OPIS WYROBU. UWAGA: Zabrania się kopiowania stron bez zgody autora!

Transkrypt

1 OPIS WYROBU NAZWA NR STRONY MECHANIZM USZCZELNIANIA 1 TOLERANCJE WYMIARÓW PODSTAWOWYCH - OZNACZANIE WYROBÓW 2 MATERIAŁY NA USZCZELNIENIA TYPU O-RING 3 PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁOWE 4 DOPUSZCZALNE WADY POWIERZCHNIOWE O-RINGÓW WG PN-90/M O-RINGI STATYCZNE 6 KONSTRUKCJE ORAZ WYMIARY ZABUDÓW STATYCZNYCH 7 O-RINGI DYNAMICZNE 8 KONSTRUKCJE ORAZ WYMIARY ZABUDÓW DYNAMICZNYCH 9 ODKSZTAŁCENIE PRZY ROZCIĄGANIU I ŚCISKANIU O-RINGÓW W ZABUDOWIE 10 DESTRUKCJA SZCZELINOWA O-RINGÓW 11 PIERŚCIENIE OPOROWE 12 MECHANIZM USZCZELNIANIA GAZÓW 13 MONTAŻ USZCZELNIEŃ 14 USZKODZENIA O-RINGÓW - DIAGNOSTYKA ZABUDOWA - DANE TECHNICZNE PIERŚCIENI USZCZELNIAJĄCYCH TYPU X-RING 17 ZALECENIA EKSPLOATACYJNE 18 PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA 19 O-RINGI WSPÓŁPRACUJĄCE Z USZCZELNIENIAMI DYNAMICZNYMI 20 PROCES PRODUKCJI O-RINGÓW 21 KONTROLA O-RINGÓW 22 O-RINGI SPECJALNE W OSŁONKACH Z FEP 23 O-RINGI SPECJALNE Z PTFE 24 SZNURY GUMOWE O PRZEKROJU KOŁOWYM 25 DOBÓR O-RINGÓW DO ISTNIEJĄCYCH ZABUDÓW Kontakt: Wojciech Wróblewski tel.: kontakt@wwprojekt.pl UWAGA: Zabrania się kopiowania stron bez zgody autora! Aktualizacja:

2 1 MECHANIZM USZCZELNIANIA O-ring - posiada kształt torusa tj. kształt koła i przekrój kołowy. Jest jednym z najbardziej znanych i powszechnie stosowanych uszczelnień w technice. Jego działanie opiera się na wykorzystaniu stałego modułu sprężystości materiału elastomerowego, z którego jest wykonany. Umieszczony jest w sztywnej zabudowie, która wywołuje geometryczny zacisk w wyniku różnicy wysokości (szerokości) komory a średnicą przekroju poprzecznego uszczelnienia. Zazwyczaj uszczelnienie jest ściskane tylko w jednym kierunku, za wyjątkiem zabudowy trójkątnej lub w zastosowaniu do uszczelniania próżni. Jednym z odmian tego uszczelnienia jest pierścień o przekroju prostokątnym typu OP. Szerokość styku i naciski stykowe gdzie: h - wysokość zabudowy [mm], Sot - teoretyczna szerokość styku uszczelnienia przy p=0 [mm], So - praktyczna szerokość styku uszczelnienia przy p=0 [mm], Smax - maksymalna szerokość styku [mm], E - moduł elastyczności gumy wg. PN-70/C-04203, c - względny zacisk [%], d - średnica przekroju poprzecznego O-ringa [mm], Somin - minimalna szerokość styku uszczelnienia zapewniająca szczelność pierścienia [mm], Fomin - minimalny nacisk stykowy uszczelnienia zapewniający szczelność pierścienia [MPa]. F - nacisk stykowy przy ciśnieniu p [MPa]

3 2 TOLERANCJE WYMIARÓW PODSTAWOWYCH - OZNACZANIE WYROBÓW Wymiary i tolerancje Sposób wymiarowania O-ringów pokazany jest na poniższym rysunku, a wartości tolerancji średnicy wewnętrznej (podstawowej) oraz średnicy przekroju poprzecznego znajdują się w załączonych tabelach. Tolerance średnicy przekroju poprzecznego Średnica przekroju poprzecznego d [mm] Tolerancje d 1,80 ±0,08 1,80 1d 2,65 ±0,09 2,65 d 3,55 ±0,10 3,55 d 5,30 ±0,13 5,30 d 7,00 ±0,15 7,00 d 8,00 ±0,16 8,00 d 10,00 ±0,18 Oznaczanie: - średnica wewnętrzna D [mm] - średnica przekroju poprzecznego d [mm] - symbol materiału - twardość materiału [ o ShA] - klasa dokładności wykończenia wg. PN-90/M D x d [mm] symbol materiału - twardość [ o ShA] klasa N lub S wg PN-90/M Średnica D [mm] Tolerancja [mm] Tolerance średnicy wewnętrznej (podstawowej) Średnica D [mm] Tolerancja [mm] Średnica D [mm] Tolerancja [mm] Średnica D [mm] Tolerancja [mm] D<2,5 ±0,13 47,5<D<48,7 ±0,45 115<D<118 ±0,97 280<D<290 ±2,14 2,5<D<4,5 ±0,14 48,7<D<50 ±0,46 118<D<122 ±1,00 290<D<300 ±2,21 4,5<D<6,3 ±0,15 50<D<51,5 ±0,47 122<D<125 ±1,03 300<D<307 ±2,25 6,3<D<8,5 ±0,16 51,5<D<53 ±0,48 125<D<128 ±1,05 307<D<315 ±2,30 8,5<D<10 ±0,17 53>D<54,5 ±0,50 128<D<132 ±1,08 315<D<325 ±2,37 10<D<11,2 ±0,18 54,5<D<56 ±0,51 132<D<136 ±1,10 325<D<335 ±2,43 11,2<D<14 ±0,19 56<D<58 ±0,52 136<D<140 ±1,13 335<D<345 ±2,49 14<D<16 ± <D<60 ±0,54 140<D<145 ±1,17 345<D<355 ±2,56 16<D<18 ±0,21 60<D<61,5 ±0,55 145<D<150 ±1,20 355<D<365 ±2,62 18<D<20 ±0,22 61,5<D<63 ±0,56 150<D<155 ±1,24 365<D<375 ±2,68 20<D<21,2 ±0,23 63<D<65 ±0,58 155<D<160 ±1,27 375<D<387 ±2,76 21,2<D<23,6 ±0,24 65<D<67 ±0,59 160<D<165 ±1,31 385<D<400 ±2,84 23,6<D<25 ±0,25 67<D<69 ±0,61 165<D<170 ±1,34 400<D<412 ±2,91 25<D<26,5 ±0,26 69<D<71 ±0,63 170<D<175 ±1,38 412<D<425 ±2,99 26,5<D<28 ±0,28 71<D<73 ±0,64 175<D<180 ±1,41 425<D<437 ±3,07 28<D<30 ±0,29 73<D<75 ±0,66 180<D<185 ±1,44 437<D<450 ±3,15 30<D<31,5 ±0,31 75<D<77,5 ±0,67 185<D<190 ±1,48 450<D<462 ±3,22 31,5<D<32,5 ±0,32 77,5<D<80 ±0,69 190<D<195 ±1,51 462<D<475 ±3,30 32,5<D<33,5 ±0,32 80<D<82,5 ±0,71 195<D<200 ±1,55 475<D<487 ±3,37 33,5<D<34,5 ±0,33 82,5<D<85 ±0,73 200<D<206 ±1,59 487<D<500 ±3,45 34,5<D<35,5 ±0,34 85<D<87,5 ±0,75 206<D<212 ±1,63 500<D<515 ±3,54 35,5<D<36,5 ±0,35 87,5<D<90 ±0,77 212<D<218 ±1,67 515<D<530 ±3,63 36,5<D<37,5 ±0,36 90<D<92,5 ±0,79 218<D<224 ±1,71 530<D<545 ±3,72 37,5<D<38,7 ±0,37 92,5<D<95 ±0,81 224<D<230 ±1,75 545<D<560 ±3,81 38,7<D<40 ±0,38 95<D<97,5 ±0,83 230<D<236 ±1,79 560<D<580 ±3,93 40<D<41,2 ±0,39 97,5<D<100 ±0,84 236<D<243 ±1,83 580<D<600 ±4,05 41,2<D<42,5 ±0,40 100<D<103 ±0,87 243<D<250 ±1,88 600<D<615 ±4,13 42,5<D<43,7 ±0,41 103<D<106 ±0,89 250<D<258 ±1,93 615<D<630 ±4,22 43,7<D<45 ±0,42 106<D<109 ±0,91 258<D<265 ±1,98 630<D<650 ±4,34 45<D<46,2 ±0,43 109<D<112 ±0,93 265<D<272 ±2,02 650<D<670 ±4,46 46,2<D<47,5 ±0,44 112<D<115 ±0,95 272<D<280 ±2,08 - -

