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Español ![O-Ring-Stocks [DE]](/upload/588/Logo_O-RING-STOCKS-FC_SML.png){kind=logo}
Eine statische O-Ring-Dichtung hat eine Aufgabe: unter Druck an ihrem Platz zu bleiben, ohne sich zu bewegen. Dennoch gibt es keine Standardlösung. Der Nuttyp, die Druckrichtung, die Konstruktion und manchmal auch die Ausrichtung des Bauteils bestimmen gemeinsam, welcher Einbautyp am besten geeignet ist. Dieser Artikel gibt einen Überblick über alle fünf statischen Einbautypen für O-Ringe, einschließlich der Abwägung zwischen den Typen und der gemeinsamen Anforderungen an Oberflächenfinish und Spaltbreite.
Statische Abdichtung bedeutet, dass die abzudichtenden Maschinenteile keine Bewegung relativ zueinander ausführen. Der O-Ring sitzt eingeschlossen in einer Nut und wird durch die Montage zusammengedrückt. Diese Zusammendrückung, die Verpressung, sorgt für den Kontaktdruck auf den Dichtflächen. Solange dieser Kontaktdruck größer ist als der Betriebsdruck des Mediums, bleibt die Abdichtung dicht.
Statische Abdichtung stellt andere Anforderungen als dynamische Abdichtung. Es gibt keinen Verschleiß durch Bewegung, kein Risiko von Twisting und keine Reibung, die beherrscht werden muss. Es gibt jedoch Anforderungen an Nutgeometrie, Oberflächenbearbeitung und Werkstoffauswahl, die für das Ergebnis genauso entscheidend sind wie bei dynamischen Anwendungen. Die meisten Leckageprobleme bei statischen O-Ring-Abdichtungen hängen nicht mit dem Ring selbst zusammen, sondern mit der Nut: zu tief gefräst, keine Fase oder eine zu raue Dichtfläche.
Faustregel: Wenn beide Bauteile nach der Montage stillstehen, ist es eine statische Anwendung. Wenn sich eines der Bauteile bewegt, ist es dynamisch.
Es gibt fünf genormte statische Einbauarten für O-Ringe. Sie unterscheiden sich in Nutform, Verpressungsrichtung, Anwendungsbereich und den Anforderungen an die Bearbeitung. Die folgende Tabelle gibt einen direkten Vergleich.
|
Nuttyp |
Verpressung |
Druckrichtung |
Typischer Vorteil |
Typische Anwendung |
|
Radiale Verpressung |
15 bis 30% |
Omnidirektional |
Einfach und universell |
Stopfen, Stangen, Bohrungen |
|
Axiale Verpressung |
1 bis 3% (Stauchung) max. 6% (Dehnung) |
Innen oder außen |
Flache Verbindungen |
Deckel, Flansche |
|
Trapeznut |
Wie radial |
Omnidirektional |
Ring fällt nicht aus der Nut |
Überkopfmontage |
|
Dreiecksnut |
Abhängig vom Winkel |
Omnidirektional |
Konstruktiv integriert |
Unzureichende Tiefe |
|
Vakuumabdichtung |
Höher als Standard |
Nach außen (Vakuum) |
Niedrigste Leckrate |
Labor, Analyse, Prozessanlagen |
Die radiale Verpressung ist die am häufigsten verwendete statische Einbauart und die Standardwahl für zylindrische Verbindungen. Der O-Ring wird in radialer Richtung zwischen zwei zylindrischen Oberflächen zusammengedrückt. Die Nut befindet sich in der inneren oder der äußeren Komponente. Die empfohlene Verpressung liegt zwischen 15 und 30% der Schnurstärke. Das ist ein breiter Bereich, der konstruktive Toleranzen zulässt, ohne die Abdichtung zu gefährden.
Die radiale Verpressung eignet sich für Stopfen, Stangen, Bohrungen und alle Konstruktionen, bei denen zwei zylindrische Oberflächen konzentrisch ineinandergeschoben werden. Die Nut hat sechs Parameter: Schnurstärke (d2), Nuttiefe (t), Nutbreite (b1), Fasenlänge (z) und zwei Rundungsradien (r1 und r2). Alle werden direkt aus d2 abgeleitet.
Mehr Informationen und die vollständige Maßtabelle: siehe den Artikel O-Ring-Nutmaße für statische radiale Verpressung in unserer Wissensbasis.
Bei der axialen Verpressung wird der O-Ring in Richtung der Achse zwischen zwei ebenen Gegenflächen zusammengedrückt. Das klassische Beispiel ist ein Deckel, der auf ein Gehäuse geschraubt wird, oder zwei Flansche, die verschraubt werden. Die Nut befindet sich in einer der ebenen Gegenflächen.
Der kritische Unterschied zur radialen Verpressung liegt in der Druckrichtung. Bei Innendruck muss der Ring an der Außenwand der Nut anliegen und wird um 1 bis 3% gestaucht. Bei Außendruck liegt der Ring an der Innenwand an und darf sich maximal um 6% dehnen. Setzen Sie den Ring auf die falsche Seite, drückt der Druck ihn von der Dichtfläche weg, statt ihn dagegen zu pressen. Das ist der häufigste Fehler bei axialen Anwendungen.
