Dieser Artikel erforscht die faszinierende Welt der O-Ringe und zeigt ihre entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der mechanischen Zuverlässigkeit. Erfahren Sie von erfahrenen Ingenieuren, die ihr Fachwissen über Materialauswahl, Konstruktionsüberlegungen und Wartungstipps weitergeben. Tauchen Sie ein und entdecken Sie die Geheimnisse hinter diesen wichtigen Komponenten!
Ein O-Ring ist ein Dichtungsring aus Gummi mit einem kreisförmigen Querschnitt. Er hat seinen Namen von seinem O-förmigen Querschnitt und wird gemeinhin als O-Ring bezeichnet.
Der O-Ring wurde erstmals in der Mitte des 19. Jahrhunderts als Dichtungselement für Dampfmaschinenzylinder eingeführt. Heute ist er aufgrund seiner Erschwinglichkeit, einfachen Herstellung, zuverlässigen Leistung und einfachen Installationsanforderungen weit verbreitet. Infolgedessen ist der O-Ring die am häufigsten verwendete Konstruktion für mechanische Dichtungen.
Der O-Ring kann hohem Druck standhalten, der in Dutzenden von Megapascal (Kilopound) gemessen wird. Er kann sowohl in statischen als auch in dynamischen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sich Komponenten relativ zueinander bewegen, wie z. B. in rotierenden Pumpenwellen und Hydraulikzylinderkolben.
Ein O-Ring ist ein kleines ringförmiges Dichtungselement, das in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das zu seiner Herstellung verwendete Material ist in erster Linie eine synthetische Formmasse, was ihn zur am weitesten verbreiteten Dichtungsart im Wasserbau macht. Er wird hauptsächlich für statische und gleitende Dichtungen verwendet.
Im Vergleich zu anderen Dichtungen hat der O-Ring mehrere Vorteile, unter anderem:
a. Wirksame Abdichtung und lange Nutzungsdauer
b. Die Fähigkeit, mit einem einzigen Ring in beide Richtungen zu dichten
c. Gute Verträglichkeit mit Öl, Temperatur und Druck
d. Geringer dynamischer Reibungswiderstand
e. Geringe Größe, geringes Gewicht und niedrige Kosten
f. Eine einfache und leicht demontierbare Dichtungsstruktur
g. Die Fähigkeit, entweder als statische oder dynamische Dichtung verwendet zu werden
h. Standardisierte Größe und Rille, was die Auswahl und Beschaffung erleichtert
Einer der Nachteile des O-Rings ist, dass er bei der Verwendung als dynamische Dichtung einen großen Reibungswiderstand aufweist, der etwa drei- bis viermal größer ist als seine dynamische Reibung. Außerdem neigt er dazu, unter hohem Druck in die Barriere gepresst zu werden.
1GB/T3452.1-1982 Ausdrucksmethode
Innendurchmesser d1 × Drahtdurchmesser d2
Zum Beispiel:
Die "20" bedeutet, dass der Innendurchmesser des O-Rings 20 mm beträgt.
Die "2,4" bezieht sich auf den Querschnittsdurchmesser des O-Rings, der 2,4 mm beträgt.
"GB3452.1" ist die Standardnummer.
"82" steht für das Jahr, in dem die Norm veröffentlicht wurde.
Die Zahl "2400" steht für den Querschnittsdurchmesser des O-Rings, der 2,4 mm beträgt.
Die "0200" bedeutet, dass der Innendurchmesser des O-Rings 20 mm beträgt.
Wie im ersten Beispiel steht "GB3452.1" für die Nummer der Norm und "82" für das Jahr, in dem die Norm veröffentlicht wurde.
2. Darstellung von GB/T3452.1-2005
Zum Beispiel:
(1) O-Ring 7,5 × 1,8G GB/T3452.1
Die "7,5" gibt den Innendurchmesser des O-Rings an.
Die "1,8" bezieht sich auf den Querschnittsdurchmesser des O-Rings.
Die Serie "G" bezieht sich auf den "Universal-O-Ring". Es gibt noch weitere Serien, wie z. B. "A", die für "O-Ring für die Luft- und Raumfahrt" steht.