4 3 Symbol Temp. [ o C] Twardość Wymagania wg PN-90/M-73092* Odporność na media NBR VMQ FKM EPDM ºShA 70 ºShA 80 ºShA 90 ºShA 60 ºShA 70 ºShA 80 ºShA 70 ºShA 80 ºShA 90 ºShA 70 ºShA 80 ºShA MATERIAŁY NA USZCZELNIENIA TYPU O-RING Materiały gumowe standardowe BHD E34E51 wg PN-83/C-94153/20 BHC wg PN-83/C-94153/20 BHC wg PN-83/C-94153/20 BHC E34E51F12 wg PN-83/C-94153/20 GEE A19B17E36G11N14 wg PN-88/C-94153/72 GEE A19B17E36G11N14 wg PN-88/C-94153/72 GEE A19 wg PN-88/C-94153/72 GKB 7426 wg PN-88/C-94153/77 GKB 8425 wg PN-88/C-94153/77 GKB 9424 wg PN-88/C-94153/77 CAD wg PN-85/C-94153/24 CAD wg PN-85/C-94153/24 -oleje i smary mineralne -oleje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego -węglowodory alifatyczne -niepalne ciecze hydrauliczne typu HSA i HSB -woda do 80 o C -rozcieńczone roztwory kwasów i zasad do +50 o C -oleje i smary mineralne -rozcieńczone roztwory soli -alkohole -warunkowo niepalne ciecze hydrauliczne HSD -woda do +100 o C -oleje i smary mineralne -węglowodory alifatyczne i aromatyczne -niepalne ciecze hydrauliczne typu HSA i HSB - oleje syntetyczne HSC -woda do +100 o C -woda gorąca i para wodna -płyny hamulcowe -niepalne ciecze hydrauliczne typu HSC i HSD -roztwory kwasów i zasad -estry i ketony * szczegółowe wymagania materiałowe na pierścienie typu O-ring zawarte są w odpowiednich arkuszach normy materiałowej PN-88/C Dopuszcza się inne wymagania uzgodnione pomiędzy dostawcą a odbiorcą. Materiały niestandardowe Symbol Nazwa kauczuku bazowego Zakres temperaturowy HNBR Akrylonitrylowy uwodorniony C FFKM Perfluorowy ºC TFE/P (AFLAS) Czterofluoroetylen-propylen ºC FVMQ Fluorosilikonowy C CR Chloroprenowy C AU / EU Uretanowy C SBR Butadienowo-styrenowy C ACM Akrylowy C FEP Propylenowo-etylenowy (fluorowany) C PTFE Policzterofluoroetylen C Normy związane z uszczelnieniami typu O-ring: DIN 3771 O-ringe Fluidtechnik teil 1-5. ISO 3601/3 Fluid system. PN-90/M Pierścienie uszczelniające o przekroju kołowym. Wymagania i badania. PN-90/M Pierścienie uszczelniające o przekroju kołowym w/g ISO - Wymiary i oznaczenia wymiarów. PN-60/M Pierścienie uszczelniające o przekroju kołowym do połączeń ruchowych Wymiary. PN-64/M Pierścienie uszczelniające o przekroju kołowym do połączeń spoczynkowych Wymiary.

5 4 PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁOWE Odkształcenie trwałe przy ściskaniu odnosi się do badania w powietrzu. W mediach pracujących jest ono faktycznie niższe. Odkształcenie trwałe po ściskaniu ma zasadniczy wpływ na skuteczność uszczelniania O- ringów. Wytrzymałość na zerwanie gumy decyduje o wielkości obciążenia uszczelnień w węźle uszczelniającym. Czym wyższa twardość i wytrzymałość na zerwanie, tym mniejsza zdolność uszczelnienia do destrukcji szczelinowej. Wytrzymałość na rozdzieranie ma zasadniczy wpływ na pracę uszczelnień w warunkach dynamicznych. Wydłużenie względne przy zerwaniu ma wpływ na montowalność uszczelnienia przy przejściu przez większe średnice niż średnica wewnętrzna zabudowy.

6 5 DOPUSZCZALNE WADY POWIERZCHNIOWE O-RINGÓW WG PN-90/M Rodzaj wady powierzchniowej Rysunek wady powierzchniowej Wymiar wady powierzchniowej Maksymalny dopuszczalny wymiar wady powierzchniowej [mm] Klasa N Klasa S Średnica przekroju poprzecznego d [mm] d<1,8 1,8 2,65 2,65 3,55 3,55 5,3 d>5,3 d<1,8 1,8 2,65 2,65 3,55 3,55 5,3 d>5,3 A Przesunięcie lub uskok w miejscu podziału formy e 0,08 0,10 0,13 0,15 0,15 0,08 0,08 0,10 0,12 0,13 B Wypływ w miejscu podziału formy f 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,10 0,10 0,13 0,15 0,15 C Zagłębienie w miejscu podziału formy g 0,18 0,27 0,36 0,53 0,70 0,10 0,15 0,20 0,20 0,30 h 0,08 0,08 0,10 0,10 0,13 0,05 0,08 0,10 0,10 0,13 D Ślady po usunięciu wypływek (przeczyszczenia) d d (tolerancja) - Odchyłki kształtu od przekroju kołowego są dopuszczalne, jeśli spłaszczenie przechodzi łagodnie w zaokrąglenie i są zachowane tolerancje średnicy d E F Ślady płynięcia (śladów promieniowych nie dopuszcza się) Wżery i wgniecenia 0,05 x D1) lub 2) 0,03 x D 1 ) lub 2) j 1,5 1,5 6,5 6,5 6,5 1,5 1,5 5,0 5,0 5,0 k 0,08 0,05 l 0,6 0,8 1,0 1,3 1,7 0,15 0,25 0,4 0,63 1,0 m 0,08 0,08 0,10 0,10 0,13 0,08 0,08 0,10 0,10 0,13 G Ciała obce - nie dopuszcza się 1) D średnica wewnętrzna 2) w zależności od tego, która wartość jest większa Ślady płynięcia, wżery, wgniecenia mieszczące się w granicach podanych w tablicy są niedopuszczalne, jeśli: a) jest ich więcej niż trzy na każde 25 mm długości obwodu, b) łączą się ze sobą c) występuje więcej niż trzy wady oddzielone od siebie o odległość mniejszą niż maksymalnie dopuszczalna szerokość wady.

7 6 O-RINGI STATYCZNE O-ringi statyczne pracują w węzłach uszczelniających stycznych w których elementy zabudowy względem siebie pozostają w spoczynku. Węzły uszczelniające statyczne ze względu na budowę dzielą się na: zamknięte rys 1, półotwarte rys 2. Zabudowy półotwarte stosuje się tam gdzie ciśnienie cieczy roboczej działa w jednym kierunku i jest stałe oraz montaż i eksploatacja węzła uszczelniającego nie spowoduje wypadnięcie uszczelnienia z zabudowy, natomiast zabudowy zamknięte stosuje się tam gdzie ciśnienie cieczy roboczej działa w obu kierunkach lub przebieg ciśnienia jest zmienny. Zabudowy statyczne ze względu na kształt dzielą się na: prostokątne rys 3, trapezowe rys 4, trójkątne rys 5, kształtowe rys 6. Zabudowy ze względu na usytuowanie w węźle konstrukcyjnym dzielą się na: promieniowe zewnętrzne rys 7, promieniowe wewnętrzne rys 8, pokrywowowe rys 9, stożkowe rys 10. Ważnymi regułami w projektowaniu węzłów uszczelniających są: utrzymanie stałej przestrzeni w zabudowie zapewniającej stały geometryczny zacisk uszczelnienia rys 11, działania zacisku na uszczelnienia w jednym kierunku (poza zabudowami trójkątnymi i trapezowymi) rys 12a i 12b. Przykłady niewłaściwej zabudowy uszczelnień: obciążanie siłą pochodzącą od montażu zabudowy pierścienia uszczelniającego rys 13, występowanie styku uszczelnienia z podziałem zabudowy rys 14, brak utrzymania wymaganej sztywności elementów zabudowy zapobiegające powstawaniu nadmiernej szczeliny przeciwwyciskowej - występowanie destrukcji szczelinowej rys 15. Charakterystyka konstrukcyjna zabudów. Wyżej wymienione zabudowy mają zastosowanie w węzłach uszczelniających związanych z: rodzajem obciążenia cieczą uszczelnianą, wymaganiami konstrukcyjnymi stawianymi uszczelnieniu, dyspozycyjną przestrzenią konstrukcyjną, możliwościami montażowymi węzła uszczelniającego. Szczegółowa informacja dotycząca zabudów O-ringów statycznych jest zawarta na następnej stronie. Rysunek 3 Rysunek 4 Rysunek 1 Rysunek 2 Rysunek 5 Rysunek 6 Rysunek 7 Rysunek 8 Rysunek 9 Rysunek 10 Rysunek 11 Rysunek 12a Rysunek 12b Rysunek 13 Rysunek 14 Rysunek 15

