
Hetzelfde O-ring een ontwerp kan niet rechtstreeks worden toegepast op zowel statische als dynamische afdichtingen — de fundamentele reden hiervoor is: een statische afdichting moet voornamelijk het probleem oplossen van "voldoende comprimeren en goed afdichten"; een dynamische afdichting moet tegelijkertijd het probleem oplossen van "goed afdichten, soepel bewegen, niet slijten, geen te grote bewegingsweerstand en een aanvaardbare startweerstand."
Een O-ring berust in wezen op de voorcompressie en de door de mediumdruk opgewekte contactspanning om afdichting te bereiken.
Bij statische afdichtingen verplaatst de O-ringmontage zich vrijwel niet ten opzichte van het metaal; een grotere compressiemarge, een ruwere oppervlakstructuur en minder strakke afmetingstoleranties zijn doorgaans allemaal toelaatbaar. Bij dynamische afdichtingen glijdt de O-ring herhaaldelijk of roteert deze tegen een as, een boring of een zuigerstang, waardoor het ontwerp van het afdichtingsgedeelte extra rekening moet houden met snelheid, wrijving, smeervlaag, slijtage, warmteontwikkeling, breakoutweerstand, speling/uitdrukking en oppervlakteruwheid. - Ik ben de baas. het radiale afdichtingsontwerp van 's materiaal scheidt duidelijk statische en dynamische radiale afdichtingen: een statische afdichting kent geen relatieve beweging, terwijl een dynamische afdichting of heen-en-weer afdichting rotatie- of heen-en-weerbeweging ondergaat; een statische afdichting is over het algemeen beter in staat grotere spelingen en ruwere oppervlakken te verdragen.
Typische scenario's: flensen, eindkappen, klepdeksels, pompdeksels, inspectiedeksels, uiteinden van behuizingen.
Afdichtvorm: de O-ring zit in de groef aan het uiteinde en wordt axiaal samengeperst door de twee tegenoverliggende vlakken.
De belangrijkste ontwerpdoelstellingen van een oppervlakte-statische afdichting zijn:
De O-ring moet door het uiteinde een bepaalde mate worden samengeperst om een initiële contactspanning te creëren. Zodra de mediumdruk werkt, wordt de O-ring verder naar de lagedrukzijde geduwd, waardoor de afdichting wordt versterkt.
De groef kan de O-ring niet volledig 'vullen'. Rubber ondergaat thermische uitzetting en opzwelling door het medium, dus de groef moet ruimte vrijhouden voor vervorming; anders kan overcompressie, afschuiving, extrusie of moeilijke montage optreden.
De belangrijkste foutmodus bij langdurige statische afdichtingen aan de vlakke zijde is het verouderen van rubber, compressievermindering of corrosie door het medium — niet glijverschletering.
Indien de boutopstelling, de flensstijfheid of de vlakheid ontoereikend zijn, kan ongelijkmatige lokale compressie lokale lekkages veroorzaken.
Bij vlakke statische afdichtingen ondergaat de O-ring slechts kortstondige wrijving tijdens de montage en heeft over het algemeen geen duurzame beweging tijdens bedrijf. Daarom wordt bij vlakke statische afdichtingen meestal een relatief hoge compressiegraad gebruikt om de betrouwbaarheid van de statische afdichting te waarborgen. Het technische materiaal van Angst+Pfister over O-ringen wijst ook op dat de compressie van de O-ring onder statische omstandigheden hoger mag zijn dan onder dynamische omstandigheden, omdat er geen rekening hoeft te worden gehouden met continue glijdende oppervlaktewrijving en slijtage — zelfs zachtere materialen kunnen worden gekozen als het contactoppervlak ruwer of licht beschadigd is.
De ontwerpfilosofie van een vlakke statische afdichting is 'strak'. Als deze filosofie van hoge compressie en hoge contactspanning herhaaldelijk wordt toegepast op een roterende of heen-en-weergaande dynamische afdichting, neemt de wrijvingskracht, de startweerstand en de wrijvingswarmte aanzienlijk toe, wat leidt tot slijtage, krassen, brandplekken, aanhechting of zelfs vastzitten van de O-ring aan de as.