(2) A 0 × 0 × 7 × 5XG GB/T3452.1
Die "A"-Serie bezieht sich auf den O-Ring-Drahtdurchmesser von 1,80 mm. Es gibt weitere Serien mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern, wie z.B.:
Der O-Ring ist eine Art von Extrusionsdichtung. Das Grundprinzip einer Extrusionsdichtung besteht darin, dass sie auf der elastischen Verformung der Dichtung beruht, um einen Anpressdruck auf die Dichtungsfläche zu erzeugen. Ist dieser Anpressdruck größer als der Innendruck des abgedichteten Mediums, tritt keine Leckage auf, andernfalls kommt es zu einer Leckage. Der Vorgang, bei dem das Medium selbst den Kontaktzustand des O-Rings verändert, um eine Abdichtung zu erreichen, wird als "Selbstdichtung" bezeichnet.
Q-Ring-Vordichtung
Selbstdichtender Effekt:
Aufgrund des Vorabdichtungseffekts steht der O-Ring in engem Kontakt sowohl mit der abgedichteten glatten Oberfläche als auch mit dem Boden der Rille. Wenn also Flüssigkeit durch einen Spalt in die Nut eintritt, wirkt sie nur auf eine Seite des O-Rings. Wenn der Flüssigkeitsdruck hoch ist, drückt er den O-Ring auf die andere Seite der Nut und quetscht ihn in eine D-Form, wodurch der Druck auf die Kontaktfläche übertragen wird.
Die Selbstabdichtungsfähigkeit von O-Ringen ist jedoch begrenzt. Wenn der Innendruck zu hoch ist, kann es zu einer "Gummiextrusion" des O-Rings kommen. Dies geschieht, wenn an der Dichtungsstelle ein Spalt vorhanden ist und der hohe Druck eine Spannungskonzentration im Spalt verursacht. Wenn die Spannung ein bestimmtes Niveau erreicht, wird der Gummi herausgepresst. Obwohl der O-Ring die Dichtung vorübergehend aufrechterhalten kann, ist er tatsächlich beschädigt worden. Daher ist es wichtig, den geeigneten O-Ring für die Anwendung sorgfältig auszuwählen.
Unter dynamische DichtungenDie Vorabdichtungs- und Selbstabdichtungseffekte des O-Rings sind ähnlich wie bei statischen Dichtungen. Bei dynamischen Dichtungen ist die Situation jedoch komplizierter, da während der Bewegung Flüssigkeit zwischen den O-Ring und die Stange gelangen kann.
Wenn die Stange in Betrieb ist und die linke Seite des O-Rings mit dem Mediendruck P1 beaufschlagt wird (wie in Abbildung a dargestellt), ist der vom O-Ring auf der Stange erzeugte Anpressdruck aufgrund des Selbstabdichtungseffekts größer als P1, so dass eine Abdichtung gewährleistet ist.
Wenn die Stange jedoch beginnt, sich nach rechts zu bewegen, wird das an der Stange befestigte Medium in den Spalt zwischen dem O-Ring und der Stange gebracht (Abbildung b). Aufgrund des hydrodynamischen Effekts ist der Druck dieses Teils des Mediums größer als P1 und kann die Kontaktkraft des O-Rings auf die Stange übersteigen, wodurch das Medium in die erste Nut des O-Rings gepresst wird (Abbildung c). Wenn sich die Stange weiter nach rechts bewegt, dringt das Medium weiter in die nächste Nut ein, was zu einer Leckage in Richtung der Stangenbewegung führt.
Eine Leckage ist weniger wahrscheinlich, wenn sich die Stange nach links bewegt, da die Antriebsrichtung entgegengesetzt zur Druckrichtung der Stange ist. Die Wahrscheinlichkeit einer Leckage nimmt mit der Viskosität des Mediums und der Geschwindigkeit der Stangenbewegung zu und steht in engem Zusammenhang mit der Größe und dem Arbeitsdruck des O-Rings.
