Der O-Ring - Das Maß aller Dinge in der Dichtungstechnik?

Welche Alternativen gibt es in anspruchsvollen dynamischen Anwendungen?

Welche Werkstoffe werden für O-Ringe eingesetzt?

Im Maschinenbau sind O-Ringe aus NBR wegen der Beständigkeit gegen Mineralöle und -fette nicht mehr wegzudenken. Sind höhere Temperaturen gefragt, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, so werden auch bevorzugt O-Ringe aus HNBR genommen.

Für die Lebensmittelindustrie werden wegen der chemischen und thermischen Beständigkeit FDA-konforme O-Ringe aus (peroxydisch vernetztem) EPDM bevorzugt. Diese lebensmittelechten Dichtungen werden fast immer mit FDA-Zulassung angeboten und sind meist Trinkwasser-geeignet.

Sind Lösemittel im Spiel, wie sie in Lacken oder Farben verwendet werden, so sind O-Ringe aus FKM bzw. FPM (z. Bsp. Viton ®) oder höher fluoriertes FKM (z. Bsp. Viton Extrem ®) das Mittel der Wahl.

Um auf Nummer sicher zu gehen, werden in der chemischen Industrie O-Ringe aus FFKM (Kalrez ® Kemraz® etc.) oder ummantelte O-Ringe verwendet. Spätestens hier hat man hitzebeständige (FFKM bis ca. 300°C) und universell chemisch beständige Dichtungsringe.

O-Ringe aus Silikonen werden gerne bei medizinischen Anwendungen oder im Bereich der Consumer-Produkte eingesetzt. In industriellen Anwendungen führen sie eher ein Schattendasein, obwohl auch sie (VMQ) mitunter temperaturbeständig sind. Nachteilig ist die Unerwünschtheit von Silikonen bei Automotive-Anwendungen bzw. Ihre eingeschränkte chemische Beständigkeit gegen Reinigungsprodukte.


O-Ring-Dichtungen kommen bei der Anwendung mit chemisch aggressiven Medien an Ihre Grenzen. Viele Anwender berichten, dass Lebensmittel-taugliche O-Ring-Werkstoffe aufgrund der immer eingeschränkteren Zutatenlisten nach und nach ihre mechanischen Eigenschaften verlieren.


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Stefan Bock - Geschäftsführer bock-machining gmbh
Stefan BockGeschäftsführer | bock machining gmbh
Expertenbeitrag zum Thema O-Ringe | Zuletzt aktualisiert: 27. Juli 2022

Als einfaches Dichtungselement benötigt der O-Ring zunächst nur eine simple Nut, in der er radial von außen, von innen oder axial eingesetzt werden kann. Die Rauheit der Gegenlauffläche und die Toleranzen des Einbauraumes sind von untergeordneter Bedeutung. Er kann bei der Montage leicht gedehnt oder gestaucht werden, ohne dass er beschädigt wird. Ein O-Ring dichtet bei niedrigen wie hohen Drücken in der Regel sicher ab und gilt als zuverlässiges Bauteil. Ein O-Ring ist ein günstiges Massenprodukt, dass in der Regel lagerhaltig verfügbar ist. Aufgrund der Gutmütigkeit kann bei Fehlen einer Abmessung der nächstkleinere oder -größere Durchmesser gewählt werden, ohne dass die Funktion darunter leidet. Die Dichtwirkung eines O-Ringes in einer Nut wird vom Druck zusätzlich noch verstärkt. Ein O-Ring ist für die Abdichtung von Gasen gleichermaßen geeignet wie für Flüssigkeiten.


Bei statischen Anwendungen ist der elastische O-Ring als Dichtelement nicht wegzudenken. 


I. Unbelasteter Einbau in einer Nut ohne Gegenfläche
II. Deformation im eingebauten Zustand
III. Anstellung unter Druck

A) Druck
B) Stange
C) O-Ring
D) Gehäuse

Müssen hohe Drücke abgedichtet werden, kommen O-Ringe an Ihre Grenzen. Das wichtigste Problem liegt in der Extrusion des weichen Gummimaterials in den rückwärtigen, meist konstruktiv bedingen Gehäusespalt (siehe Skizze). Diese sog. Spaltextrusion ist von der Shorehärte, der Spaltbreite und dem Druck des Mediums abhängig. Sie lässt sich durch den Einsatz von härteren Gummimischungen oder Stützringen aus PTFE oder PEEK vermeiden.