Typische scenario's: stekker-/boorgatenpassingen, klepstam-passingen, buisaansluitingen, statische zuigers, statische kokers, statische OD-afdichtingen.
Afdichtvorm: de O-ring wordt radiaal samengeperst tussen de binnen- en buitenomtrek, en de afdichtingsrichting is radiaal.
Het verschil tussen radiale statische afdichtingen en vlakke statische afdichtingen is dat vlakke statische afdichtingen axiaal (in boven-onder-richting) worden samengeperst, terwijl radiale statische afdichtingen radiaal tussen ID en OD worden samengeperst. Parkers technische informatie over materialen voor radiale statische afdichtingen stelt dat de compressie van een radiale afdichting werkt in de ID- en OD-richting van de O-ring, terwijl de compressie van een vlakke afdichting werkt in de boven-onder-richting van het eindvlak.
De belangrijkste ontwerpdoelstellingen van een radiale statische afdichting zijn:
Te weinig compressie leidt tot lekkage; te veel compressie maakt montage moeilijk, veroorzaakt overmatige spanning of versnelt de compressievorming.
Wanneer de O-ring over een as wordt geplaatst, kan deze worden uitgerekt; wanneer deze in een boring wordt geplaatst, kan deze worden samengeperst. Te veel uitrekken vermindert de dwarsdoorsnede en daardoor neemt de werkelijke compressie af; te veel compressie kan vervorming of afschuiving tijdens montage veroorzaken.
Hoewel een radiale statische afdichting na montage niet meer beweegt, moet deze vaak tijdens de installatie over afschuiningen, schroefdraad, boringen en scherpe randen passeren. Veelvoorkomende storingen op onderhoudslocaties zijn vaak niet het gevolg van onvoldoende ontwerpcompressie, maar van krassen, verdraaiing of bijten van de O-ring tijdens montage.
Bij hoge druk kan de O-ring worden geëxtrudeerd in de speling tussen de aansluitende onderdelen. Overweeg het gebruik van een tegenring wanneer de druk hoog is, de speling groot is, de temperatuur hoog is of de hardheid van het rubber laag is.
Een radiale statische afdichting behoort nog steeds tot de categorie statische afdichtingen. Deze kan een grotere speling en ruwere oppervlakken verdragen dan een dynamische afdichting, omdat er geen continue glijwrijving optreedt — dit betekent echter niet dat het ontwerp van een radiale statische afdichting helemaal geen validatievereisten heeft; een statisch ontwerp garandeert slechts 'afdichting in de stationaire toestand' en controleert niet of wrijving, slijtage, smering en weerstand tegen 'breakout' tijdens herhaalde dynamische beweging aanvaardbaar zijn.
Het risicoprofiel van een statische plug-/bore-afdichting en een heen-en-weergaande pistonsluiting is volledig anders. Een statische plug-/boorgatafdichting hoeft alleen lekkage te voorkomen; een zuigerdichting moet elke cyclus van de heen-en-weergaande beweging verdragen. De compressiegraad van een radiale statische afdichtingsgroef is meestal hoger, wat direct vertaald wordt in wrijvingskoppel en warmteontwikkeling op een roterende as; bij een heen-en-weergaande zuigerdichting kan dit betekenen: kortstondig geen lekkage, maar tijdens het draaien ontstaat warmte, de O-ring brandt en er treedt oppervlakte-aanhechting op — uiteindelijk leidt dit tot een ernstiger lekkage.
Typische scenario's: zuigers van hydraulische cilinders, zuigers van pneumatische cilinders, heen-en-weergaande klepstelen, zuigers, zuigerstangafdichtingen.
Afdichtvorm: de O-ring fungeert als zuigerdichting of stangafdichting en beweegt zich in rechte lijn heen en weer langs de wand van het boorgat of het oppervlak van de stang.
Een zuigerheen-en-weergaande dichting behoort tot een typische dynamische dichting. Deze kan niet eenvoudig worden beoordeeld aan de hand van de vraag ‘kan hij druk vasthouden?’ — er moeten ook de volgende aspecten worden overwogen:
Hoe hoger de heen-en-weer-snelheid, hoe groter het wrijvingsvermogen per tijdseenheid en hoe duidelijker de temperatuurstijging van de O-ring. Te hoge snelheid kan thermische veroudering, verharding, scheuren of brandvorming op het rubberoppervlak veroorzaken. Te lage snelheid kan daarentegen het vormen van een stabiele smeringsfilm bemoeilijken, wat leidt tot droge wrijving en kruipen.
