1. Miksi pöly, muta ja kovia hiukkasia sisältävät ympäristöt ovat erityisen epäystävällisiä O-renkaille

Tämä O-renkaat perustuu olennaisesti kimmoiseen puristusmuodonmuutokseen, jolla saavutetaan kosketuspaineen tiivistysvaikutus. Se soveltuu staattisiin tiivistyksiin, hitaasti vaihteleviin tai joissakin aputiivistyksissä käytettäviin liukupintoihin, mutta se ei ole erityisesti suunniteltu "pölynesto-, raapaisu- ja kontaminaation poisto" -rakenne. Erityisesti rakennuskoneissa, kaivinkoneissa ja maatalouskoneissa ulkoiset kontaminaatiot eivät ole satunnainen tekijä vaan pitkäaikainen toimintaympäristön ominaisuus.

Hydrauliikkasylinterit, nappakannakset, moottorit, pumput, venttiilit, vaihdelaatikot, pyöränreunat ja muut maatalouskoneiden mekanismin osat kohtaavat usein samanaikaisesti:

Pölyä, mutaa, hiekkaa, karkeaa ja hienoa sulfaattia, mutavettä, metalliromua, pesuvettä, korkeapainepesua, värähtelyä ja iskukuormitusta, vinota kuormitusta, alhaista nopeutta ja hitaata liukumista sekä riittämätöntä voitelua.

Kun nämä tekijät yhdistyvät, mitä O-sigelit kasvopinta ei ole pelkkä "tiivistysaine", vaan erittäin saastunut, erittäin kovaa kulutusta aiheuttava ja korkean vaikutuksen alainen mekaaninen kulutusjärjestelmä. Freudenbergin hydraulisyylinterin pölynsuojan selitys korostaa myös sitä, että pölynsuojan tehtävä on estää ulkoisten kontaminaanttien pääsy sylinteriin, kun männänvarsi vetäytyy sisään, sekä erottaa pölyä, vettä ja muita ympäristötekijöitä painetta kestävän tiivistysreunan ja kosketusalueen ulkopuolelle.

2. Pääasialliset vikaantumismekanismit

1. Kulumista aiheuttavien hiukkasten kuluminen: O-renkaan "hiontapaperimainen" kuluminen hiukkasten päästyttyä kosketuspintaan

Kun pölyn, hiekan, malminjauheen ja mutan hiukkaset pääsevät O-renkaan ja akselin, putken, sylinterikunnan tai uran väliin, tapahtuu tyypillinen kolmikappaleinen kulumista aiheuttava kuluminen:

Ensimmäinen kappale on metallinen vastapinta, toinen kappale on kumista tehty O-rengas ja kolmas kappale ovat keskelle jääneet kovat hiukkaset.

Nämä hiukkaset tekevät mikroleikkausta, kyntöä ja raapia toimintoja kumipinnalla suhteellisen liikkeen aikana. Tuloksena O-renkaan pinta kuluu tasaiseksi, karvaisaksi ja leikatun näköiseksi, ja poikkileikkaus muuttuu asteittain soikeaksi, jolloin kimmoisuus heikkenee; lopulta tiivistyskontaktipaine on riittämätön ja vuotaa. Parker dynaamisten O-renkaiden viananalyysi yhdistää kuluminen suoraan kitkaan ja toteaa, että pinta voi ilmetä O-renkaan yksipuolisena tasaisena kuluma-alueena.

Kaivosteollisuuden ja rakennuskoneiden kohdalla kvartsihiekka, malminjauhe, hiilijauhe ja mutahiukkaset ovat yleensä kovempia ja useimmiten pyöristymättömiä pienhiukkasia. Ne eivät raapia tiivistysmateriaalia "pehmeästi" kuten nestepitoisuudet, vaan leikkaavat tiivistysmateriaalia aktiivisesti. Norian hydraulisen saastumismateriaalin mukaan pienhiukkaset toimivat kuin hiontapaperi komponenteissa ja voivat aiheuttaa jatkuvaa kuluman lisääntymistä; pölynsuojat, tukitangon pinnat ja tiivistysten kosketusalueet kaikki kärsivät.

