
O-Ring Bezeichnungen | Werkstoffe Einfach Erklärt
Hier finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten O-Ring Bezeichnungen. Von Standard Materialien wie NBR bis hin zum FFKM (ECOLAST).
Ein Mindestmaß an Verpressung zwischen den Bauteiloberflächen ist notwendig, damit O-Ringe ihre Dichtwirkung entfalten. Der notwendige Druck geht zum einen von den abzudichtenden Maschinenelementen und zum anderen von druckbeaufschlagten Medien aus. Doch gerade hohe Betriebsdrücke beanspruchen O-Ringe stark. Dabei kann es zu mechanischen Schäden und bleibenden Verformungen kommen. Hier lesen Sie, wie mit O-Ring-Härte und Dichtspalt die wichtigsten Faktoren unter Druck zusammenwirken.
Bei einer radialen Abdichtung, also einer klassischen Kolben- oder Stangendichtung, ergibt sich ein radiales Spaltmaß zwischen innerem und äußerem Maschinenteil. Dieses Maß wird in der Dichtungstechnik als Dichtspalt bezeichnet. Dieser Spalt ist besonders entscheidend, wenn es um die Abdichtung zwischen zwei Räumen mit verschiedenen Druckniveaus geht. Denn der höhere Druck bewegt den O-Ring gegen die druckabgewandte Seite der Nut. Das muss sich nicht negativ auf die Funktion der Dichtung auswirken. Innerhalb gewisser Grenzen kann die zusätzliche Flächenpressung die Dichtleistung unterstützen. Besonders hohe Drücke können jedoch zu einer großen Belastung für das Dichtungssystem werden. Sie pressen den O-Ring in den Dichtspalt und verursachen damit mechanische Schäden. Dazu tragen hohe Temperaturen und abrupte Druckstöße bei.
Die Härte des O-Rings sagt aus, wie leicht er sich unter der Einwirkung von Druck verformen lässt. Wenn er zwischen Dichtfläche und Einbaunut verpresst wird, passt er sich den Bauteilkonturen an und dichtet auch feine Kratzer oder andere Fehler in den Oberflächen ab. Je geringer die Härtes des O-Rings ist, desto weniger Druck wird für die notwendige Verpressung benötigt.
Entscheidend für Praktiker: Auf den Datenblättern der O-Ring-Werkstoffe findet sich in der Regel die an Materialproben ermittelte Shorehärte. Abweichungen zwischen der Shorehärte einer Normprobe und der Härte des Endprodukts O-Ring lassen sich nicht vermeiden. Zu groß sind die geometrischen Unterschiede zwischen Probe und Fertigteil. Die Verfahren sind daneben anfällig für Messfehler.
Entgegen verbreiteter Annahmen ist ein härterer O-Ring nicht automatisch besser als ein weniger hartes Exemplar. Wahr ist, dass härtere O-Ringe sich unter einer Druckeinwirkung weniger leicht verformen. Das hat Vorteile hinsichtlich der Haltbarkeit der Dichtung. Härtere O-Ringe passen sich dadurch aber auch weniger gut den feinsten Unebenheiten in den Dichtungsflächen an. Das richtige Maß für die Härte eines O-Rings ergibt sich also immer aus der Gesamtheit der Betriebsbedingungen und der Gestaltung aller Bauteile des Dichtungssystems.
Die Shorehärte ist aber nicht allein verantwortlich für den Verformungswiderstand eines O-Rings. Daneben spielt der Druckverformungsrest eine wichtige Rolle. O-Ringe nehmen unter Druckbelastung nicht nur eine elastische, sondern auch eine plastische Verformung an. Diese sollte möglichst gering ausfallen, damit sich der O-Ring über lange Zeit wechselnden Betriebsbedingungen anpassen kann. Je geringer der Druckverformungsrest, desto weniger bleibende Verformung behält ein O-Ring nach seiner Entlastung zurück.
Der Dichtspalt ergibt sich aus dem Durchmesserspiel zwischen den beiden abzudichtenden Bauteilen. Wirkt der Druck eine ausreichend hohe Kraft auf die Dichtung aus, kann der O-Ring in diesen Spalt hineingepresst werden. Ein größerer Dichtspalt begünstigt diesen Vorgang. Das gilt vor allem für radiale Abdichtungen. O-Ringe mit geringerer Shorehärte lassen sich bereits mit geringerem Druck in den Dichtspalt pressen. Das kann zu einer bleibenden Verformung der Elastomerdichtung und damit zu ihrem Versagen führen. Dabei ergibt sich auch das Schadensbild der Spaltextrusion: Hier schert die Nutkante das Material in dünnen Schichten vom O-Ring ab. Solche mechanischen Schädigungen des O-Rings stellen noch vor Alterung und Medienangriff die häufigste Ursachenkategorie für das Versagen einer O-Ring-Dichtung dar.
Bei Druckanwendungen ist die direkteste Lösung in der Regel keine Option: Der Systemdruck kann gewöhnlich nicht reduziert werden, um den Anforderungen der Abdichtung Rechnung zu tragen. Stattdessen sind Optimierungen am Dichtungssystem gefragt.
Bei Anwendungen mit hoher Druckbelastung sollte der Konstrukteur O-Ringe mit höhere Shorehärte vorsehen. Mit den verbreiteten Basiselastomeren wie FKM oder NBR lassen sich durch die Wahl unterschiedlicher Compounds Shorehärten im üblichen Bereich von 70 bis 90 Shore A erzeugen. Wenig geeignet für Druckanwendungen sind Silikone wie VMQ oder FVMQ. Hier sollte der Dichtspalt besonders gering gewählt werden. Polyurethanwerkstoffe halten einem hohen Systemdruck deutlich besser Stand. Sie haben einen sehr geringen Druckverformungsrest. Nach der Entlastung nehmen sie also ihre ursprüngliche Form zu einem hohen Maß wieder an. O-Ringe mit höherer Schnurstärke haben mehr Reserven und behalten so auch bei Spaltextrusion länger ihre Dichtwirkung. Zusätzlich können Gewebearmierungen oder extrusionsfeste Stützringe die Haltbarkeit der Dichtung steigern.
Durch die Fertigung der Bauteile mit möglichst geringen Toleranzen lässt sich der Dichtspalt verkleinern. Die Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit begrenzen diesen Ansatz jedoch. Einbaunuten für O-Ringe werden auf rotationssymmetrischen Bauteilen mit einem Drehmeißel eingestochen. Bei Flanschdeckeln kommt ein entsprechender Nutfräser zum Einsatz. Die Präzision dieser Verfahren zu verbessern oder das Endergebnis durch nachgelagerte Verfahren wie das Schleifen zu steigern, treibt die Fertigungskosten in die Höhe. Genauso wichtig ist aber auch, wie genau die beiden Bauteile im Einbauzustand zueinander positioniert sind. Etwa können Führungen die Exzentrizität der Werkstücke wirksam begrenzen.
Die konstruktive und fertigungstechnische Optimierung der Nutgestaltung hat ihre Grenzen: Enge Toleranzen und hohe Oberflächengüten stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Um den Aufwand für eine leistungsfähige Abdichtung in einem wirtschaftlichen Rahmen zu halten, müssen auch die übrigen Komponenten des Dichtungssystems auf die Druckanwendung hin optimiert werden. Unsere Anwendungsexperten unterstützen Sie gerne bei der Suche nach ganzheitlichen Lösungen.
AUTOR DER DICHTUNGSAKADEMIE
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