Hoe werkt een o-ring afdichting en wat zijn de kenmerken?

Een o-ring is waarschijnlijk de meest eenvoudige afdichting die op de markt verkrijgbaar is. O-ringen zijn gemaakt van rondsnoer en hebben (zoals de naam al zegt) een ronde vorm. De eenvoud van de vorm in combinatie met de elastische eigenschappen maken de O-ring een universele afdichting. Ze zijn verkrijgbaar in een groot aantal verschillende elastomeren. O-ringen zijn gestandaardiseerd in de DIN ISO 3601 (voorheen DIN 3771).

Meer weten over o-ringen?

type o ringen

FABRIKANTEN EN MERKNAMEN

Simrit afdichtingen

Simrit (Freudenberg) heeft o-ringen in haar programma:


Trelleborg afdichtingen

Trelleborg heeft o-ringen en back-up ringen in haar programma:


Isolast

Fleximold

FEP/PFA

PTFE O-Ringen

Polyurethaan O-Ringen

Kenmerken van een o-ring

  • Afdichting voor rotatieve-, lineaire- en statische toepassingen

  • Door de eenvoudige geometrie een goedkope afdichting

  • Vereist slechts een kleine inbouwruimte

  • Grote variatie in materiaal

  • Eenvoudige montage

  • Goede verkrijgbaarheid

  • Omtreksnelheden tot 5 m/s

Toepassingen van een o-ring

  • Axiaal dynamische toepassingen zoals afdichtingen in cilinders (hydrauliek en pneumatiek)

  • Statische afdichting zoals flensverbindingen

  • Roterende en oscillerende toepassingen op lage snelheid. Draaikoppelingen e.d.

  • Rondsnoer aandrijving

  • Afstrijker / schraper

Hoe worden o-ringen gemaakt?

O-ringen worden geproduceerd door verschillende technieken:

  • extruderen: Dit is een techniek waarbij het polymeer door een matrijs geperst wordt. In de matrijs zitten één of meerdere gevormde gaten (het extrusieprofiel) die het staafmateriaal zijn vorm geeft.
  • spuitgieten: Met spuitgieten wordt kunststof als vloeibare massa onder hoge druk ingespoten in een matrijs waarvan de holte de vorm is van het gewenste product. Door afkoeling stolt het materiaal en krijgt men het gewenste product. Spuitgieten is een van de meest gebruikte vormgevingstechnieken voor kunststof onderdelen.
  • resin transfer molding: Resin transfer molding (RTM) of reaction injection molding (RIM) is een lagedruk vormingsproces waarbij twee harsen (resins) in een vorm (mold) polymeriseren. Het samenvoegen van twee of meer moleculen van dezelfde soort om een complexer molecuul met verschillende fysische eigenschappen te vormen.

Hoe meet je een o-ring?

Het meten van een o-ring is niet altijd gemakkelijk. Hiervoor zijn verschillende gereedschappen op de markt. Met de circometer is het mogelijk om de omtrek en diameter van de O-ring te bepalen. De O-ring Gauge geeft de mogelijkheid om o-ringen volgens de AS 568A norm te meten. De meetlat geeft door middel van drie cijfers aan welke AS-maat bij de O-ring hoort. Door de o-ring om een meetkegel te leggen kan ook de juiste maat bepaald worden.

De maten van een o-ring wordt als volgt aangeduid: Inwendige diameter x de snoerdikte (d1 x d2). Eventueel aangevuld met het type materiaal en hardheid.

de maten van een o-ring meten
meten van o-ringen

Van welke materialen worden o-ringen gemaakt?

Door het universele karakter van de o-ring word deze afdichting in vele verschillende materialen gefabriceerd. Hieronder vind je de eigenschappen van de meest voorkomende materiaalsoorten. Een uitgebreide chemische bestendigheidslijst vind je hier.

NBR

Nitril-Butadieen-Rubber (NBR) ook wel nitrilrubber genoemd. Dit materiaal is geschikt voor temperaturen van -40° tot 108° C. En is bestand tegen smeerolie, hydraulische olie en water. Dit materiaal is minder geschikt voor het gebruik bij zuren, oplosmiddelen en blootstelling aan de ozon. Bekende merknamen zijn: Krynac® en Nipol®.

FPM/FKM

Fluor-Polymeer-Rubber (FPM volgens het DIN/ISO systeem) FKM is de afkorting voor hetzelfde materiaal, maar dan volgens de Amerikaanse ASTM standaard. Dit materiaal word ingezet wanneer er sprake is van hoge temperaturen -25° tot +204° C. Ook heeft FPM goede prestaties bij veel verschillende chemicaliën en oplosmiddelen. Het materiaal is bij dynamische toepassingen minder geschikt bij hoge toerentallen en bij wisselende draairichting (pendelbewegingen) dit ivm het stick-slip effect. Bekende merknamen zijn: Viton®, DAI-EL®, Dyneon®, Tecnoflon®.

