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O-Ringe FAQs

  • Was sind O-Ringe?

    O-Ringe sind Dichtungselemente, die – wie ihr Name bereits verrät – einen kreisrunden Querschnitt besitzen. Andere Bezeichnungen und Schreibweisen dafür sind unter anderem Rundringe, Nullringe oder ORing bzw. Oringe. Sie können aus unterschiedlichsten Elastomer-Werkstoffen bestehen. Es gibt fast keinen Industriezweig, in dem O-Ringe nicht zur Anwendung kommen. Dies liegt vorrangig an dem hervorragenden Verhältnis zwischen Wirtschaftlich- und Leistungsfähigkeit dieser Dichtungen. Ihr symmetrischer Querschnitt, ihre einfache Konstruktion und ihr breiter Anwendungsbereich machen O-Ringe zu einem sehr vielseitigen Dichtungselement.

    Obwohl sie eigentlich zur Kategorie der statischen Dichtungen gezählt werden, können O-Ringe auch in dynamischen Dichtungsanwendungen verwendet werden, sofern die Beanspruchung gering bleibt. Für ihren Einsatzzweck muss das Zusammenspiel aus Werkstoffeigenschaften und -qualität, Medienbeständigkeit, Shorehärte, Toleranzen und Abmessungen optimal gestaltet und ausgewogen sein. Die Abmessungen werden durch den Innendurchmesser (d1) und die Schnurstärke (d2) bestimmt.

  • Wie werden O-Ringe hergestellt?

    Anhand ihrer einfachen Form kann abgeleitet werden, dass die industrielle Herstellung von O-Ringen relativ leicht vonstatten geht. Wenn hohe Stückzahlen produziert werden, kommt üblicherweise das Spritzgießen, das sogenannte „Injection Moulding-Verfahren“ zum Einsatz. Kommen hingegen sehr hochpreisige Werkstoffe zur Anwendung oder werden nur geringe Stückzahlen benötigt so erfolgt die Herstellung der O-Ringe mittels Formpressen, dem „Compression Moulding“-Verfahren.

  • Wie funktionieren O-Ringe?

    O-Ringe haben einen symmetrischen, kreisrunden Querschnitt, weshalb sie als selbsttätiges, doppelt wirkendes Dichtelement verwendet werden können. Radiale oder axiale Anpresskräfte erzeugen die Anfangsdichtheit. Die Gesamtdichtpressung entsteht mit dem Hinzukommen des Systemdrucks und nimmt mit steigendem Systemdruck zu.

  • Was sind Todesursachen von O-Ringen?

    Die Suche nach der Schadensursache erinnert oft an eine forensische Beweisführung, lohnt sich aber gerade in automatisierten und sensiblen Einsatzbereichen. Der Prozess dahinter beinhaltet, eindeutige Schadensbilder zu kennen, zu erkennen und gegeneinander abzugrenzen. So lassen sich mit erfahrenem Auge auch Herstellungsmängel von Montagefehlern unterscheiden. Die Aufklärungsrate, wenn man sie so bezeichnen will – und damit die eindeutige Zuordnung einer Ursache der Beschädigung ­– liegt bei einer Untersuchung des Richter Prüfstudios bei ca. 10% (von 2.000 untersuchten Schadensfällen).

  • Wie werden O-Ringe gemessen?

    Härtemessung – ausgereiftes Qualitätsmanagement für O-Ringe

    Die Härtemessung von O-Ringen erfolgt nach Shore A, Micro-Shore oder IRHD (International Rubber Hardness Degree). KREMER hat sich für die lasergestützte Micro-Shore Härtemessung entschieden, da unsere Kunden die Härte des fertigen O-Ringes und nicht die Härte nach Shore A der 6mm dicken Materialprüfplatte dokumentiert sehen möchten.

    Härteprüfungen von O-Ringen

    Die Anforderungen an die Oberflächenstruktur von O-Ringen werden immer anspruchsvoller. Neben einer Miniaturisierung von Bauteilen unterliegen die Oberflächenstrukturen von O-Ringen auch einer zunehmenden Funktionalisierung.

    Nach DIN 3771 sind O-Ringe kontaktlos und damit zerstörungsfrei zu messen. Das gilt für die Abmessung der O-Ringe als auch für Fehlermerkmale der Oberflächen.

    KREMER greift auf berührungslose, opto-elektronische Mess- und Sortiereinrichtungen zurück, die sehr genaue Daten liefern und eine Vielzahl qualitätsrelevanter Parameter auswerten. Die Qualitätskontrolle kann durch die optische Messung auch einwandfrei dokumentiert werden.

    Die optisch-elektronischen Mess-Einrichtungen gewährleisten äußerst genaue Messungen und die Realisierung einer Sortierung von vorher klar definierten Merkmalen. Nur so können Gut- von Schlechtteilen mit einer Null-Fehlerquote getrennt und den Forderungen nach PPM-Raten, z. B. der Automobilzulieferindustrie, nachgekommen werden.

  • Welcher O-Ring-Werkstoff ist der richtige?

    O-Ringe mögen unscheinbar wirken, doch von ihrer einwandfreien Funktion hängt in der Industrie eine ganze Menge ab – Ausfälle verursachen Jahr für Jahr volkswirtschaftliche Schäden in Millionenhöhe. Die Frage nach dem richtigen Werkstoff ist daher eine der wichtigsten, wenn es um den Einsatz von O-Ringen geht. Um sie beantworten zu können, muss man allerdings mit den Eigenschaften vertraut sein und diese adäquat auf die jeweiligen Einsatzbedingungen abstimmen.