Volgens Parker's handleiding voor O-ringen wordt de wrijving bij dynamische afdichtingen beïnvloed door vele factoren, waaronder de afdichtingsgeometrie, de voorbelasting, de materiaalhardheid, de droge/natte wrijvingscoëfficiënt, de vorming van de smeringsfilm, de viscositeit van het medium, de werkdruk, de glijdsnelheid en het materiaal en de ruwheid van het tegenoverliggende oppervlak.
De compressiehoeveelheid van een dynamische afdichting kan niet eenvoudig gelijk worden gesteld aan die van een statische afdichting. Hoe groter de compressiehoeveelheid, hoe hoger de contactdruk, hoe groter de wrijving en hoe hoger de startweerstand en slijtagerate. Het materiaal van Angst+Pfister geeft ook duidelijk aan dat bij dynamische toepassingen de dwarsdoorsnedevervorming van een O-ring lager moet zijn dan bij statische toepassingen, om wrijving, slijtage en temperatuurstijging te verminderen; het contactoppervlak van een dynamische afdichting moet ook gladder zijn om slijtage te beheersen.
Dit is precies wat onderhoudslocaties vaak tegenkomen: "het vervangen van een O-ring van dezelfde afmeting; in eerste instantie lekt het niet, maar daarna vertraagt de werking, wordt het heet, is de duwkracht onvoldoende en begint het weer te lekken na een paar dagen." De oorzaak is meestal niet dat de afmeting met één maat verschilt, maar dat de ontwerpfilosofie voor statische afdichting is toegepast op een dynamische afdichtingspositie: de compressie is te groot, de wrijvingscoëfficiënt van het materiaal is te hoog en de smering is onvoldoende of de groef is niet geschikt voor dynamisch gebruik.
Een zuiger-oscillerende afdichting moet een zeer dun smeervlies op het afdichtingsvlak handhaven. Als het smeervlies te dun is, komt de O-ring direct in contact met het metalen oppervlak en neemt de slijtage scherp toe; als het smeervlies te dik is, kan dit zich manifesteren als externe lekkage of interne lekkage. Het materiaal van Parker vermeldt ook dat het smeervlies wordt weggeveegd en dat de werking brozer wordt; een onvoldoende dikte van het smeervlies kan ongewenste lekkage veroorzaken, waardoor een dynamische afdichting een evenwicht moet vinden tussen wrijving en lekkage.
Hydraulische oscillerende afdichtingen mogen vooral niet streven naar een "volkomen olievrij en schoon" resultaat. Het O-ringmateriaal van Dichtomatik wijst erop dat dynamische hydraulische afdichtingen met lichte micro-lekkage juist bevorderlijk zijn voor de vorming van een smeervlies, waardoor wrijving en slijtage afnemen.
Een dynamische afdichting moet onderscheid maken tussen wrijving bij het opstarten en dynamische wrijving tijdens het bewegen. Volgens het handboek van Parker moeten dynamische toepassingen de statische wrijving bij het begin van de beweging en de dynamische wrijving tijdens het bewegingsproces overwinnen; het handboek wijst erop dat de statische wrijving bij het opstarten bijzonder belangrijk is bij oscillatie- en cilinderapplicaties; het handboek vermeldt ook dat de statische ‘break-out’-wrijving van een elastomeerafdichting doorgaans aanzienlijk hoger is dan de dynamische wrijving.
Dit is zeer belangrijk voor onderhoudspersoneel van apparatuur. Te veel ‘break-out’-weerstand kan leiden tot: een kleine cilinder die niet beweegt of traag terugkeert; een pneumatische cilinder die bij lage druk niet goed functioneert; een hydraulische cilinder die kruipend of trillend beweegt; een servosysteem of proportioneel systeem met instabiele positionering; een hogere belasting op motor, pomp en luchtbron; moeilijkheden bij de eerste beweging na een langdurige stilstand.
