Tömítési technológia és anyagválasztás hidraulikus rendszerekben

A tömítés kulcsfontosságú a hidraulikus rendszer megfelelő működtetéséhez. Bármely olajszivárgás a hengerből vagy a dugattyúból, illetve bármilyen szennyeződés bejutása a rendszerbe csökkenti az egész rendszer élettartamát és csökkenti hatékonyságát.

Az olaj kifolyásának megakadályozására és a szennyeződések belépésének megelőzésére az ipar számos különböző tömítést, technikát és módszert fejlesztett ki. Mindegyiknek saját erősségei vannak. Néhány nehéz feladatnál egyetlen tömítés nem elegendő, ezért a mérnökök inkább teljes tömítőrendszert alkalmaznak.

Tömítőrendszerek kiválasztása és használata

Egy tömítőrendszer általában több speciális tömítésből áll, amelyek együttműködve biztosítanak kiváló összképességet. Egy nagynyomású henger tömítőrendszere általában négy részből áll: törlőtömítésből, rúdtömítésből (vagy főtömítésből), puffertömítésből (vagy másodlagos tömítésből) és vezetőgyűrűből. Egy dugattyú tömítőrendszere általában csak egy főtömítésből és egy vezetőgyűrűből áll.

A hidraulikus tömítésekben jelenleg leggyakrabban használt négy anyag a poliuretán (PU), az aknitril-gumi (NBR), a fluor-gumi (FKM) és a PTFE.

Hogyan válasszunk megfelelő anyagot

Az anyag kiválasztása a működési körülményektől függ. Különböző vegyi anyagok másképpen reagálnak

az egyes anyagokkal, és egyesek magasabb nyomást vagy hőmérsékletet is elviselnek. Az anyagnak továbbá ellenállónak kell lennie a deformálódásra (összenyomódásra). Így a megfelelő anyagválasztás mindig az adott feladattól függ.

Az alábbiakban a leggyakoribb tömítőanyagok és azok alkalmazási területei szerepelnek.

1. Poliuretán (PU)

A poliuretán egy erős műanyag anyag, amely kémiai szerkezetében számos uretán-csoportot tartalmaz. Egyfajta termoplasztikus elasztomer. Részben kemény műanyagként, részben gumiszerűen viselkedik, így kitölti a két anyagcsoport közötti rést.

Tulajdonságait három fő összetevő határozza meg: poliol, diizocianát és lánc-hosszabbító. Mindegyik típusa és mennyisége, valamint azok reakciója dönti el a végleges teljesítményt. A poliuretán általában a következő tulajdonságokat nyújtja:

· Magas mechanikai szilárdság

· Magas szakítószilárdság

· Kiváló kopásállóság

· Kiváló rugalmasság

·Széles tartományban beállítható merevség

·Széles keménységtartomány mellett is rugalmas marad

·Jó ellenállás az ózonnak és az öregedésnek

·Kiváló kopás- és szakadási ellenállás

·Jó ellenállás az olajoknak és a benzinnek

Hőmérséklettartomány: –30–80 °C. Különlegesen magas teljesítményű típusok hosszabb ideig elviselik a 110 °C-ot ásványi olajban.

2. Nitril-gumi (NBR)

Az NBR-butadiénből és akrilnitrilből készül. Az akrilnitril (ACN) mennyisége nagymértékben befolyásolja tulajdonságait:

·Rugalmaság

·Alacsony hőmérsékleten való ütőállóság

·Mennyire könnyen átjut a gáz

·Nyomás alatti deformáció maradéka

·Ellenállás a duzzadással szemben ásványolajban, zsírban és üzemanyagban

Az alacsony ACN-tartalmú NBR nagyon rugalmas alacsony hőmérsékleten (kb. –45 °C-ig), de csak közepes ellenállást mutat olajjal és üzemanyaggal szemben. A magas ACN-tartalmú NBR a legjobb olaj- és üzemanyag-ellenállással rendelkezik, de rugalmassága csak kb. –3 °C-ig marad meg.

ahogy az ACN-tartalom nő, a rugalmasság csökken, és a nyomás alatti deformáció maradéka romlik.

