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Español ![O-Ring-Stocks [DE]](/upload/588/Logo_O-RING-STOCKS-FC_SML.png){kind=logo}
Die O-Ring-Oberflächenbeschaffenheit ist häufiger die Ursache für Leckagen als der Ring selbst. Die Nut stimmt, der O-Ring besteht aus dem richtigen Material, die Pressung wurde berechnet: und trotzdem tritt eine Leckage auf. In den meisten Fällen liegt die Ursache in der Oberflächenbeschaffenheit. Schon eine einzige Drehrille, ein Kratzer oder eine Bearbeitungsspur auf der Dichtfläche reicht aus, um einen kontinuierlichen Leckpfad entlang des O-Rings zu erzeugen. Dieser Artikel behandelt die normativen Rauheitswerte für die O-Ring-Oberflächenbeschaffenheit und was sie in der Praxis bei statischen, dynamischen und pulsierenden Anwendungen bedeuten.
Ein O-Ring dichtet durch elastischen Kontakt mit zwei Oberflächen ab: dem Nutgrund und der Gegenfläche. Die Abdichtung funktioniert, solange der Kontaktdruck des Rings höher ist als der Betriebsdruck des Mediums. Dieser Kontaktdruck wird durch die Pressung, die Härte des Rings und die Qualität der Oberfläche bestimmt, auf der der Ring aufliegt.
Bei hohen Betriebsdrücken hilft der Druck mit: Er presst den Ring stärker an und überbrückt kleine Oberflächenfehler. Bei niedrigen Betriebsdrücken ist der Kontaktdruck des Rings begrenzt und der Ring ist nicht in der Lage, kleine Rauheitsspitzen zu überbrücken. Gerade bei niedrigen Drücken, bei Vakuum oder bei der Abdichtung von Gasen ist die Oberflächenqualität daher die kritischste Variable im Design. Eine gut geschliffene Dichtfläche kann einen kleinen Geometriefehler in der Nut kompensieren. Eine raue oder beschädigte Dichtfläche kann eine perfekt dimensionierte Nut zunichtemachen.
Viermal strenger: Die Dichtfläche bei dynamischen Anwendungen (Ra 0,4 µm) ist viermal strenger als bei statischen Anwendungen (Ra 1,6 µm). Jeder Hub über eine raue Fläche verschleißt den Ring.
Bei O-Ring-Abdichtungen gibt es drei separate Oberflächen, die jeweils ihre eigene Rauheitsanforderung haben: die Dichtfläche (die Gegenfläche, auf der der Ring abdichtet), den Nutgrund (die Fläche, auf der der Ring in der Nut aufliegt) und die Nutflanken (die Seitenwände der Nut). Die Anforderungen unterscheiden sich je nach Oberfläche und Dichtungsart.
Die Dichtfläche stellt die strengste Rauheitsanforderung. Dies ist die Oberfläche, die in direktem Kontakt mit der Außenseite des Rings steht und entlang der das Medium abgedichtet wird. Bei statischen Anwendungen ist Ra max. 1,6 µm erforderlich. Bei dynamischen Anwendungen, bei denen der Ring bei jedem Hub über diese Fläche gleitet, ist die Anforderung viermal strenger: Ra max. 0,4 µm. Bei pulsierendem Druck, bei dem Druckstöße den Ring zyklisch gegen die Fläche drücken, gilt Ra max. 0,8 µm. Beschädigungen wie Drehspuren, Kratzer oder Schwindungslunker auf der Dichtfläche sind unmittelbar kritisch. Selbst eine feine Drehspur in radialer Richtung bildet einen zusammenhängenden Leckpfad entlang des Umfangs des Rings.
Der Nutgrund hat eine weniger strenge Anforderung als die Dichtfläche, darf aber keinesfalls als unkritische Fläche behandelt werden. Bei statischen Anwendungen ist Ra max. 3,2 µm ausreichend. Bei dynamischen Anwendungen ist das Ra max. 1,6 µm. Der Nutgrund ist die Fläche, auf der der Ring aufliegt, wenn er nicht unter Druck steht. Ein zu rauer Nutgrund beschädigt die Unterseite des Rings nicht direkt, führt aber bei höheren Drücken zu einer ungleichmäßigen Abstützung, was lokal zu übermäßiger Pressung an den Rauheitsspitzen führt.
Die Nutflanken sind für die Dichtfunktion selbst die am wenigsten kritischen der drei Oberflächen. Bei statischen Anwendungen ist Ra max. 6,3 µm die Norm. Bei dynamischen Anwendungen Ra max. 3,2 µm. Für die Montage sind die Nutflanken jedoch kritisch: Scharfe Kanten oder Grate am Übergang von der Flanke zur Dichtfläche beschädigen den Ring beim Einführen. Kontrollieren Sie die Flanken nach der Bearbeitung immer auf Gratbildung.
