O-RINGe MEssen | Auslegung Einfach erklärt

Alles was Sie über das O-Ringe Messen wissen sollten

Die richtigen Abmessungen, das gewünschte Werkstoffverhalten und eine gleichmäßige Oberflächenqualität: All diese Eigenschaften bestimmen in ihrer Gesamtheit darüber, wie zuverlässig O-Ringe ihre Dichtungsaufgabe erfüllen können. 

Schon ein einziges Defizit reicht aus, um die Lebensdauer einer Abdichtung deutlich herabzusetzen. Dann drohen trotz sorgfältiger Auslegung kurze Wartungsintervalle oder plötzliche Maschinendefekte. 

Daher ist die Qualitätskontrolle von O-Ringen eine unerlässliche und dauerhafte Aufgabe für Hersteller und Lieferanten. Doch welche Kenngrößen sind ausschlaggebend für die Qualität von O-Ringen? 

In unserem Fachbeitrag erfahren Sie, auf welche Eigenschaften es ankommt und wie sie gemessen werden.

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#1 Die 5 wichtigsten O-Ring Eigenschaften

Eine zuverlässige O-Ring Abdichtung ergibt sich aus der Summe von sorgsamer Auslegung, stabilen Produkteigenschaften und fachgerechter Montage. Ob die gelieferten O-Ringe ihren Teil der Aufgabe erfüllen, lässt sich vor allem anhand dieser Eigenschaften überprüfen:

  • Innendurchmesser
  • Schnurstärke
  • Härte
  • Werkstoffzusammensetzung
  • Druckverformungsrest
Innendurchmesser

Der Innendurchmesser von O-Ringen bestimmt bei einer Kolbendichtung zusammen mit dem Nutgrunddurchmesser über die Dehnung im eingebauten Zustand. 

Dass diese im Soll-Bereich liegt, ist entscheidend für die Dichtwirkung. Beispielsweise führt eine zu hohe Dehnung dazu, dass der Querschnitt des O-Rings abflacht. In der Folge kann es zu geringerer Verpressung an der Zylinderoberfläche kommen. 

Zur Ermittlung des Innendurchmessers stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung. Die Spanne reicht vom einfachen Messkegel bis zum Laser-Scan-Micrometer.

Schnurstärke
Zusammen mit dem Innendurchmesser beschreibt die Schnurstärke die grundlegenden Abmessungen eines O-Rings. Aus Innendurchmesser und Schnurstärke ergibt sich gleichzeitig der Außendurchmesser des Dichtungselements. 

Dementsprechend gibt es bei einer Kolbendichtung einen direkten Einfluss auf die Verpressung. Schnurstärken lassen über Messtaster oder Laser-Scan-Micrometer erfassen.

Shorehärte
Härtere O-Ringe eignen sich besser für den Einsatz unter hohem Druck. Gerade wenn eine Kombination von größerer Breite des Dichtspalts und hohem Betriebsdruck vorliegt, besteht die Gefahr, dass der O-Ring in den Dichtspalt gedrückt wird. 

Ein härterer O-Ring hält dieser Beanspruchung länger Stand, ohne dass beispielsweise Material abgeschert wird. Das gängige Messprinzip besteht aus einem Kegelstumpf, der auf den Werkstoff drückt. Seine Eindringtiefe gibt Aufschluss über die Härte des Werkstoffs. 

Die gängigen Verfahren Shore A und IRHD unterscheiden sich vor allem anhand von Gewicht und Form des Prüfkörpers. Während die Shorehärte für Normproben dient, eignet sich IRHD besser für die Messung von Fertigteilen.

Werkstoffzusammensetzung
Der Gehalt des Polymer-Werkstoffs im Verhältnis zu anderen Rezepturbestandteilen sagt aus, wie die Medienbeständigkeit oder Temperaturverhalten eines O-Rings ausfallen.

Beispielsweise variiert der Acrylnitril-Gehalt bei Dichtungselementen aus NBR zwischen 18 und 50 Prozent. Ein höherer Mischungsanteil verbessert die Beständigkeit gegen Öl und Kraftstoffe. 

