Stopfbuchsendesign
Eine Dichtungsbaugruppe besteht aus einem O-Ring und einer Stopfbuchse und verhindert das Entweichen von Flüssigkeiten und Gase. Die Stopfbuchse hält den O-Ringen in seiner Position und ermöglicht die erforderliche Verformung. Ein O-Ring müssen für die richtige Funktion verpresst und gedehnt werden. Im Allgemeinen muss ein O-Ring -Design bei statischen Anwendungen einem Verpressen um 10-40% und bei dynamischen Anwendungen von maximal 30% standhalten. Darüber hinaus darf der O-Ring maximal 90% des verfügbaren Platzes in der Stopfbuchse einnehmen , damit er sich verformen kann. O-Ringe mit Stopfbuchsen werden wie folgt eingesetzt:
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Statisch – zwischen der Stopfbuchse und dem O-Ring ist nur wenig oder kein Spiel. Statische Dichtungen sind axial und radial, je nachdem in welche Richtung der O-Ring verpresst wird.
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Dynamisch – Zwischen der Stopfbuchse und dem O-Ring ist Spiel, das Reibung verursacht.
Die folgenden Faktoren müssen bei der Entwicklung der passenden Stopfbuchse für Ihre Anwendung beachtet werden:
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Verpressen – Der O-Ring kann axial oder radial verpresst werden. Axial: der O-Ring wird von oben und unten verpresst. Radial: der O-Ring wird von innen und außen verpresst.
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Dehnung – Damit der O-Ring richtig sitzt, muss er ringsum gedehnt werden. Die Standarddehnung beträgt bei O-Ringen 1% bis 5%.
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Gegenläufige Bewegung – Eine gegenläufige Bewegung nach vorne bzw. hinten der beiden Flächen der Dichtung.
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Drehung – Eine drehende Bewegung zwischen den beiden Flächen der Dichtung.
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Quelldichtung – Ein verwendetes flüssiges Additivum lässt die Elastomerbauteile aufquellen und dichtet so ab.
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Schmierung – Der O-Ring wird geschmiert, um die Reibung zu vermindern. Dem Elastomer kann vor dem Gießen eine Schmiermittel mischung zugesetzt werden oder das Schmiermittel kann auf die Außenfläche des Bauteils aufgebracht werden, um den Einbau zu erleichtern. Darüber hinaus kann auch auf der Außenfläche eine Mischung als Schmiermittel aufgebracht werden, z.B. eine Teflon™ TM -Beschichtung.
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Temperaturwechselbeanspruchung – Eine abwechselnde Erwärmung und Abkühlung eines Werkstoffs in einer Anwendung.
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Elastomerwerkstoffe – Die Auswahl des richtigen Elastomers für eine Anwendung ist von wesentlicher Bedeutung. Dabei müssen sämtliche Eigenschaften des Elastomers berücksichtigt werden (d.h. Druckverformungsrest, Dehnung, Härte usw.).
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Chemische Kompatibilität – Die chemische Kompatibilität des O-Ring-Werkstoffs kann für das Design von wesentlicher Bedeutung und für statische und dynamische Dichtungen unterschiedlich sein.
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Temperaturgrenzen – Verschiedene Arten von Dichtungsbaugruppen dichten je nach Temperaturgrenze der Anwendung besser bzw. schlechter ab. So dichten z.B. bei Raum temperatur Radialwellendichtringe länger wirksam ab als bei besonders hohen oder niedrigen Temperaturen.
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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 führen, dass der Hydraulikdruck so hoch ansteigt, dass der O-Ring bricht.
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Systemdruck – Der auf den Querschnitt des O-Rings angewendete Druck kann zur Verformung führen. Der Elastomerwerkstoff, der Einsatz von Stützringen und das Spiel können den vom O-Ring standgehaltenen System druck mindern.
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Oberflächenbeschichtung – Die Oberflächenbeschichtung wird durch die Lagemerkmale, die Oberflächenrauigkeit und die Welligkeit bestimmt. Sie ist eine der wichtigen Faktoren zur Kontrolle der Reibung.
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Stützringe – Die Anzahl der Stützringe, die in einer Anwendung eingesetzt werden, haben Auswirkungen auf das restliche Design.
Stopfbuchsendesigntypen
Design von dynamischen radialen O-Ringe für 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:
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Temperatur
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Bewegung oder Schwingung
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Verpressung
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Dehnung
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Reibung
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Oberflächenbehandlung
Design von statischen radialen O-Ringen für Stopfbuchsen
Bei statischen radialen Anwendungen wird der O-Ring zwischen seinem Innendurchmesser (ID) und seinem Außendurchmesser (AD) verpresst, und es besteht keine relative Bewegung zwischen den Dichtflächen der Stopfbuchse. Bei statischen radialen O-Ringen und Dichtungen muss folgendes berücksichtigt werden:
- Temperatur
- Systemdruck
- Kontakt mit Gasen oder Flüssigkeiten
- Einsatz von Stützringen
- Oberflächenbehandlung
Design von dynamische auf- und abbewegenden O-Ringen für 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 für Stopfbuchsen – Innen- und Außendruck
Bei statischen axialen Anwendungen mit Innen- oder Außendruck wird der O-Ring auf der Ober- und Unterseite des Querschnitts wie eine Dichtungscheibe verpresst. Bei statischen axialen O-Ringen wie Gleitringdichtungen muss folgendes berücksichtigt werden:
- Temperatur
- Bewegung oder Schwingung
- Verpressung
- Dehnung
- Reibung
- Systemdruck
- Oberflächenbehandlung
Wenn auf den O-Ring von innen oder außen 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 für 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 für 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 für 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.