2. Mutta muodostaa "kulumislihapasteen", joka on vaarallisempi kuin kuiva pöly

Multa, mutainen vesi ja hiekka-multa eivät ole yksinkertaisia nestemäisiä kontaminaantteja. Niillä on yleensä kolme tuhoavaa ominaisuutta:

Ensinnäkin ne kuljettavat kovia hiukkasia, jotka pääsevät tiivistyksen kosketuspinnalle ja aiheuttavat hiontaa.

Toiseksi ne tuhoavat voitelukalvon; kosteus laimentaa tai poistaa öljykalvon ja rasvamemin, mikä saa kosketusalueen siirtymään rajakulmasta tai jopa kuivaan kitkaan.

Kolmanneksi ne kovettuvat kuivuessaan; mutavesi, joka jää uraan, varren pinnalle tai pölyrenkaan ulkopuolelle, kovettuu ja muodostaa kovan kuoren, joka vahingoittaa suoraan kumipintaa ja metallipintaa seuraavassa liikkeessä.

Tämä selittää myös, miksi monet kaivosteollisuuden, hiekkakenttien, kaivinkoneiden, maatalouskoneiden, korppikoneiden ja pyörivien kyntökonelaitteiden hydraulisyylindrit eivät vuoda kerralla, vaan ensin ilmenee pieni mikrovuoto, ulkoinen kontaminaatio, varren pinnan naarmut, pölyrenkaan kääntyvä reuna ja sitten nopeasti päätiivisteen ja O-renkaan toiminta katkeaa.

3. Kun voitelukalvo tuhoutuu, O-rengas siirtyy kuivaan kitkatilaan

Dynaamisissa tiivistekäytöissä O-renkaat tarvitsevat erinomaisen ohutta öljy- tai rasvaelintä kitkan vähentämiseksi; saastuneet hiukkaset tarttuvat rasvaan, raapaisivat pois öljykalvon ja mutavesien huuhtelu voi myös pestä pois voitelukalvon; korkeapaineinen pesu voi lisätä suoraa kosketusta.

Kun vesi ja hiukkaset painautuvat tiivistyskosketusalueelle, voitelu ei ehdi pitää kyytiä, ja O-rengas ja metallipinta ovat suorassa kosketuksessa toisiinsa; kitkasta aiheutuva lämpö nousee, kumipinnalla alkaa muodostua saostumia, se kovettuu ja halkeilee kuin kilpikonnankuoren.

Parker on luettellut "voitelun puutteen tai huonon voitelun" yhdeksi tärkeimmistä syistä O-renkaan kiertoon ja kierremuodon vaurioihin ja suosittelee varmistettavan voitelu, parantavan pinnan laadun, käyttävän sopivampaa kovuutta ja varovaisempaa kumiseosta.

Huomiota vaaditaan: suora altistuminen ulkoiselle öljy- ja rasvaseokselle pölyisissä ympäristöissä ei välttämättä ole hyvä asia. Jos ulkoinen öljy- ja rasvaseos altistuu suoraan, se tarttuu helposti pölyyn ja hiekkaan muodostaen "kulumispastaa". Oikea käytäntö ei ole pelkästään lisätä rasvauksen määrää, vaan pitää rasvaus suojatun tiivistyskosketusalueen sisällä ja estää samalla hiukkasten pääsyä tiukkuriin, tiukkurikappaleeseen, labyrinttirakenteeseen ja tukirenkaaseen.

4. Epäpuhtaushiukkaset uppoavat kumimateriaaliin, mikä tekee O-renkaasta "kulumiskohteen"

Kumimateriaali on suhteellisen pehmeää verrattuna metalliin, ja pienet kovat hiukkaset voivat painautua O-renkaan pinnalle, aiheuttaen upotuskulumaa. Tällöin O-rengas ei enää ole pelkästään kulumiskohteena, vaan se päinvastoin naarmuttaa varren, aukon, sauva-alueen ja urien pintoja.

