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Warum Sie O-Ringe nicht zur Nebensache machen sollten

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Warum Sie O-Ringe nicht zur Nebensache machen sollten
Warum Sie O-Ringe nicht zur Nebensache machen sollten

Die Entwicklung hochleistungsfähiger Ausrüstungen für kritische Anwendungen nimmt viel Zeit, Planung und Konstruktionsaufwand in Anspruch. Die Dichtungsexperten von Precision Polymer Engineering (PPE) werden häufig zu Rate gezogen, um für das „letzte“ Bauteil zur Vervollständigung des Systems zu sorgen: die O-Ringe und Dichtungen.  In vielen Fällen beziehen die Techniker bei der Konstruktionsplanung die Dichtungen nicht früh genug ein, sodass nicht ausreichend Zeit bleibt, um eine geeignete Dichtungslösung zu finden.

Beim Bau oder bei der Überholung von Anlagen sind in der Stückliste normalerweise alle erforderlichen Komponenten, ausgehend von Kosten und Durchlaufzeit, in der Reihenfolge des wahrgenommenen Wertes aufgeführt. Würde man diese Liste gemäß der Wichtigkeit jedes einzelnen Bauteils neu ordnen, könnten Sie feststellen, dass Dichtungskomponenten einen viel höheren Rang einnehmen. Im Vergleich zum Rest der Konstruktionsvorgaben sind die Dichtungskomponenten in der Regel kleiner und kostengünstiger und werden deswegen möglicherweise als nebensächlich betrachtet und an das untere Ende der Prioritätenliste gesetzt. In der Mehrzahl der Fälle werden Dichtungskomponenten mit Muttern, Schrauben und anderen Verbrauchsmaterialien gruppiert. Dichtungen sind aber von entscheidender Bedeutung – wollen Sie es wirklich riskieren, sie als „Nebensache“ zurückzustellen?

Elastomer-O-Ringe gehören zu den wichtigeren Bestandteilen eines Gesamtsystems; ohne sie wird dieses einfach nicht richtig funktionieren. Dichtungen sind für gewöhnlich das schwächste Glied eines Geräts. Wenn Sie die falsche Dichtungsauswahl treffen, kann dies Sicherheit und Kosten immens beeinflussen.

Auswahl der passenden O-Ringe für Ihre Anwendung

Techniker versuchen bei der Konstruktion und Wartung von Anlagen maximale Effizienz und langfristige Zuverlässigkeit zu erzielen. Diese beiden Faktoren sind grundsätzlich von der Leistungsfähigkeit der O-Ringe abhängig. Es gibt zahlreiche Gründe dafür, warum O-Ringe versagen, aber der richtige Elastomerwerkstoff spielt hierbei die wichtigste Rolle, gefolgt von der korrekten Bemaßung des O-Rings und dem Design der Hardware.

  • Auswahl des Werkstoffs: Das Auswählen des am besten geeigneten Elastomerwerkstoffs für Ihre Anlagen hängt von den Betriebsbedingungen ab. Der Grad der Medieneignung und der Beständigkeit bei hohen bzw. niedrigen Temperaturen unterscheidet sich bei den verschiedenen Elastomertypen. Bedenkt man die Anzahl der Werkstoffklassen, die bei jedem einzelnen Werkstofftyp möglich sind, wird das Angebot unüberschaubar.  Zusätzliche Materialeigenschaften wie Druckverformungsrest, Härte und Wärmeausdehnungskoeffizient können bei einigen Anwendungen enorme Auswirkungen haben.  
  • Bemaßung von O-Ringen: Bei der Auswahl eines O-Rings, der in die Nut passt, für die er bestimmt ist, muss ein Innendurchmesser verwendet werden, der die korrekte Dehnung der Kolbennuten ermöglicht. Vergleichbar dazu, kann bei Gleitringdichtungen nur der richtige Querschnitt das korrekte Ausmaß an Quetschung liefern. Bei der optimalen O-Ring-Größe für Ihre Anwendung könnte es sich durchaus um eine Sondergröße handeln, statt um einen handelsüblichen, standardmäßigen O-Ring.
  • Hardware-Design: Hat die Nut die richtige Größe? Bietet sie die richtige Bemaßung für Dehnung und Quetschung? Kann der O-Ring vom Systemdruck energetisiert werden? Ist genug Spiel vorhanden, um eine Stopfbuchsenfüllung zu vermeiden? Ist der Verdrängungsspalt zu groß, so dass Antiextrusionsteile erforderlich werden? Ist ein O-Ring die beste Lösung, oder könnte sich ein anderes Profil besser eignen?  Sollte der O-Ring für die Nut passen, oder die Nut für den O-Ring konstruiert werden?

Offshore oil rig

Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie

O-Ringe gehören zu den vielseitigsten Dichtungskomponenten und werden branchenübergreifend für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Die zuverlässige Funktion jedes einzelnen Dichtungsbauteils ist von entscheidender Bedeutung, aber nur wenige sind kritischer oder haben kostspieligere Folgen als jene in der Öl- und Gasindustrie.

