O-ringer "kan" bruges til roterende tætning, men bør normalt ikke være det første valg til kontinuerlig roterende aksel-tætning

Lad os først afklare et centralt punkt: Hvis O-ring er monteret på en endeplade, flange, kabinet, propp eller lignende position, og der ikke er nogen relativ bevægelse mellem de tætnende flader, er det stadig en statisk tætning; dette scenarie anvendes helt korrekt til O-ringene. Det, der virkelig kræver forsigtighed, er:

O-ringens indre diameter, der ligger direkte tæt om den roterende akse, eller dens ydre diameter, der har relativ glidning mod den roterende boring – altså brugen af O-ringen som en roterende dynamisk tætning.

Essensen af en O-ring er en tætningsdel, der frembringer kontakttryk gennem "kompressionsdeformation"; kernen i roterende akseltætninger er "at opretholde en oliefilm under kontrolleret kontakttryk, mindske friktionsvarme og kompensere for slid samt akseludcentring." Disse to designlogikker er ikke fuldt ud kompatible.

1. Det største problem er friktionsvarme

Når en O-ring anvendes til roterende akseltætning, passerer aksen gennem O-ringens indre diameter, og O-ringens inderside er i langvarig kontakt med den roterende akse. Apple Rubbers O-ring-designanvisninger angiver tydeligt, at en roterende driftsforhold udsætter O-ringens indre diameter for vedvarende friktionsvarme, da gummielastomeren i sig selv har dårlig varmebestandighed; hvis varmeproduktionen er hurtigere end varmeafledningen, kan O-ringen fejle.

Derfor er det ikke tilstrækkeligt, at kunder kun spørger "hvor hurtig er rotationshastigheden" — både akse-diameter og rotationshastighed skal undersøges.

For eksempel er overfladehastigheden ca. 1,57 m/s, når en 30 mm aksel kører med 1000 omdr./min.; og ca. 3,93 m/s, når en 50 mm aksel kører med 1500 omdr./min. Jo større akseldiameteren er, jo større er friktionsvarmen ved samme rotationshastighed.

PARKER forklaringen fra på dynamisk O-ring-tætningsslid understreger også, at dynamiske tætnings-O-ringe let påvirkes af slid og friktion, og at friktionen afhænger af kontaktfladetrykket og temperaturstigningen i tætningskontaktzonen.

2. O-ringe har ikke evnen til at styre oliefilm som designet for en "roterende læbe"

Skeltætninger, radiale akseltætninger, PTFE-læbetætninger og andre roterende tætningsdele har som kerneværdi ikke blot at "holde olie tilbage", men de danner kontinuerligt en styrbar kontaktzone gennem læbets geometri, kontaktkraften samt fjeder- eller forspændingskonstruktion.

Freudenberg's data om roterende tætnings-teknologi forklarer: Når leppens åbningsvinkel er omhyggeligt designet, dannes en oliefilm ved hjælp af den aksiale vinkel og fjederstangens radiale kraftfordeling, hvilket resulterer i en asymmetrisk kontaktspændingsfordeling; gennem mikrodeformation af leppens kant efter indkørsel opstår der en retur-olieeffekt eller en såkaldt "mikropumpningseffekt", som er meget afgørende for tætningsfunktionen.

O-ringe har simpelthen deres cirkulære tværsnit presset mod akslen. De har ingen specielt designet oliehældningsvinkel, luft-hældningsvinkel, olie-retur eller elastisk belastet leppekantgeometri. Resultatet er: smørefilmen er sværere at stabilisere, friktionen er mindre kontrolleret, og kontaktspændingen svinger også lettere med tryk, temperatur, udrundhed og akselspring.

Dette er også grunden til, at olieseglinger, læbeseglinger, V-ringe og mekaniske endefladeseglinger uafhængigt betegnes som løse seglingsløsninger. Trelleborgs definition af roterende akselseglinger er: komponenter, der bruges til at segle væske ved roterende eller svingende dele, samtidig med at de forhindrer støv, vand og andre eksterne forureninger i at trænge ind; dens produktlinje omfatter radiale olieseglinger, radiale/aksel-olieseglinger, O-ring-aktiverede PTFE-roterende seglinger, V-ringe og mekaniske endefladeseglinger osv.

