O-Ring-Selector für eine schnelle Auswahl (Bild: Parker Hannifin GmbH
17.09.2018 Schnell zum richtigen O-Ring
Ein neuer O-Ring Selector ermöglicht einfache, schnelle und präzise Auswahl
Mit einem neuen Konstruktionstool können Anwender einfach, schnell und präzise den richtigen O-Ring in Bezug auf Abmessung und Dichtungsmaterial, abgestimmt auf die jeweiligen Einsatzbedingungen, auswählen. Die enge Verknüpfung beider Funktionalitäten – Materialauswahl und Größenberechnung – liefert zuverlässige Ergebnisse und stellt damit die Funktion des O-Rings in der späteren Anwendung sicher.
Dank der Verknüpfung einer Vielzahl von Dichtungsmaterialien mit einer Kalkulationsplattform für O-Ring-Dichtungen bietet der Parker O-Ring Selector als Engineering-Tool dem Anwender die Möglichkeit, Dichtungssysteme einfach zu berechnen. Bei der Materialauswahl werden dabei Einsatztemperaturen, abzudichtende Medien, Polymerfamilie, Dichtungshärte und erforderliche Freigaben und Konformitäten des Dichtungsmaterials berücksichtigt. Der Datensatz des somit charakterisierten Materials fließt dann in die eigentliche Auslegung des Dichtungssystems ein. Die Möglichkeiten der Parametrisierung des Dichtungssystems sind dabei umfangreich und umfassen thermische Expansionskoeffizienten der Dichtung und der Hardware- Komponenten, Volumenquellung der Dichtung und Herstellungstoleranzen für die Hardware-Komponenten.
Anwenderfreundliche dreiteilige Struktur
Das Tool ist in drei Hauptbereiche eingeteilt:
1. Im Service Conditions & Material Selector können Anwendungsbedingungen wie Temperatur, Medium und erforderliche Zertifikate definiert werden. Mit diesen Eingaben werden geeignete Dichtungswerkstoffe aus der umfangreichen Materialpalette herausgefiltert.
2. Nach Eingabe der Abmessungen der Systemhardware berechnet der „Size Selector“ die Maße und Toleranzen eines geeigneten O-Rings.
3. Abschließend kann der Anwender im Bereich „Notes“ persönliche Notizen, schriftliche Ergänzungen und Kommentare zu einer durchgeführten Berechnung festhalten. Die gesamte Berechnung, inkl. Notizen, kann als PDF-Dokument exportiert und gespeichert werden.
Erst das richtige Material wählen,...
Die Auswahl des richtigen Materials für eine bestimmte Anwendung ist ein zentraler Schritt zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des O-Rings im abzudichtenden System. Der Aufbau des „Service Conditions & Material Selectors“ ist intuitiv gestaltet. Die Definition der Anwendungsbedingungen erfolgt unter „Service Conditions“. Hier lassen sich z.B. die minimale und maximale Anwendungstemperatur eintragen. Auch können, wenn bereits bekannt, die gewünschte Polymergruppe („Polymer Group“) und die Härte des Materials ausgewählt werden.
Um die nachfolgenden Berechnungen der Einbausituation und der O-Ring-Abmessungen im Bereich „Size Selector“ durchführen zu können, ist die Angabe des Anwendungs-Temperaturbereiches als Minimum erforderlich. Erfolgt eine Eingabe in ein Datenfeld, werden automatisch die passenden Dichtungswerkstoffe unter „Product Matches“ angezeigt. Über einen Klick lässt sich das gewünschte Material auswählen.Über den „Advanced Material Selector“ kann ein noch feineres Bild der Anwendung gezeichnet werden. Im Suchfeld Medienkompatibilität („Filter by Fluid Compatibility“) lässt sich eine Vielzahl unterschiedlichster Medien auswählen und gegebenenfalls miteinander kombinieren. Dabei kann der O-Ring Selector auf eine Datenbank mit über 2.500 unterschiedlichen Medien zugreifen.
Auch erforderliche Freigaben und Konformitäten der Werkstoffe können durch einen entsprechenden Filter festgelegt werden: Die Suche kann entweder nach Gruppen sortiert erfolgen oder es kann unter „Individual Certifications“ ein bestimmtes Zertifikat ausgewählt werden. Die Spannweite reicht von AM-, DBL-, FDA-, ISO-, MIL- bis hin zu WL-Zertifikaten.