Wanneer de zuiger heen en weer beweegt, kan de O-ring de volgende verschijnselen vertonen: een afgeplatte glijvlak; oppervlakte die wordt getrokken of afgepeld; spiraalvormige verdraaiingsfout; afgestoten rand bij hoge druk; uitdrukking van het randgedeelte; olieverbrandingschade; slijtage door vervuilde deeltjes.
Onder dynamische omstandigheden overlappen speling, drukpieken en snelheid, waardoor de O-ring gemakkelijker in de speling wordt getrokken. Het materiaalrapport van Angst+Pfister wijst op dynamische toepassingen; vanwege speling en impact van hoge druk dient periodiek te worden gecontroleerd op vloeistofcompatibiliteit, compatibiliteit met smeermiddelen, en effecten van wrijvingswarmte en vervuiling.
Een zuigerheen-en-weer-afdichting is niet: ‘druk de O-ring harder aan en hij wordt betrouwbaarder.’ Te sterke compressie kan juist leiden tot snellere uitval. Een correct ontwerp moet een evenwicht vinden tussen afdichtkracht, wrijvingskracht, startweerstand, smeefilm en levensduur.
Typische scenario's: lagerotatieassen, draaikleppen, draaikoppelingen, lage-snelheidsinstelassen, kortlopende draaimechanismen.
Afdichtvorm: er bestaat continu wrijvingscontact in omtreksrichting tussen de O-ring en de roterende as of het draaigat.
Vergeleken met een zuiger-oscillerende afdichting loopt een asroterende afdichting een nog hoger risico, omdat rotatiebeweging geen duidelijk ‘eindpunt van de slag’ kent — het contactgebied wordt gedurende langere tijd continu gewreven en warmte concentreert zich op hetzelfde afdichtingsgebied; bij onvoldoende smering of hoge snelheid is de O-ring zeer gevoelig voor verbranding, verharding, slijtage, vastklemmen of permanente vervorming.
Speciale overwegingen voor het ontwerp van draaiende O-ringen:
Hoe groter de asdiameter en hoe sneller de rotatie, hoe hoger de lineaire snelheid en hoe groter de wrijmingswarmte. Het is niet voldoende om alleen naar het toerental (rpm) te kijken — de lineaire snelheid aan het oppervlak van de as moet worden berekend.
Een roterende afdichting vereist meestal een lagere compressie dan een statische afdichting. Parkers grafiek voor groeven voor roterende O-ringen toont dat verschillende doorsnedes onder roterende bedrijfsomstandigheden sterk verschillende aanbevolen compressies hebben, bijvoorbeeld geven sommige specificatietabellen bereiken van 0–11% of lager aan.
Bij een roterende afdichting dient een smeermiddel in de buurt van de afdichtingscontactzone aanwezig te zijn om droge wrijving te voorkomen; Parkers grafiek voor groeven voor roterende O-ringen wijst er ook nadrukkelijk op dat de afdichting zo dicht mogelijk bij het smeermiddel dient te blijven.
De rondheid, asafwijking, ruwheid, hardheid en bewerkingslijnen van de as beïnvloeden allemaal de stabiliteit van de oliefilm; te sterke polijsting of ongeschikte bewerkingsmarkeringen kunnen eveneens de smeermiddelfilm verstoren.
Volgens Parkers materiaalaanwijzingen voor roterende O-ringen mag, vanwege de invloed van de centrifugale kracht, de groef niet op de as worden aangebracht.
Bij hoge snelheid of continue rotatie zijn algemene rubberen O-ringen vaak niet de beste primaire afdichting. Overweeg speciale lipafdichtingen voor roterende assen, PTFE-lipafdichtingen, mechanische afdichtingen, combinatieafdichtingen of het gebruik van een O-ring uitsluitend als elastisch belastingselement.
De groef van een statische radiale afdichting kan een grotere radiale compressie toestaan, wat bij een roterende as direct wordt omgezet in wrijvingskoppel en warmteontwikkeling. Het gevolg kan zijn: kortstondig geen lekkage, maar sterke opwarming, de O-ring brandt en de oppervlakte raakt beschadigd, waardoor uiteindelijk een ernstiger lekkage ontstaat.
