Profildichtungen – O-Ringe, X-Ringe, Rundschnüre

O-Ringe

O-Ringe sind am Umfang geschlossene, kreisförmige Dichtelemente, deren Wirkungsweise auf der Deformation des Querschnitts basiert. Sie werden aus Elastomerwerkstoffen in Formwerkzeugen durch Vulkanisation endlos gefertigt. O-Ringe sind die in der Technik am häufigsten verwendeten Dichtungen. Dies liegt neben ihrer sehr guten Dichtwirkung – mit O-Ringen können Drücke bis zu 1000 bar abgedichtet werden – und zuverlässigen Funktion an ihrer wirtschaftlichen Fertigung sowie ihrer unkomplizierten Handhabung.


Dichtwirkung von O-Ringen

Statische Abdichtung mit O-Ringen

O-Ringe sind Dichtungen mit Druckaktivierung. Bei der Montage werden O-Ringe zwischen zwei oder mehreren Elementen nur vorgepresst. Im Betriebszustand verstärkt der Druck des abzudichtenden Mediums die Deformation des O-Ringes und erhöht damit die Dichtfunktion. Ihre Dichtpressung steigt gleich dem Systemdruck, wodurch diese immer um die Vorpressung höher ist als der abzudichtende Druck.

      


Dynamische Abdichtung mit O-Ringen

O-Ringe eignen sich am besten für die statische Abdichtung. In wenigen Fällen können O-Ringe auch zur dynamischen Abdichtung in der Hydraulik und Pneumatik verwendet werden. Dabei beschränkt sich die Anwendung allerdings auf eher niedrige Drücke und Geschwindigkeiten bei eher geringer Bewegungshäufigkeit. Wegen des Reibungswiderstandes bei der Bewegung wird die O-Ring-Verpressung kleiner gewählt als bei der statischen Anwendung.
Dynamisch verwendete O-Ringe müssen ausreichend geschmiert sein (Reibung, Verschleiß). Besonders wichtig ist das bei pneumatischen Anwendungen, da kein Betriebsmedium für einen Schmierfilm sorgt.

Gestaltung und Handhabung der Dichtstelle

Schnurstärke und Härte

Wegen Maßtoleranzen der Schnurdicke und der Nuttiefe sowie Vorspannungsänderungen aufgrund von plastischen Verformungen der Dichtung, sollten O-Ringe mit einer möglichst großen Schnurstärke
gewählt werden, um eine gute Dichtwirkung zu erzielen. Die zu wählende Härte des O-Ring-Werkstoffes ist abhängig von den anliegenden Drücken, den Spaltweiten, der Abdichtungsart (statisch/dynamisch) und der Oberflächengüte der abzudichtenden Teile. Für Standardanwendungen ist eine Werkstoffhärte von 70 Shore A üblich. Für Anwendungen, z. B. bei pulsierendem Druck und insbesondere für höhere Druckbereiche, sollten Werkstoffhärten bis zu 90 Shore A angewendet werden.

Verpressung

Die mittlere Verpressung bezogen auf die Schnurstärke sollte

• bei statischer Anwendung des O-Rings 15 % bis 30 %,
• bei hydraulisch-dynamischer Anwendung 10 % bis 18 % und
• bei pneumatisch-dynamischer Anwendung 4 % bis 12 % betragen.

Dehnung

O-Ringe können beim Einbau in gewissen Grenzen gedehnt oder gestaucht werden. Im eingebauten Zustand sollte der O-Ring bezogen auf den Innendurchmesser nicht mehr als 6 % gedehnt werden, da es sonst zu einer unzulässig großen Querschnittsabnahme und starken Abflachung am Innenmantel kommt. Annähernd gilt, dass 1 % Dehnung des Innendurchmessers 0,5 % Schnurstärkenverringerung nach sich zieht.

Nutfüllung

Die rechteckige Querschnittsfläche der Einbaunut sollte um ca. 25 % größer sein als die kreisrunde O-Ring-Querschnittsfläche. Dadurch kann der Systemdruck auf einen großen Teil der O-Ring-Oberfläche einwirken, um so die erforderliche Anpresskraft zu verstärken.

Dichtspalt

Der abzudichtende Spalt sollte so gering wie möglich sein. Bei zu großen Dichtspalten besteht die Gefahr der Spaltextrusion. Das heißt, der O-Ring wandert bei hoher Druckbeaufschlagung in den Spalt der druckabgewandten Seite ein und wird dabei nach einiger Zeit zerstört. Kann der Dichtspalt nicht genügend eng ausgeführt werden, empfiehlt sich der Einsatz von Stützringen.
Stützringe übernehmen keine Dichtfunktion. Durch die Verringerung des Dichtspaltes sorgen sie jedoch dafür, dass der O-Ring seine Dichtfunktion dauerhaft und beschädigungsfrei übernehmen kann.


