Těsnicí technologie a volba materiálů v hydraulických systémech

Těsnění je klíčem k bezproblémovému provozu hydraulického systému. Jakýkoli únik oleje z válce nebo pístu, nebo jakýkoli průnik nečistot dovnitř, zkrátí životnost celého systému a sníží jeho účinnost.

Aby se zabránilo úniku oleje ven a vniknutí nečistot dovnitř, průmysl vyvinul mnoho různých těsnění, technik a metod. Každá z nich má své vlastní výhody. V některých náročných aplikacích nestačí jediné těsnění, a proto inženýři používají komplexní těsnicí systém.

Výběr a používání těsnicích systémů

Těsnicí systém se obvykle skládá z několika speciálních těsnění, která společně zajistí vynikající celkový výkon. Těsnicí systém vysokotlakého válce obvykle obsahuje čtyři části: čistící kroužek, tyčové těsnění (nebo hlavní těsnění), tlumicí těsnění (nebo sekundární těsnění) a vodící kroužek. Těsnicí systém pístu se obvykle skládá pouze z hlavního těsnění a vodícího kroužku.

Čtyři nejčastěji používané materiály pro hydraulická těsnění jsou polyuretan (PU), butadien-akrylonitrilový kaučuk (NBR), fluorokaučuk (FKM) a polytetrafluoroethylen (PTFE).

Jak vybrat správný materiál

Výběr materiálu závisí na provozních podmínkách. Různé chemikálie reagují

s jednotlivými materiály odlišně a některé z nich snášejí vyšší tlak nebo teplotu. Materiál musí také odolávat deformaci způsobené vyšlapáváním. Správný výběr proto vždy závisí na konkrétním úkolu.

Níže jsou uvedeny nejběžnější těsnicí materiály a jejich výhody.

1. Polyuretan (PU)

Polyuretan je silný plastový materiál s mnoha skupinami urethanu ve své chemické struktuře. Jedná se o typ termoplastického elastomeru. Chová se částečně jako tvrdý plast a částečně jako guma, čímž vyplňuje mezeru mezi těmito dvěma materiály.

Jeho vlastnosti vyplývají ze tří hlavních složek: polyolu, diisokyanátu a prodlužovače řetězce. Typ a množství každé složky, stejně jako způsob jejich reakce, určují konečné vlastnosti. Polyuretan obvykle nabízí:

· Vysokou mechanickou pevnost

· Vysokou pevnost v trhání

· Velmi dobrý odolnost proti opotřebení

· Vynikající pružnost

· Tuhost, kterou lze v širokém rozmezí nastavit

· Široký rozsah tvrdosti při zachování pružnosti

· Dobrou odolnost proti ozonu a stárnutí

· Vynikající odolnost proti opotřebení a řezání

·Dobrá odolnost vůči oleji a benzínu

Rozsah teplot: -30 až 80 °C. Speciální vysoce výkonné typy vydrží po dlouhou dobu až 110 °C v minerálním oleji.

2. Akrylonitril-butadienový kaučuk (NBR)

NBR se vyrábí z butadienu a akrylonitrilu. Množství akrylonitrilu (ACN) výrazně ovlivňuje jeho vlastnosti:

·Pružnost

·Houževnatost při nízkých teplotách

·Snadnost průniku plynu

·Deformace pod tlakem (komprese)

·Odolnost proti náduši v minerálním oleji, tuku a palivu

NBR s nízkým obsahem ACN je velmi pružný při nízkých teplotách (až do přibližně -45 °C), ale má pouze střední odolnost vůči oleji a palivu. NBR s vysokým obsahem ACN má nejlepší odolnost vůči oleji a palivu, avšak může být

zůstaňte pružní až do −3 °C. S rostoucím obsahem akrylonitrilu (ACN) klesá pružnost a zhoršuje se deformace po stlačení.

NBR je vhodný pro:

· Odolnost vůči nafouknutí v alifatických uhlovodících, mazacích olejích, hořlavým hydraulickým olejům typu HFA/HFB/HFC, rostlinných a živočišných olejích, lehkých palivech a naftě

· Použití při horké vodě až do 100 °C (např. v potrubních systémech), mírných kyselinách a alkalických látkách

· Střední odolnost vůči palivům s vysokým obsahem aromatických složek

V aromatických uhlovodících, chlorovaných uhlovodících, hořlavých hydraulických olejích typu HFD, esterových látkách, polárních rozpouštědlech a brzdové kapalině na bázi glykolu se výrazně nafoukne.

Rozsah teplot: −40 až 100 °C (krátkodobě až 130 °C). Speciální směsi umožňují provoz i při teplotách až −55 °C. Nad horní mezí se materiál ztvrdne.