Onderdeel |
Oppervlakte-statische afdichting |
Radiale statische afdichting |
Pistonaftichting voor heen-en-weergaande beweging |
Asrotatie-afdichting |
Relatieve beweging |
Geen |
Geen, behalve tijdens de montage |
Ja, rechtlijnige heen-en-weergaande beweging |
Ja, continue rotatie |
Hoofdrichting van compressie |
Axial |
Radiële |
Radiële |
Radiële |
Kerndoelstelling |
Statisch, geen lekkage |
Statisch, geen lekkage, weerstand tegen extrusie |
Evenwicht tussen afdichten en wrijving, lage torsie, lage temperatuur |
Afdichten, lage koppelkracht, temperatuurregeling |
Denken in termen van compressie |
Kan relatief hoger zijn |
Kan relatief hoger zijn |
Over het algemeen lager dan statische afdichting |
Meestal lager |
Oppervlakte-eis |
Matig |
Matig, let op de afschuining bij montage |
Hoog, dynamische oppervltekwaliteit is kritisch |
Zeer hoog, asonzekerheid moet worden gecontroleerd |
Smeringseis |
Voornamelijk voor montage |
Voornamelijk voor montage |
De smeringsfilm moet gedurende de gehele werking in aanmerking worden genomen |
Er moet continu gesmeerd en warmte afgevoerd worden |
Belangrijkste faalwijze |
Compressieverlies, veroudering, losraken van de flens |
Montage, snijden, extrusie, veroudering |
Slijtage, kruipen, startweerstand, branden, verdraaien |
Warmteontwikkeling, branden, asversleten, koppel te groot |
Direct uitwisselbaar ontwerp? |
No |
No |
No |
Nee, hoogste risico |
Bij statische afdichtingen verbetert een hogere compressie meestal de initiële afdichtbetrouwbaarheid. Bij dynamische afdichtingen verhoogt een hogere compressie echter direct de contactdruk, waardoor wrijving, warmteontwikkeling, startweerstand en slijtage toenemen. Het materiaal van Angst+Pfister geeft duidelijk aan dat bij dynamische toepassingen de vervorming van de doorsnede moet worden verlaagd om wrijving, slijtage en temperatuurstijging te verminderen.
Een statisch afdichtingsoppervlak vereist alleen langdurig contact — het hoeft niet langdurig te glijden. Ruwheid, bewerkingsmarkeringen en reinheid beïnvloeden allemaal de levensduur. Een oppervlakteruwheid die aanvaardbaar is voor een statische afdichting kan een O-ring bij een dynamische afdichting snel slijten.
Statische afdichtingen streven naar een strak, nauw contact. Een dynamische afdichting moet een geschikte smeermiddelfilm behouden — zonder oliefilm brandt deze op; een te dikke oliefilm kan lekken. De doelstelling van een statische afdichting, namelijk "volledig lekvrij", toegepast op een heen-en-weergaande of roterende afdichting, kan juist leiden tot een droog afdichtingsvlak, hogere wrijving en een verkorte levensduur.
Een statische afdichting heeft geen beweging — er hoeft geen rekening te worden gehouden met de uitschakelwrijving. Een dynamische afdichting moet rekening houden met de inschakelwrijving, dat wil zeggen de weerstand die moet worden overwonnen bij de eerste beweging na een stilstand. Te veel startweerstand kan ervoor zorgen dat een kleine cilinder niet beweegt, een hydraulische cilinder krioelt, een klepstam vastloopt of de respons van een servomechanisme vertraagd is. Volgens het handboek van Parker is de statische inschakelwrijving van elastomeren doorgaans aanzienlijk hoger dan de dynamische wrijving en wordt deze beïnvloed door de stilstandtijd, het materiaal, de geometrie en de oppervlaktestaat.
De levensduur van een statische afdichting wordt voornamelijk bepaald door compressievervorming, temperatuur, medium, ozon, veroudering en montagestatus. De levensduur van een dynamische afdichting moet bovendien rekening houden met de glijafstand, snelheid, druk, smering, vervuilde deeltjes en wrijvingswarmte. Dat wil zeggen dat de levensduur van een dynamische afdichting niet wordt beoordeeld aan de hand van de vraag "lekt het na montage?", maar aan de hand van de vraag "hoeveel bewegingscycli, hoeveel uren in rusttoestand, en toch nog geen lekkage of lage wrijving."