    Wer nichts dem Zufall überlassen möchte – etwa bei der erstmaligen Bestückung eines Produkts oder einer technischen Anlage – müsste einen universellen, qualitativ erstklassigen Werkstoff verwenden, wie zum Beispiel O-Ringe aus FFKM/Krevolast®, die dank ihrer Eigenschaften ein breites und flexibles Anwendungsspektrum bieten. Selbstredend geht dies nicht selten zu Lasten der Wirtschaftlichkeit oder der Wettbewerbsfähigkeit eines Produkts, wenn man die Werkstoffkosten in Relation setzt und eigentlich auch ein anderes, deutlich günstigeres Material in Frage käme.

    Um den richtigen Werkstoff für eine O-Ring-Anwendung zu finden, kommen vier grundlegende Faktoren ins Spiel, die miteinander verzahnt sind:

    • Mechanische Eigenschaften
    • Medienbeständigkeiten
    • Einsatztemperatur
    • Zulassungen und Regularien

    Mechanische Eigenschaften

    In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften stellt sich die Frage, wie der O-Ring zur Anwendung kommt: hat er eine ruhende, statische Dichtfunktion oder ist es eine dynamische? Ist letzteres der Fall, spielt es eine Rolle, wie hoch die mechanische Beanspruchung ist und ob der O-Ring selten, regelmäßig oder dauerhaft in Bewegung ist. Kommen dynamisch bewegte Komponenten zum Einsatz, können beschichtete O-Ringe in Frage kommen, die dank ihrer sogenannten Trockenschmierung durch einen Gleitlack von wenigen µm Dicke das Auftreten sogenannter „Stick-Slip-Effekte“ verhindert, also das Ruckgleiten und Quietschgeräusche. Ansonsten bringen O-Ringe aus H-NBR einen niedrigen Druckverformungsrest und sowohl die mechanische Festigkeit als auch Abriebbeständigkeit mit, um für dynamische Anwendungen geeignet zu sein.

    Beständigkeit gegen Medien

    Nicht nur mechanischen Einwirkungen müssen O-Ringe standhalten können, sondern auch denen verschiedenster Medien. Deshalb sind auch die Beständigkeiten des Dichtungswerkstoffs von hoher Bedeutung: Womit kommt der O-Ring in Kontakt? Werden zur Montage Fette oder Öle verwendet? Gegen welche Medien, zum Beispiel Wasser, Wasserdampf, Chemikalien, muss dieser abdichten? Sind es vielleicht viele verschiedene Medien im Wechsel, wie z. B. Laugen und Säuren oder Bremsflüssigkeit und Mineralöle?

    Nicht alle Werkstoffe vereinen alle Beständigkeiten dazu in gleichem Maße. So ist ein NBR-O-Ring beispielweise beständig gegen Dieselkraftstoff, Motorenöl oder Kerosin. Dagegen verhält es sich bei EPDM-O-Ringen mit den Beständigkeiten gegen diese Medien genau umgekehrt, während O-Ringe aus FFKM/Krevolast® gegen die zuvor genannten Medien beständig sind.

    Temperaturbereiche von O-Ringen

    Hinsichtlich der Einsatztemperatur ist es wichtig zu wissen, für welchem Temperaturbereich der O-Ring vorgesehen ist, sprich, welche Minimal- und Maximaltemperatur in der Einsatzumgebung herrscht und ob diese Temperaturen dort dauerhaft oder nur kurzzeitig herrschen. Wichtig ist, dass man bei der Auslegung beachtet, dass die jeweiligen Temperaturgrenzen drucklos und ohne Medieneinfluss bestimmt wurden.

    Werden Elastomere tiefen Temperaturen ausgesetzt, geht dies zu Lasten des Rückstellvermögens und der Elastizität bis hin zum Glasübergangspunkt, bei dem der Werkstoff glasartig und spröde wird. Eine Dichtwirkung lässt sich in diesem Zustand dann nur schwer erzeugen oder aufrechterhalten. Ein sehr gutes Tieftemperaturverhalten zeigen beispielsweise Silikon-O-Ringe, bei denenje nach Silikonwerkstoff Einsatztemperaturen von bis zu -60 °C möglich sind.

    Zu hohe Temperaturen wirken sich hingegen ebenso negativ auf die Dichtwirkung des O-Rings auf. An O-Ringen, bei denen die obere Dauertemperatur überschritten wurde, zeigen sich oft Folgen wie Versprödung, eine rußartige Oberfläche und vor allem die Neigung, bei Druckeinwirkung auseinanderzubrechen. Der Einfluss von Druck und Medien schmälert die Temperaturbeständigkeit von O-Ring-Werkstoffen zusätzlich. Auch aus diesem Grund ist es sinnvoll, immer das nächst bessere Material auszuwählen, sollte die tatsächliche Temperaturbelastung an dessen maximalen Bereich heranreichen. Geht es um hitzebeständige O-Ringe ist ebenfalls Silikon als hervorragendes Werkstoff-Beispiel zu erwähnen – bestimmte HTV-Silikon Typen halten auch bei hohem Druck Temperaturen von bis zu +250 °C stand.

