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Español ![O-Ring-Stocks [DE]](/upload/588/Logo_O-RING-STOCKS-FC_SML.png){kind=logo}
O-Ring-Einbauräume bilden das Fundament jeder Dichtungslösung. Nicht der Ring selbst, sondern der Raum, in dem er eingebaut wird, bestimmt, ob eine Dichtung funktioniert. Ein korrekt dimensionierter Ring in falsch ausgeführten O-Ring-Einbauräumen leckt genauso wie ein schlechter Ring in einer perfekten Nut. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die vier konstruktiven Randbedingungen, die zusammen den Einbauraum definieren: Nutdesign, Oberflächenbeschaffenheit, Fasen und Spaltmaße.
Die folgende Tabelle zeigt den Kern jedes Themas nebeneinander: was die Anforderung ist, welcher Fehler am häufigsten vorkommt und was die Folge ist. Der Rest dieses Artikels erläutert jedes Thema weiter im Detail.
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Thema |
Kern der Anforderung |
Häufigster Fehler |
Folge |
|
Nutdesign |
Rechteckig, max. 5° schräg, richtige Radien r1/r2 |
Radien weggelassen, Grate nicht entfernt |
Rissinitiierung im Gummi, ungleichmäßige Pressung |
|
Oberflächenbearbeitung |
Dichtfläche Ra max. 1,6 µm (statisch) oder 0,4 µm (dynamisch) |
Drehrille oder Kratzer auf der Dichtfläche |
Durchgehender Leckpfad entlang des Rings |
|
Anfasungen |
15 bis 20 Grad, Länge z aus der Maßtabelle |
Keine Anfasung angebracht |
Innerer Riss im Ring, Leckage unter Druck |
|
Spaltmaße |
Maximaler Spalt abhängig von Druck und Härte |
Spalt bei höherem Druck zu groß |
Extrusion: Gummi zerstört, Ring verloren |
Alle vier Randbedingungen sind gleichermaßen entscheidend. Eine Abdichtung, die bei drei von vier Punkten gut abschneidet, aber bei einem versagt, leckt.
Für nahezu alle O-Ring-Abdichtungen ist die rechteckige Nut die empfohlene und am häufigsten verwendete Form. Die Norm erlaubt, dass Nutflanken aus fertigungstechnischen Gründen mit bis zu 5 Grad Schrägung ausgeführt werden. Mehr als 5 Grad verändert die effektive Nutbreite in Abhängigkeit von der Tiefe, wodurch der Ring nicht mehr gleichmäßig abgestützt wird. In der Praxis tritt dies bei Verschleiß des Fräswerkzeugs auf: Eine leicht konische Nut ist bei der Sichtprüfung selten erkennbar, aber mit einem Profilmessgerät messbar.
Neben der Nutform sind die Radien r1 (Nutboden) und r2 (obere Ecken) entscheidend für die Lebensdauer des Rings. Ein zu scharfer Radius konzentriert die Spannung im Gummi auf eine kleine Fläche, was bei höheren Drücken oder pulsierender Belastung zur Rissinitiierung führt. Diese Radien werden bei einfachen Fräsarbeiten nicht immer separat programmiert, was der häufigste Konstruktionsfehler bei der Nutfertigung ist.
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Schnurdurchmesser d2 (mm) |
r1 Bodenradius (mm) |
r2 Eckradius (mm) |
|
kleiner als 3 |
0,3 |
0,2 |
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3 bis 6 |
0,6 |
0,2 |
|
6 bis 10 |
1,0 |
0,2 |
|
12 bis 15 |
1,5 |
0,2 |
Mehr über Nutdesign, Nuttypen und gratfreie Ausführung: O-Ring-Nutdesign: Konstruktion, Geometrie und Ausführungsregeln.
Die richtige Oberflächenbearbeitung ist für eine zuverlässige Abdichtung entscheidend. Dichtflächen müssen frei von Beschädigungen wie Kratzern, Lunkern und tiefen Bearbeitungsspuren sein. Eine einzige Drehrille auf der Dichtfläche reicht für einen durchgehenden Leckpfad entlang des Rings aus, insbesondere bei niedrigen Drücken, bei denen die Kontaktkraft des Rings begrenzt ist.