Hohe Systemdrücke erfordern bei O-Ringen Härten von über 90° Shore A und / oder Stützringe


I. Spaltextrusion ohne Stützring
II. Abhilfe mittels eingebautem Stützring

A) Druck
B) Stange
C) O-Ring
D) Stützring
E) Beginnende Spaltextrusion
F) Gehäuse

Bei der Anwendung mit Gasen, die unter hohem Druck stehen, kann die sog. „explosive Dekompression“ eine Schwierigkeit darstellen. Hier expandieren bei schnellem Druckabfall vorher eingedrungene Gasmengen, was in der Regel zur Zerstörung eines O-Rings führt.

Eine gemeinsame Eigenschaft von nahezu allen Gummisorten ist der hohe Reibungskoeffizient. In vielen Anwendungen (z. Bsp. Reifen, Keilriemen) ist dieses Merkmal durchaus erwünscht. Bei Anwendungen, wo der O-Ring als Stangen- oder Kolbendichtung eingesetzt wird, erfordert dies jedoch immer eine Schmierung mit Öl, Fett oder Wasser. So sind die Einsatzmöglichkeiten auf die Branchen oder Aggregate begrenzt, wo eine Schmierung erlaubt oder ohnehin allgegenwärtig ist. Als wichtigste Beispiele sind Motoren oder Getriebe zu nennen.

Viele wichtige Branchen wie die Getränkeabfüllung, die Lackiertechnik, Medizinanwendungen oder die Herstellung von Pharmaka erfordern jedoch absolute Sauberkeit. Dies wiederum bedarf trockener Gegenlaufflächen ohne jegliche Initialschmierung, die beinahe jede Bewegung eines Gummi-O-Ringes unmöglich machen. Eine trotzdem, mit hohen Kräften herbeigeführte Bewegung, führt i. d. R. zur Zerstörung (Verbrennung) der O-Ring-Kontaktfläche.

Die Verwendung von Lebensmittel-tauglichen Fetten ist nicht nur aus Gründen der PFAS-Diskussionen inzwischen verpönt.


O-Ringe sind nicht für den dynamischen Einsatz bei Trockenlauf geeignet.


B) Stange
C) O-Ring
D) Gehäuse
E) Bewegungsrichtung
F) Zerstörung durch Verschleiß

Als Mantelring (Stepseal ®, Variseal® engl.: combined seal) bezeichnet man zweiteilige Dichtungen aus einem O-Ring und einem gedrehten Dichtungsring aus Kunststoff. Dies sollen die Vorteile von O-Ringen und Kunststoffdichtungen vereinen und die Nachteile kompensieren. Diese weit verbreitenden Dichtungen sind aufgrund ihres einfachen Aufbaus und der Verfügbarkeit zunächst beliebt. Mantelringe punkten überdies mit ihren geringen Herstellkosten und der simplen Einbaugeometrie.

Nachteilig können sich beim Einsatz von Mantelringen jedoch die Additionen der Toleranzen auswirken. Aufgrund der Wirkungsweise sind außerdem hohe Vorspannungen zur Erzielung einer Dichtwirkung notwendig, weshalb große Reibung und erhöhter Verschleiß wahrscheinlich sind. Bei trockenlaufenden Systemen wirken sich diese Gesetzmäßigkeit besonders negativ aus, so das frühzeitige Ausfälle die Regel sind.


(Auch) vom Einsatz von Mantelringen bei hohen Temperaturen, hohen Gleitgeschwindigkeiten oder bei Trockenlauf ist generell abzuraten.


(Link: Live-Mitschnitt » Webinar 5: Der Mantelring – „Die Dichtung des Grauens“)

Der Werkstoff PTFE (Polytetrafluorethylen, z. Bsp. Teflon®) zeichnet sich durch universell chemische Beständigkeit, breiten Temperatureinsatz und geringe Reibung aus. Vorteilhaft ist es auch, dass aus den überall verfügbaren PTFE-Rohlingen durch spangebende Bearbeitung jede beliebige O-Ring-Abmessung herstellbar ist. Der größte Nachteil dieses Werkstoffs ist jedoch seine äußerst eingeschränkte Elastizität, weshalb ein Nachstellen des Dichtsystems bei schwankender Nutbreite kaum möglich ist. Bauteilbewegungen sind in der Technik jedoch typisch und können beispielsweise Schwingungen, Wärmeausdehnung oder Verformungen sein. Als zweites ist die beachtliche Deformation unter Last zu erwähnen, die in Verbindung mit der erheblichen Wärmeausdehnung von PTFE (ca. 13*10-5) beim Wiedererkalten zu Spalten und damit zur Undichtigkeit des O-Rings führen kann.


Der Einsatz von massiven (gedrehten) PTFE-O-Ringen ist nicht zu empfehlen.