    Die Beständigkeit gegen hohe und tiefe Temperaturen ist jedoch nur eine von vielen Anforderungen, die zum Beispiel mit mechanischen Eigenschaften, Druck- und Medienbeständigkeit oder mit Standards und Zulassungen in Einklang gebracht werden muss. Deshalb ist nicht selten ein Kompromiss notwendig, um einen Werkstoff ausfindig zu machen, der die größte Bandbreite der geforderten Eigenschaften abdeckt.

    Zulassungen für O-Ringe

    Der letzte Baustein, der bei der Auslegung eines O-Rings maßgeblich und mit den zuvor genannten Einflussfaktoren neben wirtschaftlichen Aspekten abzustimmen ist, ist die Erfüllung von Zulassungen. Viele Einsatzbereiche erfordern nicht ohne Grund die Einhaltung industriespezifischer und rechtlicher Anforderungen, da dort ein falsch gewählter O-Ring-Werkstoff fatale Konsequenzen nach sich ziehen kann. Damit sind Zertifizierungen beziehungsweise die Beachtung geltender Richtlinien und Werkstoffzulassungen für die sichere Herstellung von Produkten obligatorisch.

    Ein ausgefallener O-Ring in einem stark vernetzten industriellen Prozess – etwa im Lebensmittel- oder medizintechnischen Bereich – kann weitreichende Folgen haben, bevor der Hersteller dies überhaupt bemerkt und entsprechend reagieren kann. Industriespezifische Zulassungen zielen dabei darauf ab, etwaige Wechselwirkungen zwischen Produktionsanlagen und dem Produkt abzuwenden.

    Unterschiedliche Wirtschafträume setzen Konformität der eingesetzten Produktionsanlagen und damit auch der Dichtungen mit eigenen industriespezifischen Auflagen voraus. Es ist also nötig, diese Regularien zu kennen und zu beachten, um als Unternehmen überhaupt Produkte in diesem Zielmarkt in Verkehr bringen zu dürfen.

    Doch steht nicht allein die unmittelbare Betriebssicherheit von Maschinen und Anlagen im Fokus: Bei komplexen Elastomer-Rezepturen, die in anspruchsvollen Dichtungsanwendungen eingesetzt werden, können beispielsweise durch natürliche Entmischung flüchtige Weichmacherbestandteile aus dem Werkstoff migrieren und über das Produkt in den menschlichen Körper gelangen.

    Die Bandbreite der Zulassungen und Vorgaben ist groß. Bewegt man sich auf nationaler Ebene, so sind die Regularien des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) gemeinsam mit den Detailempfehlungen des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) maßgeblich. Internationale Bedeutung haben die Anforderungen Food and Drug Administration (FDA) in den USA. Hält man diese global anerkannten Standards nicht ein, ist man nicht dazu befugt, seine Anlagen in die Anwenderländer zu exportieren. In puncto Hygiene sind die Vorgaben der Organisation 3-A-Sanitary Standards zu beachten. Die Reinheitsanforderungen für Trinkwasser gehen über jene aus dem Lebensmittelbereich hinaus. Hierzulande ergeben sich die Auswahlkriterien für Dichtungswerkstoffe mit Trinkwasserkontakt unter anderem aus der KTW-Leitlinie des Umweltbundesamts. Weltweit anerkannte Standards für Werkstoffe, die in der Pharmazie- und Medizintechnik verwendet werden, sind in der United States Pharmacopeial Convention (USP) geregelt.

  • Welche O-Ringe sind lebensmittelecht?

    Kommen O-Ringe direkt oder indirekt mit Lebensmitteln in Kontakt, dann muss auch der Werkstoff, aus dem sie bestehen, für die Anwendung sicher zugelassen sein. Daher gelten beispielsweise für den Einsatz von O-Ringen in der Lebensmittelindustrie Richtlinien darüber, welche Materialien geeignet sind, sodass Geruchs- und Geschmacksveränderungen, aber auch andere, mitunter gesundheitsgefährdende Kontaminationen von Lebensmitteln verhindert werden können.

    Unter anderem ist in Europa hierfür die EU-Richtlinie EG 1935/2004 maßgeblich, in den USA müssen die O-Ringe etwa den Vorgaben der FDA (Food and Drugs Administration) entsprechen, also FDA-konform sein. Auf internationaler Ebene haben sich letztere sowie auch der 3-A-Sanitary-Standard oder USP Class VI als Standards für O-Ring-Werkstoffe etabliert.

    Die Spezifikation der Lebensmittelgüte erfüllen bestimmte Compounds beziehungsweise Mischungen von Materialien wie

    Eine vorhandene Lebensmittelechtheit des Werkstoffs bedeutet natürlich nicht, dass dieser auch für die Einsatzumgebung geeignet wäre. So sind O-Ringe aus EPDM zwar gut geeignet für Anwendungen mit Heißwasser und Dampf und in einem großen Temperaturbereich. Sie sind außerdem beständig gegen viele Säuren und Lösungsmittel, allerdings sollten sie nicht mit pflanzlichen, tierischen oder auch mineralischen Ölen und Fetten in Kontakt kommen. NBR-O-Ringe sind zwar beständig gegen Öle und Fette, allerdings nur begrenzt gegen Ozon und der Temperaturbereich ist geringer als bei EPDM.