Darüber hinaus gibt es eine Quetschdichtung in der Fase der Stirnseite sowie zwei spezielle Dichtungsmethoden:
3.1.1 CUnterdrückungsverhältnis
Das Kompressionsverhältnis (W) eines O-Rings wird wie folgt ausgedrückt:
W = (d2 - h) / d2 × 100%
Wo:
d2 - Der Querschnittsdurchmesser des O-Rings in seinem freien Zustand (mm)
h - Der Abstand zwischen dem Boden der O-Ring-Nut und der Dichtfläche (Nuttiefe), der die Querschnittshöhe des O-Rings nach dem Zusammendrücken darstellt (mm).
Bei der Wahl des Kompressionsverhältnisses eines O-Rings sind die folgenden Faktoren zu berücksichtigen:
Bei der Wahl des Kompressionsverhältnisses (W) sollten auch die Betriebsbedingungen berücksichtigt werden und ob es sich um eine statische oder dynamische Dichtung handelt.
Statische Dichtungen können weiter in Radialdichtungen und Axialdichtungen unterteilt werden. Die Radialdichtungen haben Radialspiel und die Axialdichtungen haben Axialspiel.
Axialdichtungen können weiter in Innendruckdichtungen und Außendruckdichtungen unterteilt werden, je nachdem, ob das Druckmedium auf den Innendurchmesser oder den Außendurchmesser des O-Rings wirkt. Der Innendruck erhöht die Spannung, während der Außendruck die Vorspannung des O-Rings verringert.
Bei diesen verschiedenen Formen von statischen Dichtungen ist die Richtung des Dichtungsmediums auf dem O-Ring unterschiedlich, so dass auch der Vordruck unterschiedlich ausgelegt ist.
Bei dynamischen Dichtungen ist es wichtig, zwischen hin- und hergehenden und rotierenden Dichtungen zu unterscheiden.
Bei der Auswahl des Kompressionsverhältnisses für Dichtungen für Drehbewegungen muss der Joulesche Wärmeeffekt berücksichtigt werden. Im Allgemeinen ist der Innendurchmesser des für Drehbewegungen verwendeten O-Rings 3% bis 5% größer als der Wellendurchmesser, und das Kompressionsverhältnis des Außendurchmessers beträgt -3% bis 8%.
Für O-Ringe, die in Anwendungen mit geringer Reibung eingesetzt werden, wird in der Regel ein kleines Kompressionsverhältnis von 5% bis 8% gewählt, um den Reibungswiderstand zu verringern. Es ist auch wichtig, die Ausdehnung von Gummimaterialien aufgrund des Mediums und der Temperatur zu berücksichtigen.
In der Regel beträgt die maximal zulässige Dehnungsrate 15% zusätzlich zu der angegebenen Druckverformung. Wenn dieser Bereich überschritten wird, bedeutet dies, dass die Materialauswahl ist ungeeignet und es sollte entweder ein anderer Werkstoff für den O-Ring verwendet werden oder die angegebene Druckverformungsrate sollte korrigiert werden.
3.1.2 SDehnungsbetrag
Nachdem der O-Ring in die Dichtungsnut eingesetzt wurde, weist er in der Regel eine gewisse Spannung auf. Diese Spannung hat ebenso wie das Kompressionsverhältnis großen Einfluss auf die Dichtungsleistung und die Lebensdauer des O-Rings. Eine zu große Spannung erschwert den Einbau des O-Rings und verringert das Kompressionsverhältnis, was zu Leckagen führt.
Der Streckungsbetrag kann nach folgender Formel berechnet werden:
a = (d + d2) / (d1 + d2)
Wo:
d - Wellendurchmesser (mm) d1 - Innendurchmesser des O-Rings (mm)
Der empfohlene Bereich für den Dehnungsbetrag liegt zwischen 1% und 5%. In Tabelle 1 sind die empfohlenen Dehnungswerte für O-Ringe aufgeführt. Der Dehnungswert kann je nach Wellendurchmesser ausgewählt und begrenzt werden.