Vollständige Nutparameter und Maßtabelle: O-Ring-Nutmaße für statische axiale Verpressung.
Die Trapeznut löst ein praktisches Problem: Der O-Ring kann nach dem Einlegen nicht mehr aus der Nut fallen. Die Nut ist nicht rechteckig, sondern trapezförmig im Querschnitt, mit einem schmaleren Boden als Öffnung. Dadurch klemmt der Ring fest, sobald er vollständig eingesetzt ist. Bei Überkopfmontagen oder bei Maschinenteilen, die regelmäßig geöffnet werden, spart das Nacharbeit und verlorene Ringe.
Die Herstellung ist komplexer als bei einer rechteckigen Nut: Es wird ein spezieller Profilfräser benötigt. Die Toleranzen für Tiefe und Breite sind symmetrisch und enger (±0,05 mm). Die Dichtleistung selbst ist bei gleicher Verpressung mit der einer rechteckigen Nut vergleichbar. Die Trapeznut ist keine universelle Verbesserung, sondern nur eine gezielte Lösung für eine bestimmte Montagefrage.
Maßtabelle und Anwendungshinweis: O-Ring-Nutmaße für die statische Trapeznut.
Für die Abdichtung von Deckeln oder Flanschen empfehlen wir normalerweise eine rechteckige Nut. Die Dreiecksnut ist eine Ausnahme: Sie wird nur verwendet, wenn eine rechteckige Nut konstruktiv nicht machbar ist, zum Beispiel bei unzureichender Materialtiefe oder bei einem bestehenden Bauteil, bei dem Ausfräsen strukturelle Nachteile mit sich bringt.
Die Dreiecksnut hat nur drei Parameter: Schnurstärke (d2), Nutbreite (b) und den Bodenradius (r3). Die Toleranzen sind enger als bei anderen Nuttypen. Die Kontaktzone des Rings ist schmaler, was bei höheren Drücken zu höheren lokalen Spannungen im Gummi führt. Verwenden Sie die Dreiecksnut nie aus Vorliebe, sondern nur dann, wenn die Konstruktion es wirklich erfordert.
Maßtabelle und Bedingungen: O-Ring-Nutmaße für die statische Dreiecksnut.
Die Vakuumabdichtung mit O-Ringen stellt abweichende Anforderungen an Nut, Oberfläche und Werkstoffauswahl. Bei Überdruck hilft der Betriebsdruck mit: Er presst den Ring stärker an. Im Vakuum fehlt diese Hilfe vollständig. Der Ring muss auf Grundlage seiner eigenen elastischen Vorspannung abdichten, und gleichzeitig muss die Diffusion von Gasmolekülen durch den Gummi begrenzt werden.
Letzteres erfordert eine volle Nut: Der Ring muss die Nut annähernd zu 100% ausfüllen. Deshalb ist die Toleranz für die Nuttiefe t negativ (die Nut darf flacher sein, nicht tiefer), die Toleranz für die Breite b ist symmetrisch und enger, und die Oberflächenanforderung liegt bei Ra max. 0,8 µm, strenger als der Standardwert von 1,6 µm. FKM (Fluorkautschuk) liefert in der Praxis die beste Leistung bei Vakuumanwendungen, da es eine geringe Gasdurchlässigkeit hat.
Vollständige Vakuumspezifikationen: O-Ring-Nutmaße für statische Vakuumabdichtung.
Unabhängig vom Nuttyp gelten für alle statischen Anwendungen dieselben Grundnormen für Oberflächenbearbeitung und Spaltbreite. Das sind die beiden Faktoren, die am häufigsten übersehen werden: Die Nutgeometrie stimmt, aber das System leckt trotzdem. In fast allen Fällen liegt die Ursache dann hier.
Die Oberflächenqualität der Dichtfläche ist direkt entscheidend für die Dichtheit, besonders bei niedrigen Betriebsdrücken, bei denen der Kontaktdruck des Rings begrenzt ist. Eine einzige Drehrille oder ein Kratzer reicht für einen kontinuierlichen Leckpfad entlang des Rings aus. Für Vakuum gelten strengere Werte.
|
Oberfläche |
Ra max. (µm) |
Rz max. (µm) |
Rmax (µm) |
|
Dichtfläche |
1,6 |
6,3 |
10 |
|
Nutgrund |
3,2 |
10 |
12,5 |
|
Nutflanken |
6,3 |
12,5 |
16 |
|
Vakuum: Dichtfläche |
0,8 |
1,6 |
3,2 |
Ein zu breiter Spalt zwischen den abzudichtenden Komponenten führt bei höheren Drücken zu Extrusion: Der Gummi wird in die Öffnung gepresst und irreversibel beschädigt. Die maximale Spaltbreite hängt vom Betriebsdruck und von der Härte des O-Rings ab. Bei Silikonwerkstoffen müssen die Werte halbiert werden.
|
Druck (bar) |
70 Shore A (mm) |
80 Shore A (mm) |
90 Shore A (mm) |
|
bis 63 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
|
63 bis 100 |
0,10 |
0,20 |
0,25 |
|
100 bis 160 |
0,05 |
0,10 |
0,20 |
|
160 bis 250 |
nicht anwendbar |
0,05 |
0,10 |
|
250 bis 350 |
nicht anwendbar |
nicht anwendbar |
0,05 |
Oberhalb von 100 bar werden Stützringe auf der Niederdruckseite der Nut empfohlen, unabhängig von der Härte.