Der aufsehenerregende Fall der Ölkatastrophe bei BP im Golf von Mexiko im Jahr 2010 zeigt deutlich, dass sich die Folgen eines Öllecks nicht nur auf die Sicherheit der Menschen, sondern auch auf die Umwelt verheerend auswirken können. Abgesehen von den Kosten für die Beseitigung der Ölverschmutzung erleidet das Unternehmen eine nachhaltige Rufschädigung durch das verheerende Bild, das in der Öffentlichkeit gezeichnet wird. Angesichts all dieser Aspekte wird deutlich, dass bei Dichtungslösungen im Öl- und Gassektor jeglicher Kompromiss undenkbar ist.

Bei diesen hochgradig kostspieligen und anspruchsvollen Anwendungen, bei denen Stillstandzeiten nicht in Betracht kommen, muss auf die O-Ringe sorgfältig geachtet werden. Im Vordergrund dieser Überlegungen steht die Frage, ob Kosteneinsparungen tatsächlich im Verhältnis zu den Risiken stehen, die mit einem möglichen Ausfall des O-Rings im Einsatz verbunden sind.

Fallstudie

Problem: Eines der weltweit führenden internationalen Öl- und Gasunternehmen, das neun Plattformen in der Nordsee betreibt, ersetzte 100 Ventile pro Tag (ungefähr 2000 Ventile pro Plattform), nachdem bereits 200 Liter Öl ausgelaufen waren. Als Ursache des Lecks konnte ein kaputter O-Ring in einem Schlauchsystem ausfindig gemacht werden. Daraufhin wurden Bedenken betreffend der Stückliste und der Nachverfolgbarkeit der Teile des OEM-Herstellers laut.

Ergebnisse: PPE führte eine Fehleranalyse durch und stellte fest, dass der Fehler erstens auf einen chemischen Angriff zurückzuführen war, zweitens der O-Ring nicht aus dem vom Schlauchhersteller vorgegebenen Werkstoff bestand und drittens der angegebene Werkstoff ohnehin für die Betriebsbedingungen ungeeignet war.

Lösung: Der Erstausrüster stellte ausgehend von Kompatibilitätsdaten und Branchenzulassungen einheitlich auf einen einzigen Elastomerwerkstoff um: EnDura® V91A von PPE war hier das Material der Wahl für alle Ventilanwendungen in Überwasseranlagen, die einer Temperatur von -46° C ausgesetzt werden.  Die gleichbleibende Leistungsfähigkeit wurde gesichert durch die Beschaffung aus einer einzigen Quelle, die Vereinheitlichung auf einen für verschiedenste Anwendungen geeigneten Werkstoff sowie durch lückenlose Rückverfolgbarkeit und Einzelverpackungen, die eine genaue Erkennung erleichtern und damit das Risiko einer falschen Auswahl beim Einbau eingrenzen.

Vorteile der Priorisierung Ihrer O-Ringe

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum eine Priorisierung von O-Ringen vorteilhaft ist.

Zunächst einmal sind die Kosten zu bedenken, die bei einem Ausfall von schwierigen und intensiv genutzten Anwendungen entstehen. Das Zerlegen eines Zentrifugalkompressors kann bis zu drei Wochen dauern. Währenddessen gehen Einnahmen in Millionenhöhe verloren und entsprechende Gerätschaften müssen angemietet werden. Wer auch auf die Anschaffung verhältnismäßig preiswerter Komponenten ausreichend Zeit und sorgfältige Überlegung verwendet, kann Unmengen an Geld sparen, da sich die Ausfallzeiten der Anlagen reduzieren.

Weiterhin gehören O-Ringe nicht zur gleichen Kategorie wie Muttern und Bolzen. Komponenten dieser Art sind für gewöhnlich branchenübergreifend genormt. Wenn überhaupt, sind nur sehr wenige Überlegungen bezüglich branchen- oder anwendungsspezifischer Konstruktionen notwendig. Es ist durchaus möglich, O-Ringe für nicht kritische Anwendungen zu standardisieren, allerdings kann eine für die jeweiligen Temperaturen, Druckverhältnisse oder Prozessmedien einer kritischen Anwendung ungeeignete Konstruktions- und Werkstoffauswahl die Effizienz und Zuverlässigkeit durch vorzeitiges Dichtungsversagen beeinträchtigen.

Für den Fall, dass Sie nach Labortests oder Computersimulationen schlussendlich feststellen, dass Sie den O-Ring Ihrer Wahl nicht wie geplant einsetzen können, werden Sie eine gewisse Zeit benötigen, um eine alternative Lösung zu finden. Vielleicht stellen Sie nach einer Beratung mit einem Dichtungshersteller fest, dass ein Standard-O-Ring oder ein anderes Profil erforderlich ist und müssen Vorlaufzeit für Konstruktion und Fertigung berücksichtigen.