Een asroterende afdichting kan niet eenvoudig worden ontworpen door een radiale statische afdichtingsgroef te bewerken. Tijdens het draaien ondergaat de O-ring continue omtrekfrictie; lineaire snelheid, asonzekerheid, centrifugale kracht en smeermiddeltoevoer beïnvloeden allemaal de levensduur. Parkers materiaalnotities voor roterende O-ringen geven aan dat snelheid, druk, compressiehoeveelheid en groefpositie allemaal unieke vereisten hebben, wat op zich al aangeeft dat een roterende afdichting niet direct een algemene statische radiale groef mag overnemen.

Bij het oplossen van problemen ter plaatse moet u niet als eerste vragen: "Hoe groot is deze O-ring?" — vraag eerst:
Als er geen beweging is, kan het alleen een statische afdichtingsoplossing zijn; als er wisselende, roterende of oscillerende beweging is, moet een dynamische afdichtingsoplossing worden toegepast.
Heen-en-weergaande afdichtingen en roterende afdichtingen kunnen niet bij elkaar worden gevoegd. Een heen-en-weergaande afdichting houdt rekening met de slaglengte, frequentie, snelheid, startweerstand en smeervilm; een roterende afdichting houdt rekening met de lineaire snelheid, asonzekerheid, wrijvingswarmte, koppel en smeertoepassing.
Of het nu hydraulische olie, smeervet, nevel of het medium zelf is: kan hiermee een stabiele smeervilm worden gevormd? Lucht, droge omstandigheden, reinigingsmiddelen en stoffige omgevingen zijn bijzonder gevoelig voor een tekort aan smeervilm.
Controleer de compressiehoeveelheid, de groefbreedte, het groefvulpercentage, de afschuining, de oppervlakteruwheid, de speling, het gebruik van een ondersteuningsring en het montagepad. Vervang niet eenvoudigweg op basis van binnendiameter en dwarsdoorsnede.
Statische afdichtingen geven prioriteit aan media-compatibiliteit en compressie-instelling; dynamische afdichtingen moeten ook rekening houden met slijtvastheid, wrijvingscoëfficiënt, elasticiteit bij lage temperaturen, hittebestendigheid en compatibiliteit met smeermiddelen.
Als het oppervlak van de O-ring versleten is, glad, poederachtig, verhard, verbrand, spiraalvormig verdraaid of gedeeltelijke beetmarkeringen vertoont, is het probleem meestal niet op te lossen door ‘een andere O-ring van dezelfde afmeting te plaatsen’ — het ontwerp van de afdichting zelf is verkeerd.
Een statische O-ring en een dynamische O-ring kunnen er volkomen identiek uitzien, maar de ontwerplogica verschilt.
Frontale statische afdichtingen kunnen zich richten op de compressiehoeveelheid, de stijfheid van de flens, de groefcapaciteit, het medium en de temperatuur.
Radiale statische afdichtingen kunnen zich richten op de radiale overschotshoeveelheid, de assemblageafschuining, de extrusie-uitsparing en de tegenring.
Pistonslagafdichtingen moet bovendien snelheid, wrijving, smeer, slijtage, startweerstand en drukpiek worden gecontroleerd.
Met een diameter van niet meer dan 50 mm moet bovendien de lineaire snelheid, het koppel, de wrijvingshitte, de smeermiddeltoevoer, de schachtuitgang en de groevenpositie worden gecontroleerd; bij continue hogesnelheidsrotatie wordt het over het algemeen niet aanbevolen om een algemene O-ring als primaire afdichting te gebruiken.
De meest voorkomende fout in de techniek is: dezelfde dimensie zien en aannemen dat het verwisselbaar is; geen statisch lek zien en aannemen dat het ontwerp gekwalificeerd is.
De juiste beoordeling zou moeten zijn: een statische afdichting kijkt naar "kan het na compressie langdurig verzegeld blijven"; een dynamische afdichting kijkt naar "kan het onder snelheid, druk, smering en slijtage langdurig verzegeld blijven en soepel werken".