Ein Stützring ist ein flacher, starrer Ring, der auf der Niederdruckseite neben einer Elastomerdichtung sitzt und verhindert, dass die Dichtung in den Spalt zwischen den Metallteilen gedrückt wird. Er dichtet nicht selbst. Er hat keine Pressung, keine Dichtlippe und kein elastisches Rückstellvermögen. Seine einzige Aufgabe besteht darin, den Extrusionsspalt zu verschließen, damit der dahinterliegende O-Ring niemals in einen Raum fließen muss, der kleiner ist als er selbst.
Die meisten Konstrukteure lernen das Bauteil erst nach einem Ausfall kennen: ein O-Ring, dem eine Kante abgerissen wurde, eine Nut voller Gummireste und ein Instandhaltungsteam, das dieselbe Dichtung alle paar Wochen austauscht. Die Lösung ist meist ein Ring, der weniger kostet als der O-Ring, den er schützt.
Was Extrusion tatsächlich ist
Ein Elastomer unter Druck verhält sich teilweise wie eine Flüssigkeit. Wenn 200 bar einen O-Ring gegen den Spalt zwischen Kolben und Zylinderbohrung drücken, wird das Material nicht einfach komprimiert; es fließt in Richtung des geringsten Widerstands, also in den Spalt. Der Spalt eines neuen Zylinders kann 0,15 mm betragen. Bei einem verschlissenen kann er 0,5 mm erreichen. Bei dieser Größe drückt ein NBR-O-Ring bei 80 °C und 200 bar innerhalb von Stunden eine sichtbare Gummiwulst in den Spalt.
Sobald sich eine Wulst gebildet hat, schert sie der bewegte Teil ab. Die abgerissene Kante wird zum Leckpfad, das Leck erhöht die örtliche Temperatur, und der Schaden breitet sich über den Umfang aus. Am Ende steht ein angenagter, abgeflachter Ring und ein Leck, das sich durch kein noch so festes Anziehen mehr beheben lässt.
Ein Stützring unterbricht diese Abfolge, indem er den Spalt mit einem Material besetzt, das bei der Betriebstemperatur nicht fließt. Er ist ein mechanischer Anschlag, keine Dichtung.
Wo der Ring sitzt
Die Position ist nicht verhandelbar: Der Stützring sitzt auf der druckabgewandten Seite der Primärdichtung, dem Extrusionsspalt zugewandt. In einer von der Bohrungsseite druckbeaufschlagten Stangendichtung wird der O-Ring zur Außenkante der Nut hin belastet, und der Stützring sitzt zwischen dem O-Ring und dieser Kante.
In einem doppelt wirkenden Zylinder wechselt der Druck, sodass ein einzelner Stützring nur eine Richtung schützt. Bauen Sie zwei ein, einen auf jeder Seite des O-Rings. Zwei Ringe bedeuten auch, dass die Nut breit genug sein muss: Eine Standard-O-Ring-Nut, die nur für den O-Ring bemessen ist, nimmt einen zweiten Ring nicht auf, ohne die Pressung so weit zu verringern, dass die Dichtung bei niedrigem Druck leckt. Die Nutbreite, nicht die Ringdicke, begrenzt die Nachrüstmöglichkeiten.
Die fünf Standardkonfigurationen
ISO 3601-4 gruppiert Anti-Extrusionsringe in fünf Geometrien. Die Unterschiede betreffen die Frage, wie der Ring ohne Zerschneiden auf die Stange oder in die Nut gelangt und wie viel durchgehende Abstützung er nach dem Einbau bietet.