    Dagegen vereinen O-Ringe aus FPM/FKM (Viton®) eine sehr breite chemische Beständigkeit und einen hohen Temperaturbereich, allerdings sind sie weniger für den Kontakt mit heißem Wasser geeignet und sollten nicht mit Dampf in Berührung kommen. FFKM- beziehungsweise Krevolast®-O-Ringe bringen dagegen unter anderem eine gute Beständigkeit gegen Öle, Fette, Warmwasser und Dampf mit und können sowohl bei niedrigen als auch sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden. Hervorragende Allrounder sind indes Silikon-Werkstoffe, die für ihre Lebensmittelgüte bekannt sind: O-Ringe aus Silikon können bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden. Besondere Typen von Silikon sind extrem kälteflexibel, andere hingegen mit sehr hoher Temperaturbeständigkeit ausgestattet.

  • Welche Eigenschaften haben O-Ringe aus EPDM?

    EPDM-O-Ringe sind sehr flexibel und zeichnen sich unter anderem durch eine sehr gute Alterungsbeständigkeit auch bei UV- und Ozonbelastung aus. Dadurch ist der Werkstoff auch im Außenbereich ideal einzusetzen. Weiterhin ist EPDM beständig gegen Sauerstoff, Heißwasser und heiße Luft (bis ca. 150°C) und Heißdampf bis ca. 200°C, vor allem aber gegenüber verschiedensten Chemikalien, darunter etwa:

    • verdünnte Säuren
    • Alkohole, Ketone und Ester
    • Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis
    • Waschmittel
    • Skydrol
    • Silikonöle und -fette

    Weitere Infos zur chemischen Beständigkeit unserer Werkstoffe können Sie hier nachlesen. Weiterhin zeigt EPDM einen breiten Temperaturbereich. Nicht beständig ist EPDM jedoch gegenüber Mineralölprodukten. Zudem ist das Material aufgrund seines Molekularaufbaus sehr schlecht mit anderen Bauteilen verklebbar.

  • Welche Eigenschaften haben O-Ringe aus Silikon?

    Den einen Silikon-Werkstoff gibt es nicht. Allen gemeinsam ist die hohe Flexibilität, Oxidations- und Temperaturbeständigkeit sowie die Lebensmittelechtheit. Aufgrund der schlechten Verschleißbeständigkeit sollte Silikon allerdings nicht als Werkstoff für dynamische Dichtungsanwendungen genutzt werden. Silikon-Kautschuke für den Dichtungsbereich lassen sich je nach Vernetzung in HTVLSR und Fluorsilikone einteilen.

    HTV-Silikon

    Das Kürzel „HTV“ steht für „Hochtemperatur vernetzend“. In diesem Kontext bedeutet dies, dass die volle Belastbarkeit und Einsatzfähigkeit des Werkstoffs erst nach Verarbeitung unter dem Einfluss hoher Temperaturen und zusätzlichem Druck gegeben ist. HTV-Silikone sind zwischen -40°C und 250°C enorm elastisch und wärmebeständig.

    LSR-Silikon

    „LSR“ ist die Abkürzung für „Liquid Silicone Rubber“. Dabei sind LSR-O-Ringe in ihren Eigenschaften den Hochtemperatur vernetzten O-Ringen ähnlich. Gegenüber dem HTV-Werkstoff weisen LSR-Silikonkautschuke eine bessere Weiterreißfestigkeit sowie eine höhere Reißdehnung auf.

    Fluorsilikon (MFQ, FVMQ)

    Grundsätzlich haben O-Ringe aus Fluorsilikon ähnliche mechanische und physikalische Eigenschaften wie jene aus HTV bzw. MVQ/VMQ. Allerdings zeichnet sich Fluorsilikon durch eine bessere Medienbeständigkeit gegenüber aromatischen Mineralölen (wie z. B. ASTM-Öl Nr. 3, Kraftstoffen, Benzol und anderen Kohlenwasserstoffen) aus. Bei O-Ringen aus Fluorsilikon reicht der Temperaturbereich von -55°C bis +180°C.

  • Wo werden Silikon O-Ringe eingesetzt?

    O-Ringe aus HTV-Silikon sind ideal für Anwendungen als Dichtungs-, Dämpfungs-, Elektroisolierbauteile oder auch als Kabelummantelung. In hochtransparenter Ausführung sind LSR-Silikone vor allem in optischen Anwendungen sehr gefragt, wie zum Beispiel als Kontaktlinsen. O-Ringe aus Fluorsilikon hingegen eignen sich sehr gut als Dichtungselemente in Erdgasanlagen und Fördereinrichtungen für Erdgas.

    Präzise gefertigte Silikon O-Ringe für E-Zigaretten

    E-Zigaretten sind ein unübersehbarer Trend.

    Bei der E-Zigarette wird nicht der Rauch inhaliert, sondern der Dampf einer Flüssigkeit aus Propylenglycol (Lebensmittelzusatzstoff E 1520), Glycerin (Lebensmittelzusatzstoff E 422), Wasser, Anteilen von Lebensmittelaromen und je nach Ausführung/Modell auch noch Nikotin. Die meisten E-Zigaretten bestehen aus drei wesentlichen Teilen: einem Flüssigkeitsdepot, einer Verdampfereinheit und einem Akku.

    Das Liquid gelangt über ein feines Stahlröhrchen in die Verdampfereinheit. Über eine kleine Heizspirale verdampft die Flüssigkeit. Die Temperaturen sind vergleichsweise niedrig. Sie liegen bei ca. 65°C.

    In einer E-Zigarette werden mehrere O-Ring-Abmessungen verbaut, insbesondere im Bereich des Verdampferkopfes.

    Die präzise Einhaltung der Toleranz für die Schnurstärke ist besonders wichtig, um beim Verschrauben der einzelnen Bauteile der E-Zigarette immer die gleichen Drehmomentkräfte zu gewährleisten.

