O-ring Groef - Design - Spleetmaat

Wat is spleetextrusie?

Spleetextrusie treedt op wanneer de werkdruk het rubbermateriaal van de O-ring in de opening tussen de twee onderdelen perst. De ring wordt daarbij gedeeltelijk door de spleet geduwd, aan de lagedrukzijde van de gleuf. Het rubber dat in de spleet is geperst, kan niet terugveren: het is beschadigd door de mechanische overrekking. Bij de volgende drukslag wordt het uitstekende deel verder beschadigd, bij de volgende nog meer. Uiteindelijk schijft een stuk rubber af, of de ring verliest zo veel materiaal dat hij niet meer voldoende afdichtkracht heeft.

Extrusie is herkenbaar aan de karakteristieke nibbling-schade: kleine stukjes uitgerafelde rubber aan de lagedrukzijde van de ring. Bij statische toepassingen kan extrusie ook onzichtbaar zijn totdat de ring bij demontage wordt geïnspecteerd. Bij dynamische toepassingen is extrusie vrijwel altijd zichtbaar als fragmenten rubber in het systeem of als een plotseling versnelde lekkage na een aantal bedrijfsuren.

Spleetextrusie is onomkeerbaar. De ring moet worden vervangen. Maar de spleet die de extrusie veroorzaakte, blijft even groot als voorheen: zonder aanpassing van de constructie treedt extrusie bij de volgende ring opnieuw op.

De invloed van druk en hardheid

De maximale spleetbreedte hangt van twee variabelen af: de werkdruk en de Shore A-hardheid van de O-ring. Hogere druk geeft meer kracht om het rubber door de spleet te duwen: de maximale spleet wordt daarmee kleiner. Hogere hardheid maakt het rubber stijver en moeilijker vervormbaar: de maximale spleet wordt daarmee groter.

Dit verklaart waarom hogere hardheden worden gekozen bij hogere werkdrukken of bij constructies waar de spleet om technische redenen niet kleiner kan worden gemaakt. Een ring van 90 Shore A tolereert bij dezelfde druk altijd een grotere spleet dan een ring van 70 Shore A. Het compromis is dat een hardere ring minder goed kan volgen bij kleine onregelmatigheden in het afdichtingsvlak en daardoor een strakker oppervlak vereist voor een goede afdichting bij lage drukken.

Maximale spleetbreedte bij statische toepassingen

De waarden in de tabel hieronder zijn geldig voor temperaturen tot maximaal 70 °C. Bij hogere temperaturen wordt rubber zachter en neemt de extrusiebestendigheid af. Boven 70 °C moeten de waarden conservatiever worden gehanteerd of moet een hardere ring worden gekozen.

Bij siliconenmaterialen moeten alle waarden worden gehalveerd. Silicoon heeft een lagere treksterkte dan NBR of FKM en extrueert daardoor bij bredere spleten dan de tabel aangeeft.

Maximale spleetbreedte bij dynamische toepassingen

Bij dynamische toepassingen liggen de maximale spleetwaarden lager dan bij statisch, bij gelijke druk en hardheid. De pulserende druk bij elke slag creëert een cyclische belasting op de ring aan de spleetkant. Die dynamische belasting versnelt de extrusie in vergelijking met een constante statische druk. Boven 63 bar zijn bij dynamisch gebruik geen 70 Shore A ringen meer toelaatbaar zonder steunringen, ongeacht de spleetbreedte.

Druk langs beide zijden geeft een andere spleeteis dan druk langs één zijde. Bij druk van beide kanten worden de ringen aan beide flanken van de gleuf belast en moeten steunringen aan beide kanten worden overwogen.

Steunringen: de oplossing bij te grote spleten

Wanneer de spleet tussen de onderdelen om constructieve redenen niet kleiner kan worden gemaakt, zijn steunringen de meest gebruikte oplossing. Een steunring is een harde, niet-elastische ring, meestal van PTFE, PE of NBR, die naast de O-ring in de gleuf wordt geplaatst, aan de lagedrukzijde. De steunring vult de spleet op en blokkeert de doortocht van het rubber.

Druk langs één zijde: één steunring aan de lagedrukzijde volstaat.

Druk langs beide zijden of pulserende druk: steunringen aan beide zijden van de O-ring.

Materiaal steunring: PTFE heeft de laagste wrijving en de beste chemische weerstand. PE is goedkoper. NBR (concave vorm) wordt gebruikt bij toepassingen waarbij een lichte veerkracht gewenst is.

Bekijk het volledige assortiment steunringen op o-ring-stocks.eu/nl/steunringen/.

Spleetbreedte meten en beheersen

De spleetbreedte is in de praktijk niet altijd eenvoudig te meten, zeker bij cilindrische verbindingen waarbij de spleet afhangt van de passing tussen boring en stang. De spleet is het verschil tussen de nominale binnendiameter van de boring en de buitendiameter van de stang, gedeeld door twee. Bij een boring van 50,10 mm en een stang van 49,90 mm bedraagt de eenzijdige spleet 0,10 mm.

Houd bij het ontwerp rekening met de maximale spleet over de volledige tolerantieband: niet de nominale passing is bepalend, maar de worst-case combinatie van maximale boring en minimale stang. Controleer bij onderhoud of de spleet door slijtage van de stang of boring is toegenomen tot boven de toegestane waarde.

Temperatuureffect: boven 70 graden Celsius

De spleetwaarden in de tabellen zijn geldig tot maximaal 70 °C. Daarboven neemt de elasticiteitsmodulus van elastomeren af: het rubber wordt zachter en de extrusiebestendigheid vermindert. Dat betekent dat bij hogere temperaturen dezelfde druk een grotere extrusiekracht uitoefent op het materiaal. Als richtlijn: boven 70 °C kiest u één hardheidsklasse hoger dan de tabel aangeeft voor uw drukbereik, of u verkleint de spleet verder. Bij toepassingen boven 100 °C is het verstandig om de spleetwaarden in overleg met een technisch specialist te bepalen.