Die Suche nach einem Anbieter von O-Ringen für den Öl- und Gasbereich

Die Dichtungsexperten von Precision Polymer Engineering (PPE) haben eine Checkliste mit Punkten zusammengestellt, die Sie bei der Wahl eines zuverlässigen Anbieters von Hochleistungs-Dichtungslösungen bedenken sollten:

1. Welche Anforderungen stellt die Anwendung?

Finden Sie einen Hersteller, der O-Ringe aus einer breiten Palette an hochleistungsfähigen Elastomerwerkstoffen liefern kann. Bei kritischen Öl- und Gasanwendungen benötigen Sie O-Ringe mit speziellen Materialeigenschaften, die für eine langfristig zuverlässige Leistung unerlässlich sind. Zu diesen Eigenschaften kann die Beständigkeit gegen folgende Belastungen gehören:

PPE hat eine breitgefächerte Palette an Elastomerwerkstoffklassen für jede Art von Anforderung im Angebot.  Viele der Werkstoffklassen wurden anhand von Industriestandards getestet, unter anderem nach NORSOK M710, NACE, ISO 23936-2, TOTAL und ISO 10423/API 6A.

2. Welche Größe sollte Ihr O-Ring haben?

Unabhängig davon, ob es sich um eine Standard-O-Ring-Größe oder eine Sondergröße handelt, sollte Ihr Dichtungshersteller in der Lage sein, Ihnen eine uneingeschränkte Auswahl an Größen in einer Vielzahl von Elastomerwerkstoffen anzubieten, von sehr kleinen bis hin zu großen O-Ringen mit einem Außendurchmesser von 2,5 m und Querschnitten von 5 mm bis 20 mm. Die großen O-Ringe werden oft für den Einsatz in Geräten wie Ventilen und Kompressoren benötigt. PPE kann nahtlos geformte O-Ringe mit großem Durchmesser anbieten, die im Vergleich zu zusammengefügten O-Ringen mit Vorteilen wie reduziertem Risikoausfall, engeren Querschnitttoleranzen und Beständigkeit gegen explosive Dekompression aufwarten können.

3. Welche Leistungsvorteile bietet eine kundenspezifische Dichtungslösung?

Um eine optimale Leistung zu gewährleisten, sollten Sie sich an einen Dichtungshersteller mit einem Service-Angebot wenden, mit dessen Hilfe Sie nicht nur eine geeignete, sondern eine hochleistungsfähige Dichtungslösung finden können, die den strengen Anforderungen ihrer speziellen Anwendung gerecht wird. In diesem Fall kann eine kundenspezifisch angepasste Dichtung erforderlich werden. Ein kompetenter Dichtungshersteller kann Ihnen folgende Leistungen anbieten:

Beratung

Professioneller Beratungsservice mit Empfehlungen, die auf die speziellen Anforderungen Ihres spezifischen Dichtungsbedarfs zugeschnitten sind, um den optimalen Elastomerwerkstoff, die Größe und die physikalischen Eigenschaften Ihres gewünschten O-Rings zu ermitteln.

Komponentendesign

Im Anschluss an die Beratung kann ein maßgefertigter O-Ring oder eine alternative Dichtungskomponente entworfen werden, wobei die Eigenschaften des Elastomerwerkstoffs und der Nutgröße/Konfiguration zugrunde gelegt werden.  Wenn sich das Gerät selbst in der Konstruktionsphase befindet, kann PPE Hardware-Empfehlungen aussprechen, um Leistung und Zuverlässigkeit der Dichtung zu maximieren.

Erprobung

Elastomerwerkstoffe für O-Ringe werden im Labor getestet und bewertet, um ihre spätere Leistung bei der Anwendung umfassend darstellen zu können. Das komplett ausgerüstete Polymer-Labor von PPE kann verschiedene Prüfungen durchführen, wie unter anderem Tests auf chemische Verträglichkeit, Fehleranalysen und thermomechanische Bewertungen.

Simulation mit Finite Element Analysis (FEA)

Computergestützte Simulationstechniken dienen der Modellierung und Bewertung des Verhaltens von O-Ringen unter verschiedenen Bedingungen, die reale Anwendungen abbilden. Die FEA-Analyse prognostiziert die Leistung der Dichtung in einer virtuellen Umgebung, einschließlich Kontaktkräften, Verformung und Dehnungsgraden.

FEA Simulation

Elastomer O-Ringe bei Precision Polymer Engineering

Um O-Ring-Versagen auszuschließen, sollten Sie sicherstellen, dass Ihr O-Ring von Anfang an mit Blick auf die hohen Anforderungen Ihrer Anwendung entwickelt und gefertigt wurde. PPE bietet speziell für die Öl- und Gasindustrie präzisionsgefertigte O-Ringe an, die alle Erwartungen in puncto kritischer Temperaturbereiche, Druckverhältnisse und Chemikalien übertreffen. Wenn Sie Fehler kategorisch ausschließen müssen, können Sie unseren umfassenden Beratungsservice mit FEA-Analyse in Anspruch nehmen, um die optimale Leistung Ihrer O-Ring-Dichtungen sicherzustellen.

Verwenden Sie unser Kontaktformular, oder wenden Sie sich an einen Vertriebspartner in Ihrer Nähe, um alles Wissenswerte über unseren Service und unsere leistungsstarken Elastomere zu erfragen.

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