    Als Werkstoff wurde Silikon gewählt. Silikon weist eine Wasserdampfbeständigkeit bis 120°C auf und erfüllt die Anforderungen an Materialien die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen.

    O-Ring als Befestigungselement an einem Babyschnuller

    Kaum ein Produkt hat so vielseitige Einsatzmöglichkeiten wie ein O-Ring. Entsprechend groß ist auch die Variantenvielfalt – in der Größe, im Material, in der Farbe, in der Beschichtung, in der Schnurstärke. In den meisten Anwendungsfällen ist bei O-Ringen die Dichtfunktion die Hauptanforderung – an dieser Stelle zeigen wir Ihnen zwei ganz andere Anforderungen.

    Der O-Ring muss ausreichend elastisch sein, um über den Schnuller gezogen werden zu können. Da er in der Nähe des Kindermundes eingesetzt wird, ist eine Lebensmittelverträglichkeit unerlässlich. Der Werkstoff wurde so gewählt, dass er einerseits eine hohe Elastizität gewährleistet und andererseits nicht „ausleiert“, also die Haltefunktion verliert. Der O-Ring darf nicht reißen. Entsprechend muss die O-Ringschnur eine gewisse Dicke aufweisen, damit sie Krafteinwirkungen durch das Kind standhalten kann.

    Schnuller unterliegen einer DIN Norm, daher gab es eine klare Größenvorgabe. Durch Zusendung von einigen Mustern und Errechnung der Zugkräfte wurde die optimale Abmessung zusammen mit dem Kunden ermittelt.

    Als Werkstoff kam letztendlich nur Silikon in Frage, da wir nur hier die transparente Farbe erreichen und eine babygeeignete Qualität gewährleisten können.

    O-Ring zur Dämpfung und Schallschutz für ein Kinder-Laufrad

    Kinder brauchen Bewegung. Kleinkinder bewegen sich gerne und Laufräder sind bei den Eltern sehr beliebt. Für ein Kinder-Laufrad wird ein Gummiring gesucht, der über die Holzräder des Laufrads gezogen werden kann. Die Funktionsfähigkeit darf keinesfalls eingeschränkt werden. Kinder sind mit dem kleinen Laufrad in Wohnzimmer, Küche und Flur unterwegs. Der Fußboden soll natürlich keinen Schaden nehmen. Es sollen keineKratzspuren entstehen, die noch Jahre später von den ersten Mobilitätsversuchen des Sprösslings erzählen würden. GewünschteFarbe: himbeerrot.

    Der Gummiring benötigt Stabilität, um ein Zusammendrücken zu vermeiden, die „Rollfunktion“ sollte gewährleistet sein. Hinsichtlich der Farbe des O-Ringes gab es eine klare RAL-Vorgabe: himbeerrot. Daher wird ein Werkstoff benötigt, der in den RAL-Farben eingefärbt werden kann.

    Der Ring muss glatt und fest sein, um Kratzspuren zu vermeiden und die Rollfähigkeit zu gewährleisten. Auch hier fällt die Wahl auf einen Silikon-O-Ring. Einmal, um die gewünschte Farbe liefern zu können, zum anderen, um die Lebensmittelgüte zu gewährleisten. Dies ist bei Spielsachen für Babys und Kleinkinder ein absolutes Muss.

    Den speziellen Anforderungen an die Festigkeit wird die Fertigung des O-Ringes in 80 Shore A gerecht.

    O-Ringe zur Justierung eines Flugbeschleunigers

    Die Gründer der free-spee GbR testeten in den Alpen unterwegs ihre neuen Gleitschirme. Gleitschirme sind seit einiger Zeit technisch ausgereifte, sehr leichte Fluggeräte mit denen sich Flugbegeisterte den Traum vom einfachen Fliegen erfüllen. Bei den Tests missfiel ein Detail in der Konstruktion der Ausrüstung. Zu diesem Zeitpunkt gab es keine Möglichkeit, den Fußbeschleuniger, quasi das Gaspedal des Gleitschirms, gut und einfach zujustieren, insbesondere auch während des Fluges nach zu justieren.

    Der Beschleuniger dient dazu, die Fluggeschwindigkeit eines Gleitschirmes, die bei ca. 35 km/h liegt, bei Bedarf auf ca. 45km/h zu erhöhen. Durch Betätigen des Gaspedals wird die Kappe des Gleitschirmes etwas nach vorne geneigt, was zur Geschwindigkeitsaufnahme führt.

    Nach einigem Überlegen und etlichen Prototypen stand schließlich ein funktionierendes Modell eines Beschleunigers. Ein Gebrauchsmuster wird beim Patentamt angemeldet.

    Das Produktdesign entwickelt das Büro SUBRAUMSTUDIO, das einem der Firmengründer gehört. Kern des Produkts ist eine Klemm-Mechanik, die zwei mit dem Schirm gekoppelte Leinen verbindet. Die Klemm-Mechanik wird durch einen grauen Silikon-O-Ring, 10 x 2,5 mm und der Härte 65 Shore A von KREMER unterstützt.

    Zudem gelingt mit dem O-Ring aus Silikon eine bezeichnend einfache, verständliche und gut zu wartende Konstruktion. Der O-Ring erzeugt die nötige Vorspannung für die Klemm-Mechanik, wie sie auf den Fotos zu erkennen ist.