3. Utilstrækkelig smøring forstærker slid hurtigt

Roterende segling er ikke blot et spørgsmål om "gummi, der sidder fast på metal." Så længe der er kontaktgnidning, kræves smøring og varmeafledning.

Freudenberg’s materialer til roterende akselringtykker understreger tydeligt: hvor tilstrækkelig tætningen er smurt, er meget vigtigt for levetid og pålidelighed; jo mere tilstrækkelig smøring, desto mindre slid. Samme materiale viser også, at parametre, der påvirker den radiale kraft og smøringstilstanden, også påvirker tætningsgnidningen.

Når O-ringe anvendes til roterende akser, er en almindelig misforståelse, at »montering med lidt fedt er tilstrækkeligt«. Faktisk kan det oprindelige fedt kun løse problemet i startfasen og kan ikke garantere en stabil oliefilm over lang tid. Især under langvarig drift går O-ringen nemt over i grænse-smøring eller endda tør gnidning.

4. Vridning, rulning og »spiralfejl« er typiske risici for dynamiske O-ring-tætninger

O-ringens tværsnit er rundt og er i dynamiske tætninger let påvirket af ujævn friktionskraft, hvilket fører til lokal rulning og vridning. Parkers analyse af årsager til spiralfejl ved O-ringe omfatter: ujævne dele, excentricitet, ru overfladefinish, manglende eller utilstrækkelig smøring, for blødt materiale, ukorrekt forhold mellem tværsnit og indre diameter samt forkert monteringsstræk osv.; forebyggende foranstaltninger inkluderer reduktion af ujævnhed og excentricitet, reduktion af variation i tværsnittet, sikring af korrekt overfladekvalitet, anvendelse af hårdere materiale samt et rimeligt forhold mellem tværsnit og indre diameter.

Dette problem er mere udtalt på roterende aksler. Den ideelle tilstand er: O-ringens fastgørelse i rillen, hvor kun relativ bevægelse sker ved O-ringens indre diameter. Men i virkeligheden kan O-ringen "trækkes med langs aksen", forvrænges og delvist rulle i rillen, hvis rilleudformning, overfladehårdhed, kompressionsmængde eller smøring er utilstrækkelig – hvilket ender med følgende symptomer:

Apple Rubber understreger især i roterende O-ring-design, at roterende eller svingende anvendelser bør undgå at strække O-ringen på akslen; elastomeren, der udsættes for og er under strækning ved varme, kan trække sig sammen – det vil sige Joule-effekten – hvilket øger kontaktvarmen og risikoen for fejl.

5. Uregelmæssig form, akseludsving og excentricitet kan medføre tab af kontrol med O-ringens kontakttryk

Rotationsaksel-tætninger skal håndtere akseludcentring, koaksialitet, akseloverfladens ruhed, hårdhed og radial dynamisk fremstillingsfejl. Skeletolietætninger har typisk en lebelgeometri og fjederhjælp, hvilket giver dem evnen til inden for et bestemt område at kompensere for radial forskydning og opretholde tætheden. Freudenberg-data viser, at tætningens radiale kraft stammer fra den nedadgående kraft og fjederen i monteret tilstand; designet sigter mod at reducere den radiale kraft for at mindske friktion og slid, men den skal samtidig være tilstrækkelig til at sikre tæthed.

O-ringe har ikke denne dedikerede fjederbelastede konstruktion. Hvis de er ekscentriske, er kompressionen på den ene side for stor, hvilket forårsager varmeudvikling og øget slid; på den anden side er kompressionen utilstrækkelig, hvilket let kan føre til utætheder. Apple Rubber's beskyttelsesdesign for roterende O-ringe nævner også, at relativ bevægelse kun bør finde sted mellem O-ringens indre diameter og den roterende aksel, og dette skal undgås ved at kontrollere akslens koncentricitet, overfladekvaliteten på akslen og rillens overfladetilstand.