3. Fluoro-kaučuk (FKM)

FKM se vyrábí polymerizací vinylidenfluoridu (VF) s různými množstvími

hexafluorpropylenu (HFP), tetrafluorethylen (TFE) a dalších složek. Složení směsi a obsah fluoru (65 až 71 %) určují odolnost vůči chemikáliím a nízkým teplotám. Může být vulkanizován diaminy, bisfenoly nebo organickými peroxidy.

FKM je známý pro:

·Vynikající odolnost vůči vysokým teplotám

·Vynikající odolnost vůči oleji, benzínu, hydraulickému oleji a uhlovodíkovým rozpouštědlům

·Dobrá odolnost vůči požáru

·Velmi nízká propustnost plynů

·Vysoké zvětšení (náděj) v polárních rozpouštědlech, ketonech, hydraulických olejích odolných proti požáru typu Skydrol a brzdové kapalině

Rozsah teplot: přibližně −20 až 200 °C (krátkodobě až 230 °C). Speciální třídy umožňují provoz od −50 do 200 °C.

4. Polytetrafluoroethylen (PTFE)

PTFE se vyrábí z tetrafluorethylenů. Tento nepružný materiál je zvláštní tím, že:

·Jeho povrch je velmi hladký a stabilní

·Není toxické až do teploty 200°C·Extrémně nízké tření proti téměř jakémukoliv jinému povrchu-statické a dynamické tření jsou téměř stejné

·Vynikající elektrická izolace (téměř neovlivněná frekvencí, teplotou nebo počasím)

·Výborná chemická odolnost

·Přepadá pouze tekuté alkalické kovy a několik fluorových sloučenin při vysoké teplotě

Teplotní rozsah: 200°C až 260°C.

pTFE je velmi pružný a může se v průběhu času proplížit.Většina hydraulických těsnění jej spojuje se pružinou nebo gumovou součástí, aby udržela rtěnku pevnou.

Společné konstrukce těsnění v hydraulických válcích

Zde jsou nejčastější typy těsnění používané v hydraulických válcích.

1.Zamykání pístů

·Zamykání mezi pístem a válcovou trubicí - velmi důležité pro správnou činnost válce

·Nejčastějším provedením je těsnění s okrajem, ale používají se také O-kroužky nebo T-těsnění

·Musí zajistit těsné uzavření při současném udržení nízkého tření

·Vyrábí se z různých materiálů v závislosti na konkrétním úkolu

·Vyžaduje tlak v systému, aby byl okraj těsnění přitlačen

2. Stírací kroužky (prachové těsnění)

·Silná stírací akce pro udržení bláta, vody, prachu a nečistot mimo systém

·Při zasouvání pístnice vracejí olejovou vrstvu zpět do systému

·Chrání hlavní těsnění a prodlužují jejich životnost

·Obvykle se vyrábějí z vysoce odolného polyuretanu

·Často se používají také jako těsnění plněná tukem na kloubových čepových spojích

3. Těsnění hřídele

·Zabraňují úniku oleje ze systému

·Musí spolehlivě fungovat jak při nízkém, tak při vysokém tlaku

·Vyžadují vynikající odolnost proti extruzi a opotřebení

·Měly by vrátit olejovou vrstvu zpět do systému

·Obvykle vydržují tlaky až 31,5 MPa

4. Tlumicí těsnění

·Zachycují náhlé rázové výkyvy vysokého tlaku

·Chrání těsnění hřídele před špičkami tlaku

·Dokážou uvolnit zachycený tlak mezi těsněními, čímž prodlouží životnost těsnění hřídele a umožní širší mezery bez rizika extruze. Zároveň jsou velmi odolná proti opotřebení.

5. Vodící kroužky (opotřebitelné pásy)

· Zabraňují dotyku kovových částí uvnitř válce

· Udržují střední polohu pístní tyče a pístu

· Prodlužují životnost těsnění

6. O-kroužky

· Nejčastěji používané pro statická (nepohyblivá) těsnění

· Těsní stlačením v radiálním nebo axiálním směru

· Fungují v obou směrech

· Můžou být použity buď jako síla poskytující prvek, nebo jako hlavní těsnění

· Samotěsnící – nepotřebují dodatečný tlak ani rychlost

Těsnicí technologie je srdcem spolehlivosti, dlouhé životnosti a účinnosti hydraulických systémů. Od výběru vhodného jednotlivého materiálu až po návrh kompletního vícečástího systému musí každé rozhodnutí přesně odpovídat daným tlakovým, teplotním a provozním podmínkám.