Tyypillisiä seurauksia ovat:

• Sauvan tai varren pinnalle ilmestyy ohuita säteittäisiä naarmuja.
• Urien reunoilla näkyy kirkkaita kohtia, koverteita tai naarmuja.
• O-renkaan pinta näyttää kiiltäviä kohtia, painaumia tai naarmuja.
• Vaihdettu uusi O-rengas vuotaa jälleen lyhyen ajan sisällä.

Tätä vianmuotoa pidetään helposti väärin esimerkiksi "materiaalin ei ole öljynkestävää" tai "O-renkaan laatu on huonoa", mutta todellinen juurisyy on se, että epäpuhtaushiukkaset eivät ole estyneet ja tiivistyskosketusalue on jo muodostunut kuluma-alueeksi.

5. Metallipinnan vaurioittuminen leikkauksen jälkeen avaa vuotoreitin pysyvästi

O-renkaan tiivistys perustuu metallipinnan kosketuspinnan laatuun. Hiukkaset ja kovat kuluttavat hiukkaset eivät ainoastaan leikkaa kumia, vaan naarmuttavat myös männänvarren, venttiilin varren, akselin, putken seinämän ja uran sijaintia; kun metallipinta näyttää naarmuja, koverrettuja kohtia, pinnoituksen irtoamista tai haavoja, O-rengas voi olla täysin ehjä, mutta se ei välttämättä pysty täyttämään näitä jatkuvia vuotoreittejä.

Norian tiedot osoittavat, että varren pinnalla olevat pienet naarmut ja urat vähentävät merkittävästi pölynsulkuvarren käyttöikää ja antavat kontaminaanteille tien jatkaa järjestelmään pääsyään; liian sileä pinta voi myös estää voitelukalvon säilymisen.

Tämä on erityisen kriittistä rakennuskoneasiakkaille: O-renkaan vaihto ilman varren pinnan tai uran korjaamista pysäyttää yleensä vuodon vain lyhyeksi aikaa.

6. Kun pölynsulkuvarre epäonnistuu, O-rengas joutuu ottamaan vastuun "pölynestosta"

Monet kenttäongelmat johtuvat itse asiassa tiivistysjärjestelmän väärästä konfiguroinnista. O-rengas ei ole vastuussa paineisen median estämisestä, eikä sen pitäisi toimia ensimmäisenä pölynestoosana. Ensimmäisen puolustuslinjan tulisi olla pölynsulkuvarret, pölynsulkukuput, V-renkaat, labyrinttimaiset pölynestostruktuurit tai suojakansit.

Jos pölyrengasta ei ole tai se on kulunut, sen reuna on kääntynyt ylöspäin, se on vanhentunut tai sen kovuusluokka on liian pehmeä, pöly- ja muta-ainekset pääsevät suoraan päätiivisteen ja O-renkaan kohdalle. Freudenberg korostaa selvästi, että pölyrenkaat estävät pölyn pääsemästä tiivistettyyn alueeseen, ja painottaa, että ilman- ja hydraulisylintereissä pölyä tulee pitää kaukana sylinterin sisällä olevista osista.

Korkean saastumisen hydraulisylintereissä yksinkertainen pölyrengas ei yleensä riitä. Korkean saastumisen sovelluksissa tarvitaan vahvempia pölynestostruktuureja, kuten polyuretaanipölyrenkaita, metallirunkoisia pölyrenkaita, kaksikerroksisia pölyrenkaita ja raskaslastaisia mutapölyrenkaita. Noria mainitsee myös, että kaksinkertaiset tai yksinkertaiset pölyrenkayhdistelmärakenteet ovat sopivia korkean saastumisen sovelluksiin ja parantavat tiivistysjärjestelmän kestävyyttä.