| Typ | Schnittform | Montage | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| T1 | Spiralschnitt (durchgehende Wicklung) | Wird über eine Stange oder in eine Nut gewickelt, ohne die Baugruppe zu zerlegen | Feldreparatur, große Durchmesser, Nachrüstung an montierten Zylindern |
| T2 | Schrägschnitt (Gehrungsschnitt) | Öffnet sich und rastet über der Stange ein; die Enden überlappen unter Druck | Allgemeine Hydraulikanwendungen, sowohl statisch als auch dynamisch |
| T3 | Vollmaterial, ungeschnitten | Erfordert vollen Zugang; wird über das Ende der Stange oder des Kolbens geschoben | Höchste Extrusionsbeständigkeit, Luftfahrt und statische Hochdruckverbindungen |
| T4 | Konkaver Schrägschnitt | Gehrungsschnitt mit profilierter Innenfläche | Präzisionsdichtungen, bei denen der Ring eng an der O-Ring-Kontur anliegen muss |
| T5 | Konkav, Vollmaterial | Voller Zugang erforderlich; profilierte Innenfläche | Hochdruckdichtungen mit engem axialem Bauraum |
In der Praxis verwenden die meisten Industriezylinder T2, die Instandhaltungsabteilungen halten T1 für Notfälle vorrätig, und T3 wird dort spezifiziert, wo die Dichtung vollständig zerlegt werden kann und der Druck den Montageaufwand rechtfertigt. Ein T3-Ring, der mit einem Schraubendreher über eine Stange gezwungen wird, ist ein verschrotteter Ring; die Schnittformen existieren genau, um diesen Vorgang zu vermeiden. Händlerkataloge wie Seal Sales Stützringe zeigen dieselben fünf Familien mit Lagerabmessungen, was ein schneller Weg ist, um zu sehen, was ab Lager verfügbar ist, bevor ein spanabhebend gefertigtes Teil bestellt wird.
Materialauswahl
Der Ring muss bei Betriebstemperatur härter sein als der O-Ring, aber nicht so hart, dass er die Bohrung riefenartig beschädigt. Drei Werkstoffgruppen decken nahezu jede Anwendung ab.
| Material | Temperatur | Druckbelastbarkeit | Stärken | Grenzen |
|---|---|---|---|---|
| Reines PTFE | −200 bis +260 °C | Gut bis ca. 250 bar bei engem Spalt | Geringste Reibung, breite chemische Beständigkeit, niedrigste Kosten | Kaltfluss unter Dauerlast; verformt sich in große Spalte |
| Gefülltes PTFE (Glas, Kohlenstoff, Bronze) | −200 bis +260 °C | Gut bis ~400 bar | Höhere Druckfestigkeit, besserer Verschleiß, weniger Kriechen | Bronzefüllstoff kann in manchen Medien korrodieren; etwas abrasiver |
| PEEK (ungefüllt oder mit Kohlenstoff/Graphit gefüllt) | −60 bis +250 °C dauerhaft | Bis 600 bar und darüber | Höchste Steifigkeit und Kriechfestigkeit, überbrückt große Spalte | Höhere Kosten, weniger anpassungsfähig, erfordert gute Oberflächengüte |
| Nylon / POM | −40 bis +100 °C | Bis ~250 bar | Günstig, steif, leicht zu bearbeiten | Quillt in Wasser und manchen Glykolen; begrenzter chemischer Bereich |
| PU (hohe Härte) | −30 bis +80 °C | Bis ~300 bar | Abriebfest, tolerant gegenüber schlechter Oberflächengüte | Schlecht bei hoher Temperatur; nicht für aggressive Fluide |
Zwei Auswahlfallen verdienen es, benannt zu werden. Stützringe aus ungefülltem PTFE kriechen: Unter einer dauerhaften statischen Last von 300 bar bei 80 °C wird der Ring langsam dünner und der Spalt öffnet sich wieder. Gefülltes PTFE oder PEEK löst das – zu einem Preis. Die andere Falle ist Nylon in wasserbasiertem Fluid. Nylon nimmt Wasser auf, quillt und kann in der Nut klemmen, weshalb Wasserhydraulik und Wasser-Glykol-Systeme stattdessen PTFE oder PEEK verwenden.
Das Elastomer, das geschützt wird, ist ebenso wichtig wie der Ring. Eine Mischung mit 70 Shore A, ausgelegt nach ASTM D2000 Liniennotation, birgt ein anderes Extrusionsrisiko als eine Mischung mit 90 Shore A in derselben Nut, und die Ringdicke sollte sich nach der weicheren der beiden richten.