8 7 KONSTRUKCJE ORAZ WYMIARY ZABUDÓW STATYCZNYCH Wymiary zabudowy statycznej [mm] Wymagania konstrukcyjne dotyczące rowków zabudowy d 1,5 1,78 2,0 2,4 2,62 3 3,53 4,5 G1 1,1 1,3 1,5 1,8 2 2,3 2,75 3,6 B1 1,9 2,3 2,6 3,1 3,4 3,9 4,5 5,8 A 2 2,38 2,7 3,25 3,55 4,1 4,85 6,15 Z 1 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,8 2,3 R 0,3 0,5 d 5 5,33 5,7 6,5 7 7, G1 4 4,3 4,65 5,4 5,85 6,3 7,7 8,65 B1 6,5 6,99 7,4 8,4 9,1 9,7 11,7 13 A 6,85 7,35 7,85 8,95 9,6 10,3 12,4 13,7 Z 2,5 2,7 3 3,3 3,6 3,8 4,3 4,5 R 0,5 1

9 8 O-RINGI DYNAMICZNE Do zastosowań dynamicznych O-ringi są zalecane tylko przy niskich obciążeniach. Ze względu na stosunkowo wysoki nacisk stykowy ograniczone jest zastosowanie O-ringów przy wysokich prędkościach poruszających się względem siebie elementach oraz przy dużych ciśnieniach mediów uszczelniających. Mogą one służyć do: uszczelniania tłoków i tłoczysk oraz nurników poruszających się ruchem posuwisto-zwrotnym, uszczelniania wałków, wrzecion, czopów poruszających się wolnym ruchem wahadłowym, obrotowym, śrubowym lub oscylacyjnym. Stosunkowo wysoką stabilność pracy O-ringa w węzłach dynamicznych gwarantuje, szerokie statyczne oparcie na dwóch prostopadłych ścianach P (cylindrycznej i płaskiej) zabudowy oraz stosunkowo wąski styk uszczelnienia z elementem ruchowym H (rys 1) Siła tarcia uszczelnienia o elementy współpracujące ma zasadniczy wpływ na pracę węzła uszczelniającego. Na tarcie mają wpływ: prędkość (wykres 1), ciśnienie medium Ze względu na zastosowanie O-ringów w węzłach posuwisto-zwrotnych zabudowy dzielimy na: - zabudowy z uszczelnieniem zaciskowym (rys 2): zewnętrznym tłokowym wewnętrznym tłoczyskowym - zabudowy z uszczelnieniem pływającym (rys 3): zewnętrznym tłokowym wewnętrznym - tłoczyskowym Wykres 1 Rysunek 1 przykładowy (wykres 2), rodzaj powierzchni współpracującej, twardość gumy i zacisk uszczelnienia przykładowy (wykres 3), temperatura medium uszczelnianego, rodzaj smarowania i czas pozostawania w czasie spoczynku przykładowy (wykres 4). Wykres 2 Wykres 3 Rysunek 2 Rysunek 3 Różnica między obydwiema zabudowami jest, że zaciskowa tłokowa lub tłoczyskowa posiada kontakt z uszczelnieniem na średnicach cylindrycznych wewnętrznych i zewnętrznych, natomiast w pływającej uszczelka posiada kontakt tylko z powierzchnią cylindryczną ruchową dla tłoka z powierzchnią cylindra, a dla dławnicy z powierzchnią tłoczyska. Węzeł uszczelniający cylindra z O-ringami zaciskowymi tłoka i tłoczyska pokazany jest na rys Rys 4 4, natomiast węzeł uszczelniający cylindra z O- ringami pływajacymi pokazany jest na rys 5. Wykres 4 Rys 5

10 9 KONSTRUKCJE ORAZ WYMIARY ZABUDÓW DYNAMICZNYCH Wymiary zabudowy dynamicznej w ruchu postępowo-zwrotnym [mm] d 1,5 1,78 2,0 2,4 2,62 3 3,53 4,5 5 5,33 5,7 6,5 7 7, G2 1,3 1,5 1,7 2,1 2,3 2,6 3,1 4 4,45 4,7 5,1 5,8 6,3 6,7 8,2 9,1 G3 1,35 1,55 1,8 2,15 2,35 2,75 3,25 4,2 4,65 4,95 5,35 6,1 6,6 7,1 8,5 9,5 B2 1,9 2,3 2,4 2,9 3,1 3,6 4,2 5,4 6 6,4 6,9 7,8 8,4 9 10,8 12 Z 1 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,8 2,3 2,5 2,7 3 3,3 3,6 3,8 4,3 4,5 R 0,3 0,5 0,5 1 Wymagania konstrukcyjne dotyczące rowków zabudowy Wymiary zabudowy dynamicznej ruchu obrotowego [mm] d G4 B3 R1 1,78 1,70 2,0 2,40 2,25 2,6 2,62 2,50 2,8 3,00 2,85 3,2 3,53 3,40 3,7 5,33 5,00 5,8 5,70 5,40 6,1 6,99 6,70 7,5 Wymiary zabudowy dynamicznej pod O-ringi pływające na tłok w pneumatyce [mm] d G5 +0,2 B4 +0,2 1,78 2,1 2,1 1,80 2, ,40 2,7 2,8 2,62 3,0 3,0 2,65 3,0 3,1 3,00 3,4 3,5 3,53 4,0 4,0 3,55 4,0 4, ,0 6,0 5,33 6,0 6,1 5,70 6,4 6,5 6,99 7,9 7,9 7,00 7,9 7,9 0,5 1,0

11 10 ODKSZTAŁCENIE PRZY ROZCIĄGANIU I ŚCISKANIU O-RINGÓW W ZABUDOWIE Metoda wykreślna (f-my Freudenberg) Metoda analityczna W promieniowym węźle uszczelniającym należy: 1/ W zabudowie zewnętrznej - tłokowej stosować zacisk obwodowy (naciąg) uszczelnienia od 1 do 6% dla średnicy wewnętrznej poniżej 50mm i 1 do 8% dla średnicy wewnętrznej uszczelnienia powyżej 50mm 2/ W zabudowie wewnętrznej - tłoczyskowej stosować zacisk obwodowy (ścisk) od 1 do 3% Uwaga: Rozciągnięcie O-ringa o 1% pociąga za sobą w przybliżeniu zmniejszenie (redukcję) średnicy przekroju poprzecznego o 0,5% i ściśnięcie O-ringa o 1% daje zwiększenie średnicy przekroju poprzecznego w przybliżeniu o 0,5%.

12 11 DESTRUKCJA SZCZELINOWA O-RINGÓW Rysunek 1 Rysunek 2 Rysunek 3a Rysunek 3b Destrukcja szczelinowa O-ringów polega na wciskaniu uszczelnienia w szczelinę S powstałą pomiędzy elementami zabudowy 1 i 2 w wyniku występowania luzu montażowego oraz ciśnienia p działającego na uszczelnienie (rys 1). Wielkość szczeliny może być związana z występowaniem luzu montażowego elementów zabudowy uszczelnienia lub występowaniem odkształceń sprężystych zabudowy w wyniku działających sił pochodzących od ciśnienia medium uszczelnianego (rys 2). Działające ciśnienie p na pokrywę złącza kołnierzowego wywołuje odkształcenia sprężyste w złączu śrubowy Q i w konsekwencji pojawienie się szczeliny S w węźle uszczelniającym. Destrukcja szczelinowa zależna jest od: - wielkości i dynamiki ciśnienia medium uszczelnianego, - wielkości szczeliny montażowej, - sztywności elementów zabudowy, - twardości gumy z której wykonany jest O-ring. Destrukcja szczelinowa może występować w węzłach uszczelniających statycznych oraz dynamicznych. W węzłach statycznych jest ona uzależniona od czynników podanych powyżej, natomiast w węzłach dynamicznych dochodzi jeszcze czynnik ruchu, który w wyniku występowania siły tarcia uszczelnienia o element ruchomy zabudowy może powodować zmniejszenie lub zwiększenie zjawiska destrukcji szczelinowej. Dla węzłów uszczelniających dynamicznych gdzie kierunek ruchu uszczelnienia jest zgodny z działaniem ciśnienia (rys 3a), destrukcja szczelinowa jest mniejsza od węzłów uszczelniających gdzie kierunek ruchu uszczelnienia jest odwrotny do działającego ciśnienia - hamowanie (rys 3b) h2>h1 przy s=const. Destrukcja szczelinowa znacznie się uwydatnia przy pulsującym (dynamicznie zmiennym) ciśnieniu działającym na uszczelnienie zwłaszcza z występowaniem zmiennej wysokości szczeliny związanej ze sprężystym odkształceniem elementów zabudowy w wyniku działania tego ciśnienia (rys 4), a wielkość destrukcji rośnie znacznie w przypadku działania ciśnienia pulsującego odwrotnego do kierunku ruchu uszczelnienia. W wyniku destrukcji szczelinowej następuje obwodowe spiralne rozerwanie O-ringa do jego całkowitego zniszczenia i utraty szczelności (rys 5). Metody uniknięcia występowania lub zmniejszenia destrukcji szczelinowej podane są na następnej stronie. Rysunek 4 Węzeł A Węzeł B Rysunek 5