Sinkt der Gehalt von Acrylnitril, verbessert sich im Gegenzug die Elastizität. Für eine zuverlässige Abdichtung ist es daher entscheidend, zu große Rezepturschwankungen auszuschließen. 

Eine Werkstoffprobe lässt sich mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) auf ihre Zusammensetzung untersuchen.

Druckverformungsrest
Was das Temperaturverhalten von O-Ring Werkstoffen angeht, lässt der Druckverformungsrest (DVR) die besten Rückschlüsse zu. 

Zur Ermittlung des Wertes wird der O-Ring in einem temperierten Medium im verformten Zustand eingelagert. Je besser der O-Ring nach seiner Entlastung wieder die Ausgangsform annimmt, desto geringer fällt der Druckverformungsrest aus. 

Ein niedrigerer Wert steht dementsprechend dafür, dass ein O-Ring den Dichtspalt auch unter wechselnden Betriebsbedingungen sicher verschließen kann. 

Die Prüfung des Druckverformungsrests gibt auch Aufschluss auf den Vulkanisationsgrad und damit die Elastizität des O-Rings.

#2 Die wichtigste O-Ring Norm: ISO 3601

Entsprechen die O-Ringe in ihren Eigenschaften den Anforderungen? 

Bei normgerechten O-Ringen entscheidet darüber der Abgleich der Messwerte mit der einschlägigen Norm. Die weltweit dominierende Norm ISO 3601 enthält in ihrer gültigen Fassung weitreichende Vorgaben für die geforderten Eigenschaften von O-Ringen.

ISO 3601 Fertigungstoleranzen: Teil 1 der Norm bezieht sich auf Innendurchmesser und Schnurstärken sowie die zugehörigen Toleranzen. Für jede Kombination aus Innendurchmesser und Schnurstärke werden in zwei Klassen die gültigen Toleranzen ausgewiesen.

ISO 3601 Oberflächentoleranzen
Die zulässigen Abweichungen in Form und Oberflächenbeschaffenheit regelt Teil 3 von ISO 3601. 

Der Abschnitt teilt die gängigen Oberflächenabweichungen in verschiedene Kategorien ein. Die erlaubten Abweichungen in jeder Kategorie sind ausgehend von Intervallen der Schnurstärke angegeben. 

Auch im Bereich der Oberflächentoleranzen deckt die Norm mit verschiedenen Klassen die Erfordernisse unterschiedlicher Anwendungsfälle ab.

ISO 3601 Werkstoffeigenschaften
Bei dem Abschnitt zu den Werkstoffeigenschaften handelt es sich um eine jüngere Ergänzung der Norm. 

Teil 5 definiert Anforderungen an die Beschaffenheit vieler Standardmaterialien für O-Ringe. Darunter befinden sich NBR, HNBR, FKM und EPDM. Die Vorgaben zu Härte und Druckverformungsrest sind am Fertigteil spezifiziert. 

So können die Eigenschaften der tatsächlich gelieferten O-Ringe mit den Normvorgaben abgeglichen werden. In der Vergangenheit wurde ein solcher Abgleich häufig dadurch erschwert, dass Werte an Normproben spezifiziert wurden.

Auch wenn ISO 3601 weitgehende Vorgaben für Toleranzen von O-Ringen enthält, ist die Qualitätskontrolle von O-Ringen nicht unproblematisch. 

Schließlich handelt es sich bei O-Ringen in aller Regel um elastische Produkte. Beispielsweise ist auch mit IRHD die Härteprüfung bei besonders kleinen Schnurstärken unter 1,6 mm wenig aussagekräftig. 

Daneben sind Elastomere meist nicht über den gesamten Umfang des O-Rings homogen aufgebaut, sodass lokale Messungen in ihrer Interpretierbarkeit beschränkt sind. Andererseits stehen nun bessere Messverfahren zur Verfügung. 