7. Hiukkassaatuminen aiheuttaa O-renkaan kiertämisen ja kierremyötäisen vaurion

Vaihtelevassa liikkeessä O-renkaan kokema paikallisesti epätasainen kitka aiheuttaa helposti osittaisen liukumisen ja osittaisen pyörivän liikkeen, mikä lopulta johtaa kiertävään vääntymiseen. Kiertävän vääntymisen jälkeen O-renkaan pinta näyttää kierrejäisiä naarmuja, vinottaita leikkauksia tai paikallisesti rakoilevia kohtia. Parker mainitsee O-renkaan kiertävän vääntymisen ja kierrevirheiden syyksi epäkeskisyyden, karkean pinnan, huonon voitelun, liian pehmeän materiaalin, riittämättömän nopean liikepituuden ja asennuksen aikaisen pyörimisen.

Pöly ja muta pahentavat tätä vikaa, koska hiukkaset tekevät paikallisista kitkakertoimista epävakaita:

Joidenkin alueiden pinnalla on öljykalvo, jolloin kitka on alhainen; joidenkin alueiden pinnalla on karkeaa hiekkaa, jolloin kitka on korkea; joidenkin alueiden pinnalla on kuivunut muta, joka muodostaa tarttuvan-liukuvan vastuksen.

O-renkaan paikallinen liukuminen vetää renkaan lopulta pyörimään ja vääntymään. Siksi kun O-rengas käytössä näyttää noin 45 asteen vinottaita kierrejäisiä merkintöjä, paikallista pyörimistä ja leikkausaukkoja, ei pitäisi pelkästään päätellä, että kyseessä on asennusongelma, vaan myös tarkistaa saastumisen tunkeutumisen ja voitelun tila.

8. Painepaineen vaikutus, suurempi tiukkuus ja kuluminen johtavat puristumiseen ja purentaan

Koneellisia rakennuskoneita ja kaivosteollisuuden laitteita kuormitetaan usein voimakkaasti paineella, värähtelyllä, epätasaisella kuormituksella ja rakenteellisella joustavuudella. Epäpuhtaudet aiheuttavat kulumista, joka laajentaa tiukkuutta entisestään ja lisää O-renkaan puristumisen tiukkuutta. Korkeassa paineessa O-rengas puristuu tiukkuuteen, jonka jälkeen sen reuna leikataan, mikä johtaa "purentaan" tai "langan vetäytymiseen" tai kumin puuttumiseen.

Parker selittää, että O-renkaan puristuminen esiintyy yleisesti liikkuvissa tiukkuuksissa, pulssipaineen aiheuttamissa staattisissa tiukkuuksissa, liian suuressa tiukkuudessa ja osien hengitysliikkeen aiheuttamassa muodonmuutoksessa; tärkeimmät vastatoimet ovat tiukkuuden pienentäminen, tukirenkaiden käyttö, materiaalin kovuuden parantaminen, väliaineen yhteensopivuuden tarkistaminen ja epäkeskisyyden hallinta.

Kovien hiukkasten ja mutan vaikutusalueessa puristusvaurio tapahtuu usein samanaikaisesti kulumisen kanssa: ensin hiukkasenkuluminen aiheuttaa välyksen kasvamisen, sitten korkeapaineinen O-renkaus puristuu välykseen ja lopulta leikkaantuu terävän reunan kohdalla; hiekka-ainehiukkaset ja toistuva liike repivät kumimateriaalia.

9. Liiallinen pinnan karkeus lisää kulumista

Liian karkea vastapinta kuluttaa O-renkausta kuin veitsenterä; liian sileä pinta taas ei ehkä säilytä voitelukalvoa, mikä aiheuttaa kuivan kitkan. Parkerin kulumisanalyysi osoittaa myös, että staattiset tiivistykset voivat liikkua urassaan korkean pulssipaineen vaikutuksesta, mikä aiheuttaa kulumista, ja jos pinnan laatu on heikko, kulumisvaara kasvaa. Pinnan karkeuden pienentäminen parantaa kuivan kulumisen kestävyyttä.