6. Hvornår kan O-ringe anvendes til roterende tætninger?

Det er muligt, men grænsebetingelserne skal være strenge og bekræftes foretrinsvis gennem faktisk levetidstestning. Relativt passende scenarier omfatter:

Apple Rubbers anbefalinger til roterende O-ring-design indeholder foranstaltninger til at mindske fejlrisikoen, såsom øget væskestrøm for at udledes varme, valg af kvalitetsmateriale med selvsmøringsevne, begrænsning af tryk, undgåelse af ekstreme temperaturer og forsøg på at holde smørevæsken tæt på. I deres data nævnes 180 fod pr. minut som en værdi, der kræver særlige konstruktionsforanstaltninger i mekanisk design for at forhindre denne specifikke anvendelsessituation; denne værdi svarer til cirka 0,91 m/s; disse værdier skal forstås som vejledning til specifikke konstruktioner, ikke som universelle grænser for alle materialer og alle strukturelle kombinationer.

7. Hvornår bør O-ringe ikke være det primære valg?

Følgende situationer anbefaler direkte at skifte til skeletoliesegl, V-ringe, læbesegl, PTFE-roterende segl eller mekaniske segl:

8. Hvordan vælger man forskellige alternative løsninger?

Skelleoliesegl / radialt akselsegl

Passer til de fleste almindelige roterende akser: reduktionsgear, motorer, pumper, hjulnavne, landbrugsudstyr og byggeudstyr. Dets fordele er en moden konstruktion, kontrollerbare omkostninger og standardiseret montering samt mulighed for oliebevaring, støvforebyggelse og relativt stabil kontakt via læbe og fjeder. Freudenberg’s tekniske beskrivelse af radiale akselsegle angiver, at pålidelig tætning, meget pålidelighed, kompatibilitet med medier, lav friktion og nem montering er vigtige krav til radiale akselsegle.

V-ring

Anvendelig til støvbegrænsning, modstand mod mudder og vand, vandtæthed, aksial endeflade-tætning samt beskyttelse mod ekstern forurening. V-ringe roterer normalt sammen med akslen, og læben har aksial kontakt mod en fast endeflade; egner sig ikke til at holde store trykforskelle, men er meget velegnet til supplerende ekstern beskyttelse eller supplerende tætning.

Læbe-tætning / PTFE-roterende tætning

Anvendelig ved høj hastighed, lav friktion, høj temperatur, kemiske medier, lav lækkage eller begrænset installationsplads. Især O-ring-aktiverede PTFE-roterende tætninger – i virkeligheden ikke direkte "den blotte O-ring mod akslen", men O-ringen leverer elastisk forspænding, mens PTFE-læben er ansvarlig for at skabe friktion mod den roterende aksel. Trelleborgs produktlinje af roterende tætninger omfatter faktisk O-ring-aktiverede PTFE-roterende tætninger.

Mekanisk lager

Anvendelig til pumper, omrørere, kompressorer og anden roterende udstyr, der stiller højere krav til tætheden, trykket, korrosive medier eller langvarig drift. Tætningen sker via endeflade-friktionspar, ikke ved, at en gummiring direkte trækkes langs den roterende aksel. O-ringe kan anvendes inden i mekaniske tætninger, men typisk kun som hjælpestatiske tætninger eller kompensationstætninger, ikke normalt som den primære roterende friktionstætning.

9. Parametre, der skal spørges om ved anmodning om tilbud eller teknisk afstemning med kunder

Før man vurderer, om en O-ring kan anvendes til roterende tætning, skal følgende oplysninger mindst bekræftes:

10. Sammenfatning af kerneudsigter

O-ringe er ikke ude af stand til at udføre roterende tætning, men er ikke velegnede til som standard at blive brugt som primær roterende akseltætning. Den primære risiko koncentrerer sig om: friktionsvarme, utilstrækkelig smøring, vridning/rulning, slid og ridser, akselsvingninger, der forårsager ujævn kontakt, permanent kompressionsdeformation og ustabil levetid.

Det mere velbegrundede princip inden for ingeniørarbejde er:

Statisk tætning prioriterer O-ring; kontinuerlige roterende akser prioriterer læbestætning, skeletoliesæt, V-ring eller mekanisk tætning; blotte O-ringe anvendes kun i lavhastigheds-, lavtryks-, tilstrækkeligt smørte og risikobaserede scenarier.