13 12 PIERŚCIENIE OPOROWE Aby zapobiec destrukcji szczelinowej O- ringów należy stosować pierścienie oporowe. Graniczne wymiary szczelin przeciwwyciskowych w zależności od: charakteru pracy, wielkości ciśnienia i twardości gumy zawarte jest na poniższych wykresach. Odmiany konstrukcyjne pierścieni oporowych pokazane są na rysunku obok: 1 - Pierścień oporowy spiralny 2 - Pierścień oporowy przecinany 3 - Pierścień oporowy kształtowy Średnica przekroju pierścienia typu O-ring d [mm] Wymiary przekroju pierścienia oporowego [mm] Warunki ruchowe Wymiary zabudowy O-ringów z pierścieniami oporowymi Wysokość K Warunki spoczynkowe Szerokość S Ruch d1 h9 Średnice rowków zabudowy Spoczynek d1 h9 Wymiary zabudowy [mm] Ruch d4 H9 Spoczynek d4 H9 Szerokość zabudowy Promień b1+0,2 b2+0,2 R 1,50 1,25 1,10 1,0 d2-2,5 d2-2,2 d3+2,5 d3+2,2 3,0 4,0 0,2 1,60 1,30 1,20 1,0 d2-2,6 d2-2,4 d3+2,6 d3+2,4 3,1 4,1 0,2 1,78; 1,80 1,45 1,30 1,4 d2-2,9 d2-2,6 d3+2,9 d3+2,6 3,8 5,2 0,2 2,00 1,65 1,50 1,4 d2-3,3 d2-3,0 d3+3,3 d3+3,0 4,1 5,5 0,2 2,40 2,05 1,80 1,4 d2-4,l d2-3,6 d3+4,1 d3+3,6 4,6 6,0 0,3 2,50 2,15 1,90 1,4 d2-4,3 d2-3,8 d3+4,3 d3+3,8 4,7 6,1 0,3 2,62; 2,65 2,25 2,00 1,4 d2-4,5 d2-4,0 d3+4,5 d3+4,0 5,0 6,4 0,3 3,00 2,60 2,30 1,4 d2-5,2 d2-4,6 d3+5,2 d3+4,6 5,4 6,8 0,3 3,53; 3,55 3,10 2,70 1,4 d2-6,2 d2-5,4 d3+6,2 d3+5,4 6,2 7,6 0,4 4,00 3,50 3,10 1,7 d2-7,0 d2-6,2 d3+7,0 d3+6,2 6,9 8,6 0,4 5,00 4,40 4,00 1,7 d2-8,8 d2-8,0 d3+8,8 d3+8,0 8,3 10,0 0,4 5,33; 5,30 4,70 4,30 1,7 d2-9,4 d2-8,6 d3+9,4 d3+8,6 8,8 10,5 0,4 5,70 5,00 4, d2-10,0 d2-9,2 d3+10,0 d3+9,2 8,9 10,6 0,4 6,00 5,30 4,90 1,7 d2-10,6 d2-9,8 d3+10,6 d3+9,8 9,1 10,8 0,4 7,00 6,10 5,80 2,5 d2-12,2 d2-11,6 d3+12,2 d3+11,6 12,0 14,5 0,6 8,00 7,10 6,70 2,5 d2-14,2 d2-13,4 d3+14,2 d3+13,4 12,3 14,8 0,6 8,40 7,50 7,10 2,5 d2-15,0 d2-14,2 d3+15,0 d3+14,2 12,5 15,0 0,6 Symbol materiału Nazwa materiału Zakres temp. pracy o C PTFE Policzterofluoroetylen POM Poliacetal PA Poliamid AU 92 Poliuretan

14 13 Wszystkie elastomery umożliwiają przenikanie gazów poprzez przejście przez ich strukturę. Przenikanie gazów następuje od strony wyższego ciśnienia do niższego. Tempo przepuszczalności gazów zależy od typu gazu, rodzaju elastomeru, temperatury i różnicy ciśnień. Prędkość przenikania gazów ma istotne znaczenie w przypadku techniki próżniowej oraz uszczelniania gazów technicznych. Mechanizm przenikania gazu przez uszczelnienie pokazany jest na rysunku poniżej. gdzie: Faza 1 Sorpcja - rozpuszczanie gazu w elastomerze Faza 2 Dyfuzja - migracja gazu w głąb elastomeru Faza 3 Desorpcja uchodzenie gazu z elastomeru Obliczanie prędkości przenikania gazów przez uszczelnienie typu O-ring: Prędkość przenikania gazu przez uszczelnienie typu O-ring może zostać obliczone jako średnia prędkość, gdy znana jest jednostkowa przenikliwość elastomeru, temperatura oraz ciśnienie. Przybliżona prędkość przenikania gazu przez uszczelnienie typu O-ring: V = 0,4 x F x D x Dp x Q x (1-S) 2 d - h S = x 100% d MECHANIZM USZCZELNIANIA GAZÓW gdzie: V - prędkość wycieku gazu [cm3/s] F - współczynnik przenikalności gazu przez elastomer wartości w tabeli poniżej, h - wysokość zabudowy [mm] D - średnica wewnętrzna, d - średnica przekr. O-ringa [mm] Dp = P1 P2 - różnica ciśnień [bar], Q - współczynnik korygujący z wykresu poniżej S - zacisk poprzeczny uszczelnienia [%/100%] Zależność współczynnika przenikania od rodzaju elastomeru, rodzaju gazu i temperatury - tabela Rodzaj elastomeru Temp [ o C] Wpływ przepuszczalności gazu przez O-ring w zależności od stopnia natłuszczenia jego powierzchni i zacisku poprzecznego uszczelnienia. Współczynnik przenikalności gazu F * Medium: wodór SBR SBR EPDM EPDM FPM/FKM CR NBR NBR Medium: tlen SBR 25 4 SBR FPM/FKM 30 0,25 FPM/FKM FVMQ CR 30 1 CR NBR 20 0,5 NBR VMQ VMQ Medium: dwutlenek węgla SBR SBR SBR FVMQ CR CR NBR 20 6 PUR/AU VMQ Medium: hel FPM/FKM FPM/FKM FPM/FKM FVMQ FVMQ FVMQ CR 25 7 CR CR NBR 25 8 NBR PUR/AU 25 4 PUR/AU SBR VMQ VMQ VMQ cmxcm 3 * Fx10-8 [ ] cm 2 xsxbar Bibliografia: Parker O-ring Handbook

15 14 MONTAŻ USZCZELNIEŃ Wpływ ostrych krawędzi P na montaż uszczelnień Podstawowe czynności montażu wewnętrznego węzła uszczelniającego Oczyscic Wcisnac Pokryc srodkiem smarujacym Pokrecac Kierunek montazu Naciski obwodowo-montażowe zależne od zacisku względnego, rodzaju i twardości gumy Wydłużenie montażowe W < Er W - wydłużenie uszczelnienia podczas przesuwania po średnicy Dw, Er - wydłużenie względne materiału gumowego przy zerwaniu, NBR; EPDM; FKM - Wmax = 200%, VMQ - Wmax = 150% Środki smarujące Należy w montażu stosować środki smarujące odpowiednie do rodzaju gumy użytej do wykonania uszczelnień. NBR, FKM, VMQ - stosować smary na bazie ropopochodnych np. wazelinę techniczną, smar stały. EPDM, CR - stosować mydliny wodne, środki detergentowe lub glicerynę. Stosowanie zabezpieczeń podczas montażu Siły montażowe P2 > P1

