L'O-ring: il punto di riferimento nella tecnologia delle guarnizioni?

Quali alternative ci sono nelle applicazioni dinamiche più impegnative?

Quali materiali si usano per gli O-ring?

Nel settore dell'ingegneria meccanica, gli O-ring in NBR sono ormai indispensabili grazie alla loro resistenza agli oli e ai grassi minerali. Quando sono richieste temperature più elevate, come ad esempio nell'industria automobilistica, si preferisce utilizzare O-ring in HNBR.

Nell’industria alimentare, grazie alla loro resistenza chimica e termica, si preferiscono gli O-ring conformi alle norme FDA realizzati in EPDM (reticolato con perossido). Queste guarnizioni adatte al contatto con gli alimenti vengono quasi sempre fornite con l’approvazione FDA e sono per lo più adatte all’acqua potabile.

Se sono presenti solventi, come quelli usati nelle vernici o nelle pitture, gli O-ring in FKM o FPM (ad es. Viton®) o in FKM più fluorurato (ad es. Viton Extrem®) sono la scelta migliore.

Per andare sul sicuro, nell’industria chimica si usano O-ring in FFKM (Kalrez®, Kemraz® ecc.) o O-ring rivestiti. A questo punto, al più tardi, si dispone di anelli di tenuta resistenti al calore (FFKM fino a circa 300 °C) e universalmente resistenti agli agenti chimici.

Gli O-ring in silicone sono spesso utilizzati nelle applicazioni mediche o nel settore dei prodotti di consumo. Nelle applicazioni industriali, invece, passano un po’ in secondo piano, anche se alcuni tipi (VMQ) sono resistenti alle alte temperature. Uno svantaggio è che il silicone non è molto apprezzato nelle applicazioni automobilistiche, oltre alla sua limitata resistenza chimica ai prodotti detergenti.


Le guarnizioni a O-ring raggiungono i propri limiti quando vengono utilizzate con sostanze chimicamente aggressive. Molti utenti segnalano che i materiali degli O-ring adatti al contatto con gli alimenti perdono gradualmente le loro proprietà meccaniche a causa delle liste degli ingredienti sempre più restrittive.


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Stefan Bock bock machining gmbh Alzenau
Stefan BockAmministratore delegato | bock machining gmbh
Articolo di approfondimento sugli O-ring | Ultimo aggiornamento: 27 luglio 2022

Essendo un semplice elemento di tenuta, l’O-ring richiede inizialmente solo una semplice scanalatura, nella quale può essere inserito radialmente dall’esterno, dall’internoo assialmente. La rugosità della superficie di contatto e le tolleranze dello spazio di montaggio sono di secondaria importanza. Durante il montaggio può essere leggermente allungato o compresso senza subire danni. Un O-ring garantisce di norma una tenuta sicura sia a basse che ad alte pressioni ed è considerato un componente affidabile. Un O-ring è un prodotto di massa economico, solitamente disponibile a magazzino. Grazie alla sua tolleranza, se manca una misura specifica, puoi scegliere il diametro immediatamente più piccolo o più grande senza che la funzionalità ne risenta. L’effetto di tenuta di un O-ring in una scanalatura viene ulteriormente rafforzato dalla pressione. Un O-ring è adatto sia per la tenuta di gas che di liquidi.


Nelle applicazioni statiche, l'O-ring elastico è un elemento di tenuta indispensabile.


I. Montaggio senza carico in una scanalatura senza superficie di appoggio
II. Deformazione una volta montato
III. Montaggio sotto pressione

A) Pressione
B) Asta
C) O-ring
D) Alloggiamento

Quando si devono sigillare pressioni elevate, gli O-ring raggiungono i loro limiti. Il problema principale sta nell’estrusione del materiale in gomma morbida nella fessura posteriore dell’alloggiamento, solitamente determinata dalla struttura stessa (vedi schizzo). Questa cosiddetta «estrusione nella fessura» dipende dalla durezza Shore, dalla larghezza della fessura e dalla pressione del fluido. Si può evitare utilizzando mescole di gomma più dure o anelli di supporto in PTFE o PEEK.