I. Unbelasteter O-Ring
II. Deformation im eingebauten Zustand
III. Rückstellung eines Elastomeren O-Rings
IV. Rückstellung eines PTFE O-Rings

A) Schnurstärke 100 %
B) Vorspannung zum Beispiel 25 %, statischer Anwendungsfall
C) Deformation unter Last z. Bsp. 8 %, noch ausreichende Dichtwirkung
D) Deformation unter Last z. Bsp. 22 %, kaum noch Dichtwirkung

Um die Nachteile bei Trockenlauf auszugleichen, werden natürlich Werkstoffe benötigt, die einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen und deshalb auch ohne Schmierstoff auskommen.

Die Werkstoffgruppe der Ultrahochmolekularen Polyethylene (Enduflon P) zeichnet sich durch ihre markante Druckstabilität und ihren geringen Verschleiß aus.

Der Einsatz von PTFE-Compounds (Enduflon C) eröffnet ein breites Temperaturspektrum von -200°C bis +260°C) und nahezu universelle chemische Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und Lösemittel.

Aufgrund der geringen Elastizität dieser Press-Sinter-Werkstoffe ist es notwendig, von der O-Ring-Kontur abweichende Geometrien einzusetzen. Je nach Anwendungsfall kann es dabei erforderlich sein, die Nutgeometrie zu verändern, um eine Montage der Dichtung zu ermöglichen.


Dichtsysteme aus PTFE und UHMW-PE sind O-Ringen aus Gummi auf fast allen Ebenen überlegen, erfordern jedoch spezielle Konstruktionen.


Für Kolben- und Stangendichtungen werden meist federunterstützte Nutringe verwendet.

Die elastische Wirkung wird hier durch eine V- oder U-förmige Feder erzielt, die meist aus nicht rostendem Stahl hergestellt ist. Helicoil-Federn werden dann eingesetzt, wenn eine hohe Vorspannung respektive Dichtwirkung erforderlich ist. Vorteilhaft ist bei dieser Dichtungsbauart ist die Selbstverstärkung der Vorspannung bei steigendem Druck.


Federelastische Nutringe werden individuell spanend hergestellt und sind deshalb in fast jedem Durchmesser und jeder Profilstärke auch in kleinen Stückzahlen verfügbar.


A) Druck
B) Stange
C) Federunterstützter Nutring
D) Gehäuse
E) Rastnase
F) V-Feder aus Edelstahl
G) Dichtfläche
H) Federwirkung plus Druckunterstützung

Sind preiswerte Lösungen gefragt, sind sog. Memory-Manschetten beliebt. Hier handelt es sich um einfache Bauarten von Lippendichtungen, die normalerweise umgeformt werden, um den Rückstelleffekt passend für die Anwendung einzustellen. Dabei werden gerne Führungsflächen integriert, was zusätzliche Gleitlager überflüssig macht und Bauraum spart. Je nach Einsatzfall sind verschiedene gestalterische Optionen möglich.


Memory-Manschetten zeichnen sich durch äußerst geringe Reibung und geringe Herstellkosten aus.


A) Druck
B) Stange
C) Memory-Dichtung
D) Gehäuse
E) Rastnase
F) Dichtkante
G) Dichtfläche
H) Federwirkung plus Druckunterstützung

An Ventile, die in der Lackiertechnik oder der Getränkeabfüllung eingesetzt werden, werden hohe Anforderungen gestellt. So werden geringe Reibung und totraumfreie Gestaltung vorausgesetzt. Wünschenswert sind darüber hinaus eine einfache Montage bei größtmöglicher Sicherheit gegen Ersatzteilpiraterie.

Traditionelle O-Ring-Abdichtungen scheiden oft schon aus den genannten technischen Gründen aus. Will man nun eine fortgeschrittene Lösung von federunterstützen Nutringen oder Memorymanschetten noch verbessern, lassen sich alle Funktionen oft in einem Bauteil verschmelzen.

Unterschiedliche Dicht- und Führungsflächen können ebenso integriert werden wie Gewinde, Schlüssel- oder Anschlagflächen. Der individuellen Gestaltung eines Komplettkolbens sind nur durch die spanende Formgebung Grenzen gesetzt.


Ein Komplettkolben aus PTFE oder UHMW-PE stellt das Non-Plus-Ultra einer ausgereiften Kolben- / Stangendichtung dar.


Wie sind Ihre Erfahrungen? Ich freue mich auf zahlreiche Rückmeldungen und Kommentare!

Ihr Stefan Bock

Stefan Bock
Geschäftsführer

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

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