Tabelle I: Grenzwerte für das Verdichtungsverhältnis und den Dehnungsbetrag des O-Rings
| Siegelformular | Dichtungsmedium | Dehnungsbetrag a (%) | Verdichtungsverhältnis w (%) |
| Statische Dichtung | Hydraulisches Öl | 1.03~1.04 | 15~25 |
| Luft | <1.01 | 15~25 | |
| Reziproke Bewegung | Hydraulisches Öl | 1.02 | 12~17 |
| Luft | <1.010.95~1 | 12~173~8 | |
| Rotierende Bewegung | Hydraulisches Öl | 0.95~1 | 3~8 |
Die Kompression eines O-Rings wird in erster Linie durch die Form und die Abmessungen der Einbaunut bestimmt.
Rechteckige und dreieckige Rillen sind die am häufigsten verwendeten Formen, wobei dreieckige Rillen nur für bestimmte feste Dichtungen verwendet werden.
Die Formen der Nuten für statische Dichtungen, hin- und hergehende Dichtungen und dynamische Dichtungen können ähnlich sein, aber ihre Größen variieren, um den unterschiedlichen Kompressionsanforderungen gerecht zu werden.
3.2.1 SLosbreite
Die Schlitzbreite wird unter den folgenden drei Gesichtspunkten betrachtet:
Es wird allgemein empfohlen, dass die Querschnittsfläche des O-Rings mindestens 85% der rechteckigen Querschnittsfläche einnimmt. In vielen Fällen beträgt die Rillenbreite das 1,5-fache des Querschnittsdurchmessers des O-Rings.
Es ist wichtig zu beachten, dass eine schmale Nut die Reibung erhöht und zu einem höheren Verschleiß des O-Rings führt. Ist die Nut hingegen zu breit, vergrößert sich der Bewegungsspielraum des O-Rings und er wird anfälliger für Verschleiß. Darüber hinaus kann es bei statischen Dichtungen mit pulsierendem Druck zu einer pulsierenden Bewegung des O-Rings und zu anormalem Verschleiß kommen.
Bei hohem Druck muss ein Sicherungsring verwendet werden, und die Nutbreite sollte entsprechend vergrößert werden.
3.2.2 GRautentiefe
Die Tiefe der Rille ist ein entscheidender Faktor für das ordnungsgemäße Funktionieren des O-Rings. Sie hängt hauptsächlich von der Druckverformung des O-Rings ab.
Diese Verformung setzt sich zusammen aus der Druckverformung (A1) am Innendurchmesser des O-Rings und der Druckverformung (A2) am Außendurchmesser des O-Rings.
Wenn A1=A2 ist, fällt der Querschnitt des O-Rings mit der Mitte des Rillenquerschnitts zusammen und die beiden Kreise sind gleich groß, was bedeutet, dass der O-Ring beim Einbau nicht gedehnt wird.
Wenn A1>A2 ist, ist der Umfang der Mitte des O-Ring-Abschnitts kleiner als der der Rillenmitte, was darauf hinweist, dass der O-Ring in gestrecktem Zustand eingebaut ist.
Wenn A1<A2 ist, ist der Umfang des O-Ring-Abschnitts größer als der mittlere Umfang des Rillenabschnitts. In diesem Fall wird der O-Ring mit Umfangspressung eingebaut und springt bei der Demontage.
Bei der Auslegung der Nuttiefe sollte zunächst der Verwendungszweck des O-Rings berücksichtigt werden, gefolgt von der Wahl einer angemessenen Kompressionsverformungsrate. Die Quellung des Werkstoffs im Medium, die Quellung des Werkstoffs selbst und andere damit zusammenhängende Faktoren sollten ebenfalls in Betracht gezogen werden.
Es gibt jedoch einschlägige Normen, die vom Staat für die Struktur von Rillen vorgegeben werden.