16 15 USZKODZENIA O-RINGÓW - DIAGNOSTYKA Nazwa uszkodzenia Opis uszkodzenia Czynniki wpływające na uszkodzenie Sposoby naprawy Obraz uszkodzenia Destrukcja szczelinowa O-ring posiada poszarpane krawędzie na obwodzie od strony niskiego ciśnienia. Nadmierne szczeliny w zabudowie. Wysokie ciśnienie. Niska twardość gumy. Ostre krawędzie oraz niewłaściwe rozmiary rowka zabudowy. Zmniejszenie szczelin w zabudowie. Wyższa twardość gumy. Właściwa konstrukcja rowka. Zastosowanie pierścieni oporowych. Nadmierne ściśnięcie O-ring posiada równoległe płaskie powierzchnie (odpowiadające obszarom styku) oraz obwodowe pęknięcia w granicach spłaszczo nych powierzchni. Niewłaściwie zaprojektowana i wykonana zabudowa zbyt duży zacisk poprzeczny uszczelnienia lub działanie chemiczne i termiczne powodujące przyrost objętości uszczelnienia Projekt węzła uszczelniającego powinien uwzględnić parametry pracy oraz środowisko chemiczne. Uszkodzenie spiralne Degradacja chemiczna Degradacja termiczna Szybka dekompresja efekt Diesla O-ring na powierzchni obwodu posiada spiralne wycięcia. O-ring posiada na powierzchni pęcherze, pory, wgłębienia (ubytki) albo odbarwienia. W niektórych przypadkach, degradacja jest dostrzegalna tylko przez pomiar własności fizycznych. O-ring posiada promieniowe pęknięcia w miejscu występowania wysokiej temperatury. Pewne elastomery mogą posiadać oznaki zmiękczenia lub stwardnienia powierzchni jako rezultatu nadmiernej temperatury. Na powierzchni O-ringa pokazują się pęcherze, wgłębienia. Zaabsorbowany gaz pod wysokim ciśnieniem gwałtownie wypływa z gumy w wyniku dekompresji powodując uszkodzenia powierzchni uszczelnienia. Niewłaściwy montaż. Zbyt niska prędkość ruchu posuwisto-zwrotnego. Niska twardość gumy. Nieregularne wykończenie zbyt duża wypływka w miejscu podziału formy. Nadmierna szerokość zabudowy. Za wysoka chropowatość powierzchni komory zabudowy. Nieodpowiednie smarowanie. Brak odporności chemicznej i termicznej gumy na medium uszczelniane Nadmierna temperatura czynnika uszczelnianego lub za wysoka prędkość przesuwu współpracującej powierzchni zabudowy. Szybko zmieniające się ciśnienie. Zbyt niska twardość gumy. Poprawne procedury montażu. Podwyższenie twardości gumy. Poprawne wykończenie pierścienia. Zmniejszenie chropowatości powierzchni zabudowy. Smarowanie pierścienia podczas montażu. Dobór bardziej chemicznie opornego elastomeru. Wybór elastomeru z wyższą odpornością cieplną. Ocena możliwości chłodzenia uszczelnianych powierzchni. Zwiększenie twardości gumy. Zmniejszenie prędkości spadku ciśnienia.

17 16 USZKODZENIA O-RINGÓW - DIAGNOSTYKA CD Nazwa uszkodzenia Opis uszkodzenia Czynniki wpływające na uszkodzenie Sposoby naprawy Obraz uszkodzenia Erozja Na powierzchni O-ringa pojawiają się odbarwienia, jak również uszkodzenia mechaniczne w określonych jej obszarach. Chemiczna reaktywność medium uszczelnianego. Bombardowanie strumieniowe przez medium uszczelniane powierzchni O-ringa. Niewłaściwy projekt węzła uszczelniającego. Elastomer zgodny z czynnikiem uszczelnianym. Osłonić uszczelnienie przed bezpośrednim silnym strumieniem czynnika uszczelnianego. Zanieczyszczenia powierzchni Na powierzchni i w głębi materiału O-ringa występują obce drobiny pochodzące z zanieczyszczeń występujących w medium uszczelnianym lub w samym uszczelnieniu. Zanieczyszczenia stałe występujące w medium uszczelnianym lub w mieszance gumowej. Należy ograniczyć poziom zanieczyszczeń w medium uszczelnianym oraz zaostrzyć reżim produkcyjny uszczelnień. Ścieranie O-ring posiada płaszczyznę równoległą do kierunku ruchu elementu współpracującego, na której mogą znajdować się pojedyncze cząstki pochodzące ze zużycia materiału. Szorstka powierzchnia O-ringa lub elementów zabudowy. Nadmierna temperatura. Ciecz uszczelniana zawierająca ścierne cząstki. Dynamiczny ruch. Poprawa wykończenia uszczelnienia. Zwiększenia gładkości elementów współpracujących. Odkształcenie trwałe po ściskaniu O-ring posiada płaskie powierzchnie prostopadłe do kierunku ściskania. Nadmierny zacisk. Nadmierna temperatura. Niezupełnie zwulkanizowana guma. Za wysokie odkształcenie trwałe po ściskaniu. Nadmierny przyrost objętości O-ringa. Niskie odkształcenie trwałe po ściskaniu gumy. Właściwy zacisk. Poprawnie dobrana guma do środowiska pracy. Odgazowanie ekstrakcja Wada ta jest trudna do określenia. Towarzyszy jej niekiedy zmniejszenie wymiarów uszczelnienia. Nieodgazowany elastomer w procesie wulkanizacji. Wysoki poziom próżni w węźle uszczelniającym. Niska twardość elastomeru. Unikać niskich twardości elastomeru. Właściwie przeprowadzona wulkanizacja. Błędy montażu Na powierzchni O-ringa występują przecięcia lub wycięcia materiału. Występowanie ostrych krawędzi w zabudowie uszczelnienia. Niewłaściwie dobrane rozmiary O-ringa. Niska twardość gumy. Usnąć ostre krawędzie w zabudowie uszczelnienia. Właściwie dobrane rozmiary O-ringa. Podwyższenie twardości gumy. Degradacja ozonowa (korozja ozonowa) Objawia się przez małe pęknięcia powierzchniowe prostopadłe do kierunku nacisku. Dotyczy O-ringów wystawianych na działanie ozonu lub innych czynników reaktywnych znajdujących się w powietrzu albo promieniowania ultrafioletowego UV. Nadmierny naciąg obwodowy uszczelnienia >5% Dobór elastomeru odpornego na ozon i UV. Stosowanie osłony woskowej. Zmiana projektu mającego na celu uniknięcie szkodliwego wystawienia uszczelnienia na działanie ozonu. Zmniejszenie naciągu obwodowego pierścienia <5%

18 17 ZABUDOWA - DANE TECHNICZNE Zabudowa Oznaczanie: D x w - symbol materiału - twardość [ºShA] Wysokość Szerokość W [mm] Głębokość rowka Zastosowanie dynamiczne E1 Zastosowanie statyczne E2 Wymiary zabudowy Wymiary rowka [mm] Bez pierścieni oporowych F+0,2 Szerokość rowka Jeden pierścień oporowy F1+0,2 Dwa pierścienie oporowe F2+0,2 Promień Rmax [mm] Szczelina Smax [mm] 1,02+0,08 0,8+0,025 0,75+0,025 1, ,10 0,05 1,27+0,08 1,0+0,025 0,9+0,025 1, ,15 0,05 1,52+0,08 1,3+0,025 1,2+0,025 1, ,25 0,08 1,50+0,08 1,3+0,025 1,2+0,025 1,7 2,6 3,5 0,25 0,08 1,78+0,08 1,55+0,025 1,4+0,025 2,0 3,5 5,0 0,25 0,10 2,62+0,08 2,35+0,025 2,25+0,025 3,0 4,4 5,8 0,40 0,15 3,53+0,10 3,25+0,025 3,0+0,025 4,0 5,4 6,8 0,40 0,15 5,33+0,13 4,95+0,05 4,75+0,05 6,0 7,8 9,5 0,60 0,20 7,00+0,15 6,50+0,05 6,2+0,05 8,0 10,5 13,0 0,60 0,20 Symbol gumy Pierścień uszczelniający typu X-ring jest uszczelnieniem o kształcie kołowym i przekroju składającego się z czterech wyokrąglonych symetrycznych naroży, między którymi występują jednakowe łukowe wybrania. Jest uszczelnieniem zaciskowym z dodatkowym doszczelnieniem ciśnieniowym wynikającym z kształtu, który posiada głównie z powodu istnienia elementów wargowych, co powoduje korzystniejszy niż w O-ringach rozkład naprężeń stykowych. Całkowicie symetryczny układ warg rozmieszczonych w osiach przekątnych kwadratu powoduje to, że uszczelnienie jest dwustronnego działania oraz posiada znacznie wyższą stabilność w stosunku do O-ringów. Korzystny rozkład naprężeń oraz występujące ciągłe smarowanie w przestrzeni międzywargowej umożliwia stosowanie uszczelnień w warunkach wysokich obciążeń dynamicznych (skoki, piki ciśnienia mediów uszczelnianych). Twardość [ºShA] Nazwa gumy Temperatura pracy [ºC] NBR 70 nitrylowa od -30 do +100 FKM 70 fluorowa od -20 do +200 EPDM 70 etylenowo-propylenowa od -40 do +140 VMQ 70 silikonowa od -50 do +200 Rodzaj pracy (ruchu) Statyczny lub posuwistozwrotny Oscylacyjnoobrotowy Techniczne dane Ciśnienie pracy [MPa] Prędkość względnego przesuwu [m/s] max 40 max 0,5 max 1 Materiały max 2,0 obrotowy Zalecenia Powyżej 10 MPa stosować pierścienie oporowe -

