O-Ring-Rillendesign

Übersicht über das Design von O-Ring-Nuten

Global O-Ring and Seal hat Richtlinien für die Gestaltung von O-Ring-Nuten und Stopfbuchsenabmessungen entwickelt. Diese sollen bei grundlegenden Designüberlegungen verwendet werden und die Kernprinzipien der Gestaltung von O-Ring-Stopfbuchsen/-Nuten verstehen helfen. Zahlreiche Faktoren fließen in die geeignete Gestaltung einer Stopfbuchse/-Nut ein, darunter, aber nicht beschränkt auf, statische oder dynamische Anwendungen, Druckbedingungen, abzudichtende Flüssigkeitseigenschaften und Toleranzen von O-Ring und Nut.

Den richtigen O-Ring-Querschnitt finden

Der O-Ring-Querschnitt in Ihrem Design bestimmt alle nachfolgenden Abmessungen und Spezifikationen. Standard-O-Ringe sind in verschiedenen Querschnitten und Innenmaßen (ID) erhältlich. Beispielsweise kann ein O-Ring mit einem ID von 5 ¼ in vier Standard-AS568-Querschnitten erworben werden. Nachfolgend finden Sie eine Liste der Vorteile bei der Auswahl von O-Ringen mit kleinerem und größerem Querschnitt.

Vorteile von O-Ringen mit kleinerem Querschnitt

• Kompakter und leichterer O-Ring
• Am kostengünstigsten, wenn die Konstruktion teure Elastomere wie FKM oder FFKM verwendet
• Reduzierte Nutbearbeitung

Vorteile von O-Ringen mit größerem Querschnitt

• Zur Herstellung einer Abdichtung ist weniger Zusammenpressen erforderlich, was die Probleme mit dem Druckverformungsrest verringert.
• Größere Toleranzen in der bearbeiteten Nut bei gleichzeitiger Beibehaltung eines akzeptablen Kompressionsdrucks

Innen-/Außen-Interferenz

Der Innen- bzw. Außendurchmesser des O-Rings sollte so bemessen sein, dass ein gewisses Maß an Interferenz entsteht. Beachten Sie dabei die folgenden Richtlinien:

• Kolbenstopfbuchsendichtungen: Der Innendurchmesser des O-Rings sollte kleiner sein als der Außendurchmesser der Stopfbuchse, sodass der eingebaute O-Ring immer leicht gedehnt ist (max. 5 %)
• Stopfbuchsendichtungen: Der Außendurchmesser des O-Rings sollte etwas größer sein als die Innentiefe der Stopfbuchse (max. 2 %)
• Externe Druckflächendichtungen: Der Innendurchmesser des O-Rings sollte etwas kleiner sein als der Innendurchmesser der Stopfbuchse (Stopfbuchsen-Innendurchmesser) (max. 5 %)
• Innendruck-Flächendichtungen: Der Außendurchmesser des O-Rings sollte etwas größer sein als der Außendurchmesser der Stopfbuchse (Außendurchmesser der Stopfbuchse) (max. 3 %)

O-Ring-Nut-/Stopfbuchsentypen

Nachfolgend sind vier Tabellen mit Leitlinien für die Nutkonstruktion für Standardanwendungen sowie Maßreferenzzeichnungen aufgeführt. Die erste Tabelle ist für industrielle Gleit- oder Flanschdichtungen. Die zweite Tabelle ist für statische industrielle Radialanwendungen. Die dritte Tabelle ist für dynamische industrielle Hubkolbenanwendungen. Die vierte Tabelle ist für die Schwalbenschwanznutkonstruktion. Diese Leitlinien zur O-Ring-Nutkonstruktion bieten standardmäßige Maßleitlinien für grundlegende O-Ring-Nutkonstruktionsanwendungen.

Flansch-/Gleitringdichtung

Eine Flansch- oder Gleitringdichtung ist statisch und weist keine Lücke zwischen den Oberflächen auf, wodurch alle mit der Extrusion verbundenen Konstruktionsprobleme eliminiert werden. Dies ist die einfachste Nutkonstruktion.

Serie AS568	O-Ring Querschnitt		Stopfbuchsentiefe (D)	Quetschen		Stopfbuchsenbreite (W) Flüssigkeiten		Stopfbuchsenbreite (W) Vakuum und Gase		Eckradien für Stopfbuchsen
	Nominal	TOL (+/-)		Tatsächlich	Prozent	Nominal	TOL (+/-)	Nominal	TOL (+/-)	R1	R2
-0XX	0,070	0,003	.055-0.057	.010-.018	15 % – 25 %	0,103	0,002	0,084	0,003	0,010	0,005
-1XX	0,103	0,004	.088-.090	.010-.018	10 % – 17 %	0,140	0,003	0,121	0,003	0,010	0,005
-2XX	0,139	0,004	.121-.123	.012-.022	9 % – 16 %	0,180	0,003	0,160	0,003	0,018	0,005
-3XX	0,210	0,005	.185-.188	.017-.030	8 % – 14 %	0,280	0,003	0,240	0,003	0,028	0,005
-4XX	0,275	0,006	.237–.240	.029-.044	11 % – 16 %	0,352	0,003	0,310	0,003	0,028	0,005

Schwalbenschwanz-Gesichtsdichtung

Eine Schwalbenschwanz-Gleitringdichtung ist eine spezielle statische Stopfbuchse, die den O-Ring in der Nut hält. Diese Konstruktion ist vorteilhaft, wenn die Dichtung während des Gebrauchs geöffnet und geschlossen wird.