3.2.3 SWahl und Gestaltung von Rillen
1. Einbauart der Rille
Erklären Sie das:
Tabelle II Radialnutgröße des O-Rings
| O-Ring Querschnittsdurchmesser d2 | 1.80 | 2.65 | 3.55 | 5.30 | 7.00 | ||
| Grabenbreite | Pneumatische Dichtung | 2.2 | 3.4 | 4.6 | 6.9 | 9.3 | |
| Hydraulische dynamische Dichtung oder statische Dichtung | b+0.25 | 2.4 | 3.6 | 4.8 | 7.1 | 9.59.5 | |
| b1+0.25 | 3.8 | 5.0 | 6.2 | 9.0 | 12.3 | ||
| b2+0.25 | 5.2 | 6.4 | 7.6 | 10.9 | 15.1 | ||
| Nuttiefe t | Kolbenstangendichtung, (für Berechnung d3) | Hydraulisch-dynamische Dichtung | 1.42 | 2.16 | 2.96 | 4.48 | 5.95 |
| Pneumatische Dichtung | 1.46 | 2.23 | 3.03 | 4.65 | 6.20 | ||
| Statische Dichtung | 1.38 | 2.07 | 2.74 | 4.19 | 5.67 | ||
| Kolbenstangendichtung, (für Berechnung d6) | Hydraulisch-dynamische Dichtung | 1.47 | 2.24 | 3.07 | 4.66 | 6.16 | |
| Pneumatische Dichtung | 1.57 | 2.37 | 3.24 | 4.86 | 6.43 | ||
| Statische Dichtung | 1.42 | 2.15 | 2.85 | 4.36 | 5.89 | ||
| Minimale Fasenlänge Zmin | 1.1 | 1.5 | 1.8 | 2.7 | 3.6 | ||
| Radius der Nutgrundverrundung r1 | 0.2-0.4 | 0.4-0.8 | 0.8-1.2 | ||||
| Radius der Rillenverrundung r2 | 0.1-0.3 | ||||||
| Maximaler Durchmesser der Kolbenstangendichtungsnut am Boden d3max=d4+2t, d4 Kolbenstangendurchmesser | |||||||
| Der Mindestdurchmesser des Bodens der Kolbenstangendichtungsnut d6min=d5max+2t, d5max maximaler Durchmesser der Kolbenstange. | |||||||
China hat Normen für die Rillengrößenreihen von O-Ringen festgelegt. Die Einzelheiten sind in Tabelle 3 zu finden.
Tabelle III Rillengröße und Kompression für die Abdichtung
| 0-Ring Querschnittstoleranz | 1.9±0.08 | 2.4±0.08 | 3.1±0.10 | 3.5±0.10 | 5.7±0.15 | 8.6±0.16 | |||
| Axiale Festdichtung | Komprimierungsbetrag | 0.60~0.40 | 0.70~0.504 | 0.85~0.55 | 0.90~0.65 | 1.3~0.9 | 1.6~1.0 | ||
| Größe der Rille | h | 1.3~1.5 | 1.7~1.9 | 2.25~2.55 | 2.60~2.85 | 4.40~4.80 | 7.00~2.60 | ||
| b | 2.50 | 3.20 | 4.2 | 4.70 | 7.50 | 11.2 | |||
| r≤ | 0.40 | 0.7 | 0.80 | ||||||
| Für Sport | Komprimierungsbetrag | 0.47~0.28 | 0.47~0.27 | 0.54~0.30 | 0.60~0.324 | 0.85~0.45 | 1.06~0.68 | ||
| Größe der Rille | h | 1.43~1.62 | 1.93~2.13 | 2.65~2.80 | 2.90~3.18 | 4.85~5.25 | 7.54~7.92 | ||
| b | Ohne Haltering | 2.5 | 3.2 | 4.2 | 4.70 | 7.5 | 11.2 | ||
| Hinzufügen eines Sicherungsrings | 3.9 | 4.4 | 5.2 | 6.0 | 9.0 | 13.2 | |||
| Zwei Sicherungsringe hinzufügen | 5.40 | 6.0 | 7.0 | 7.8 | 11.5 | 17.2 | |||
| r≤ | 0.4 | 0.7 | 0.8 | ||||||
| Anmerkung: h steht für die Höhe der Rille, b für die Breite des Grabens und r für die Fase der Rille. | |||||||||
3. Anforderungen an die Verarbeitung von O-Ring-Rillen
Um Leckagen aufgrund von Kratzern und unsachgemäßem Einbau zu vermeiden, gibt es bestimmte Anforderungen an die Genauigkeit der Rillen und der zugehörigen Komponenten beim Einbau von O-Ringen.