    Der Silikon-O-Ring erfüllt die nötigen Anforderungen an Elastizität und vor allem an die Witterungsbeständigkeit. Ein seit 2009 andauernder Freibewitterungstest des Beschleunigers zeigt eindrucksvoll, dass die Funktion noch immer einwandfrei gegeben ist.

    Seit 2009 ist der Beschleuniger von free-spee auf dem Markt und wird heute tausendfach, genauer 15.000 mal, weltweit in der Luft verwendet.

    Verwendetes Produkt: O-Ring 10 x 2,5, Silikon grau, Härte 60 +/-5 Shore A
    Produktdesign: SUBRAUMSTUDIO Industriedesign - Dipl.-Ing.(FH) Architektur Andreas Raphael – www.subraumstudio.com

  • Warum werden O-Ringe beschichtet?

    Der Grund, weshalb ein O-Ring beschichtet wird, hängt unmittelbar mit der Art der Beschichtung ab.

    Einer der häufigsten Anwendungsfälle ist die Erleichterung des Montagevorgangs durch Reibungsreduzierung. Auch wenn diese per se auch mit klassischen Schmierstoffen wie Ölen und Fetten möglich wäre, so kommt dies nicht in allen Bereichen in Frage – etwa, wenn die Oberfläche der Dichtung zwingend sauber, trocken- schmiermittel- oder gar LABS-frei bleiben muss.

    Da in einer O-Ring Beschichtung Festschmierstoffe gebunden sind, erfüllt sie nicht nur diese Sauberkeitskriterien, sie reduziert ebenso die Gleit- und Haftreibungswiderstände gegen Gleitreibpartner, ohne dass mechanisch-physikalische Kennwerte verändert werden. Das ist nicht nur in der O-Ring-Montage von Vorteil, sondern auch generell in der automatisierten Fertigung, sowie auch in dynamischen Vorgängen.

    Gerade hier ist die Reduktion von Stick-Slip-Effekten (auch als Haftgleiteffekt oder Reibschwingung bekannt) essenziell. Neben dem Ruckgleiten werden dabei durch die O-Ring-Beschichtung auch Quietschgeräusche sowie der frühzeitige Verschleiß bei stärker beanspruchten Teilen verhindert.

    Die Annahme, dass O-Ringe beschichtet werden könnten, um die Permeation von Flüssigkeiten und Gasen zu reduzieren ist nicht haltbar. Zwar verstärkt eine geschlossene Beschichtung der Oberfläche eines O-Ringes die Sperrwirkung gegenüber flüssigen und gasförmigen Medien mit ansteigender Schichtdicke, dennoch ist bei einer Schichtdicke von durchschnittlich 3-12 µm dieser Effekt im eingebauten, also unter Zugspannung stehenden O-Ring, kaum messbar ausgeprägt. Unter Zugspannung werden Mikrorisse an der ohnehin nur dünnen Beschichtung entstehen, die der Permeation von Flüssigkeiten und Gasen keinen Widerstand leisten kann. So bleibt ein O-Ringwerkstoff, der vor der Beschichtung unbeständig gegen Öle ist auch noch nach einer Beschichtung unbeständig und wird weiterhin bei Kontakt mit Öl aufquellen.

    Die Beschichtung von O-Ringen – etwa mit Gleitlacken als sogenannte Trockenschmierung – wird in der Regel als automatisierte Massenteilbeschichtung durchgeführt, z. B. im Tauch-, im Sprüh- oder Trommelverfahren. Dadurch lassen sich große Mengen an O-Ring-Dichtungen zuverlässig sowie zeit- und kostensparend beschichten. Um bei diesem Beispiel zu bleiben: Der gleichmäßige, fest haftender PTFE-Anteil mit einer Schichtdicke von wenigen µm erleichtert ebenso das Vereinzeln in automatischer Zuführung, da er wie eine Trennschicht wirkt und so ein Verkleben der O-Ringe verhindert. Die Beschichtung ist besonders bei der vollautomatischen Montage von O-Ringen zu empfehlen, die aufgrund der Mengensituation insbesondere bei Anwendungen für die Automobilindustrie infrage kommt.

    Apropos Automobilindustrie: Hier müssen O-Ringe zum Teil auch frei von lackbenetzungsstörenden Substanzen – kurz: LABS-frei – sein. Einige Elastomere, Zuschlagstoffe und somit Rezepturbestandteile von Gummimischungen können nämlich Stoffe enthalten, die sich benetzungsstörend beim Lackierungsvorgang von Autokarosserien auswirken können. Daher werden diese O-Ringe einer Plasmareinigung unterzogen, um sie von den unerwünschten Substanzen zu befreien.

  • Welche O-Ring-Beschichtungen gibt es?

    So unterschiedlich die Anforderungen an einen O-Ring, so unterschiedlich sind auch die Arten der Beschichtungen.

    Hier kommt es auf die jeweiligen Kriterien an, unter denen O-Ringe zum Einsatz kommen sollen. Ist in erster Linie eine Reibungsreduzierung gefragt? Soll die Geräuschentwicklung reduziert werden? Wird eine erleichterte Vereinzelung gefordert, um sie vollautomatisch funktionierenden Montageanlagen zuführen zu können? Oder sollen farbige Beschichtungen Montage- bzw. Greiffehler vermeiden beziehungsweise die optische, automatische Kontrolle am Einbauort ermöglichen?