Serie AS568	O-Ring Querschnitt		Stopfbuchsentiefe (D)		Stopfbuchsenbreite (W)		Eckradien für Stopfbuchsen
	Nominal	TOL (+/-)	Nominal	TOL (+/-)	Nominal	TOL (+/-)	R1	R2
-0XX	0,070	0,003	0,052	0,002	0,064	0,002	0,015	0,005
-1XX	0,103	0,004	0,078	0,003	0,088	0,003	0,015	0,01
-2XX	0,139	0,004	0,106	0,003	0,120	0,003	0,031	0,01
-3XX	0,210	0,005	0,164	0,004	0,176	0,003	0,031	0,015
-4XX	0,275	0,006	0,215	0,004	0,235	0,003	0,063	0,015

Statische Stopfbuchsendichtung

Eine statische Stopfbuchse wird verwendet, wenn zwei zusammenpassende Komponenten einen konstruierten Abstand zwischen den Oberflächen aufweisen. Typischerweise handelt es sich bei diesen Anwendungen um Konstruktionen, bei denen ein zusammenpassendes Teil in ein anderes Teil eingesetzt wird, was Konstruktionsspielräume erfordert.

Serie AS568	O-Ring Querschnitt		Stopfbuchsentiefe (D)	Quetschen		Stopfbuchsenbreite (W)				Spalt (H)	Eckradien für Stopfbuchsen
	Nominal	TOL (+/-)		Tatsächlich	Prozent	Nominal	TOL (+/-)	mit 1 Stützring	mit 2 Stützringen	MAX	R1	R2
-0XX	0,070	0,003	.050-0.052	.015-.023	22 % – 32 %	0,095	0,002	0,140	0,207	0,002	0,007	0,005
-1XX	0,103	0,004	.081-.083	.017-.025	17 % – 24 %	0,142	0,003	0,173	0,240	0,002	0,007	0,005
-2XX	0,139	0,004	.111 bis .113	.022-.032	16 % – 23 %	0,189	0,003	0,210	0,277	0,002	0,017	0,005
-3XX	0,210	0,005	.170-.173	.032-.045	15 % – 21 %	0,283	0,003	0,313	0,412	0,003	0,027	0,005
-4XX	0,275	0,006	.226-.229	.040-.055	15 % – 20 %	0,377	0,003	0,410	0,540	0,003	0,027	0,005

Dynamische Stopfbuchsendichtung

Eine dynamische Stopfbuchsendichtung wird verwendet, wenn sich zwei zusammenpassende Komponenten relativ zueinander bewegen und dabei eine Abdichtung aufrechterhalten. Zwischen den beiden Oberflächen bleibt immer ein Spalt.

Serie AS568	O-Ring Querschnitt		Stopfbuchsentiefe (D)	Quetschen		Stopfbuchsenbreite (W)				Spalt (H)	Eckradien für Stopfbuchsen
	Nominal	TOL (+/-)		Tatsächlich	Prozent	Nominal	TOL (+/-)	mit 1 Stützring	mit 2 Stützringen	MAX	R1	R2
-0XX	0,070	0,003	.055-0.057	.010-.018	15 % – 25 %	0,095	0,002	0,140	0,207	0,002	0,007	0,005
-1XX	0,103	0,004	.088-.090	.010-.018	10 % – 17 %	0,142	0,003	0,173	0,240	0,002	0,007	0,005
-2XX	0,139	0,004	.121-.123	.012-.022	9 % – 16 %	0,189	0,003	0,210	0,277	0,002	0,017	0,005
-3XX	0,210	0,005	.185-.188	.017-.030	8 % – 14 %	0,283	0,003	0,313	0,412	0,003	0,027	0,005
-4XX	0,275	0,006	.237–.240	.029-.044	11 % – 16 %	0,377	0,003	0,410	0,540	0,003	0,027	0,005

Überlegungen zum Nutdesign

Die oben angezeigten Konstruktionstabellen wurden unter Anwendung bewährter Verfahren erstellt, darunter Kompressionsverhältnis, O-Ring-Extrusion, Konzentrizität und Durchmesserspalt sowie Stützringe.

