Ein O-Ring, auch als Dichtring oder torische Dichtung bekannt, ist eine ringförmige Gleitringdichtung. Es handelt sich dabei um einen Gummiring mit kreisförmigem Querschnitt, der so konzipiert ist, dass er in einer Nut sitzt und bei der Montage zwischen zwei oder mehreren Teilen zusammengedrückt wird, wodurch eine Dichtung an der Schnittstelle entsteht.
Der O-Ring kann in statischen Anwendungen oder in dynamischen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen es zu einer Relativbewegung zwischen den Teilen und dem O-Ring kommt (Quelle: https://sealware.de/dichtungen/o-ringe-x-ringe-stuetzringe-rundschnurringe/o-ringe/). Dynamische Beispiele sind rotierende Pumpenwellen und Hydraulikzylinderkolben. Zu den statischen Anwendungen von O-Ringen gehören Dichtungsanwendungen für Flüssigkeiten oder Gase, bei denen: der O-Ring zusammengedrückt wird, so dass kein Spiel entsteht, das O-Ring-Material fest vulkanisiert ist, so dass es für die Flüssigkeit oder das Gas undurchlässig ist, und das O-Ring-Material dem Abbau durch die Flüssigkeit oder das Gas widersteht.
O-Ringe sind eine der am häufigsten verwendeten Dichtungen im Maschinenbau, da sie billig, leicht herzustellen, zuverlässig und einfach zu montieren sind. Sie wurden für Dichtungsdrücke von bis zu 35 Megapascal (5000 psi) getestet.
Geschichte der O-Ringe
Das erste Patent für den O-Ring geht auf den 12. Mai 1896 zurück und ist ein schwedisches Patent. JO Lundberg , der Erfinder des O-Rings, erhielt das Patent. Das US-Patent für den O-Ring wurde 1937 von einem damals 72-jährigen dänischen Maschinenbauer, Niels Christensen, angemeldet. In seiner früheren Anmeldung aus dem Jahr 1933, die zum Patent führte, heißt es einleitend: “Diese Erfindung betrifft neue und nützliche Verbesserungen bei hydraulischen Bremsen und insbesondere eine verbesserte Dichtung für die Kolben von Kraftübertragungszylindern. “Er beschreibt “einen Ring mit kreisförmigem Querschnitt … aus Vollgummi oder einer Gummimischung bestehen”, und erklärt: “Dieses Gleiten oder teilweise Rollen des Rings … knetet oder manipuliert das Material des Rings, um es lebendig und geschmeidig zu halten, ohne nachteilige Auswirkungen zu haben. Dieses leichte Drehen oder Kneten verlängert die Lebensdauer des Rings.
Kurz nachdem er 1891 in die Vereinigten Staaten ausgewandert war, patentierte er ein Luftdruckbremssystem für Straßenbahnen (Trams). Trotz seiner juristischen Bemühungen wurden seine geistigen Eigentumsrechte von Unternehmen zu Unternehmen weitergegeben, bis sie schließlich bei Westinghouse landeten. Während des Zweiten Weltkriegs beschlagnahmte die US-Regierung das Patent für den O-Ring als kriegswichtiges Produkt und übertrug das Recht zur Herstellung an andere Organisationen. Christensen erhielt für seine Bemühungen eine einmalige Zahlung von 75.000 Dollar. Ein Gerichtsverfahren führte 1971, 19 Jahre nach seinem Tod, zu einer Zahlung von 100.000 Dollar an seine Erben.
Theorie und Anwendung
O-Ringe sind in verschiedenen metrischen und zölligen Standardgrößen erhältlich. Die Größen werden durch den Innendurchmesser und den Querschnittsdurchmesser (Dicke) angegeben. In den USA entsprechen die gebräuchlichsten Standard-Zollgrößen der SAE-Spezifikation AS568C (z. B. AS568-214). ISO 3601-1: 2012 enthält die weltweit am häufigsten verwendeten Standardgrößen, sowohl in Zoll als auch im metrischen System. Im Vereinigten Königreich gibt es auch Standardgrößen, die als BS-Größen bekannt sind und normalerweise von BS001 bis BS932 reichen. Darüber hinaus gibt es verschiedene andere Größenangaben.
Typische Anwendungen
Die erfolgreiche Konstruktion von O-Ring-Verbindungen erfordert einen starren mechanischen Aufbau, der eine vorhersehbare Verformung des O-Rings bewirkt. Dies führt zu einer berechneten mechanischen Spannung an den Kontaktflächen des O-Rings. Solange der Druck der vorliegenden Flüssigkeit die Kontaktspannung des O-Rings nicht übersteigt, kann keine Leckage auftreten. Der Druck der vorhandenen Flüssigkeit wird durch das im Wesentlichen inkompressible Material des O-Rings übertragen und der Anpressdruck steigt mit zunehmendem Druck. Aus diesem Grund kann ein O-Ring bei hohen Drücken problemlos abdichten, solange er nicht mechanisch versagt. Der häufigste Fehler ist die Extrusion durch die passenden Teile.
Die Dichtung ist so konstruiert, dass ein Punktkontakt zwischen dem O-Ring und den Dichtflächen besteht. Dies ermöglicht eine hohe lokale Spannung, die einen hohen Druck aufnehmen kann, ohne die Streckspannung des O-Ring-Körpers zu überschreiten. Die flexible Beschaffenheit von O-Ring-Materialien gleicht Unebenheiten in den Montageteilen aus. Es ist jedoch nach wie vor wichtig, eine gute Oberflächenbeschaffenheit auf diesen passenden Teilen zu erhalten, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, wenn der Dichtungsgummi seine Glasübergangstemperatur erreicht und zunehmend unflexibel und glasig wird. Auch die Oberflächenbeschaffenheit ist bei dynamischen Anwendungen besonders wichtig. Eine zu raue Oberfläche reibt die Oberfläche des O-Rings ab, und eine zu glatte Oberfläche verhindert, dass die Dichtung ausreichend durch einen Flüssigkeitsfilm geschmiert wird.
Vakuumanwendungen
Bei Vakuumanwendungen macht die Durchlässigkeit des Materials die Punktkontakte unbrauchbar. Stattdessen werden höhere Montagekräfte eingesetzt und der Ring füllt die gesamte Nut aus. Runde Stützringe werden auch verwendet, um den Ring vor übermäßiger Verformung zu schützen. Da der Ring den Umgebungsdruck und den Partialdruck der Gase nur an der Dichtung misst, sind deren Gradienten in der Nähe der Dichtung steil und in der Masse flach (entgegengesetzt zum Gradienten der Kontaktspannung). In Hochvakuumsystemen unter 10 -9 Torr werden O-Ringe aus Kupfer oder Nickel verwendet. Auch Vakuumsysteme, die Indium-O-Ringe verwenden, müssen in flüssigen Stickstoff getaucht werden, da Gummi bei niedrigen Temperaturen hart und spröde wird.
Anwendungen bei hohen Temperaturen
Bei einigen Hochtemperaturanwendungen müssen O-Ringe unter Umständen tangential zusammengedrückt werden, um den Gow-Joule-Effekt zu kompensieren.
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