Die Nutgeometrie ist für alle Werkstoffe gleich. Was sich je nach Werkstoff unterscheidet, sind die chemische Beständigkeit, die Temperaturgrenzen und bei Vakuumanwendungen die Gasdurchlässigkeit. Die folgenden Auswahlen gelten als Richtlinie für die häufigsten Anwendungen. Prüfen Sie immer die Verträglichkeit mit Ihrem spezifischen Medium.
Prüfen Sie Ihr Medium über den Leitfaden zur Chemikalienbeständigkeit auf o-ring-stocks.eu (1.500+ Medien enthalten).
Ein O-Ring eignet sich hervorragend für die statische Abdichtung in den meisten industriellen Anwendungen. Es gibt jedoch Situationen, in denen andere Dichtungslösungen besser funktionieren. Wenn die Bedingungen mit einem der folgenden Punkte übereinstimmen, lohnt es sich, Alternativen in Betracht zu ziehen.
Extreme Betriebsdrücke über 400 bar: bei solchen Drücken sind Metalldichtungen oder speziell ausgelegte Elastomerdichtungen besser geeignet. O-Ringe erfordern bei sehr hohen Drücken Stützringe und engere Spalte.
Starke thermische Wechsel: bei wiederholten Temperaturzyklen relaxieren Elastomere und verlieren ihre Vorspannung. Metallfedern oder rückstellende Dichtungen können hier besser funktionieren.
Extrem hohe Vakuumanforderungen (unter 10-10 mbar): für Ultrahochvakuum sind Metalldichtungen (wie Aluminium- oder Kupfer-Crush-Ringe) Standard. O-Ringe reichen bei solchen Anforderungen wegen der Diffusion durch das Elastomer nicht aus.
Bei der statischen Abdichtung bewegen sich die Bauteile nach der Montage nicht mehr relativ zueinander. Bei der dynamischen Abdichtung gibt es eine Relativbewegung, zum Beispiel bei einem Kolben oder einer Stange. Die Pressungsprozentsätze sind bei statischen Abdichtungen höher als bei dynamischen, da es keinen Verschleiß durch Bewegung gibt.
Für zylindrische Verbindungen: radiale Pressung. Für flache Verbindungen (Deckel, Flansche): axiale Pressung. Wenn der Ring bei der Montage nicht herausfallen darf: Trapeznut. Wenn eine rechteckige Nut konstruktiv nicht passt: Dreiecksnut. Für Vakuumanwendungen: eine vakuumspezifische Nut mit angepassten Toleranzen.
Die drei häufigsten Ursachen sind: Die Nut wurde zu tief gefräst (zu geringe Pressung), die Dichtfläche ist zu rau (Leckpfad entlang des Rings), oder der Spalt zwischen den Komponenten ist zu groß (Extrusion bei höheren Drücken). Prüfen Sie die Nuttiefe mit einem Tiefenmessgerät und die Oberflächenqualität mit einem Rauheitsmessgerät.
Verwenden Sie die Formel: Pressung (%) = (d2 − t) / d2 × 100. Der empfohlene Bereich für die statische radiale Pressung liegt bei 15 bis 30%. Für die axiale Pressung: 1 bis 3% Stauchung (Innendruck) oder max. 6% Dehnung (Außendruck). Verwenden Sie das O-Ring Berechnungstool für Ihre spezifische Kombination.
Ja, bei allen Nuttypen, bei denen der O-Ring bei der Montage über eine Kante geschoben wird. Das gilt für die radiale Pressung. Bei der axialen Pressung wird der Ring in eine flache Nut eingelegt, und eine Anfasung ist nicht erforderlich. Für die Trapeznut und die Dreiecksnut gilt dasselbe wie für die axiale Pressung: Der Ring wird nicht über eine Kante gezogen.
NBR deckt die meisten Anwendungen ab: Mineralöle, Wasser und Fette bei Temperaturen bis +100 °C. Für Anwendungen, bei denen NBR nicht ausreicht, ist FKM der nächste Schritt, da es eine breite chemische Beständigkeit und eine höhere Temperaturtoleranz bietet.
Stützringe sind erforderlich, wenn der Spalt zwischen den Bauteilen bei dem Betriebsdruck für die gegebene Härte des Rings zu groß ist. Als Faustregel gilt: Über 100 bar werden bei statischen Anwendungen Stützringe unabhängig von der Härte empfohlen. Ziehen Sie die Spaltbreitentabelle für die genauen Grenzwerte je Druckbereich zu Rate.