Die folgende Tabelle zeigt alle normativen Rauheitswerte aus der Anyseals-Spezifikation für die drei Oberflächen und drei Dichtungsarten. Ra ist die mittlere Rauheit, Rz die mittlere Rautiefe, Rmax die maximale Rautiefe.
|
Oberfläche |
Dynamisch Ra |
Dynamisch Rz |
Dynamisch Rmax |
Statisch Ra |
Statisch Rz |
Statisch Rmax |
Pulsierender Druck Ra |
|
Dichtfläche |
≤ 0,4 µm |
1,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
6,3 µm |
10 µm |
0,8 µm |
|
Nutgrund |
≤ 1,6 µm |
3,2 µm |
6,3 µm |
3,2 µm |
10 µm |
12,5 µm |
1,6 µm |
|
Nutflanken |
≤ 3,2 µm |
6,3 µm |
10 µm |
6,3 µm |
12,5 µm |
16 µm |
3,2 µm |
Für den täglichen Gebrauch ist der kompakte Vergleich auf Ra-Niveau am praktikabelsten:
|
Oberfläche |
Statisch Ra max. |
Dynamisch Ra max. |
Pulsierender Druck Ra max. |
|
Dichtfläche |
1,6 µm |
0,4 µm |
0,8 µm |
|
Nutgrund |
3,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
|
Nutflanken |
6,3 µm |
3,2 µm |
3,2 µm |
Neben der Rauheit gibt es spezifische Schadensformen, die immer zu Problemen führen, unabhängig davon, ob der Ra-Wert innerhalb der Norm liegt. Die Norm legt ausdrücklich fest, dass die Dichtflächen frei von den folgenden Beschädigungen sein müssen.
Kratzer: axiale oder radiale Kratzer auf der Dichtfläche bilden Leckpfade entlang des Rings. Selbst ein haarfeiner Kratzer ist bei Gasen oder bei niedrigen Drücken kritisch. Kratzer sind die häufigste Ursache für Leckage bei neu montierten Systemen.
Schwindungslunker: kleine Hohlräume in der Oberfläche durch Gießen oder Schweißen führen zu einer lokalen Unterbrechung des Kontakts zwischen Ring und Oberfläche. Sichtbar als kleine Vertiefungen oder Blasen, manchmal nur unter Vergrößerung erkennbar.
Tiefe Bearbeitungsspuren: ein zu hoher Vorschub beim Drehen oder Fräsen hinterlässt spiralförmige oder lineare Spuren, die Rmax deutlich überschreiten, auch wenn der mittlere Ra innerhalb der Norm liegt. Messen Sie daher neben Ra immer auch Rz oder Rmax.
Ra allein ist als Kontrollkriterium nicht ausreichend. Eine Oberfläche kann einen niedrigen Ra-Wert haben und dennoch tiefe, isolierte Kratzer enthalten, die Rmax deutlich überschreiten. Für Dichtflächen ist es Standard, sowohl Ra als auch Rz zu messen und bei kritischen Anwendungen zusätzlich Rmax.
Die Messung muss in der kritischen Richtung durchgeführt werden: Bei zylindrischen Dichtflächen ist die axiale Richtung (parallel zur Achse) am kritischsten, weil Kratzer in dieser Richtung parallel zum Ring verlaufen und einen kontinuierlichen Leckpfad bilden können. Eine Messung in radialer Richtung ergibt bei zylindrischen Flächen ein anderes Bild als die tatsächliche Dichtsituation.
Bei jedem Hub gleitet der O-Ring über die Dichtfläche. Eine raue Oberfläche verschleißt den Ring mechanisch, bei jeder Bewegung ein kleines Stück mehr. Bei statischen Anwendungen tritt das nicht auf: Der Ring liegt still auf der Fläche und kann kleine Rauheitsspitzen durch elastische Verformung überbrücken.
Ra ist die mittlere Abweichung des Rauheitsprofils von der Mittellinie: ein Durchschnittswert über die gesamte Messlänge. Rz ist die mittlere Höhe der fünf höchsten Spitzen minus der fünf tiefsten Täler: dadurch ist dieser Wert empfindlicher gegenüber Ausreißern. Rmax ist die größte gemessene Spitze im Profil. Für Dichtungen ist Rmax am kritischsten, weil bereits ein tiefer Kratzer ausreicht, um einen Leckpfad zu bilden.
Die häufigste Ursache ist, dass Rmax oder Rz die Norm überschreitet, auch wenn Ra innerhalb der vorgegebenen Werte liegt. Eine oder wenige tiefe Kratzer oder Bearbeitungsspuren können einen Leckpfad bilden, ohne dass die mittlere Rauheit auffällt. Messen Sie deshalb auch Rz und Rmax und prüfen Sie die Oberfläche visuell auf Kratzer, Vertiefungen oder spiralförmige Bearbeitungsspuren.
Leichte Kratzer können bei statischen Anwendungen manchmal ausgeschliffen oder poliert werden, sofern die Maßgenauigkeit danach noch den Anforderungen entspricht. Bei dynamischen Anwendungen ist eine Nachbearbeitung fast immer erforderlich, weil die Anforderung strenger ist. Kontrollieren Sie nach der Nachbearbeitung immer erneut die Maße und die Rauheit. Bei schwerer Beschädigung ist der Austausch des Bauteils die sicherste Wahl.
Nein. Der Nutgrund darf bei dynamischer Anwendung Ra max. 1,6 µm haben und ist damit viermal weniger streng als die Dichtfläche. Der Nutgrund steht nicht in Kontakt mit der bewegten Gegenfläche und trägt während des Hubs nicht direkt zum Verschleiß des Rings bei.
