Tiivistysteknologia ja materiaalivalinnat hydraulijärjestelmissä

Tiivistäminen on avain hydraulijärjestelmän moitteeton toimintaan. Mikä tahansa öljyn vuoto sylinteristä tai männästä tai pölyn pääsy sisään lyhentää koko järjestelmän käyttöikää ja heikentää sen tehokkuutta.

Öljyn vuodon estämiseksi ulos ja pölyn pääsyn estämiseksi sisään teollisuus on kehittänyt useita erilaisia tiivistimiä, menetelmiä ja tekniikoita. Jokaisella on omat vahvuutensa. Joissakin vaativissa tehtävissä yksittäinen tiivistin ei välttämättä riitä, joten insinöörit käyttävät sen sijaan kokonaisia tiivistysjärjestelmiä.

Tiivistysjärjestelmien valinta ja käyttö

Tiivistysjärjestelmä koostuu yleensä useista erityisistä tiivisteistä, jotka toimivat yhdessä saavuttaakseen erinomaisen kokonaissuorituskyvyn. Korkeapaineisen sylinterin tiivistysjärjestelmässä on yleensä neljä osaa: pyyhkijä, tukivarren tiiviste (tai päätiiviste), turvatii­vis­te (tai toissijainen tiiviste) ja ohjausrengas. Piston tiivistysjärjestelmä koostuu yleensä vain päätiivisteestä ja ohjausrenkaasta.

Nykyään hydraulitiivisteissä käytetyimmät neljä materiaalia ovat polyuretaani (PU), nitrilikumi (NBR), fluoro­kumi (FKM) ja PTFE.

Miten valita oikea materiaali

Materiaalin valinta riippuu käyttöolosuhteista. Eri kemikaalit reagoivat

erilailla jokaiseen materiaaliin, ja jotkin kestävät korkeampaa painetta tai lämpötilaa. Materiaalin on myös kestettävä puristumista muotoonsa. Siksi oikean materiaalin valinta riippuu aina tarkasta tehtävästä.

Tässä ovat yleisimmät tiivistysmateriaalit ja niiden vahvuudet.

1. Polyuretaani (PU)

Polyuretaani on vahva muovimateriaali, jossa sen kemiallisessa rakenteessa on monia uretaaniryhmiä. Se on eräs termoplastisen elastomeerin tyyppejä. Se toimii osin kovana muovina ja osin kumina, täyttäen näiden kahden välisen aukon.

Sen ominaisuudet johtuvat kolmesta pääraaka-aineesta: polyolista, diisosyanaatista ja ketjunpidentäjästä. Kunkin tyypillä ja määrällä sekä niiden reaktiotavalla on ratkaiseva vaikutus lopulliseen suorituskykyyn. Polyuretaani tarjoaa yleensä:

· Korkean mekaanisen lujuuden

· Korkean venymälujuuden

· Erittäin hyvän kulumisvastuksen

· Erinomaisen joustavuuden

· Jäykkyyden, jota voidaan säätää laajalla alueella

· Laajan kovuusalueen säilyttäen silti kimmoisuutensa

· Hyvän vastustuskyvyn otsonille ja ikääntymiselle

· Erinomaisen vastustuskyvyn kulumiselle ja repäisylle

·Hyvä vastustuskyky öljylle ja bensiinille

Lämpötila-alue: -30–80 °C. Erityisen korkeasuorituskykyiset tyypit kestävät pitkään jopa 110 °C:ta mineraaliöljyssä.

2. Nitrilikumi (NBR)

NBR valmistetaan butadieenistä ja akrylonitriilistä. Akrylonitriilin (ACN) määrä vaikuttaa sen ominaisuuksiin huomattavasti:

·Kimmoisuus

·Alhaisen lämpötilan sitkeys

·Kaasun läpäisyn helppous

·Puristusmuodonmuutos

·Vastustuskyky mineraaliöljyn, rasvan ja polttoaineen aiheuttamalle turpoamiselle

Alhaisen ACN:n sisältävä NBR on erinomaisen joustava alhaisissa lämpötiloissa (noin -45 °C asti), mutta sen öljy- ja polttoaineenvastustuskyky on vain keskimääräinen. Korkean ACN:n sisältävä NBR tarjoaa parhaan öljy- ja polttoaineenvastustuskyvyn, mutta sen joustavuus voi olla vain rajoitettu

pysy joustavana jopa –3 °C:n lämpötilassa. Kun ACN-pitoisuus kasvaa, joustavuus heikkenee ja puristumisjäännös huononee.

NBR on hyvä:

· Kestäen turpoamista alifaattisissa hiilivedyissä, rasvoissa, HFA/HFB/HFC-palonsuojaavissa hydraulisissa öljyissä, kasvi- ja eläinöljyissä, kevyessä polttoaineessa ja dieselöljyssä

· Käsitellen kuumaa vettä jopa 100 °C:n lämpötilassa (esimerkiksi putkistojärjestelmissä), lieviä happoja ja emäksiä

· Keskitasoinen kestävyys korkeaaromaattisille polttoaineille

Se turpoaa voimakkaasti aromaattisissa hiilivedyissä, kloratuissa hiilivedyissä, HFD-palonsuojaavissa öljyissä, estereissä, napolisissa liuottimissa ja glykolipohjaisessa jarrunesteesä.

Lämpötila-alue: –40–100 °C (lyhyeksi aikaa jopa 130 °C). Erityisnäytteet kestävät alhaisia lämpötiloja jopa –55 °C:seen saakka. Ylärajan ylittyessä materiaali kovettuu.