EPDM

Ethyleen-Propyleen-Dieen-Monomeer (EPDM) O-ringen zijn in tegenstelling tot NBR zeer UV bestendig en bestand tegen stoom, heet water, chemicaliën en silicone oliën. EPDM-materialen zijn niet bestand tegen producten op basis van minerale olie zoals smeeroliën en motorbrandstoffen. Het temperatuurbereik ligt tussen -45°C tot +130°C.

VMQ

Vinyl-Methyl-Polysiloxalaan (VMQ) Siliconenrubber heeft een uitstekende verouderingsbestendigheid en is bestand tegen UV-stralen, weersinvlœden, dierlijke en plantaardige oliën en vetten. Ook heeft siliconen een zeer ruim gebruikstemperatuurbereik en blijft in de koude omstandigheden flexibel. VMQ is toepasbaar in de voedingsmiddelenindustrie. Het is niet bestand tegen motorbrandstoffen, siliconenolien en waterdamp met temperaturen boven 120° C.

PTFE

PTFE (polytetrafluorethyleen) of teflon is in tegenstelling tot de bovengenoemde materialen geen elastomeer. Het materiaal is slijtvast en heeft een grote chemische bestendigheid. O-ringen van PTFE zijn niet elastisch. Hierdoor kun je ze alleen toepassen in statische, axiale groef- of flensconstructies.
Dit materiaal wordt toegepast in de chemische-, food- en farmaceutische industrie. Het temperatuurbereik ligt tussen de -160º en + 230º C.

PU

Polyurethaan O-Ringen zijn vooral geschikt bij dynamische belastingen. Polyurethaan wordt gebruikt vanwege de hoge mechanische sterkte. PU is gevoelig voor stick slip effect. Het heeft een hardheid van  60 tot 95 Shore A en een temperatuur bereik tussen -30° en 80° C.

FFKM

Perfluorelastomeer (FFKM) O-ringen kunnen worden vervaardigd uit een samenstelling van verschillende materialen om bepaalde eigenschappen te optimaliseren. De chemische weerstand van perfluorelastomeer is nagenoeg gelijk aan PTFE en is bestand tegen hoge temperaturen en gedraagt zich als een elastomeer. Temperatuur bereik ligt (afhankelijk van de samenstelling) tussen -50° C en 320° C. Bekende merknamen zijn: Isolast® en Kalrez®

Welke verschillende normen bestaan er bij o-ringen?

StandaardOmschrijving
ISO 3601Internationale standaard voor metrische en inch maten.
SAE AS568BAmerikaanse standaard. AS-568 is de Aerospace Standard (AS) en ook de SAE standaard.
BS 4518Britse standaard voor metrische maten.
SMS 1586Zweedse standaard voor metrische maten.
DIN 3771-1Duitse metrische standaard voor het gebruik van O-ringen in vloeibare systemen.
BS 1806Britse standaard voor de inch maten. Deze standaard is vergelijkbaar met de AS-568B standaard. Echter, omvat extra maten.
JIS B2401Japanse industriële standaard voor metrische maten.
NF T47-501Franse standaard voor O-ringen. Deze standaard is vergelijkbaar met de ISO 3601 en de DIN 3771. Echter, met een aantal unieke klasse aanduidingen.

Tot welke werkdruk is een o-ring geschikt?

Het type toepassing van een o-ring afdichting bepaalt de toegestane werkdruk. Ze kunnen in een statische toepassing, bij een nauwkeurige uitvoering van de inbouwruimte en de juiste materiaalkeuze, een druk tot 1000 bar afdichten. Men spreekt van een statische afdichting als de af te dichten onderdelen niet bewegen ten opzichte van elkaar.

Bij dynamische toepassingen is een o-ring afdichting geschikt bij lage werkdrukken. Middels een Back-up ring (steunring of anti-extrusiering) kan deze dichting hogere drukken opvangen. Een Back-up ring is gemaakt van een relatief hard en taai materiaal (bijv. PTFE) en wordt geplaatst in een groef tussen de O-ring en de groefkant. Door deze ring wordt extrusie (vervorming) van het materiaal voorkomen. Hieronder zie je een voorbeeld waarbij een o-ring door hoge druk dusdanig wordt vervormd dat deze niet meer in z’n oorspronkelijke vorm terug komt.

o-ring extruderen

bron: Sealing Australia

De hardheid van o-ringen in shore?

Shore Hardheid is een aanduiding voor de hardheid van een bepaald materiaal en is vernoemd naar de uitvinder Albert Shore. De hardheid wordt bepaald doordat, bij een bepaalde kracht, de diepte van de indrukking die op het materiaal wordt gemaakt gemeten wordt. Dit gebeurt met een durometer.