 

X-Ringe

X-Ringe (oder QUAD-RING®-Dichtungen) sind Vierlippendichtungen. Sie sind gekennzeichnet durch die Ringform mit einem quadratischen Grundprofil. Die Anwendung und Handhabung der X-Ringe ist mit einem O-Ring vergleichbar.

Durch ihr Profil wird aber ein Verdrehen und Verdrillen der X-Ringe in der Nut besser verhindert als bei O-Ringen. Durch ihre größere Dichtfläche (4 Kontaktpunkte), verglichen mit O-Ringen (2 Kontaktpunkte), kann die Verpressung bei gleicher Dichtwirkung reduziert werden. Dies reduziert die Reibung, was gerade bei dynamischen Anwendungen von Vorteil ist.

Eine große Auswahl von Elastomerwerkstoffen für Standard- und Sonderanwendungen ermöglicht die Abdichtung nahezu aller flüssigen und gasförmigen Medien. X-Ringe werden in Formen endlos vulkanisiert. Die Abmessungen werden über den Innendurchmesser und die Schnurdicke W definiert.

X-Ringe sind ausschließlich in Zollabmessungen verfügbar.

   

 

Rundschnüre

Rundschnüre sind Schnüre mit O-Ringprofil. Sie bilden das Ausgangsmaterial für Rundschnurringe, die als statische Dichtung, zum Beispiel für die Abdichtung größerer Flansche oder Behälterdeckel, eingesetzt werden.

So sind Rundschnurringe bis zu einem Durchmesser von 25.000 mm herstellbar.

Sie werden häufig für Reparaturen vor Ort verwendet, können aber auch eine sinnvolle Alternative gegenüber O-Ringen mit unüblichen Innendurchmessern in der Einzel- oder Kleinserienfertigung sein.

Der Einsatz von Rundschnüren sollte sich auf statische Anwendungen beschränken. Die Verwendung als dynamische Abdichtung, als Abdichtung gasförmiger Medien oder im Vakuum wird nicht empfohlen. Die Verarbeitung zu Ringen erfolgt über Verklebung oder Vulkanisation der zuvor geschnittenen Schnüre.

Anfertigung von geklebten Rundschnurringen

Üblicherweise werden die vorher abgelängten Rundschnüre mit einem Cyanarylatkleber (z. B. Loctite 406®) verbunden. Die Temperatureinsatzgrenze liegt bei ca. 80 °C. Bei EPDM-, VMQ- und FKM-Rundschnüren ist gegebenenfalls zusätzlich ein spezieller Primer (z. B. Loctite 770®) zu verwenden. Vor dem Verkleben sollten beide Stoßstellen mit feinem Sandpapier angeraut und mit geeignetem Reiniger fettfrei gemacht werden. Die beiden Enden sollten spannungsfrei verklebt werden.

Der stoßverklebte Rundschnurring darf nicht über die Stoßstelle gedehnt werden. Der so entstandene Stoß weist auch eine deutlich geringere Biegeelastizität als die Rundschnur selbst auf.


Stoßvulkanisierte Rundschnurringe und Etappenvulkanisation

Stoßvulkanisierte Rundschnüre weisen wesentlich bessere physikalische Werte auf als geklebte Rundschnüre. Die Vulkanisationsstelle hat aber auch hier schlechtere mechanische Eigenschaften als die extrudierte Schnur. Die innovative Fertigungstechnologie der Etappenvulkanisierung ermöglicht die Herstellung von O-Ringen in Präzisionsqualität und mit höherer mechanischer Belastbarkeit.

Die Vulkanisation ist ein chemisch-technisches Verfahren, bei dem – unter Einfluss von Zeit, Temperatur und Druck – langkettige Kautschukmoleküle vernetzt werden. Hierdurch gehen die plastischen Eigenschaften der Kautschukmischung verloren und der Stoff wird elastisch. Ist das Material komplett vulkanisiert, sind alle reaktionsfähigen Stellen des Materials vernetzt. Dies erschwert das nachträgliche Zusammenfügen der Rundschnurenden.

Bei der Etappenvulkanisierung werden die Ringe deswegen in drei Schritten vulkanisiert. Die Rundschnur wird hierfür nicht extrudiert, sondern in einer Form vorvulkanisiert, wodurch sich das Material bei der anschließenden Stoßvulkanisation besser verbinden kann. Erst in einem dritten Schritt wird dann der geschlossene Rundschnurring endvulkanisiert und weist deshalb keine störanfälligen „Klebe- und Stoßstellen“ auf.
Damit entsteht ein hoch belastbares Produkt, dessen Toleranzen von Schnurstärke und Innendurchmesser der ISO 3601 für O-Ringe entsprechen.

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O-Ringe

O-Ringe sind ringförmige Dichtungselemente. Der Name leitet sich vom runden (O-förmigen) Querschnitt des Rings ab. In Deutschland sind O-Ringe in der DIN-Norm DIN 3771 genormt.