3. Fluorirubbers (FKM)

FKM-valkua valmistetaan yhdistämällä vinylidendifluoridia (VF) eri määriä sisältävien

heksafluoripropyleenin (HFP), tetrafluoreteenin (TFE) ja muiden aineiden kanssa. Sekoitussuhde ja fluoripitoisuus (65–71 %) määrittävät kemikaalienkestävyyden ja alhaisen lämpötilan kestävyyden. Sitä voidaan kovettaa diamineilla, bisfenoleilla tai orgaanisilla peroksideilla.

FKM tunnetaan seuraavista ominaisuuksista:

·Erinomainen korkean lämpötilan kestävyys

·Erinomainen vastustuskyky öljylle, bensiinille, hydraulikkaöljylle ja hiilivetyliuottimille

·Hyvä tulelle kestävyys

·Erittäin alhainen kaasun läpäisykyky

·Suuri turpoaminen poolisissa liuottimissa, ketoneissa, Skydrol-tyyppisissä tulelle kestävissä hydraulikkaöljyissä ja jarrunesteesä

Lämpötila-alue: noin –20–200 °C (lyhyeksi ajaksi jopa 230 °C). Erityislaadut kestävät –50–200 °C.

4. Polytetrafluorietyyleni (PTFE)

PTFE valmistetaan tetrafluorietyylenistä. Tämä ei-joustava materiaali on erityinen siksi, että:

·Sen pinta on erinomaisen sileä ja vakaa

·Ei myrkyllinen lämpötilaan 200 °C asti ·Erittäin alhainen kitka melkein kaikkien muiden pintojen kanssa – staattinen ja dynaaminen kitka ovat lähes samat

·Erinomainen sähköeristys (melkein vaikutuseton taajuudesta, lämpötilasta tai säöstä)

·Paras kemiallinen kestävyys kaikista muista muoveista ja kumista

·Sitä hyökkää vain nestemäiset alkalimetallit ja muutama fluoriyhdiste korkeassa lämpötilassa

Lämpötila-alue: –200 °C–260 °C. Myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa se säilyttää jossakin määrin joustavuutensa, joten sitä käytetään monissa äärimmäisen kylmissä sovelluksissa.

koska PTFE ei ole kovin kimmoisa ja voi ajan myötä muotoutua (kriipuä), useimmat hydraulitiivisteet yhdistävät sen jousen tai kumiosan kanssa pitääkseen tiivistepinnan tiukkana.

Yleisimmät tiivistetyypit hydraulisyylindereissä

Tässä on yleisimmät hydraulisyylindereissä käytetyt tiivistetyypit.

1. Pistonitiivisteet

·Tiivistys pistoon ja syylinteriputken välillä – erittäin tärkeä syylindrin oikean toiminnan varmistamiseksi

·Yleisin suunnittelu on suu- eli lip-pesäkke, mutta käytetään myös O-renkaita tai T-renkaita

·Täytyy varmistaa tiukka tiivistys samalla kun kitka pysyy alhaisena

·Valmistetaan eri materiaaleista työn vaatimusten mukaan

·Tarvitsee järjestelmän paineen painamaan suun tiukaksi

2. Puhdistuspesäkkeet (pölypesäkkeet)

·Voimakas raapaisutoiminto estää mutan, veden, pölyn ja likan pääsyn

·Poistaa öljykalvon takaisin järjestelmään, kun sauva vetäytyy

·Suojaa päätiivistyksiä ja pidentää niiden käyttöikää

·Valmistetaan yleensä kulumiselle kestävästä polyuretaanista

·Niitä käytetään usein myös rasvatiivistyksinä liitosnastojen akselipinnoissa

3. Tukivarren tiivistimet

· Estävät öljyn vuotamista järjestelmästä ulos

· Tulee toimia hyvin sekä alhaisessa että korkeassa paineessa

· Vaativat erinomaista puristumisvastusta ja kulumisvastusta

· Tulee tuoda öljykalvo takaisin järjestelmään

· Käsittelevät yleensä paineita enintään 31,5 MPa

4. Vaimennustiivistimet

· Käsittelevät äkkillisiä korkeapaineisia iskuja

· Suojavat tukivarren tiivistimiä painepiikeiltä

· Voivat vapauttaa tiivistimien välille jääneen paineen, mikä pidentää tukivarren tiivistimen käyttöikää ja mahdollistaa suuremman välyn ilman puristumista. Myös erinomainen kulumisvastus.

5. Ohjausrenkaat (kulumisrenkaat)

· Estävät sylinterin sisällä olevien metalliosien koskemasta toisiinsa

· Pitävät männänvarren ja männän keskitettyinä

· Auttavat tiivistimiä kestämään pidempään

6. O-renkaat

· Yleisimmät staattisille (ei-liikkuville) tiivistimille

· Tiivistävät puristumalla säteittäisesti tai aksiaalisesti

· Toimivat molempiin suuntiin

· Niitä voidaan käyttää joko voiman antajina tai pääasiallisena tiivistimenä

· Itsetiivistävät – ei tarvita lisäpaineita tai nopeuksia

Tiivistysteknologia on hydraulijärjestelmän luotettavuuden, pitkän käyttöiän ja tehokkuuden ydin. Oikean yksittäisen materiaalin valinnasta kokonaisen moniosaisen järjestelmän suunnitteluun jokainen valinta on sovitettava tarkasti vaadittuihin paineisiin, lämpötiloihin ja käyttöolosuhteisiin.