    Für all diese und weitere Einsatz- und auch Lagerkriterien stehen die passenden Beschichtungen zur Verfügung, zum Beispiel:

    • PTFE-Beschichtung
    • Polysiloxan-Beschichtung (Silikonharz)
    • Plasmareinigung („LABS-frei“)
    • Fluorieren
    • Silikonisieren
    • Talkumieren (Mikrotalkumieren)
    • Grafitieren silbrig glänzend
    • Molykotieren (MoS2 in Pulverform)

    Im Folgenden gehen wir auf die einzelnen Beschichtungsarten für O-Ringe im Detail ein:

    PTFE-Beschichtung

    Das Kürzel PTFE steht für Polytetrafluorethylen. Es ist ein vollfluoriertes Polymer, für welches mitunter auch der Handelsname Teflon® des Unternehmens DuPont verwendet wird. Aufgrund seiner Eigenschaften wird es neben vielen anderen Anwendungsgebieten auch für die Beschichtung von O-Ringen verwendet. Zum einen ist es aufgrund der besonders starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und Fluoratomen sehr reaktionsträge. Zum anderen haben PTFE-Beschichtungen einen sehr geringen Reibungskoeffizienten, während die Haftreibung genau so groß ist, wie die Gleitreibung, was Slip-Stick-Effekte vermeidet. Außerdem haftet PTFE sehr gut auf der Oberfläche des Elastomers.

    Die Beschichtung selbst kann in verschiedenen Farben als PTFE-Gleitlack aufgebracht werden. Abhängig von der Schichtdicke besitzen PTFE-Beschichtungen eine elastische Oberfläche, wobei auch dünne Schichten sehr abriebfest sind. Im Laufe der Zeit setzen sich PTFE Teilchen in der Oberfläche des Gleitpartners ab, was für einen dauerhaft niedrigen Reibungswinkel sorgt. PTFE-beschichtete O-Ringe lassen sich leicht montieren sowie automatisch verarbeiten und sind dauerhaft vereinzelt.

    Polysiloxan-Beschichtung

    Bei der Beschichtung mit Polysiloxan handelt es sich um einen wasserverdünnbaren Einkomponenten-Gleitlack aus Silikonharz mit Grafitanteilen. Das Resultat zeigt sich in einer besonders glatten, geschmeidigen Oberfläche, die hervorragend für automatische Montagevorgänge geeignet ist – nicht zuletzt auch wegen der reduzierten Einpresskräfte. Auch bei geringen dynamischen Anwendungen bietet die Polysiloxan-Beschichtung ausreichende Trockenschmierungseigenschaften. Sie zeigt außerdem eine hervorragende Haftung auf der O-Ring-Oberfläche, die dank der Transparenz farblich erkennbar bleibt.

    „LABS-frei"

    Die Bezeichnung LABS-frei steht für „frei von lackbenetzungsstörenden Substanzen“. Solche Substanzen, z.B. Silikone, können an der Oberfläche von O-Ringen anhaften und negative Auswirkungen beim Einsatz haben, etwa in der Automobilindustrie. Hier würden sie schon in geringsten Mengen einen gleichmäßigen Lackauftrag auf der Rohkarosserie verhindern und Beschichtungsfehler, wie z. B. Krater verursachen. Eine oberflächliche Reinigung reicht hierbei meist nicht aus, weshalb dem O-Ring alle lackbenetzungsstörenden Substanzen durch ein spezielles Reinigungsverfahren entzogen werden.

    Dies geschieht etwa durch die Beaufschlagung der O-Ringe durch Plasma, nachdem sie zuvor einer gründlichen Nassreinigung unterzogen wurden. Bei der Plasmareinigung bzw. Plasmaaktivierung – ein im Niederdruck stattfindender Prozess – wirkt ein Zusammenspiel von UV-Strahlung, Prozessgas, Gaszufuhr und -absaugung. Silikonhaltige Substanzen werden dabei in flüchtige und nicht flüchtige Bestandteile umgewandelt und abgeführt. Da es sich hierbei um einen trockenen Prozess handelt, fallen keine zu entsorgenden Reaktionsprodukte an.

    Die Adhäsionsfähigkeit und Benetzungsfähigkeit der O-Ring-Oberfläche werden bei diesem Vorgang erhöht. Anschließend werden die O-Ringe maschinell mit dem jeweiligen Gleitlack beschichtet.

    LABS-freie O-Ringe müssen äußerst sorgfältig gehandhabt werden, um eine erneute Kontaminierung zu vermeiden. Hilfreich ist zum Beispiel die Verwendung LABS-freier Handschuhe und die Lagerung in speziell dafür geeigneten Verpackungen. LABS-freie O-Ringe erfüllen unter anderem die VW Prüfspezifikation 3.10.7 und sind ebenfalls sehr gut zur automatischen Montage geeignet.

    Fluorieren

    Eine Fluorierung ist per se keine Beschichtung, sondern eine chemische Reaktion, bei der die Oberflächeneigenschaften der allerobersten O-Ring-Materialschicht nachhaltig verbessert werden, ohne Beeinträchtigung der eigentlichen Werkstoffeigenschaften. Hierzu wird die Oberfläche der O-Ringe einem Fluorgemisch ausgesetzt. Die Eindringtiefe der Fluoratome liegt im molekularen Bereich und kann noch in der Einheit Anström gemessen werden.