Hydrauliikkasylinterin varren, venttiilin kannan, akselin päiden ja vastaavien dynaamisten tiivistysten kohdalla erityisesti: mutassa ja pölyssä esiintyvissä ympäristöissä pinnan laadun nopea huononeminen johtaa nopeasti muodostuvaan vuotokanavien kehäilmiöön; vuotava öljy kiinnittää myös lisää pölyä, mikä aiheuttaa toissijaisen saastumisen.

3. Erilaisten saastumisten tuhoavat ominaisuudet

4. Tyypillisiä vioitumistilanteita rakennuskoneissa, kaivosteollisuudessa ja maatalouskoneissa

1. Hydraulisylinterin pistonsauvan tiivistys

Tämä on tyypillisin pöly- ja mutatilanne. Pistonsauvaan kertyy mutaa ja hiekkaa sylinterin kutistuessa, mikä tuo kontaminaantteja sylinterin sisälle. Jos pölyrengas ei poista kontaminaantteja tehokkaasti, hiukkaset pääsevät tiivistysalueelle ja aiheuttavat päätiivistyksen ja O-renkaan aputiivistyksen vioitumisen, mikä johtaa kaksisuuntaiseen kulumiseen ja öljyn saastumiseen.

Trelleborgin kaivosteollisuuden tiivistysratkaisun materiaalissa mainitaan myös mutan, veden, tuhkan ja pölyn kontaminaation hallinta sekä voitelun ylläpitäminen tärkeinä tavoitteina koko tiivistysjärjestelmälle.

2. Pinnin akseli, kiertymäpiste, pyörivä tukipiste

Nämä paikat ovat usein alttiina hiekkamaalle, mutalle ja iskukuormitukselle. Jos O-rengasta käytetään suoraan pölyn tai rasvan tiivistykseen, ulkopuolisten hiukkasten tarttuessa rasvaan muodostuu hiomapaste, joka liikkeen aikana kuluttaa jatkuvasti O-rengasta ja metallisen vastapinnan.

Tällä tyypillä asennettaessa yksinkertaiset tavalliset NBR-muoviset O-renkaat kestävät yleensä vain lyhyen aikaa, joten tulisi harkita V-renkaiden, rungonmuotoisten öljysulkkurengasten, yhdistettyjen sulkuja, labyrinttirakenteen tai säännöllisen voiteluaineen täydennyksen ja pölynestorakenteen käyttöä.

3. Maatalouskoneiden muta-, vesi- ja kasvikuituympäristö

Maatalouskoneiden epäpuhtauksia eivät ole pelkästään hiekka, vaan myös viljapätkät, olki, lannoite sekä vesi ja muta. Kasvikuidut kietoutuvat helposti akselin päihin tai sauvojen pintojen ympärille, tuoden mukanaan mutaa ja hiekkaa ja lisäten saastumista. Lannoitteiden ja torjunta-aineiden jäämät voivat myös kiihdyttää kemiallista vanhenemista, mutta useimmiten ensin tapahtuu kuitenkin kulkeutumiskulumaa saastumispartikkelien aiheuttamana.

4. Kaivosteollisuuden kuljetus-, murskaus-, poraus- ja lastauslaitteet

Kaivosteollisuuden pöly on kovaa, hiukkaset ovat hauraita ja kovia, kuormituksen iskun voimakkuus on suuri ja tiivistysosat kuluvat nopeasti, leikaten, puristen ja kuluttaen. Tavallisista O-renkaista on tällaisessa ympäristössä parempi käyttää staattisia tiukentimia tai apukompensaatiokomponentteja, eikä niitä sovelleta suoraan dynaamiseen tiukentimeen kaivannaismurun ja saven vastaan.

5. Kuinka tunnistaa vioittumisen ulkoiset merkit

Poistettu O-rengas voidaan tarkistaa seuraavien ominaisuuksien perusteella:

Parker mainitsee myös kuivan voitelun asennuksessa, saastumisen, terävät reunat, uran ja reiän suun mittojen poikkeavuudet sekä muut tekijät, jotka johtavat asennusvirheisiin, ja suosittelee asennuksen aikana puhdasta ympäristöä ja asennusvoitelua tarkistamiseen.