19 18 ZALECENIA EKSPLOATACYJNE Właściwości Rodzaj pracy (ruchu) spoczynkowy posuwisto-zwrotny obrotowy i oscylacyjny Zmiany objętości gumy -5%<ΔV<20% 0%<ΔV<10% 0%<ΔV<3% Zacisk względny C 15%<C<40% hydraulika 10%<C<15% pneumatyka 3%<C<6% Ciśnienie x prędkość - wg. wykresu 3%<C<7% max 4 m/s bez ciśnienia twardość gumy min 80ºShA Odkształcenie trwałe Ect<40% Ect<20% Ect<10% Zależność prędkości i ciśnienia dla uszczelnień typu O-ring w hydraulice i pneumatyce dla ruchu posuwisto-zwrotnego Poza pierścieniami uszczelniającymi typu O-ring, używa się również pierścieni typu X i o przekroju prostokątnym. Pierścienie o przekroju prostokątnym (OP) w typowym zastosowaniu, są najczęściej zabudowane w rowku zewnętrznym z zaciskiem obwodowym kilku procent, natomiast zacisk poprzeczny waha się w granicach 12 do 15%. Średnie naciski stykowe są większe w porównaniu do pierścieni typu O i OX. Pierścienie typu OP wykazują większą skłonność do wchodzenia w szczelinę i są przewidywane do pracy przy ciśnieniach niższych niż pierścienie typu O. Pierścienie typu OX mają kształt mieszczący się w obrysie kwadratu. Zalecane zaciski montażowe są mniejsze od stosowanych dla pierścieni typu O. Pierścienie typu OX są stosowane głównie w warunkach obciążeń dynamicznych, charakteryzują się mniejszymi w porównaniu z pierścieniami O oporami tarcia szczególnie przy rozruchu. Niektórzy producenci zalecają stosowanie pierścieni typu OX podwójnie co przyczynia się do obciążeń jednostronnych, a tym samym do przedłużenia trwałości uszczelnienia. Porównanie zacisków poprzecznych pierścieni uszczelniających typu O-ring i X-ring Pierścienie typu OX wykazują znacznie większą stabilizację w zabudowie w warunkach dynamicznych. Pierścienie typu O podczas względnego ruchu wykazują skłonności do obrotu co powoduje ich szybsze zużycie..

20 19 Zawór kulowy PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA Zawór zwrotny Zawór różnicowy Uszczelnienie czołowe Zawór zabezpieczający pompę

21 20 O-RINGI WSPÓŁPRACUJĄCE Z USZCZELNIENIAMI DYNAMICZNYMI Z uwagi na małe gabaryty węzłów opartych na uszczelnieniach typu O-ring, wykorzystuje się je do współpracy z uszczelnieniami innego typu najczęściej dynamicznymi w charakterze elementów wspomagających lub spełniających oddzielną funkcję. Wspomaganie uszczelnień głównie polega na spełnieniu funkcji pierścienia podporowego w kierunku promieniowym lub osiowym, wykorzystując doskonałe własności sprężyste O- ringów w obu tych kierunkach. Szczególnie dobrą współpracę dają połączenia O-ringów z elementami dynamicznymi wykonanymi z kompozytów z PTFE lub z innych tworzyw wykazujące doskonałe własności ślizgowe. W tych przypadkach pierścień typu O-ring spełnia rolę elementu podporowego oraz funkcję uszczelnienia statycznego mając bezpośredni kontakt z elementami zabudowy. Na poniższych rysunkach pokazano przykładowe węzły z pierścieniami typu O-ring oraz kierunki działania zacisków, natomiast w tabeli przykładowe zastosowania. Lp. Szkic Opis Uszczelnienie tłoka składa się z O-ringa podporowego poz. 1 zapewniający zacisk poprzeczny (pracuje statycznie), pierścienia uszczelniającego poz. 2 (PTFE). Pierścienia doszczelniającego, zwiększającego szczelność statyczną pierścienia z PTFE - typu OX poz 3. Całość ograniczona jest w zabudowie rowkowej tłoka poz. 5 i rury cylindra poz. 4. Zespół uszczelniający tłoka z pierścieniem uszczelniającym typu O (pracującym dynamicznie) poz. 1, ograniczonego dwoma pierścieniami oporowymi poz. 2 oraz rowkiem tłoka poz. 3 i ścianką cylindra poz. 4. Pierścień uszczelniający wargowy tłoka poz 2, z pierścieniem podporowym typu O-ring poz. 1 zwiększającego skuteczność uszczelniania w zakresie niskich ciśnień. Zabudowany w rowku tłoka poz. 3 i współpracujący z rurą cylindra poz Uszczelnienie tłoczyska składa się z O-ringa podporowego poz. 1 zapewniający zacisk poprzeczny (pracuje statycznie), pierścienia uszczelniającego poz. 2 (PTFE). Całość ograniczona jest w zabudowie rowkowej dławnicy poz. 3 i tłoczyska poz. 4. Pakiet tkaninowo-gumowy tłoczyska poz. 2 z kompensacją wzdłużną opartą na pierścieniu typu O poz. 1. Całość osadzona w dławnicy poz. 3 i współpracująca dynamicznie z tłoczyskiem poz. 4. Pierścień uszczelniający wargowy tłoczyska poz 2, z pierścieniem podporowym typu O-ring poz. 1 zwiększającego skuteczność uszczelniania w zakresie niskich ciśnień. Zabudowany w rowku dławnicy poz. 3 i współpracujący z prętem tłoczyska poz. 4. Pierścień zgarniający tłoczyska składa się z O-ringa podporowego poz. 1 zapewniający zacisk poprzeczny (pracuje statycznie), pierścienia zgarniającego poz. 2 (PTFE). Całość ograniczona jest w zabudowie rowkowej dławnicy poz. 3 i tłoczyska poz. 4. Uszczelnienie obrotowe wewnętrzne składa się z O-ringa podporowego poz. 1 zapewniający zacisk poprzeczny (pracuje statycznie), pierścienia uszczelniającego poz. 2 (PTFE). Całość ograniczona jest w zabudowie rowkowej wewnętrznej poz. 3 i pręta obrotowego poz. 4. Uszczelnienie obrotowe wargowe z PTFE poz. 3 osadzone w gnieździe poz. 2 i uszczelnione na zewnątrz statycznie za pomocą pierścienia typu O poz. 1. Uszczelnienie obrotowe czołowe (mechaniczne) z pierścieniami twardymi poz 3 i 5 uszczelnionymi statycznie na wałku poz. 4 za pomocą O-ringa poz. 1 i w obudowie pompy poz 6 za pomocą O- ringa poz. 2.

22 21 PROCES PRODUKCJI O-RINGÓW Rysunek 1 Rysunek 2 Rysunek 3 Proces produkcji O-ringów składa się zasadniczo z następujących etapów: 1/ Wykonanie mieszanki gumowej 2/ Wykonanie półfabrykatu gumowego (zależnie od metody produkcji) 3/ Formowanie - wulkanizacja 4/ Wykańczanie wyrobu 5/ Kontrola wyrobu gotowego Mieszankę gumową wykonuje się w mieszalnikach komorowych (mikserach) lub na walcach frykcyjnych. Wykonana mieszanka podlega odbiorowi technicznemu na zgodność z wymaganymi własnościami fizyko-mechanicznymi. W zależności od metody formowania wyrobu dalszy proces produkcji jest następujący: a/ prasowanie - rys 1 b/ prasowtrysk - rys 2 c/ wtrysk do zamkniętej formy - rys 3 Przyjęcie powyższych metod do procesu produkcji jest uwarunkowane: wielkością serii produkcyjnej oraz stosowaną technologią produkcji O-ringów. Metoda prasowania najczęściej stosowana jest dla mało i średnioseryjnej produkcji oraz mniej odpowiedzialnych wyrobów. Prasowtrysk oraz wtrysk O-ringów stosuje się dla produkcji wielkoseryjnej oraz wyrobów o wysokich wymaganiach technicznych. Prasowtrysk stosuje się dla O-ringów do 4mm średnicy przekroju poprzecznego. Wykańczanie wyrobu sprowadza się do usunięcia wypływek gumowych oraz zaczyszczenia powierzchni po ich usunięciu. Odbywa się to w specjalnych urządzeniach bębnowych obrotowych (rys 4) ze schłodzeniem uszczelnień do temperatury poniżej ich kruchości. Dodane ścierniwo (odpowiednio dobrane kształtki ceramiczne) wypolerowuje miejsca po usunięciu wypływek. Kontrola wyrobu sprowadza się do: - sprawdzenia wymiarów średnicy wewnętrznej oraz przekroju poprzecznego - oceny stanu powierzchni Szczegółowy opis zamieszczony jest na następnej stronie. Rysunek 4