    Die Fluorierung bewirkt eine erhebliche Reduktion der Gleitreibung und Anhaftung, was Stick-Slip-Effekte und Quietschgeräusche bei dynamischen Anwendungen verhindert. Da fluorierte O-Ringe besser zu vereinzeln sind, ist der Einsatz von Silikonölen, Talkum und anderen Trennmitteln überflüssig. Diese Eigenschaften bleiben auch beim Reinigen und Sterilisieren langzeitstabil. Zudem wirkt sich diese Art der Beschichtung positiv auf die Sauberkeit von O-Ringen aus, da Schmutzpartikel nicht an der fluorierten Oberfläche anhaften.

    Silikonisieren

    Das Silikonisieren ist eine kostengünstige O-Ring-Beschichtung, die im Trommelverfahren aufgebracht wird. Beim Silikonisieren werden die O-Ringe transparent mit einem auf Silikonöl basierenden Schmierstoff beschichtet. Diese Silikonemulsion vermindert die Montagekräfteverbessert die Gleiteigenschaften, haftet gut und verleiht den O-Ringen eine geschmeidige Oberfläche. Da die Beschichtung mit Silikonöl in den O-Ring-Werkstoff eindringt und zusehends abtrocknet, lässt die Gleiteigenschaft nach und die Oberfläche neigt zum Verkleben. Sie ist nicht zur automatischen Vereinzelung geeignet.

    Talkumieren

    Zum Talkumieren von O-Ringen wird feinstes Talkumpulver im Trommelverfahren auf die Oberfläche aufgebracht. Diese Beschichtungsart ermöglicht zwar eine sehr einfache, automatische Vereinzelung und Montage, allerdings ist die Abriebfestigkeit gering, was zur Verunreinigung des Zuführsystems und der Baugruppe führen kann, in dem die O-Ringe eingesetzt werden.

    Grafitieren

    Das Grafitieren bzw. Graphitieren verhindert einerseits ein Verkleben beziehungsweise hebt die Klebeneigung der O-Ringe auf, andererseits verbessert es deren Gleiteigenschaften und erleichtert die Montage. Bei dieser Beschichtungsart kommt Graphitpulver zum Einsatz, welches auf die Oberfläche der O-Ringe aufgetrommelt wird.

    Molykotieren

    Der Begriff der „Molykotierung“ setzt sich aus den englischen Wörtern „molybdenum (disulfide)“ für Molybdänsulfid und „coating“ für Beschichtung zusammen. Die im Trommelverfahren aufgebrachte Beschichtung mit Molybdänsulfid- (MoS2-) Pulver verbessert deutlich die Gleiteigenschaften von O-Ringen und verhindert ein Verkleben, sodass auch dieses Verfahren eine automatische Vereinzelung und Montage erleichtert. Da die Abriebfestigkeit der Beschichtung gering ist, kann diese eine Verschmutzung des Systems zur Folge haben. Diese Art der Beschichtung ist heute nicht mehr Stand der Technik.

  • Wann und warum müssen O-Ringe LABS-frei sein?

    Vor allem in Lackierprozessen kommt es auf größtmögliche Sauberkeit an, und das betrifft alle Bauteile, die hierbei im Einsatz sind.

    Um beim Beispiel des Automobilbereichs zu bleiben: Nicht nur die Teile, die lackiert werden sollen, müssen den hohen Sauberkeitsanforderungen genügen und frei von Verschmutzungen sein, die einen gleichmäßigen Lackauftrag unmöglich machen, sondern auch alle im Lackierbetrieb verwendeten Produkte und Stoffe.

    Wie äußern sich Fehler auf Lackoberflächen durch LABS?

    Die wohl auffälligsten Folgen durch LABS sind punktuelle oder trichterförmige Vertiefungen – sogenannte Krater. Im Mittelpunkt solcher Krater ist der zu lackierende Untergrund nicht vollständig von Lack bedeckt. Das hat nicht nur ästhetische Nachteile, sondern auch funktionelle – etwa, wenn der Lack auch aus Gründen des Korrosionsschutzes aufgetragen wird. Lackierte Oberflächen, die Krater aufweisen, müssen in dieser Folge entweder aufwändig abgeschliffen, gesäubert und erneut lackiert oder – je nach Ausprägung des Kraters – gleich entsorgt werden.

    Lackverarbeitende Betriebe und Produktionsstätten stellen daher sehr hohe Anforderungen an die Sauberkeit von Zulieferprodukten wie O-Ringe, um die etwaigen Folgekosten durch Verunreinigungen auf ein Minimum zu reduzieren. Vor allem Automobilhersteller und Lackverarbeiter haben hierzu Spezifikationen erstellt, in denen Methoden zur Überprüfung der LABS-Freiheit von Bauteilen festgehalten sind. Nicht selten sehen sich Zulieferer daher mit sehr strengen und unterschiedlichen Anforderungen an die Prüfung der LABS-Freiheit ihrer Produkte konfrontiert und müssen häufig gleich mehrere Spezifikationen auf ein Bauteil anwenden.

    Welche lackbenetzungsstörende Substanzen gibt es?

    Es gibt eine Vielzahl an Substanzen, die lackbenetzungsstörend wirken, darunter unter anderem:

    • Trenn-, Zieh- und Gleitmittelreste
    • Betriebs- und Hilfsmittel
    • Weichmacher
    • Reste von Körperpflegeprodukten (Handcreme, etc.)

    Eine vollständige, allgemeingültige Auflistung aller LABS ist unmöglich. Sicher ist: Schon eine sehr geringe Menge davon kann zu Benetzungsfehlern in der Lackierung führen.

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