Le pressioni elevate del sistema richiedono, per gli O-ring, durezze superiori a 90° Shore A e/o anelli di supporto


I. Estrusione a fessura senza anello di supporto
II. Soluzione tramite anello di supporto integrato

A) Pressione
B) Asta
C) O-ring
D) Anello di supporto
E) Estrusione a fessura iniziale
F) Alloggiamento

Quando si usano gas ad alta pressione, la cosiddetta “decompressione esplosiva” può rappresentare un problema. In questo caso, in seguito a un rapido calo di pressione, le quantità di gas già penetrate si espandono, causando di solito la rottura di un O-ring.

Una caratteristica comune a quasi tutti i tipi di gomma è l’elevato coefficiente di attrito. In molte applicazioni (ad es. pneumatici, cinghie trapezoidali) questa caratteristica è decisamente desiderabile. Nelle applicazioni in cui l’O-ring viene utilizzato come guarnizione per aste o pistoni, però, è sempre necessaria una lubrificazione con olio, grasso o acqua. Di conseguenza, le possibilità di impiego sono limitate ai settori o ai gruppi motopropulsori in cui la lubrificazione è consentita o comunque onnipresente. Tragli esempi più significativi ci sono i motori o i cambi.

Molti settori importanti, come l’imbottigliamento di bevande, la verniciatura, le applicazioni mediche o la produzione di farmaci, richiedono però una pulizia assoluta. Questo a sua volta richiede superfici di contatto asciutte e senza alcuna lubrificazione iniziale, il che rende praticamente impossibile qualsiasi movimento di un O-ring in gomma. Un movimento comunque forzato con forze elevate porta di solito alla distruzione (bruciatura) della superficie di contatto dell’O-ring.

L'uso di grassi adatti al contatto con gli alimenti ormai non è più visto di buon occhio, e non solo a causa del dibattito sui PFAS.


Gli O-ring non sono adatti all'uso dinamico in condizioni di funzionamento a secco.


B) Asta
C) O-ring
D) Alloggiamento
E) Direzione di movimento
F) Danneggiamento dovuto all'usura

Per “anello a mantello” (Stepseal ®, Variseal®; in inglese: combined seal) si intendono guarnizioni in due parti composte da un O-ring e da un anello di tenuta in plastica ritorto. Queste guarnizioni mirano a unire i vantaggi degli O-ring e delle guarnizioni in plastica, compensandone gli svantaggi. Queste guarnizioni, molto diffuse, sono apprezzate innanzitutto per la loro struttura semplice e la facile reperibilità. Gli anelli a mantello si distinguono inoltre per i bassi costi di produzione e la geometria di montaggio semplice.

L'uso degli anelli di rivestimento può però avere effetti negativi a causa della somma delle tolleranze. Inoltre, per come funzionano, servono elevate pretensioni per ottenere la tenuta, il che comporta un forte attrito e un’usura maggiore. Nei sistemi a secco, questa caratteristica ha un impatto particolarmente negativo, tanto che i guasti prematuri sono la norma.


In generale, si sconsiglia (anche) l'uso di anelli di rivestimento in presenza di temperature elevate, velocità di scorrimento elevate o in caso di funzionamento a secco.


(Link: Registrazione live » Webinar 5: L’anello del mantello – “Il poema dell’orrore”)

Il materiale PTFE (politetrafluoroetilene, ad es. Teflon®) si distingue per la sua resistenza chimica universale, l’ampio intervallo di temperature di impiego e il basso attrito. Un altro vantaggio è che, partendo dai semilavorati in PTFE disponibili ovunque, è possibile realizzare O-ring di qualsiasi dimensione tramite lavorazione con asportazione di trucioli. Lo svantaggio principale di questo materiale è però la sua elasticità estremamente limitata, motivo per cui è praticamente impossibile regolare il sistema di tenuta in caso di variazioni della larghezza della scanalatura. I movimenti dei componenti sono però tipici in ambito tecnico e possono essere, ad esempio, vibrazioni, dilatazione termica o deformazioni. In secondo luogo, va menzionata la notevole deformazione sotto carico che, insieme alla notevole dilatazione termica del PTFE (circa 13*10-5), può portare alla formazione di fessure durante il raffreddamento e quindi a perdite nell’O-ring.


Si sconsiglia l'uso di O-ring in PTFE massiccio (tornito).