Wann Sie einen benötigen
In keiner Norm gibt es einen einzigen Druckschwellenwert, denn die Extrusion hängt von der Kombination aus Druck, Spalt, Temperatur und Elastomerhärte ab. Die praktikable Entscheidungsregel nutzt alle vier.
| Bedingung | Empfehlung |
|---|---|
| Unter 100 bar, Spalt innerhalb der ISO-5597-Grenzen, O-Ring mit 70 Shore A | Kein Ring erforderlich |
| 100–160 bar, Standardspalt | Optional; auf der Druckseite als Absicherung bei stoßbelasteten Systemen einen montieren |
| 160–250 bar oder Spalt über Standard | Ein Ring auf der Niederdruckseite, gefülltes PTFE |
| Über 250 bar | Ein Ring als Standard; PEEK über 400 bar oder wenn der Spalt 0,3 mm überschreitet |
| Doppeltwirkend, über 160 bar | Zwei Ringe, einer auf jeder Seite des O-Rings |
| Jeder Druck bei einem Spalt über 0,4 mm | Zuerst den Spalt beheben; ein Ring allein gleicht eine verschlissene Bohrung nicht aus |
Die Spalthälfte dieser Tabelle ist wichtiger als die Druckhälfte. Ein Zylinder mit 150 bar und einem Spalt von 0,5 mm extrudiert schneller als einer mit 300 bar und einem Spalt von 0,1 mm. Wenn Sie zwischen dem Hinzufügen eines Stützrings und dem Austausch einer verschlissenen Führungsbuchse wählen, tauschen Sie die Buchse aus. Unsere Führungselemente gibt es genau für diese Aufgabe: Sie halten den Kolben konzentrisch, damit der Spalt innerhalb des Bereichs bleibt, für den die Dichtung ausgelegt wurde.
Konstruktionsdetails, die über den Erfolg entscheiden
Nutbreite. Ein einzelner Stützring benötigt je nach Ringdicke etwa 1,2–1,5 mm zusätzlichen axialen Platz. Zwei Ringe benötigen das Doppelte. Wenn die Nut nur für einen O-Ring geschnitten wurde, sind die Optionen ein dünnerer Ring, ein bearbeiteter Ring, der den Platz des O-Rings teilt, oder ein ganz anderes Dichtungsprofil. Die hinter diesen Zahlen stehenden Gehäusekonventionen sind die von Hallite für hydraulische Stangen- und Kolbendichtungen veröffentlichten, und sie sind die Referenz, mit der die meisten europäischen Zylinderhersteller arbeiten.
Kantenradius. Eine scharfe Nutkante schabt bei der Montage einen PTFE-Ring ab und hinterlässt Rückstände in der Dichtkammer. Ein Radius von 0,2–0,4 mm am Nuteingang ist gängige Praxis und kostet in der Bearbeitungsphase nichts.
Oberflächenbeschaffenheit. Die Bohrung oder Stange unter dem Ring sollte für den dynamischen Einsatz nicht rauer als etwa Ra 0,4 µm sein. PTFE toleriert eine rauere Oberfläche als PEEK; ein PEEK-Ring, der auf einer verschrammten Bohrung läuft, verschleißt die Bohrung.
Wärmeausdehnung. PTFE dehnt sich pro Grad etwa zehnmal so stark aus wie Stahl. Ringe mit einem Durchmesser über 200 mm benötigen eine diametrale Spielzugabe in der Nut, sonst schließen sie sich bei 80 °C und klemmen die Stange.
Montageprüfungen
Vier Prüfungen erfassen nahezu jeden Montagefehler bei Stützringen, den wir bei zurückgesandten Teilen sehen:
- Der Ring sitzt auf der richtigen Seite. Bei einer einfachwirkenden Stopfbuchse zeigt die flache Seite des Rings zum O-Ring, und der O-Ring zeigt zum Druck.
- Der Schnitt, falls vorhanden, ist gegenüber der eigenen Trennfuge des O-Rings versetzt und auf einen Spalt unter 0,3 mm geschlossen. Eine Schäftung, die bei der Montage offen steht, bleibt offen.
- Der Ring lässt sich von Hand frei in der Nut drehen. Ein Ring, der klemmt, wurde auf die falsche Breite gefertigt oder hat Fluid aufgenommen.
- Die Baugruppe wurde mit Systemfluid geschmiert, nicht mit Fett, das mit dem Elastomer unverträglich ist. Lithiumfett auf einem EPDM-O-Ring ist ein langsamer Ausfall; auf einem PTFE-Ring ist es harmlos.