Kompressionsrate

Unsere Richtlinien beginnen mit der Nennabmessung (oder der angegebenen Abmessung) und berücksichtigen dann die Toleranzen der Konstruktionselemente, um die richtige Grundlage für die Konstruktion der Stopfbuchse/Nut zu schaffen. Hinweis: Der Konstrukteur muss Kompromisse zwischen den Abmessungsparametern eingehen. Letztendlich muss die endgültige Konstruktion die extremen Toleranzen berücksichtigen.

In der obigen Berechnung haben wir die Nennmaße (oder angegebenen Maße) verwendet. Beim Entwurf der Nut müssen jedoch die beiden Extremfälle berücksichtigt werden. Erstens hat der O-Ring seine obere Toleranzgrenze erreicht und die Stopfbuchsenhöhe ihre untere Toleranzgrenze. Zweitens hat der O-Ring seine kleinste Querschnittstoleranzgrenze erreicht und die Stopfbuchse ihre größte Größentoleranzgrenze. Diese Fälle ergeben die höchste und niedrigste Kompressionsrate. Alle drei Kompressionswerte müssen zwischen 5 % und 30 % Kompression liegen.

Berechnung der Abmessungen einer O-Ring-Verschraubung

Die Stopfbuchse, die den O-Ring hält, hat eine rechteckige Fläche. Sobald der O-Ring-Querschnitt ausgewählt und die Stopfbuchsenhöhe berechnet wurde (um den gewünschten Druck auf den O-Ring zu erreichen), ist die endgültige Berechnung die Stopfbuchsenbreite. Um die erforderliche Mindestfläche zu ermitteln, berechnen Sie das Gesamtvolumen des O-Rings, das das Rechteck bildet, um dieses Volumen aufzunehmen. Unten finden Sie die Formel zur Berechnung des Volumens des O-Rings basierend auf dem Querschnitt.

Die Empfehlungen zur Zielstopfbuchsenfüllung berücksichtigen mehrere Faktoren, die das für die Aufnahme des O-Rings erforderliche Volumen beeinflussen können. Zu diesen Faktoren gehören der Spielraum für Wärmeausdehnung, Aufquellen durch Flüssigkeitseinwirkung und die Auswirkungen von Toleranzabweichungen in der bearbeiteten Nut und dem geformten O-Ring.

O-Ring-Extrusion

Extrusion ist ein Problem bei Radialdichtungen, bei denen ein konstruierter Spalt zwischen beweglichen Komponenten besteht: Entweder Kolben und Bohrung oder Stange und Bohrung. Das Problem besteht darin, dass bei höheren Drücken aus einer Richtung der O-Ring in den kleinen Spalt gedrückt und beschädigt werden kann. Das Gesamtdesign des Dichtungssystems muss diesen Konstruktionsspalt berücksichtigen.

Konzentrizität und Durchmesserspalt

Bei der Dichtungskonstruktion muss, sofern die Konzentrischkeit von Bohrung und Kolben (bzw. Stange) nicht durch Lager sichergestellt wird, davon ausgegangen werden, dass sich der gesamte mögliche Spalt auf eine Seite verschieben kann. Dies ist der Spalt, der bei der Konstruktion für Extrusion verwendet wird.

Konstruktionsgrenzen für die Extrusion

Viele Designelemente können verwendet werden, um Extrusionsprobleme bei der Dichtungskonstruktion zu lösen. Wenn der maximal zulässige Spalt durch Ausrichtung/Lagerung verringert wird, ermöglicht dies eine Druckerhöhung für denselben O-Ring. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Durometer (die Härte) der Verbindung zu erhöhen, wodurch der zulässige Druck für einen definierten Spalt erhöht wird. Um mehr über die Elemente zu erfahren, die an der Drucktoleranz von O-Ringen beteiligt sind, klicken Sie hier .

Eine weitere Alternative besteht in der Verwendung von Stützringen , die als Anti-Extrusionselemente dienen. Stützringe bestehen aus dünnen, harten Kunststoffmaterialien wie Nylon, PTFE und PEEK. Stützringe funktionieren, indem sie den vorhandenen Spalt abdecken. Unten finden Sie ein Extrusionsdiagramm mit den Druckgrenzen je nach Spalt und Härte des O-Rings. Wenn die Kompromisse zwischen Spaltdesign und Härte nicht funktionieren, wird die Verwendung von Stützringen empfohlen, um Extrusionsprobleme zu überwinden.

Sicherungsring-Layouts

Stützringe sind dazu ausgelegt, den Extrusionsspalt bei Hochdruck-Dichtungsanwendungen zu beseitigen. Wenn der Druck aus einer Richtung kommt, ist nur ein Stützring erforderlich. Wenn der Druck aus beiden Richtungen kommt, wird empfohlen, auf beiden Seiten des O-Rings einen Stützring anzubringen. Das Hinzufügen von Stützringen sollte in die Füllberechnung zur Bestimmung der Nutbreite einbezogen werden. Schließlich können Stützringe entweder flach (massiv, geteilt oder spiralförmig) oder konturiert sein.