23 22 KONTROLA O-RINGÓW Kontrola O-ringów odbywa się na każdym etapie procesu technologicznego: tj. wykonania mieszanki gumowej, wulkanizacji formowania wyrobu, wykańczania powierzchni. Na jakość uszczelnień typu O-ring mają znaczny wpływ parametry fizyko-mechaniczne gumy, z której są wykonane. Ponadto istotne są osiągane wymiary podstawowe jak i też stan wykończenia powierzchni uszczelnień. Wśród parametrów fizyko-mechanicznych w standardowych wykonaniach O-ringów ważnymi są: a/ twardość (rys 1) b/ wytrzymałość na zerwanie, c/ wydłużenie względne przy zerwaniu, d/ odkształcenie trwałe po ściskaniu. Powyższe parametry podlegają odbiorowi każdej partii wykonania mieszanki gumowej. Badania kontrolne odbywają się na próbkach gumowych wykonanych w postaci koreczków (pkt. a i d) oraz wiosełek (pkt. b i c) i mają na celu sprawdzenie poprawności wymieszania składników mieszanki gumowej w procesie jej wykonania, a mających wpływ na: osiąganie wymaganego modułu sprężystości gumy w warunkach założonych parametrów wulkanizacji (pkt. a), utrzymywanie modułu sprężystości w warunkach 25% wymuszonego odkształcenia próbki w temperaturze górnej granicznej dla danej gumy w powietrzu (pkt. d), montowalność uszczelnienia warunkach granicznego rozciągnięcia (pkt. b i c) Wśród parametrów fizyko-mechanicznych kontrolowanych na wyrobie gotowym są: twardość O-ringa (mikrotwardość rys. 2), Rysunek 1 Rysunek 2 gdzie: H twardość gumy mierzona na próbkach w ShA Hmicro mikrotwardość mierzona na O-ringu w IRHD FK średnica końcówki pomiarowe mikrotwardościomierza (0,4mm) d średnica przekroju poprzecznego O-ringa [mm] Y współczynnik korekcyjny w niektórych przypadkach wytrzymałość i wydłużenie względne wyrobu. Powyższe badania mają za zadanie określenie poprawności wykonania procesu wulkanizacji i wykonywane są na próbkach statystycznych. Kontrola wymiarów i ocena wykonania sprowadza się do: e/ sprawdzenia zgodności wymiarowej: średnicy wewnętrznej D - stożki pomiarowe (rys 3), średnicy przekroju poprzecznego d - grubościomierz talerzowy (rys 4), błędy kołowości przekroju poprzecznego badanie przeprowadza się na wyciętych próbkach w mikroskopach ekranowych przy powiększeniu x50 (rys 5), f/ klasy wykonania na zgodność z obowiązującymi normami lub uzgodnieniami a obejmującymi dopuszczalne wady powierzchniowe. Kontrola (wg pkt e i f) przeprowadzana jest na próbkach statystycznych, przy założonym poziomie kontroli. Rysunek 3 Rysunek 4 Rysunek 5 Zależność mikrotwardości mierzonej na O-ringach w stosunku twardości ShA na próbkach określają poniższe wzory:

24 23 O-RINGI SPECJALNE W OSŁONKACH Z FEP W ekstremalnych warunkach pracy (temperatura, agresywne media uszczelniane) wymagane jest stosowanie specjalnych uszczelnień typu O-ring, cechujących się specjalną dwuelementową konstrukcją lub z zastosowaniem pojedynczego litego materiału o wysokich parametrach odporności temperaturowej i chemicznej na media agresywne. Należą do nich O-ringi elastomerowe z osłonką FEP (rys 1) lub lite O-ringi z PTFE (rys 2). Rysunek 1 Rysunek 2 Budowa i przeznaczenie O-ringi z FEP składają się z elastomerowego pierścienia wewnętrznego zapewnijącego utrzymanie wymaganej spręzystosci wewnętrznej otoczonego bezszwową szczelną koszulką z FEP zapewniającą wymaganą odporność chemiczną na media uszczelniane. Rysunek 3 Odmiany konstrukcyjne i materiały Ze względu na kształt występują uszczelnienia z FEP o przekroju kołowym z rdzeniem pełnym oraz z rdzeniem rurkowym rys 3. Ponadto w specjalnych wykonaniu np. o przekroju prostokątnym lub o innym wykonanych na specjalne zamówienie. Materiał rdzenia stanowi elastomer fluorowy FKM o odporności temperaturowej od -20 do +200 o C lub silikonowy o odporności temperaturowej od -60 do +200 o C. Osłonka FEP - jest skrótową nazwą tetrafluoroetylenu-heksafluoropropylenu. Tworzywo to ma własności zbliżone do policzterofluoroetylenu (PTFE). Również odznacza się bardzo wysoką odpornością chemiczną i dobrą odpornością na zużycie i ścieranie. W przeciwieństwie do PTFE - FEP jest termoplastycznie formowane - dzięki temu można wykonywać elastyczne półprodukty. Dane techniczne: ciśnienie robocze: do 25 MPa temperatura media uszczelniającego: -20 C lub - 60 C do +200 C (w zależności od rodzaju elastomeru)* medium uszczelniane: praktycznie wszystkie ciecze, chemikalia i gazy za wyjątkiem ciekłych metali alkalicznych (sód, potas, lit) oraz niektórych związków fluoru. Uszczelnianie gazów - jeśli O-ring z FEP ma być zastosowany do uszczelniania gazów, należy uwzględnić ich stopień przenikalności. W takim przypadku materiał, z którego wykonany jest pierścień wewnętrzny musi również odznaczać się dobrą odpornością na uszczelniane medium. Przenikalność zależy od wielkości powierzchni będącej w kontakcie z medium, temperatury, ciśnienia roboczego i grubości koszulki FEP - wykres 1 i 2. Grubość koszulki FEP jest podana w tabeli 1 *Elastomer fluorowy (FKM), zakres temperatur -20 C do +200 C *Elastomer silikonowy (VMQ), zakres temperatur: -60 C do +200 C Wymiary i tolerancje Wymiary i toleranacje zawarte są w tabelach 2 i 3 Tab 1 Przekrój Grubość osłonki Tab 2 poprzeczny d FEP- W [mm] 1,78 1,80 0,20 2,62 2,65 0,30 3,53 3,55 0,38 5,33 5,30 0,50 7,00 0,50 Średnica D [mm] Tolerancja D < 7,64-7,64 < D 30,00 ± 0,25 30,00 < D 130,00 ± 0,38 130,00 < D 170,00 ± 0,51 170,00 < D 380,00 ±0,64 380,00 < D 650,00 ± 0,76 650,00 < D 1000,00 ± 1,52 Tab 3 d Tolerancja D minimum 1,60 [mm] 7,60 1,78 7,64 2,00 8,00 2,40 ±0,10 9,30 2,50 10,00 2,62 9,19 2,80 10,50 3,00 10,00 3,10 10,00 3,20 ±0,13 12,00 3,53 12,00 3,75 12,00 4,00 12,00 4,20 15,00 4,50 15,00 4,70 18,00 ±0,25 5,00 18,00 5,33 18,42 5,50 30,00 5,70 30,00 6,00 30,00 6,30 41,00 6,50 ±0,38 41,00 7,00 41,00 7,50 101,60 Wykres 1 Wykres 2 Wskazówki konstrukcyjne i montażowe O-ringi w koszulkach z FEP są w pełni wymienne ze standardowymi O-ringami. Dostosowywanie rozmiarów rowków nie jest potrzebne. Osłonka z FEP charakteryzuje się stosunkowo cienkimi ściankami patrz tabela 1. O-ringi w koszulce z FEP nie są jednak tak elastyczne jak zwykłe O-ringi elastomerowe. Mają ograniczoną rozciągliwość i są bardziej podatne na trwałe odkształcenia. Aby uniknąć większego niż dopuszczalne rozciągnięcia O-ringa w koszulce z FEP podczas montażu, zaleca się ich zabudowę w rowkach dzielonych, zwłaszcza w przypadku uszczelniania zewnętrznego. Wszystkie ogólne wskazówki odnośnie warunków zabudowy i wykończenia powierzchni dotyczące O-ringów elastomerowych odnoszą się również do O-ringów w koszulce z FEP. Przy wyższych ciśnieniach powinno się stosować dodatkowe wklęsłe pierścienie oporowe. Do O-ringów w koszulce z FEP odnoszą się te same wskazówki montażowe, co do standardowych O-ringów, należy jednak pamiętać, że O-ringi w koszulce z FEP są rozciągliwe w ograniczonym tylko stopniu. Jeżeli ze względów konstrukcyjnych zastosowanie dzielonego rowka do zabudowy nie jest możliwe, należy podczas montażu korzystać z narzędzi pomocniczych oraz przed czynnościami montażowymi rozgrzać O-ringi w wodzie do temperatury około 80 o C. Przy uszczelnianiu wewnętrznym (np. tłoczyska) O-ringi w koszulkach z FEP w miarę zwiększania się średnicy dają się montować bez użycia narzędzi pomocniczych. W żadnym wypadku nie należy montować O-ringa w rowku na siłę, (np. przez załamanie), gdyż można uszkodzić osłonkę FEP przez co utracić własności uszczelniające. Bibliografia: Katalog O-ringów firmy TRELLEBORG