Er zijn verschillende Shore Hardheid schaalaanduidingen voor het vaststellen van de stevigheid van verschillende materialen met verschillende eigenschappen, zoals rubbers, polymeren en elastomeren. Voor rubberachtige materialen worden veelal twee van deze schalen het meest gebruikt: een A-schaal voor de zachtere en D-schaal voor hardere materialen. Hierbij is Shore A0 een extreem zacht en gel-achtige rubber. Terwijl de semi-stijve kunststof zijn aangegeven op het eind van de Shore A schaal.

Wat is het stick-slip effect?

Het stick-slip effect ontstaat doordat het rubber dat door gebrek aan smering kleeft aan een oppervlak. Wanneer er een overgang plaatsvind van stilstand naar beweging is er in eerste plaats een hoge weerstand. Materiaal van de keerring is van invloed op de mate van het stick-slip effect. Het stick-slip effect kan het rubber beschadigen en lekkage veroorzaken.

stick slip effect

bron: learnchannel-tv.com

In welke uitvoeringen zijn o-ringen verkrijgbaar?

Naast de standaard o-ring (gemaakt van rondsnoer) zijn er ook variaties verkrijgbaar zoals holle en vierkante doorsneden. Ook is er bijvoorbeeld
de FEP O-ring. Deze wordt gemaakt van siliconen of fluorocarbon met een naadloze FEP (fluorinated ethylene propylene) ommanteling. Dit materiaal is vergelijkbaar met PTFE. Deze uitvoering kan afdichtingsproblemen oplossen door zijn chemische bestendigheid in combinatie met zijn elastische eigenschappen en lage wrijving.
varianten o-ringen

O-ringen lijmen of vulkaniseren

Het kan voorkomen dat de juiste o-ring maat niet verkrijgbaar is. Dan is er de mogelijkheid om met rondsnoer een o-ring van de juiste diameter te maken. Hierbij wordt rondsnoer op de juiste lengte haaks afgesneden. Met een snellijm kunnen de uiteinden aan elkaar verlijmd worden. De Loctite 406 blijkt hiervoor een geschikte lijm. Door het chemische proces krijgt het materiaal een afwijkende hardheid op de lijmnaad. Dit maakt een gelijmde o-ring minder geschikt voor het gebruik in dynamisch toepassingen.

Er is ook de mogelijkheid om o-ringen te vulkaniseren. Aan dit proces komt geen lijm te pas. Door het rubber op de juiste temperatuur te verhitten kan het materiaal in elkaar versmolten worden. De moleculen van het materiaal worden met elkaar verbonden. Zo ontstaat een verbinding die nagenoeg dezelfde sterkte heeft als het materiaal zelf.

o-ringen lijmen

Hoe bepaal je de inbouw maten en de groef vorm van een o-ring?

De afmetingen voor de groefdiepte en groefbreedte zijn afhankelijk van het type toepassing. De indrukking of compressiegraad van een O-ring verschilt per O-ring applicatie ontwerp.

In statische applicaties is de aanbevolen indrukking tussen de 15 en 30%. In vacuüm applicaties kan de indrukking nog hoger zijn. Indrukking boven de 30% resulteert in een hoge spanning in het materiaal en kan leiden tot vroegtijdige beschadiging. In dynamische applicaties is de aanbevolen indrukking tussen de 8 en 20%

Smering van een o-ring

Een o-ring in een dynamische toepassing mag beslist niet “drooglopen”. Door een beperkte smering kan de temperatuur in het dichtvlak dusdanig oplopen, dat er kans is op verbranden van de dichting. Fabrikanten geven aan dat vetten zoals Silubrin Grease 1 van het merk Klüber een geschikte smering geeft. Dit vet kan ook gebruikt worden bij de montage.

O-ring monteren

Om deze dichten op de juiste wijze te monteren dient er rekening gehouden te worden met de volgende zaken:

Smering vermindert de frictie. Buiten het feit dat dit de installatie makkelijk maakt, beschermt smering ook de O-ring tegen slijtage en krassen. en geeft dit een beschermlaag aan de O-ring. Gebruik bij voorkeur een mineraalolie, vet of siliconen olie. Denk voor het gebruik aan de chemische bestendigheid van het compound.

Lijm de O-ring niet in de groef. Dit geeft het risico op chemische aantasting en verharding. Een alternatief is het gebruiken van montagevet. Kijk wel eerst naar de chemische compatibiliteit.

Probeer montageschade te voorkomen. Gebruik een O-ring montage set wanneer u de dichting monteert of verwijdert. Let ook op dat de O-ring niet teveel uitrekt of dat deze draait tijdens montage.

gereedschap voor het monteren van o-ringen

Vragen of sugesties?