Dynamische Abdichtungen stellen höhere Anforderungen an Oberflächen als statische. Die Dichtfläche bei dynamischen Anwendungen erfordert Ra max. 0,4 µm, viermal strenger als die 1,6 µm bei statischen Anwendungen. Bei jedem Hub gleitet der Ring über die Oberfläche: Eine raue Fläche verschleißt den Gummi mechanisch, bei jeder Bewegung ein wenig, bis der Ring nicht mehr genügend Dichtkraft hat.
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Oberfläche |
Statisch Ra max. |
Dynamisch Ra max. |
Pulsierender Druck Ra max. |
|
Dichtfläche |
1,6 µm |
0,4 µm |
0,8 µm |
|
Nutboden |
3,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
|
Nutflanken |
6,3 µm |
3,2 µm |
3,2 µm |
Achtung: Ra allein ist als Kontrollkriterium unzureichend. Eine Oberfläche kann eine niedrige mittlere Rauheit haben und trotzdem einen tiefen, isolierten Kratzer enthalten, der Rmax deutlich überschreitet. Messen Sie bei kritischen Anwendungen immer auch Rz und Rmax neben Ra.
Mehr über Messmethoden, Schadensformen und Ausführungsregeln: Oberflächenbearbeitung für O-Ring-Abdichtungen.
O-Ringe sind im Verhältnis zum Einbauraum mit Übermaß ausgelegt. Bei der Montage werden sie zwischen die Maschinenteile gepresst. Um Beschädigungen zu vermeiden, etwa das Abscheren des Rings beim Überschieben über eine Kante, müssen an den Bauteilen passende Anfasungen vorgesehen werden. Ohne Anfasung bekommt der Ring mikroskopisch kleine innere Risse, die nach der Montage nicht sichtbar sind, sich unter Druck aber zu Leckage auswachsen.
Der Winkel der Anfasung beträgt 15 bis 20 Grad. Die Länge z ist abhängig vom Schnurdurchmesser und in jeder Maßtabelle enthalten. Die Anfasung muss außerdem gratfrei ausgeführt sein: Ein Grat am Übergang von der Anfasung zur Nutkante hat denselben Effekt wie keine Anfasung.
Die Anfasung kostet in der Bearbeitung nur Sekunden mehr. Ihr Weglassen kostet später Stunden bei der Lecksuche.
Normative z-Werte pro Schnurdurchmesser, Ausführungsregeln und Montage über Gewinde: Anfasungen bei der O-Ring-Montage: Winkel, Länge und Ausführung.
Die Spaltbreite zwischen den abzudichtenden Maschinenteilen muss entsprechend der Anwendung gering gehalten werden. Bei zu großen Spalten besteht die Gefahr der Spaltextrusion: Der Gummi des O-Rings wird auf der Niederdruckseite in den Spalt gepresst und zerstört. Der Ring ist danach irreversibel beschädigt. Die maximal zulässige Spaltbreite hängt vom Betriebsdruck, der Härte des Rings und dem Abdichtungstyp ab.
Bei Silikonwerkstoffen müssen die Spaltmaße im Vergleich zu den Werten in der Tabelle halbiert werden. Silikon hat eine geringere Zugfestigkeit als NBR oder FKM und extrudiert deshalb bei breiteren Spalten. Bei Anwendungen mit größeren Spaltbreiten oder höheren Drücken werden Stützringe auf der Niederdruckseite der Nut empfohlen.
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Abdichtungstyp |
Druck (bar) |
70 Shore A |
80 Shore A |
90 Shore A |
|
Statisch |
bis 63 |
0,20 mm |
0,25 mm |
0,30 mm |
|
Statisch |
63 bis 100 |
0,10 mm |
0,20 mm |
0,25 mm |
|
Statisch |
100 bis 160 |
0,05 mm |
0,10 mm |
0,20 mm |
|
Dynamisch |
bis 30 |
0,20 mm |
0,25 mm |
0,30 mm |
|
Dynamisch |
30 bis 63 |
0,10 mm |
0,15 mm |
0,20 mm |
|
Dynamisch |
63 bis 80 |
n.v.t. |
0,10 mm |
0,15 mm |
Vollständige Tabellen, der Temperatureffekt über 70 °C und Empfehlungen zu Stützringen: Spaltmaße bei O-Ring-Abdichtungen.
