Entwicklung / Stopfbuchsendesign

Stopfbuchsendesign

Stopfbuchsendesign

Eine Dichtungsbaugruppe besteht aus einem O-Ring und einer Stopfbuchse und verhindert das Entweichen von Flüssigkeiten und Gasen. Die Stopfbuchse hält den O-Ring in Position und ermöglicht die erforderliche Verformung. Ein O-Ring muss für eine sachgemäße Funktion verpresst und gedehnt werden. Im Allgemeinen sollte ein O-Ring bei statischen Anwendungen eine Verpressung von 10-40% und bei dynamischen Anwendungen von maximal 30% standhalten. Darüber hinaus darf das Volumen des O-Rings 90% des freien Mindestraumes der Stopfbuchse nicht überschreiten, damit sich der O-Ring verformen kann.

Es gibt zwei Hauptanwendungen fĂĽr O-Ringe mit Stopfbuchsen:

  • Statisch – Es besteht nur ein geringes oder kein Spiel zwischen der Stopfbuchse und dem O-Ring. Statische Dichtungen sind entweder axial oder radial – je nach Richtung der Verpressung des O-Rings.
  • Dynamisch – Zwischen der Stopfbuchse und dem O-Ring ist Spiel, die Reibung verursacht.

Die folgenden Faktoren mĂĽssen bei der Entwicklung der passenden Stopfbuchse fĂĽr Ihre Anwendung beachtet werden:

  • Verpressung – Der O-Ring kann axial oder radial verpresst werden. Axiale Verpressung: Der O-Ring wird von oben und unten verpresst. Radiale Verpressung: Der O-Ring wird von innen und auĂźen verpresst.
  • Dehnung – Damit der O-Ring richtig sitzt, muss er ringsum gedehnt werden. Die Standarddehnung beträgt bei O-Ringen1% bis 5%.
  • Gegenläufige Bewegung – Eine gegenläufige Vorwärts- und RĂĽckwärtsbewegung der beiden Dichtungsflächen.
  • Drehung – Eine Drehbewegung zwischen den beiden Dichtungsflächen.
  • Quelldichtung – Ein verwendetes flĂĽssiges Additivum lässt die Elastomerbauteile aufquellen und dichtet so ab.
  • Schmierung – Der O-Ring wird geschmiert, um die Reibung zu vermindern. Vor dem Guss kann dem Elastomer ein Schmiermittel beigemischt werden. Wahlweise kann auch auf die AuĂźenfläche ein Schmiermittel aufgetragen werden, um den Einbau zu erleichtern. DarĂĽber hinaus kann auch auf der AuĂźenseite eine Mischung aufgetragen werden, z.B. eine Teflon™ -Beschichtung.
  • Temperaturwechselbeanspruchung – Eine abwechselnde Erwärmung und AbkĂĽhlung eines Werkstoffs in einer Anwendung.
  • Elastomerwerkstoffe – Die Auswahl des richtigen Elastomers fĂĽr eine Anwendung ist von wesentlicher Bedeutung. Dabei mĂĽssen sämtliche Eigenschaften des Elastomers berĂĽcksichtigt werden (d.h. Druckverformungsrest, Dehnung, Härte usw.).
  • Chemische Kompatibilität – Die chemische Kompatibilität des Werkstoff des O-Rings kann fĂĽr das Design von wesentlicher Bedeutung und fĂĽr statische und dynamische Dichtungen unterschiedlich sein.
  • Temperaturgrenzen – Verschiedene Arten von Dichtungsbaugruppen dichten je nach Temperaturgrenze der Anwendung besser bzw. schlechter ab. So dichten z.B. bei Raumtemperatur Radialwellendichtringe länger wirksam ab als bei besonders hohen oder niedrigen Temperaturen.
  • Reibung – Reibung und Wärme sind bei Gleitringdichtungen unvermeidbar, daher wird empfohlen, dass die O-Ringe aus Mischungen zusammengesetzt sind, die sich durch maximale Wärmebeständigkeit auszeichnen und eine geringe Reibung erzeugen. Reibung kann auch dazu fĂĽhren, dass der Hydraulikdruck so hoch ansteigt, dass der O-Ring bricht.
  • Systemdruck – Der auf den Querschnitt des O-Rings angewendete Druck kann zur Verformung fĂĽhren. Der Elastomerwerkstoff, der Einsatz von StĂĽtzringen und das Spiel können den vom O-Ring standgehaltenen Systemdruck mindern.
  • Oberflächenbeschichtung – Die Oberflächenbeschichtung wird durch die Lagemerkmale, die Oberflächenrauigkeit und die Welligkeit bestimmt. Sie ist eine der wichtigen Faktoren zur Kontrolle der Reibung.
  • StĂĽtzringe – Die Anzahl der StĂĽtzringe, die in einer Anwendung eingesetzt werden, haben Auswirkungen auf das restliche Design.