I. O-ring non sottoposto a carico
II. Deformazione una volta installato
III. Ritorno elastico di un O-ring in elastomero
IV. Posizionamento di un O-ring in PTFE

A) Spessore del filo 100 %
B) Precompressione, ad esempio del 25%, caso d'uso statico
C) Deformazione sotto carico, ad es. 8%, con tenuta ancora sufficiente
D) Deformazione sotto carico, ad es. 22%, efficacia di tenuta quasi nulla

Per compensare gli svantaggi del funzionamento a secco, servono ovviamente materiali che abbiano un basso coefficiente di attrito e che quindi possano funzionare anche senza lubrificante.

Il gruppo di materiali costituito dai polietileni ad altissimo peso molecolare (Enduflon P) si distingue per la sua notevole resistenza alla pressione e la sua bassa usura.

L'uso di composti in PTFE (Enduflon C) offre un ampio intervallo di temperature (da -200 °C a +260 °C) e una resistenza chimica praticamente universale ad acidi, alcali e solventi.

A causa della scarsa elasticità di questi materiali sinterizzati a pressione, è necessario utilizzare geometrie diverse dal profilo standard dell’O-ring. A seconda dell’applicazione, potrebbe essere necessario modificare la geometria della scanalatura per consentire il montaggio della guarnizione.


I sistemi di tenuta in PTFE e UHMW-PE sono superiori agli O-ring in gomma sotto quasi tutti gli aspetti, ma richiedono progettazioni specifiche.


Per le guarnizioni dei pistoni e delle bielle si usano di solito anelli a scanalatura con supporto a molla.

L'effetto elastico si ottiene in questo caso tramite una molla a forma di V o di U, solitamente realizzata in acciaio inossidabile. Le molle Helicoil vengono utilizzate quando è necessario un elevato precarico o un elevato effetto di tenuta. Il vantaggio di questo tipo di guarnizione è l’auto-rafforzamento del precarico all’aumentare della pressione.


Gli anelli a scanalatura elastici vengono realizzati su misura tramite lavorazione meccanica e sono quindi disponibili in quasi tutti i diametri e spessori di profilo, anche in piccole quantità.


A) Pressione
B) Asta
C) Anello scanalato con supporto a molla
D) Alloggiamento
E) Nasello di bloccaggio
F) Molla a V in acciaio inossidabile
G) Superficie di tenuta
H) Effetto molla più supporto a pressione

Quando si cercano soluzioni economiche, le cosiddette " guarnizioni a memoria" sono molto apprezzate. Si tratta di modelli semplici di guarnizioni a labbro, che di solito vengono deformate per regolare l'effetto di ritorno in base all'applicazione. Spesso vengono integrate delle superfici di guida, il che rende superflui ulteriori cuscinetti a strisciamento e fa risparmiare spazio di installazione. A seconda dell’applicazione, sono possibili diverse opzioni di progettazione.


I manicotti “Memory” si distinguono per l’attrito estremamente basso e i costi di produzione contenuti.


A) Pressione
B) Asta
C) Guarnizione Memory
D) Alloggiamento
E) Linguetta di bloccaggio
F) Bordo di tenuta
G) Superficie di tenuta
H) Effetto molla più supporto di pressione

Le valvole utilizzate nella verniciatura o nell’imbottigliamento delle bevande devono soddisfare requisiti molto elevati. Sono infatti indispensabili un attrito ridotto e un design privo di spazi morti. È inoltre auspicabile che siano facili da montare e garantiscano la massima sicurezza possibile contro la contraffazione dei ricambi.

Le guarnizioni tradizionali a O-ring spesso non sono adatte proprio per i motivi tecnici che abbiamo citato. Se poi vuoi migliorare ulteriormente una soluzione avanzata come gli anelli di tenuta a molla o i manicotti a memoria di forma, spesso è possibile riunire tutte le funzioni in un unico componente.

È possibile integrare diverse superfici di tenuta e di guida, così come filettature, superfici di chiavettatura o di battuta. L’unica limitazione alla personalizzazione di uno stantuffo completo è rappresentata dalla lavorazione meccanica.


Un pistone completo in PTFE o UHMW-PE rappresenta il non plus ultra di una guarnizione per pistone e stelo ben collaudata.


Qual è la tua esperienza? Non vedo l'ora di ricevere tanti feedback e commenti!

Stefan Bock

Stefan Bock
Amministratore delegato

s.bock@bock-machining.de
+49 (0) 6023 94701 – 12

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