Erstens müssen die beim Einbau durchgehenden Kanten stumpf oder abgerundet sein, und das durchgehende innere Loch sollte in einem Winkel von 10-20 Grad abgeschrägt sein.
Zweitens muss die Oberflächengenauigkeit entlang der Einbaustrecke des O-Rings sorgfältig geprüft werden. Die Welle muss einen niedrigen Rauigkeitswert aufweisen und gegebenenfalls geschmiert werden.
Die Anforderungen an die Genauigkeit der Einbaurille und der passenden Oberfläche sind in Tabelle IV aufgeführt.
Tabelle IV Oberflächenbeschaffenheit der Gegenstücke der O-förmigen Gummidichtungsrille
| Oberfläche | Anwendungen | Druckbedingung. | Oberflächengüte |
| Boden und Seiten des Grabens | Dichter Verschluss | Nicht alternierend und nicht pulsierend, | R.3.2um |
| Abwechselnd oder pulsierend, | R.1.6um | ||
| Dynamisches Siegel, | Nicht alternierend und nicht pulsierend. | ||
| Passende Oberfläche | Dichter Verschluss | Nicht alternierend und nicht pulsierend. | R.1.6um. |
| Abwechselnd oder pulsierend, | R.0.8um | ||
| Dynamisches Siegel | R0,4 μ m |
Bei der Auswahl des O-Ring-Materials sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
In der Regel wird Nitrilkautschuk für die Ölbeständigkeit, Chloroprenkautschuk für die Witterungs- und Ozonbeständigkeit, Acrylat- oder Chlorkautschuk für die Hitzebeständigkeit, Polyurethankautschuk für die Hochdruck- und Verschleißbeständigkeit und Copolyazolkautschuk für die Kälte- und Ölbeständigkeit verwendet.
Die Anwendungsbereiche der verschiedenen Klebstoffe sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Tabelle V Spezifikation für die Verwendung von O-Ring-Dichtungsmaterialien
| Materialwissenschaft | Anwendbare Medien | Betriebstemperatur / ℃ | Bemerkungen | |
| Für Sport | Statische Verwendung | |||
| Nitrilkautschuk | Mineralöl, Benzin, Benzol | 80 | -30~120 | |
| Neopren | Luft, Wasser, Sauerstoff | 80 | -40~120 | Vorsichtsmaßnahmen beim Sport |
| Butylkautschuk | Tierische und pflanzliche Öle, schwache Säuren, Laugen | 80 | -30~110 | Große bleibende Verformung, nicht für Mineralöl geeignet |
| Butadien-Styrol-Kautschuk | Alkali, tierische und pflanzliche Öle, Luft, Wasser | 80 | -30~100 | Nicht anwendbar auf Mineralöl |
| Naturkautschuk | Wasser, schwache Säure, schwache Base | 60 | -30~90 | Nicht anwendbar auf Mineralöl |
| Silikonkautschuk | Hoch- und Tieftemperaturöl, Mineralöl, tierisches und pflanzliches Öl, Sauerstoff, schwache Säure, schwache Base | -60~260 | -60~260 | Nicht für Dampf geeignet, nicht in beweglichen Teilen verwenden |
| Chlorsulfoniertes Polyethylen | Hochtemperaturöl, Sauerstoff, Ozon | 100 | -10~150 | Vermeiden Sie die Verwendung in beweglichen Teilen |
| Polyurethan-Kautschuk | Wasser, Öl | 60 | -30~80 | Verschleißfest, aber nicht bei hoher Geschwindigkeit verwenden |
| Fluorkautschuk | Heißöl-Dampf-Luft, anorganische Säure | 150 | -20~200 | |
| Teflon | Säuren, Basen, verschiedene Lösungsmittel | -100~260 | Nicht anwendbar auf bewegliche Teile | |
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
DE 
EN 
AR 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO