Tætningsteknologi og materialevalg i hydrauliske systemer

Tætning er nøglen til at holde et hydraulisk system kørende optimalt. Enhver olieudlækning fra cylinderen eller stemlen eller enhver snavs, der trænger ind, vil forkorte levetiden for hele systemet og gøre det mindre effektivt.

For at forhindre olieudlækning og indtrængen af snavs har branchen udviklet mange forskellige tætninger, teknikker og metoder. Hver har sine egne styrker. I nogle krævende opgaver er én enkelt tætning måske ikke tilstrækkelig, så ingeniører anvender i stedet et komplet tætningssystem.

Valg og anvendelse af tætningssystemer

Et tætningssystem består normalt af flere specielle tætningsringe, der arbejder sammen for at sikre en fremragende samlet ydelse. Et tætningssystem til en højtrykscylinder har normalt fire dele: en tørkering, en stangtætning (eller hovedtætning), en buffer-tætning (eller sekundær tætning) og en føringsskive.

De fire materialer, der anvendes mest hyppigt til hydrauliske tætninger i dag, er polyurethan (PU), nitrilkautkku (NBR), fluorogummi (FKM) og PTFE.

Sådan vælger du det rigtige materiale

Valget af materiale afhænger af de arbejdsmæssige forhold. Forskellige kemikalier reagerer

forskelligt med hvert materiale, og nogle kan klare højere tryk eller temperatur. Materialet skal også kunne modstå at blive presset ud af form. Derfor afhænger det rigtige valg altid af den præcise opgave.

Her er de mest almindelige tætningsmaterialer og hvad de er gode til.

1. Polyurethan (PU)

Polyurethan er et stærkt plastmateriale med mange urethangrupper i sin kemiske struktur. Det er en type termoplastisk elastomer. Det opfører sig delvist som hård plast og delvist som gummi, hvilket udfylder rummet mellem de to.

Dets egenskaber stammer fra tre hovedingredienser: polyol, diisocyanat og kædeudvider. Typen og mængden af hver samt, hvordan de reagerer, afgør den endelige ydeevne. Polyurethan giver typisk:

· Høj mekanisk styrke

· Høj trækstyrke

· Meget god slidstabilitet

· Fremragende fleksibilitet

· Stivhed, der kan justeres over et bredt område

· Bred hårdhedsområde, mens det stadig bibeholder sin elastiske egenskab

· God modstandsdygtighed mod ozon og aldring

· Fremragende modstandsdygtighed mod slid og revner

·God modstandsdygtighed over for olie og benzin

Temperaturområde: -30 til 80 °C. Specielle højtydende typer kan tåle op til 110 °C i længere tid i mineralolie.

2. Nitrilkautsyk (NBR)

NBR fremstilles af butadien og akrylonitril. Mængden af akrylonitril (ACN) påvirker dets egenskaber betydeligt:

·Elasticitet

·Toughhed ved lave temperaturer

·Hvor let gas trænger igennem

·Kompressionsforringelse

·Modstandsdygtighed mod svulmning i mineralolie, smørefedt og brændstof

NBR med lav ACN-indhold er meget fleksibelt ved lave temperaturer (ned til ca. -45 °C), men har kun medium modstandsdygtighed over for olie og brændstof. NBR med højt ACN-indhold har den bedste modstandsdygtighed over for olie og brændstof, men kan kun

forbliv fleksibel ned til -3 ℃. Når ACN-indholdet stiger, falder elasticiteten, og kompressionsforlængelsen forværres.

NBR er god til:

·At modstå svulmning i alifatiske kulbrinter, smørefedt, HFA/HFB/HFC-brandhæmmende hydraulikolier, vegetabilske og animalske olie, let brændstof og diesel

·At klare varmt vand op til 100 ℃ (f.eks. i rørledningssystemer), svage syrer og baser

·Middelmodstand mod kraftigt aromatiske brændstoffer

Den svulmer kraftigt i aromatiske kulbrinter, klorerede kulbrinter, HFD-brandhæmmende olie, estere, polære opløsningsmidler og glykol-bremsevæske.

Temperaturområde: -40 til 100 ℃ (kortvarigt op til 130 ℃). Specialblandinger kan gå ned til -55 ℃ ved lave temperaturer. Over grænsen bliver materialet hårdt.

3. Fluorogummi (FKM)

FKM fremstilles ved at kombinere vinylidenfluorid (VF) med forskellige mængder

hexafluorpropylen (HFP), tetrafluorethylen (TFE) og andre ingredienser. Blandingen og fluorindholdet (65 % til 71 %) afgør, hvor godt det modstår kemikalier og lave temperaturer. Det kan vulkaniseres med diaminer, bisphenoler eller organiske peroxider.

FKM er kendt for:

· Fremragende modstand mod høje temperaturer

· Fremragende modstand mod olie, benzin, hydraulikolie og kulbrinteløsningsmidler

· God ildmodstand

· Meget lav gennemtrængelighed for gas

· Stor svulmning i polære løsningsmidler, ketoner, brandhæmmende hydraulikolier af Skydrol-type og bremsevæske

Temperaturområde: ca. -20 til 200 °C (kortvarigt op til 230 °C). Specialkvaliteter kan bruges fra -50 til 200 °C.

4. Polytetrafluorethylen (PTFE)

PTFE fremstilles af tetrafluorethylen. Dette ikke-elastiske materiale er særligt, fordi:

· Dets overflade er meget glat og stabil

·Den er ikke-toxisk op til 200 ℃ ·Ekstremt lav friktion mod næsten enhver anden overflade – statisk og dynamisk friktion er næsten den samme

·Udmærket elektrisk isolering (næsten upåvirket af frekvens, temperatur eller vejrforhold)

·Bedre kemisk modstandsdygtighed end ethvert andet plast- eller gummimateriale

·Angribes kun af flydende alkalimetaller og nogle få fluorforbindelser ved høj temperatur

Temperaturområde: -200 ℃ til 260 ℃. Selv ved meget lave temperaturer bibeholder den stadig en vis fleksibilitet, så den anvendes i mange ekstremt kolde applikationer.

da PTFE ikke er særlig elastisk og kan krybe over tid, kombineres de fleste hydrauliske tætninger med en fjeder eller en gummidel for at holde læben stram.

Almindelige tætningsdesigns i hydrauliske cylindre

Her er de mest almindelige tætnings typer, der anvendes i hydrauliske cylindre.

1. Kolvtætninger

·Tætning mellem kolven og cylinderrohret – meget vigtig for, at cylinderen fungerer korrekt

·Den mest almindelige konstruktion er en læbesegl, men O-ringe eller T-segle bruges også

·Skal sikre en tæt seglning samtidig med, at gnidningen holdes lav

·Fremstilles af forskellige materialer afhængigt af anvendelsen

·Kræver systemtryk for at presse læben tæt

2. Skrabere (støvsegler)

·Kraftig skrabevirkning for at holde mudder, vand, støv og snavs ude

·Skraber oliefilmen tilbage ind i systemet, når stangen trækkes ind

·Beskytter hovedseglingerne og forlænger deres levetid

·Fremstilles normalt af slidstærkt polyurethan

·Bruges ofte også som fedtseglinger på forbindelsespindler

3. Stangtætninger

·Forhindre olie fra at lekke ud af systemet

·Skal fungere effektivt både ved lav og høj tryk

·Kræver fremragende modstand mod ekstrudering og slid

·Skal føre oliefilmen tilbage ind i systemet

·Håndterer typisk tryk op til 31,5 MPa

4. Dæmpningstætninger

·Håndterer pludselige højttryksstød

·Beskytter stangtætningen mod trykspidser

·Kan frigøre fanget tryk mellem tætninger, hvilket forlænger levetiden af stangtætningen og tillader en større spalte uden ekstrudering. Er også meget slidbestandig.

5. Føringsringe (slidbaner)

·Forhindre metaldele inden i cylinderen i at røre hinanden

·Holde stempelstangen og stemplet centreret

·Hjælpe tætninger med at vare længere

6. O-ringe

·Mest almindelige til statiske (ikke-bevægelige) tætninger

·Tætter ved at blive kvæstet radialt eller aksialt

·Virker i begge retninger

·Kan bruges som kraftudbyder eller som hovedtætning

·Selvtætende – kræver ingen ekstra tryk- eller hastighedsindvirkning

Tæknologi til tætning er hjertet i pålideligheden, levetiden og effektiviteten af hydrauliske systemer. Fra valg af det rigtige enkeltmateriale til udformning af et komplet flerdels-system skal alle valg være tilpasset de præcise tryk-, temperatur- og driftsbetingelser.