Um spezifische Anforderungen – z.B. die Erkennung verbauter O-Ringe an Montagelinien – zu erfüllen, können die verfügbaren Materialien auch nach Farbgebung gefiltert werden.
...dann die Einbausituation präzise kalkulieren und...
Im Bereich „Size Selector“ (Größenauswahl) erfolgt nun die eigentliche Berechnung der Einbausituation und des geeigneten O-Rings. Dabei unterteilt sich der „Size Selector“ in drei Segmente. Die „Hardware Configuration“, die „Sizing Selection“ und die Ergebnisse der Berechnung („Results“).
In der „Hardware Configuration“ erfolgt die detaillierte Beschreibung des abzudichtenden Systems. Dabei stehen vier grundlegende Dichtungssysteme zur Auswahl, die jeweils repräsentative radiale oder axiale Dichtungsfälle („Sealing Cases“) abbilden.
Nach Auswahl der Einbausituation in der „Hardware Configuration“ passt sich die visuelle Darstellung automatisch an. Die jeweiligen Dichtungsfälle lassen sich anschließend weiter spezifizieren, je nachdem, ob es sich z.B. um eine statische oder um eine dynamische Anwendung handelt. Bei „Radial – Piston Seal“ und „Radial – Rod Seal“ stehen daher im Bereich „Application“ die Auswahlmöglichkeiten „Static“, „Hydraulic dynamic“ und „Pneumatic dynamic“ zur Verfügung. Bei axialen Dichtungsfällen kann zwischen „Liquid“ und „Vacuum and Gas“ gewählt werden.
Eine präzise Kalkulation des Dichtungssystems bedingt auch eine Berücksichtigung der thermischen Expansion der einzelnen Hardware-Komponenten sowie der chemischen Quellung der Dichtung. Dies kann im Bereich „Thermal Expansion & Chemical Swelling“ näher definiert werden. Bei der Auswahl der thermischen Expansionskoeffizienten der einzelnen Hardware-Komponenten kann auf repräsentative Werte, z.B. für Stahl, Aluminium, rostfreien Stahl etc., zurückgegriffen werden. Bei genauer Kenntnis können die Werte auch manuell eingetragen werden. So wird eine möglichst genaue Parametrisierung des Dichtungssystems erreicht.
Nachdem die Hardware-Konfiguration soweit abgeschlossen wurde, erfolgt nun die konstruktive Parametrisierung des Dichtungssystems im Segment „Sizing Selection“. Auch hier können alle Werte wie O-Ring-Durchmesser, Kolbendurchmesser inkl. Toleranzen usw. manuell eingetragen und somit die Leistungsfähigkeit eines bestehenden Dichtungssystems mithilfe der durchgeführten Kalkulationen abgeschätzt werden.
Liegen jedoch nicht alle erforderlichen Informationen über das gesamte Dichtungssystem vor, wird empfohlen, das Modul „Size Search“ in der „Sizing Selection“ zu nutzen. Dazu werden zuerst, falls bekannt, die Anzahl und Dimensionierung im Dichtungssystem vorhandener Stützringe („Back-up rings“) eingetragen. Über das Modul „Size Search“ kann nun der gewünschte O-Ring-Durchmesser ausgewählt werden. Sodann wird empfohlen, den gewünschten Bohrungsdurchmesser („Bore Diameter“) auszuwählen. Zur Auswahl steht dabei eine Vielzahl vorselektierter Dimensionen. Sollte die exakte Anwendungsdimension nicht dargestellt werden, kann die entsprechend nächste Größe ausgewählt werden. Der Bohrungsdurchmesser kann später wie alle anderen Eingabegrößen nochmals manuell angepasst werden. Als Faustregel gilt: Kleine O-Ring-Durchmesser passen zu kleinen Bohrungsdurchmessern, große O-Ring-Durchmesser passen zu großen Bohrungsdurchmessern. Das Modul „Size Search“ limitiert daher die ausgegebenen Auswahlmöglichkeiten an Bohrungsdurchmessern bei einem ausgewählten O-Ring-Durchmesser automatisch.
... zuletzt das Dichtungssystem kalkulieren...
