichtungsflächen tragen ebenfalls zur Haltbarkeit bei.

Allgemein ist es bei der Nutauslegung entscheidend, über die Tiefe der Nut das Sollmaß für die Verpressung einzustellen. 

Die Breite der Nut wird in Abhängigkeit vom erwarteten Quellverhalten und den Druckverhältnissen bestimmt. So muss die Nut ausreichend breit sein, um die Volumenzunahme von O-Ringen im Kontakt mit bestimmten Medien zu ermöglichen.

Andererseits sollte sie nicht übermäßig groß sein, da der O-Ring bei wechselnden Druckverhältnissen wandern kann. Der Innendurchmesser des O-Rings wird etwas kleiner als der Nutgrunddurchmesser gewählt. Allgemein wird eine Dehnung des O-Rings von 1 bis 6 Prozent empfohlen.

Zusätzlich zur eigentlichen Nut sind bei der Kolbendichtung noch Einführschrägen im Außenteil vorzusehen. Sie helfen dabei, Kolben und Zylinder während der Montage schonend korrekt zueinander zu positionieren. 

Ohne die Einführschrägen besteht das Risiko, dass der O-Ring durch eine harte Werkstückkante gequetscht wird.

3. Montage
Bei der Montage einer Kolbendichtung muss der O-Ring gedehnt werden. In Abhängigkeit von der Elastizität des O-Ring Werkstoffes sollte bewertet werden, ob es bei der Montage zu einer kritischen Dehnung kommen kann. 

Vorsichtiges Erwärmen und die Verwendung von Montagehilfsmitteln können den Verbau komfortabler und sicherer gestalten. Montagekegel stellen eine gleichmäßige Dehnung sicher und erleichtern das Überfahren von Kanten.

4. Einsatzfelder
Diese O-Ring Anwendung herrscht vor allem dort vor, wo zwei runde Bauteile ineinander gesteckt werden. Allen voran sind Kolben und Zylinder zu nennen. Dabei kann es sich um statische und dynamische Dichtungsfälle handeln.

#4 Abdichtungsart: Stangendichtung

Stangendichtungen haben mit der Kolbendichtung die Richtung der Verpressung gemeinsam. Jedoch befindet sich der Einbauraum des O-Rings bei der Stangendichtung im Außenteil oder Zylinder. 

Bei der Auslegung wird der O-Ring so ausgewählt, dass er leicht gestaucht in die Einbaunut einschnappt. An der Dichtfläche des Innenteils oder Kolbens wird dann die Verpressung hergestellt. 

Sie ergibt sich aus dem Spaltmaß zwischen Kolben und Zylinder, Schnurstärke des O-Rings und der Tiefe der Einbaunut. Stangendichtungen sind innendichtend.

1. Werkstoffe
Ebenso wie bei der Kolbendichtung gibt das individuelle Beanspruchungsprofil vor, welche O-Ring Werkstoffe geeignet sind. 

Unter der Berücksichtigung von Reibung, Prozessmedien, Temperaturen und Druck wählen die Konstrukteure die O-Ring Qualität mit der besten Passung aus. Dabei findet auch die Wirtschaftlichkeit Beachtung.

2. Nutauslegung
Bei der Nutauslegung für eine Stangendichtung muss neben der Verpressung vor allem die notwendige definierte Stauchung am Außendurchmesser erreicht werden. 

Die Stauchung sollte für O-Ringe mit Innendurchmesser unter 250 mm zwischen 1 und 3 Prozent liegen, für größere Abmessungen bei bis zu 5 Prozent. Einführschrägen im Innenteil gestalten die Montage prozesssicher.

3. Montage
O-Ringe müssen gestaucht werden, um sie in eine Stangendichtung einbauen zu können. Dabei ist ein besonders schonendes Vorgehen wichtig, damit das Dichtungselement nicht geschädigt wird. 

Am besten gelingt die Montage, indem zuerst eine Hälfte der Dichtung in der Nut platziert wird, bevor der restliche Teil mit einem Werkzeug vorsichtig nachgeschoben wird.

4. Einsatzfelder
Dynamisch beanspruchte Stangendichtungen finden sich vor allem in der Hydraulik und in der Pneumatik. Dort werden sie bei hohen Drücken mit Stützringen abgesichert. 

Für diesen Einsatzzweck kommen aber nicht nur O-Ringe, sondern auch spezielle asymmetrisch geformte Nutringe zum Einsatz. Außendichtende Systeme werden der Stangendichtung wegen der günstigeren Herstellungsmöglichkeiten oft vorgezogen.

„Ich bin überzeugt davon, dass wir unser Wissen mit der Welt teilen sollten. Ich hoffe, dass ich alle Ihre Fragen beantworten konnte. Sollten Sie noch Fragen haben, dann können Sie sich jederzeit gerne bei uns melden. Wir helfen Ihnen gerne weiter.“

Luke Williams
Luke Williams

Herr der O-Ringe
Autor der Dichtungsakademie

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