Stopfbuchsendesigntypen

Design von dynamischen radialen O-Ringe fĂĽr Stopfbuchsen

In dynamischen radialen Anwendungen wird der O-Ring radial verpresst, und wird entweder intermittierend oder kontinuierlich auf- und abbewegt. Dynamische radiale O-Ringe unterliegen der zwischen den abdichtenden Flächen erzeugten Reibung. Bei O-Ringen und Dichtungen in dynamischen radialen Anwendungen muss folgendes beachtet werden:

  • Temperatur
  • Bewegung oder Schwingung
  • Verpressung
  • Dehnung
  • Reibung
  • Oberflächenbehandlung

Design von statischen radialen O-Ringen fĂĽr Stopfbuchsen

Bei statischen radialen Anwendungen wird der O-Ring zwischen seinem Innendurchmesser (ID) und seinem Außendurchmesser (AD) verpresst, und es besteht keine gegenläufige Bewegung zwischen den Dichtflächen der Stopfbuchse. Bei statischen radialen O-Ringen und Dichtungen muss folgendes berücksichtigt werden:

  • Temperatur
  • Systemdruck
  • Kontakt mit Gasen oder FlĂĽssigkeiten
  • Einsatz von StĂĽtzringen
  • Oberflächenbehandlung

Design von dynamische auf- und abbewegenden O-Ringen fĂĽr Stopfbuchsen

Bei dynamischen auf- und ab bewegenden Anwendungen erfolgt die Auf- und Abbewegung entlang der Welle zwischen den Innen- und Außenflächen der Stopfbuchse. Bei O-Ringen und Dichtungen für dynamische auf- und ab bewegende Anwendungen muss folgendes berücksichtigt werden:

  • Temperatur
  • Bewegung oder Schwingung
  • Verpressung
  • Dehnung
  • Reibung
  • Schmierung

Design von statischen axialen O-Ringen fĂĽr Stopfbuchsen – Innen- und AuĂźendruck

Bei statischen axialen Anwendungen mit Innen- oder AuĂźendruck wird der O-Ring auf der Ober- und Unterseite des Querschnitts wie eine Dichtungscheibe verpresst. Bei statischen axialen O-Ringen wie Gleitringdichtungen muss folgendes berĂĽcksichtigt werden:

  • Temperatur
  • Bewegung oder Schwingung
  • Verpressung
  • Dehnung
  • Reibung
  • Systemdruck
  • Oberflächenbehandlung

Wenn auf den O-Ring von innen oder auĂźen Druck einwirkt, muss er auf der Seite der Nut eingesetzt werden, auf der geringerer Druck herrscht. So kann die Bewegung und die Reibung minimiert werden.

Design von dynamischen Radialwellen-O-Ringen fĂĽr Stopfbuchsen

In dynamischen Radialwellenanwendungen wird der O-Ring zur Dichtung, wenn die Radialwelle durch das Innere verläuft. Bei dynamischen Radialwellen-O-Ringen muss folgendes berücksichtigt werden:

  • Oberflächenbehandlung
  • Die Wellendrehzahl
  • Systemdruck

Design von O-Ringen fĂĽr Schwalbenschwanz-Stopfbuchsen

Bei Schwalbenschwanzanwendungen wird der O-Ring vor allem axial verpresst, wobei ein Ventil Kraft auf die obere und untere Dichtfläche des O-Rings ausübt. Schwalbenschwanz-Stopfbuchsen werden in statischen oder sich langsam bewegenden dynamischen Anwendungen eingesetzt und erfordern strenge Toleranzen, die schwer zu kontrollieren sind.

Design von Quetschdichtungen fĂĽr Stopfbuchsen

Quetschdichtungen heißen so, weil der O-Ring vollständig eingegrenzt und druckverformt, d.h. gequetscht, in der dreieckigen 45°-Stopfbuchse sitzt. Statische Quetschdichtungen sind leicht und kostengünstig maschinell zu fertigen.

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