De O-ring is een van de eenvoudigste en meest voorkomende soorten afdichtingen voor een breed scala aan statische en dynamische toepassingen. Het ontwerp van de O-ringgroef is relatief eenvoudig: door het volgen van goed ontwikkelde regels voor groefgeometrie wordt een economische en betrouwbare afdichting verkregen. De neiging van de O-ring om terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de dwarsdoorsnede wordt samengedrukt, is een van de belangrijkste redenen waarom een O-ring een uitstekende afdichting biedt.
Hoe gebruik je een o-ring?
Simpel gezegd bestaat een O-ringafdichting uit een elastomere cirkelvormige dwarsdoorsnede in een ontworpen O-ringgroef, die voor een initiële compressie zorgt.
De kracht die nodig is om een O-ring samen te drukken, is een gevolg van de durometer en de doorsnedediameter. Het uitrekken van de O-ring beïnvloedt de compressie van de afdichting door de doorsnede te verkleinen, waardoor het afdichtingspotentieel van de O-ring wordt verminderd.
Bij nul of zeer lage druk zorgt de natuurlijke veerkracht van het rubbermengsel voor de afdichting. De afdichtingsprestaties kunnen worden verbeterd door de diametrale samendrukking te vergroten. Deze toename van de samendrukking kan nadelige effecten hebben bij dynamische afdichtingstoepassingen met hogere druk.
De diametrale samendrukking zorgt voor een wrijvingskracht tussen de O-ring en de groef die deze in de geïnstalleerde positie houdt. Het rubbermengsel is ontworpen om te vervormen en stroomt naar de extrusieopening, waardoor deze volledig wordt afgedicht tegen lekkage, totdat de uitgeoefende druk voldoende is om de wrijvingskrachten te overwinnen en de O-ring te vervormen tot de kleine extrusieopening (ervan uitgaande dat het rubber zijn maximale extrusieopening heeft bereikt). limiet van de stroming onder druk, verdere toename van de kracht zal resulteren in falen door afschuiving of extrusie).
De groef is ontworpen om een initiële kracht op de afdichting uit te oefenen over één as in het bereik van 7-30 procent. Deze drukkracht staat doorgaans loodrecht op de uitgeoefende kracht, wat resulteert in een vrij volume in de groef op de andere as.
Wat doet een O-ring?
Wanneer er druk wordt uitgeoefend, beweegt de O-ring naar de lagedrukzijde van de groef. De afdichtingsdruk wordt overgebracht op het af te dichten oppervlak, wat feitelijk hoger is dan de toegepaste vloeistofdruk, gelijk aan de initiële interferentiedruk.
Het verhogen van de uitgeoefende druk creëert interferentiespanning tussen de afdichting en de pasvlakken. Zolang deze situatie blijft bestaan, zal de O-ring normaal en betrouwbaar blijven functioneren tot een kracht van enkele honderden kilo's, ervan uitgaande dat de geselecteerde O-ring de juiste maat heeft en dat de groef op de juiste maat is bewerkt.
Bij toenemende druk zal de vervorming van de ring worden versterkt, waardoor uiteindelijk een deel van de ring in de extrusiespleet wordt geëxtrudeerd. Als de extrusiespleet te groot is, zal de afdichting falen nadat deze volledig uit de hoge druk is geëxtrudeerd.
Bij het loslaten van de druk resulteert de veerkracht van de rubbercompound erin dat een O-ring terugkeert naar zijn natuurlijke vorm, klaar voor soortgelijke cycli.
Deze materialen zijn bij hun normale bedrijfstemperatuur vrijwel onmogelijk samen te drukken en hebben een zeer lage elasticiteitsmodulus. Je kunt hun vorm veranderen (maar niet hun volume) en de toegepaste diametrale samendrukking zal een toename van de lengte van de afdichting over de groef veroorzaken.
Deze toename zal nog groter zijn als gevolg van de uitzetting van rubber als gevolg van de warmte van de vloeistof die wordt afgedicht en de compatibiliteit van de materialen. De groef moet de juiste maat hebben om de maximale uitzetting van het rubbermengsel mogelijk te maken, anders zal het samenstel zeer hoge spanningen ontwikkelen.
Wanneer er voldoende kracht wordt uitgeoefend, beweegt de O-ring naar de lagedrukzijde totdat deze contact maakt met de zijkant van de groef. Extra druk of kracht zal de O-ring in de richting van de extrusiespleet vervormen. De O-ring zal aanvankelijk vervormen tot een "D"-vorm. Deze vervorming vergroot het contactoppervlak met 70-80 procent van de initiële doorsnede. Het oppervlaktecontactgebied van een O-ring onder hoge druk is ongeveer tweemaal zo groot als dat van de oorspronkelijke geometrie bij nuldruk.
De mogelijkheid van afdichtingsextrusie is niet beperkt tot dynamische toepassingen.
Bij een statische axiale toepassing kan het uitrekken van montagebouten onder hoge druk de extrusiespleet voldoende openen om lekkage mogelijk te maken.
Interne druklimieten worden bepaald door de spelingsspleet en de hardheid van de O-ring (enkele gegevens staan in de bovenstaande afbeelding). In de praktijk wordt de opening normaal gesproken gespecificeerd voor een bepaalde ringmaat en toepassing. Als er bij lage temperaturen wordt gewerkt, kan het nodig zijn de diepte van de pakkingring te verkleinen om de samentrekking van de ring te compenseren en voor de vereiste samendrukking bij de samengetrokken maat te zorgen.
Aan de andere kant van de temperatuurschaal kan het raadzaam zijn om de groefdiepte iets te vergroten om te voorkomen dat de ring bij werktemperaturen overmatig wordt samengedrukt. Dit effect kan aanzienlijk zijn bij extreme temperaturen, omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt van elastomeren hoger is dan die van metalen.
Hieronder ziet u een initiële vervorming van een O-ring in een O-ring met groef. Van wat we kunnen zien, lijkt het erop dat de O-ring systeemdruk ervaart.