Benachbarte Teile, die mit Stützringen verwechselt werden
Drei Teile werden bei Bestellanforderungen verwechselt, und das Bestellen des falschen kostet einen Zyklus.
Führungsringe (auch Führungsringe oder Führungsbänder genannt) werden radial belastet, tragen Seitenlast und sind in der Regel breiter und dicker als ein Stützring. Sie sitzen in ihrer eigenen Nut, nicht neben der Dichtlippe. Dichtungen sind flache statische Dichtungen ohne jegliche Extrusionsschutzfunktion. Sicherungsringe sind aus Metall und halten Teile an ihrem Platz, nicht Fluid.
Die Verwechslung ist verständlich, denn ein gefüllter PTFE-Verschleißring und ein gefüllter PTFE-Stützring können aus derselben Presse mit derselben Mischung kommen. Sie unterscheiden sich in Profil, Toleranz und Nut. Ein als Verschleißring verwendeter Stützring versagt durch Scherung; ein als Stützring verwendeter Verschleißring schließt den Spalt nicht. Distributoren wie Darcoid veröffentlichen beide Familien nebeneinander, was den Vergleich der Profilunterschiede vor der Bestellung erleichtert.
Für die dichtende Seite der Baugruppe deckt unser Sortiment an Dichtungen, Unterlegscheiben und Stützringen die Standardprofile in PTFE, gefülltem PTFE und PEEK ab, und das Sortiment an O-Ringen und X-Ringen deckt das Elastomer ab, das diese Ringe schützen. Bearbeitete PEEK- und PTFE-Teile außerhalb der Standardprofile erhalten Sie über unsere Technische Kunststoffe Linie, die in der Regel der schnellere Weg für Nachrüstringe an veralteten Anlagen ist.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich einen Stützring ohne Bearbeitung in eine vorhandene Nut einpassen?
Manchmal. Wenn die Nut bereits 1,2 mm oder mehr axialen Raum über den O-Ring hinaus bietet, passt ein dünner Ring. Wenn nicht, kann ein bearbeiteter Ring mit reduziertem Profil die Nut mitnutzen, aber prüfen Sie, dass die O-Ring-Pressung über etwa 8 % bleibt, bevor Sie sich festlegen. Darunter leckt die Baugruppe bei niedrigem Druck, und der Ring ist irrelevant.
Erhöht ein Stützring die Reibung?
Er fügt auf der Druckseite einen geringen Betrag hinzu, und nur solange Druck anliegt. In den meisten Zylindern ist die Zunahme gegenüber der Eigenreibung der Stangendichtung nicht messbar. Bei langsamen Servoanwendungen spielt sie eine Rolle, und ein reibungsarmer gefüllter PTFE-Ring ist die übliche Antwort.
Warum ist mein PTFE-Stützring nach einigen Wochen gerissen?
Drei Ursachen, nach Häufigkeit geordnet: Der Ring wurde auf der falschen Seite montiert und nahm die volle Extrusionslast selbst auf; die Nut war zu schmal, sodass der Ring keinen Platz zur Ausdehnung hatte; oder der Ring war aus ungefülltem PTFE in einer dauerhaft hochbelasteten statischen Verbindung und floss kalt, bis er riss.
Ist ein Stützring dasselbe wie eine T-Dichtung?
Nein. Eine T-Dichtung ist ein einziges Teil mit integriertem Extrusionsschutzprofil, das dort eingesetzt wird, wo der axiale Raum zu eng für einen O-Ring plus zwei Ringe ist. Sie löst dasselbe Problem auf einem anderen Weg.
Wie groß ist der Kostenunterschied zwischen PTFE- und PEEK-Ringen?
Für einen 50-mm-Ring rechnen Sie bei PEEK mit etwa dem Zwei- bis Vierfachen des Preises eines gefüllten PTFE-Rings. Bei einem Zylinder, der mit 250 bar läuft und eine gut instand gehaltene Bohrung hat, ist gefülltes PTFE die richtige Wahl, und PEEK ist Geld für Leistungsfähigkeit, die Sie nicht nutzen werden. Über 400 bar oder wo das Spiel nicht verringert werden kann, ist der PEEK-Ring billiger als die Ausfälle, die er verhindert.