25 24 O-RINGI SPECJALNE Z PTFE O-ringi z PTFE posiadają podobny kształt jak wykonane z elastomerów i charakteryzują je dwa wymiary: średnica wewnętrzna oraz średnica przekroju poprzecznego (rys 1). O-ringi te wykonywane są na drodze obróbki skrawaniem na specjalistycznych maszynach z gotowych półfabrykatów walcowych lub tulejowych wykonanych z PTFE. Półfabrykaty z PTFE są otrzymywane na drodze termicznego spiekania odpowiednich komponentów proszkowych na drodze tłoczenia ciągłego w wytłaczarkach lub formowania w specjalnych formach na prasach, a następnie sezonowania (żelowania). Materiał ten cechuje się wysokim modułem sprężystości i bardzo niską rozciągliwością oraz ściśliwością w zakresie sprężystym. Właściwości te ograniczają w istotnym zakresie konstrukcje węzłów uszczelniających, w których są stosowane przedmiotowe O-ringi. Dane techniczne: Ciśnienie robocze: max 40 MPa, Temperatura: -200ºC do + 260ºC, Stopień absorpcji wody <0,01%, Odporność na media praktycznie wszystkie ciecze, chemikalia i gazy za wyjątkiem stopionych metali alkalicznych oraz haloge nów a szczególnie fluorowodoru, Charakter pracy: statyczny. Zastosowanie: O-ringi z PTFE stosowane są tam gdzie odporność termiczna i chemiczna elastomerów jest nie wystarczająca. Stosuje się przede wszystkim w przemyśle chemicznym, spożywczym, technologiach medycznych i farmaceutycznych. Mają zastosowanie w węzłach statycznych w połączeniach kołnierzowych lub pokrywowych. Sporadycznie stosowane są w węzłach statycznych osiowo-promieniowych Rysunek 3 Rysunek 1 Węzeł uszczelniający warunkowy Zalecenia konstrukcyjno-montażowe: Należy stosować uszczelnienia typu O-ring z PTFE w węzłach uszczelniających statycznych. dla zabudów pokrywowych i kołnierzowych (rys 2, tab. 1) stosować geometryczne zaciski poprzeczne w granicach 10%. Dla węzłów uszczelniających promieniowo-osiowych (rys 3, rys 4) stosować zabudowy dzielone lub półotwarte oraz zaciski w granicach 10 do 20 % w zależności od średnicy d. W zabudowach należy stosować jak najmniejsze szczeliny, ponieważ PTFE pod wpływem ciśnienia medium uszczelnianego ma dużą skłonność do nieodwracalnej destrukcji szczelinowej. Podczas montażu należy unikać trwałego odkształcenia średnicowego pierścieni, natomiast tam gdzie jest to niemożliwe stosować specjalistyczne narzędzia montażowe (tuleje stożkowe oraz kalibratory). Przed ewentualnym rozciągnięciem pierścienia zaleca się jego podgrzanie w wodzie do temperatury około 80ºC, a następnie przystąpić do jego montażu. Rysunek 4 Rysunek 2 Tablica 1 Przekrój poprzeczny d Wymiary rowka Głębokość rowka h +0,05 [mm] Szerokość rowka b +0,1 Promień R1 1,50 1,30 1,7 0,2 1,60 1,40 1,8 0,3 1,78 1,80 1,60 2,0 0,4 2,00 1,80 2,2 0, ,15 2,6 0,5 2,50 2,25 2,8 0,5 2,62 2,65 2,35 2,9 0,6 3,00 2,70 3,3 0,8 3,53 3,55 3,15 3,9 1,0 4,00 3,60 4,4 1,0 5,00 4,50 5,5 1,0 5,33 5,30 4,80 5,9 1,2 5,70 5,10 6,3 1,2 6,00 5,60 6,6 1,2 7,00 6,30 7,7 1,5 8,00 7,20 8,8 1,5 8,40 7,55 9,2 2,0

26 25 SZNURY GUMOWE O PRZEKROJU KOŁOWYM Wstęp Sznury gumowe o przekroju kołowym są wykonywane w technologii bezciśnieniowej ciągłej wulkanizacji. Proces produkcji ten polega na przetłaczaniu surowej gumy (mieszanki gumowej) przez specjalne dysze na wytłaczarkach ślimakowych, a następnie ciągłej wulkanizacji w urządzeniach tunelowych podgrzewanych: gorącym powietrzem, solami stopionymi lub mikrofalami. (rys 1) Rysunek 1 Zastosowanie Sznury te stanowią alternatywę dla pierścieni typu O-ring w ograniczonym zakresie głównie do węzłów uszczelniających statycznych. Zasady zabudowy tych uszczelnień są identyczne jak uszczelnień typu O-ring. Przed montażem w zabudowie sznura gumowego należy dokonać jego trwałego połączenia. Wymiary i tolerancje Podstawowe wymiary i tolerancje sznurów tłoczonych nie obrabianych zawarte są w tabeli 1, wykonanie w klasie E1 lub E2 według DIN ISO w zależności od rodzaju elastomeru. Tabela 1 Zakres wymiarowy średnicy sznura d [mm] Klasa dokładności wykonania / tolerancja wg DIN ISO klasa E1 [±mm] klasa E2 [±mm] klasa E3 [±mm] ponad 0,0 1,5 0,15 0,25 0,40 ponad 1,5 2,5 0,20 0,35 0,50 ponad 2,5 4,0 0,25 0,40 0,70 ponad 4,0 6,3 0,35 0,50 0,80 ponad 6,3 10,0 0,40 0,70 1,00 ponad 10,0 16,0 0,50 0,80 1,30 ponad 16,0 25,0 0,70 1,00 1,60 ponad 25,0 40,0 0,80 1,30 2,00 ponad 40,0 63,0 1,00 1,60 2,50 ponad 63,0 100,0 1,30 2,00 3,20 Sznury kalibrowane wykonywane są w tolerancjach według tabeli 2 Tabela 2 d [mm] tolerancja d [mm] tolerancja d [mm] tolerancja d [mm] tolerancja 1.78 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.50 Materiały Wykaz standardowych materiałów wraz podstawowymi wymaganiami fizyko-mechanicznymi zawarte są w tabeli 3 Tabela 3 Nazwa własności Temperaturowy zakres pracy T Jednostki Materiał* NBR 70 FKM 70 EPDM 70 VMQ 60 CR 60 o C Twardość H o ShA 70±5 70±5 70±5 60±5 55±5 Wytrzymałość na zerwanie Rr Wydłużenie względne przy zerwaniu Er Odkształcenie trwałe po ściskaniu 25% Ect MPa min 10 min 10 min 12 min 8 min 7 % min 250 min 150 min 250 min 300 min 450 h/ o C % 24/100 max 25 70/200 max 20 22/100 max 20 22/175 max 40 22/100 max 20 *Uwaga: powyższe własności są przykładowymi. Producenci sznurów gumowych dopuszczają inne własności oraz materiały. Przygotowanie Przed przystąpieniem do łączenia sznurów należy dokonać pomiaru odcinka sznura oraz jego przycięcie. Ustalenie wymiaru odcinka sznura Lo przy żądanej (wymaganej) średnicy wewnętrznej uszczelnienia po połączeniu (rys 2) Rysunek 2 Lo długość obliczeniowa sznura [mm] D średnica wewnętrzna połączonego O-ringa [mm] d średnica przekroju poprzecznego sznura i O-ringa [mm] Dn średnica podziałowa (teoretyczna) O-ringa [mm] Połączenie Połączenie sznura dokonuje się na drodze klejenia lub wulkanizacji. Szczegółowe instrukcje dotyczące połączenia podaje producent sznurów gumowych.