Profildichtungen – O-Ringe, X-Ringe, Rundschnüre

O-Ringe

O-Ringe sind am Umfang geschlossene, kreisförmige Dichtelemente, deren Wirkungsweise auf der Deformation des Querschnitts basiert.
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 Montage.
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.
Fällt der Druck ab auf „Null“, bildet sich die Verformung annähernd auf den Einbauzustand zurück.
Für die problemlose Funktion von O-Ringen und um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen sind einige wichtige Konstruktionsregeln zu beachten.

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 und Stauchung

O-Ringe können beim Einbau in gewissen Grenzen gedehnt oder gestaucht werden, ohne dass dadurch ihre Dichtfunktion beeinträchtigt wird. 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.
Die Stauchung des O-Rings sollte nicht größer als 3 % sein, da sich der O-Ring sonst in der Nut verwerfen kann.

Nutfüllung

Die rechteckige Querschnittsfläche der Einbaunut sollte um ca. 25 % größer sein als die kreisrunde O-Ring Querschnittsfläche. Dem O-Ring wird dadurch genügend Raum für eine eventuelle Volumenzunahme (Quellung) bei Kontakt mit einem aggressiven Medium gegeben. Außerdem kann der Systemdruck auf einen großen Teil der O-Ring Oberfläche einwirken, um so für die Dichtwirkung erforderliche Anpresskraft zu verstärken. Der Nutfüllungsgrad sollte 70 % bis 85 % betragen.

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.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass es bei Arbeitslast unter sehr hohem Druck zu einer Erweiterung des Dichtspalts kommen kann. Kann die Konstruktion nicht ausreichend steif gestaltet werden um dies zu verhindern und 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.

Werkstoffe

O-Ringe werden aus Elastomerwerkstoffen in Formwerkzeugen durch Vulkanisation endlos gefertigt. Der Einsatztemperaturbereich und die Medienbeständigkeit sind die Primärkriterien bei der Werkstoffauswahl. Weiter zu berücksichtigen sind mechanisch-technologische Werte einer Elastomermischung, wie Abriebwiderstand oder Gasdurchlässigkeit.
Die vier Standardwerkstoffe sind:
• Acrylnitril- Butadien- Kautschuk (NBR),
• Fluor- Kautschuk (FPM),
• Ethylen-Propylen- Dien- Kautschuk (EPDM),
• Silicon- Kautschuk (VMQ).
Die vier Werkstoffe haben verschiedene Temperatureinsatzbereiche und Medienbeständigkeiten. Für jede spezifische Anwendung den geeigneten Werkstoff zu finden oder einen vorhandenen zu modifizieren gehört zu unserem Standard-Beratungsumfang. Darüber hinaus können bei besonderen Anforderungen spezielle Werkstoffe entwickelt werden.
Neben den Üblichen Anforderungen für O-Ring Werkstoffe werden in bestimmten Anwendungsfällen besondere Nachweise bzw. Zulassungen bezüglich der Werkstoffeignung gefordert. Insbesondere dort, wo O-Ringe in sicherheitstechnischen, lebensmittelnahen oder medizinischen Bereichen eingesetzt werden, ist eine Überwachung der verwendeten Werkstoffe nötig.

Dynamische Abdichtung mit O-Ringen

O-Ringe eignen sich hauptsächlich für die statische Abdichtung von ruhenden Maschinenteilen.
In Sonderfällen 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. Es sollte stets eine gute Schmierung gewährleistet sein, um Reibungsverluste oder vorzeitigen Verschleiß des O-Rings durch Trockenlaufen vorzubeugen. Dies ist vor allem bei pneumatischen Anwendungen zu beachten da hier keine Hydraulikflüssigkeiten für die Ausbildung eines Schmierfilms sorgen können.
O-Ringe sollten in der Hydraulik als Kolben- und Stangendichtungen nur dann eingesetzt werden, wenn wenig Platz für den Einbauraum vorhanden ist, relativ kleine Hubwege bei geringer Hubfrequenz auftreten und keine absolut leckagefreie Abdichtung gefordert wird.
Durch verschiedene Verfahren der Oberflächenbehandlung von O-Ringen können längerfristige Gleitintensivierungen und Reibungsreduzierungen erzielt werden.

X-Ringe

X-Ringe (oder QUAD-RING® Dichtungen) sind Vierlippendichtungen mit einem speziell entwickelten Dichtprofil. Sie sind gekennzeichnet durch die Ringform mit einem nahezu quadratischen Profil. 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 verringert die Reibung, was gerade bei dynamischen Anwendungen von Vorteil ist. Beispielsweise werden die Gleitflächen von Motorradketten häufig durch O-Ringe oder X-Ringe vor Eindringen von Schmutz geschützt.

Die Gelenkpunkte von Motorradketten mit X-Ringdichtungen sind dabei spürbar leichtgängiger als Ketten mit O-Ringen. 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 endlose, stranggepresste Schnüre mit O-Ringprofil. Sie bilden das Ausgangsmaterial für Rundschnurringe, die als statische Dichtung, zum Beispiel für die Abdichtung größerer Flanschen oder Behälterdeckel, eingesetzt werden.