Wo früher manuelle Messungen zwangsläufig für Abweichungen sorgten, gibt es mittlerweile auch außerhalb von spezialisierten Laboren wirtschaftliche Alternativen für den Einsatz in Industrie und Gewerbe.

#3 Vier weitere relevante O-Ring Eigenschaften

Die wichtigsten fünf Eigenschaften lassen bereits eine sehr gute Charakterisierung von fertigen O-Ringen zu. Für besonders anspruchsvolle Anwendungsfälle können aber weitere Parameter relevant sein.

  • Dichte
    Bei der Dichte handelt es sich um eine Stoffkonstante, die unabhängig von der Form des Erzeugnisses ist. Das ist bei der Beurteilung von O-Ringen besonders günstig. Von der Dichte können Anwender auf das Basispolymer und die Zusammensetzung des jeweiligen O-Ring schließen. In der Praxis ist das ein wirkungsvoller Ansatz für die Wareneingangsprüfung. Sie dient beispielsweise dazu, um Falschlieferungen zuverlässig zu erkennen und Rezepturschwankungen aufzudecken.

  • Zugfestigkeit
    Die Zugfestigkeit eines O-Rings spezifizieren die Hersteller ebenso wie die Dichte im Datenblatt. Sie gibt Aufschluss darüber, welche Kraft aufgewendet werden muss, um eine Probe zu zerreißen. Außer bei ungünstigen Montagevorgängen werden O-Ringe jedoch in der Praxis kaum auf Reißfestigkeit beansprucht.

  • Zugdehnung
    Dieser Wert gibt an, wie groß die Dehnung im Moment des Zerreißens einer Probe ist. Diese Eigenschaft ist ähnlich wie die Zugfestigkeit vor allem für die Beurteilung kritischer Einbauvorgänge relevant.

  • TR10-Wert
    Härte und Druckverformungsrest beschreiben das elastische Verhalten von O-Ringen. Daneben hat sich jedoch der TR10-Test etabliert. Dabei wird ein Probenstreifen im 100 Prozent gedehnten Zustand eingefroren. Nach dem Lösen aus der Prüfvorrichtung wird beobachtet, wie die Probe mit dem Temperaturausgleich wieder in die Ausgangsform zurückkehrt. Der TR10-Punkt markiert den Zeitpunkt, an dem die Dehnung der Probe um 10 Prozent zurückgegangen ist.

#4 O-Ringe Messen: Ergebnisse richtig einordnen

Die Messung von O-Ring Eigenschaften stellt für sich genommen bereits eine Herausforderung dar. 

Handgeräte verfügen meist nicht über die notwendige Genauigkeit und geben daher nur eine Tendenz wieder. Dazu kommt die Manipulation der elastischen Erzeugnisse beim Messvorgang. Neben dem Equipment hat auch die Beachtung der jeweiligen Messungsnorm erheblichen Einfluss auf die Messergebnisse. 

Damit die Ergebnisse belastbar und damit beispielsweise im Kontakt mit Lieferanten verwertbar sind, müssen die Anforderungen an Anzahl der Wiederholungen, Temperaturen oder Beschaffenheit von Normproben Beachtung finden. In der Praxis erweist sich das oft als schwierig.

Daneben bleibt der Konflikt zwischen Spezifikationen an Normproben und Messungen am fertigen O-Ring bestehen. 

Viele relevante Eigenschaften von O-Ringe unterliegen einer Formabhängigkeit, sodass sich gemessene Fertigteilwerte nicht ohne Weiteres mit Datenblattangaben zu Normproben vergleichen lassen. 

Daher setzen immer mehr Anwender von O-Ringen auf die Spezifizierung der Eigenschaften am Fertigteil. So sieht es ISO 3601 beispielsweise auch für Härte und Festigkeit vor. 

Darüber hinaus können Anwender von O-Ringen eigene Messungen reduzieren, indem sie mit zuverlässigen Anbietern zusammenarbeiten, die ihrerseits eine stabile Produktqualität sicherstellen.

„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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