Die vier Themen sind keine getrennten Checklisten, die unabhängig voneinander abgehakt werden können. Sie wirken aufeinander ein. Eine höhere Pressung (geringere Nuttiefe) erhöht den Kontaktdruck des Rings und macht ihn weniger empfindlich gegenüber kleinen Oberflächenfehlern, vergrößert aber gleichzeitig die Gefahr der Extrusion bei zu breitem Spalt. Ein härterer Ring toleriert einen größeren Spalt, stellt aber bei niedrigen Drücken höhere Anforderungen an die Dichtfläche. Eine bessere Oberfläche kann einen leichten Geometriefehler in der Nut ausgleichen, aber niemals eine fehlende Anfasung kompensieren.
In der Praxis bedeutet das, dass die vier Randbedingungen gemeinsam beurteilt werden müssen und nicht einzeln. Die von uns empfohlene Reihenfolge: Beginnen Sie mit dem Nutdesign und der dazugehörigen Pressung, bestimmen Sie anschließend die Spaltanforderung bei Betriebsdruck und Härte, legen Sie dann die Rauheitsanforderung auf Grundlage des Abdichtungstyps fest und stellen Sie schließlich sicher, dass die Anfasung angebracht ist, bevor die erste Montage stattfindet.
Konstruktionsreihenfolge: Nutgeometrie und Pressung → Spaltbreite und Härte → Oberflächenqualität → Anfasung. In dieser Reihenfolge, nicht umgekehrt.
Die vier Themen lassen sich in acht konkrete Prüfpunkte übersetzen, die Sie für jede neue Nut oder nach jeder Revision durchgehen können.
Unserer Erfahrung nach ist die Dichtfläche der am meisten unterschätzte Faktor. Eine Nutgeometrie, die stimmt, ein richtig gewählter Ring und dennoch Leckage: In den meisten Fällen gibt es einen Kratzer, eine Drehrille oder eine Bearbeitungsspur auf der Dichtfläche, die einen durchgehenden Leckpfad bildet. Prüfen Sie die Dichtfläche immer zuerst visuell und messen Sie Ra und Rz vor der Montage.
Bei einer neuen Nut: ja, alle acht Prüfpunkte. Bei einer Revision oder beim Austausch des Rings in einer bestehenden Nut: mindestens die Nutbreite (Verschleiß), die Dichtfläche (Beschädigungen) und die Anfasung (Gratbildung durch Verschleiß im Kantenbereich). Die Nuttiefe und die Radien ändern sich bei normalem Gebrauch in der Regel nicht.
Bei statischen Anwendungen ist eine fehlende oder schlechte Anfasung der entscheidendste Fehler für die unmittelbare Lebensdauer: Der Ring beginnt seinen Einsatz bereits beschädigt. Bei dynamischen Anwendungen ist die Oberflächenqualität der Dichtfläche auf lange Sicht am entscheidendsten: Eine raue Fläche verschleißt den Ring bei jedem Hub, unabhängig davon, wie gut der Rest der Nut ausgeführt ist.
Stützringe sind erforderlich, wenn der Spalt zwischen den Bauteilen bei dem Betriebsdruck für die gegebene Härte des Rings zu groß ist. Über 100 bar bei statischen Anwendungen und über 63 bar bei dynamischen Anwendungen werden Stützringe für die meisten Härten empfohlen. Bei pulsierendem Druck werden Stützringe auf beiden Seiten des Rings empfohlen.
Bei einer Sichtprüfung ist ein Neigungswinkel von 5 Grad oder weniger nicht sichtbar. Verwenden Sie ein Profilmessgerät oder messen Sie die Nutbreite an zwei Tiefen: an der Öffnung und am Boden. Wenn der Boden schmaler ist als die Öffnung, sind die Flanken konisch. Die Breitenabweichung geteilt durch die Nuttiefe ergibt den Tangens des Winkels.
Nein. Der Nutboden darf bei statischen Anwendungen Ra max. 3,2 µm betragen, also doppelt so grob wie die Dichtfläche (Ra 1,6 µm). Der Nutboden steht nicht mit dem Medium in Kontakt und trägt nicht direkt zur Dichtfunktion bei. Bei dynamischen Anwendungen beträgt der Nutboden Ra max. 1,6 µm, also genauso viel wie die statische Dichtfläche.
Es gibt drei Möglichkeiten: einen härteren O-Ring wählen (eine höhere Shore-A-Härte toleriert einen größeren Spalt), die Konstruktion anpassen, um den Spalt zu verkleinern, oder Stützringe auf der Niederdruckseite einsetzen. Stützringe sind die praktischste Lösung bei bestehenden Konstruktionen. Sehen Sie sich das vollständige Sortiment an unter o-ring-stocks.eu/de/stutzringe/.