6. Kuinka selittää teknistä arviointia asiakkaille

Tämä voidaan selittää rakennuskoneiden, kaivosteollisuuden ja maatalouskoneiden asiakkaille seuraavasti:

Monet O-renkaiden vioittumiset johtuvat ei niinkään kumin materiaalin heikkenemisestä, vaan kontaminaation hiukkasista, jotka pääsevät tiivistyskosketusalueelle ja aiheuttavat kulumista. Pöly, muta ja hiekka raastavat pois voitelukalvon, raastavat metallipinnan, uppoavat kumiin ja muuttavat O-renkaan joustavasta tiivistysosasta jatkuvasti kuluvaksi kulumisosaksi. O-renkaan vaihto yksin ei yleensä poista ongelman juurisyytä; samanaikaisesti on tarkistettava pölynpoistorenkaan, suojarakenteen, varren pinnan kunnon, uran välistä tilaa, voitelua ja kontaminaation hallintaa.

Sanottuna suoraan:

Pölyisissä, mutaisissa ja kulumia aiheuttavien hiukkasten ympäristöissä tiivistyksen elinikä riippuu pääasiassa siitä, "voidaanko hiukkaset estää pääsemästä sisään", ei pelkästään siitä, "onko O-renkaan materiaali hyvä".

7. Suositeltava ratkaisuyhdistelmä

Saastuneiden laitteiden käsittelyyn suositellaan seuraavaa prioriteettijärjestystä:

Ensimmäiseksi pölyn estäminen: Lisätään tai päivitetään pölynpoistorenkaita, suojarenkaita, pölykappeja, labyrinttirakenteita ja liukuputkensuojia.

Toiseksi kulumisvastus: Käytä kulumiselle kestävämpiä materiaaleja, kuten HNBR-, PU/TPU-materiaaleja tai sopivia yhdistettyjä tiivistestraktureita.

Kolmanneksi puristuskestävyys: Lisää tukirenkaita korkeassa paineessa ja suuressa välyksessä tai vaihda T-renkaaseen tai yhdistettyihin tiivisteisiin.

Neljänneksi pinnan hallinta: Korjaa varren, akselin, uran, pinnoitteen ja viisteiden pinnat.

Viidenneksi voitelun hallinta: Käytä yhteensopivia voiteluaineita, säilytä suojattu öljykalvo ja vältä ulkoisen öljyn ja rasvan keräämistä pölyä.

Lopuksi huollon hallinta: Puhdista kokoonpano, tarkasta pölyrenkaita säännöllisesti ja vältä tiivisteposken altistamista korkeapaineiselle suoralle iskulle.

Pölyn, mutan ja kovien hiukkasten ympäristöissä O-renkaan vioittumisen yleisin syy on:

Contaminointipartikkelit pääsevät tiivistysjärjestelmään, tuhoavat voitelun, muuttavat kitkaa, kuluttavat kumia, naarmuuttavat metallia, laajentavat välistä ja aiheuttavat kiertämistä, puristumista ja vuotamista.

Siksi tämän tyyppisen ongelman ratkaiseminen ei voi pelkästään kysyä »mitä kumia käyttää«, vaan samanaikaisesti on myös tehtävä seuraavaa:

• Mistä partikkelit tulevat?
• Onko pölyrengas olemassa?
• Sopiiko pölyrengas mutaan?
• Voidaanko voitelukalvo ylläpitää?
• Onko varren pinta ja ura jo vaurioitunut?
• Onko painepiikki ja väli liian suuria, jolloin tarvitaan tukirenkaita?
• Koetteleeko O-rengas pakotettuna toimia pölynesteenä?

Rakennuskoneiden, kaivosteollisuuden ja maatalouskoneiden asiakkaille todella tehokas ratkaisu on yleensä O-renkaan materiaalin, pölyrenkaan rakenteen, pölynestosuunnittelun, voitelun säädön, pinnan laadun ja tukirenkaan puristumissuojan järjestelmällinen yhdistelmä, ei pelkkä yhden kovemman tai kalliimman O-renkaan vaihto.