Ein konkretes Beispiel verdeutlicht dies am besten: Gesucht wird ein O-Ring für den Dichtungsfall „radiale Abdichtung – Stange“. Als O-Ring-Durchmesser wird 5,330 mm ausgewählt, der Bohrungsdurchmesser beträgt in der Anwendung 50,200 mm. In den vorgeschlagenen Dimensionierungen für den Bohrungsdurchmesser findet sich 50,040 mm als potenziell passende Größe. Diese wird selektiert. Die zur Auswahl passende Parker-Größe wird angezeigt: 2-326.
Auf Basis von ISO-Standards wird nun das Dichtungssystem berechnet. Eine Übersicht der gesamten Dimensionierung, inkl. Nominalwerten und min./max.-Tolerierung des Dichtungssystems, ist in Bild 1 dargestellt. Alle angezeigten Werte können manuell angepasst werden. Hier wurde der ausgewählte Bohrungsdurchmesser von 50,040 mm bereits in die Realdimension der Anwendung von 50,200 geändert. Bei Änderung eines Maßes wird in der Abbildung des Dichtungssystems angezeigt, welche Dimension gerade bearbeitet wird (rote Linie). Ebenso kann die Tolerierung der Hardware-Komponenten dem realen Fall angepasst und somit den unterschiedlichen Qualitätsanforderungen im Herstellungsprozess Rechnung getragen werden.
Die berechneten Ergebnisse werden im Segment „Results“ übersichtlich dargestellt. Für jedes ausgewählte Dichtungssystem, also den Dichtungsfall („Sealing Case“) in Verbindung mit einer Anwendung („Application“), finden sich hier die wichtigsten Ergebnisparameter, wie die Verpressung des O-Rings („Compression of OR“) oder die Nutfüllung („Gland fill“). Für die Ergebnisparameter werden entsprechende auf ISO- bzw. Parker-Spezifikationen beruhende Empfehlungen angezeigt. Weiterhin werden Minimal- und Maximal-Tolerierungen für die Ergebnisparameter angezeigt. Eine einfache visuelle Überprüfung, ob das kalkulierte Dichtungssystem den ISO- bzw. Parker-Empfehlungen entspricht, erfolgt über eine entsprechende Kennzeichnung: Grün steht für „Empfehlung“ („Recommended“), gelb für „Warnung“ („Warning“) und rot signalisiert kritische Werte („Critical). Über eine Anpassung der Parameter des Dichtungssystems kann nun eine selektive Optimierung der Auslegung des Dichtungssystems vorgenommen werden, sodass dieses dann den Empfehlungen entspricht.
... und Notizen machen
Im Bereich „Notes“, kann der Anwender abschließend eigene Notizen und Kommentare zur Auslegung des Dichtungssystems hinzufügen. Ist die Betrachtung des Dichtungssystems beendet, können die ermittelten Daten in ein PDF konvertiert und exportiert werden.
Fakten für Konstrukteure
• Die deutsche Version des O-Ring Selectors steht in Kürze zur Verfügung
• Der O-Ring Selector deckt sowohl zöllige als auch metrische Standards ab
• Dichtungssysteme mit sehr kleinen Dimensionen sind aufgrund von Toleranzkaskaden („Tolerance Stack-ups“) recht schwierig auszulegen. In diesen Fällen ist es angeraten, einen Dichtungsexperten für eine Fallstudie zu kontaktieren
Fakten für Qualitätsmanager
• Die wichtigsten Freigaben für O-Ring-Materialien sind direkt im Tool hinterlegt
Bild 1: Beschreibung des abzudichtenden Systems („Hardware Configuration“) und der Größenauswahl („Sizing Selection“)
(Bild: Parker Hannifin GmbH
Materialauswahl im "Service Conditions & Materials Selector" (Bild: Parker Hannifin GmbH)
Darstellung der Ergebnisse im Bereich "Results" (Bild: Parker Hannifin GmbH)
Darstellung der Ergebnisse im Bereich "Results" (Bild: Parker Hannifin GmbH)
Verfügbare Dichtungsfälle - radiale Abdichtungen eines Kolbens (Bild: Parker Hannifin GmbH)
Verfügbare Dichtungsfälle - axiale Abdichtung (Außendruck) (Bild: Parker Hannifin GmbH)
Verfügbare Dichtungsfälle - axiale Abdichtung (Innendruck) (Bild: Parker Hannifin GmbH)
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