Az NBR jól alkalmazható:

·Alifás szénhidrogénekben, zsírban, HFA/HFB/HFC tűzgátló hidraulikus olajokban, növényi és állati olajokban, könnyű üzemanyagban és dízelben való duzzadásgátlásra

·Forró víz kezelésére legfeljebb 100 °C-ig (pl. vízvezetékrendszerekben), enyhe savak és lúgok hatására

·Közepes ellenállás magas aromás üzemanyagokkal szemben

Erősen duzzad aromás szénhidrogénekben, klórozott szénhidrogénekben, HFD tűzgátló olajokban, észterekben, poláris oldószerekben és glikol alapú fékfolyadékban.

Hőmérséklet-tartomány: -40–100 °C (rövid ideig akár 130 °C-ig is). Speciális összetételek alacsony hőmérsékleten akár -55 °C-ig is alkalmazhatók. A határérték felett az anyag keményedik.

3. Fluoroszilikon-gumi (FKM)

Az FKM-et vinilidén-fluoridból (VF) és különböző mennyiségű

hexafluor-propilénből (HFP), tetrafluor-etilénből (TFE) valamint egyéb összetevőkből állítják elő. Az összetétel és a fluor tartalom (65–71 %) határozza meg, milyen jól ellenáll a vegyi anyagoknak és az alacsony hőmérsékletnek. Különféle diaminekkel, biszfenolokkal vagy szerves peroxidokkal lehet kifőzni.

Az FKM a következő tulajdonságairól ismert:

·Kiváló magas hőmérséklet-állóság

·Kiemelkedő ellenállás olajokkal, benzinnek, hidraulikaolajjal és szénhidrogén-oldószerekkel szemben

·Jó tűzállóság

·Nagyon alacsony gázáteresztő képesség

·Erős duzzadás poláros oldószerekben, ketonokban, Skydrol-típusú tűzálló hidraulikaolajokban és fékfolyadékban

Hőmérséklet-tartomány: kb. -20–200 °C (rövid ideig akár 230 °C-ig is). Speciális minőségek -50–200 °C közötti tartományban használhatók.

4. Politetrafluoroetilén (PTFE)

A PTFE-t tetrafluoroetilénből állítják elő. Ez a nem rugalmas anyag különleges tulajdonságai miatt különleges:

·Felülete rendkívül sima és stabil

·Mérgezetlen 200 °C-ig ·Rendkívül alacsony súrlódási együttható majdnem bármely más felülettel szemben – a statikus és dinamikus súrlódás értéke majdnem azonos

·Kiváló elektromos szigetelés (gyakorlatilag független a frekvenciától, a hőmérséklettől vagy az időjárástól)

·Jobb kémiai ellenállás, mint bármely más műanyag vagy gumiféle

·Csak folyékony alkálifémek és néhány fluorvegyület támadja meg magas hőmérsékleten

Hőmérséklet-tartomány: -200 °C–260 °C. Nagyon alacsony hőmérsékleten is megőrzi bizonyos rugalmasságát, ezért számos extrém hideg környezetben alkalmazzák. Mivel a PTFE nem túl rugalmas, és idővel lassan elcsúszhat (kúszhat), a legtöbb hidraulikus tömítés kombinálja egy rugóval vagy gumirészlettel, hogy a tömítőperem szorosan illeszkedjen.

hőmérséklet-tartomány: -200 °C–260 °C. Nagyon alacsony hőmérsékleten is megőrzi bizonyos rugalmasságát, ezért számos extrém hideg környezetben alkalmazzák. Mivel a PTFE nem túl rugalmas, és idővel lassan elcsúszhat (kúszhat), a legtöbb hidraulikus tömítés kombinálja egy rugóval vagy gumirészlettel, hogy a tömítőperem szorosan illeszkedjen.

Gyakori tömítési megoldások hidraulikus hengerekben

Az alábbiakban a hidraulikus hengerekben leggyakrabban használt tömítési típusokat soroljuk fel.

1. Piston-tömítések

· A dugattyú és a hengerhenger közötti tömítés – rendkívül fontos a henger megfelelő működéséhez

· A leggyakoribb kivitel a peremtömítés, de O-gyűrűk vagy T-alakú tömítések is alkalmazhatók

· Szoros tömítést kell biztosítaniuk, miközben a súrlódást alacsonyan tartják

· A feladattól függően különböző anyagokból készülnek

· A rendszer nyomására van szükségük ahhoz, hogy a peremet szorosan a felülethez nyomják

2. Takarítótömítések (porvédő tömítések)

· Erős kaparó hatás, amely megakadályozza a sár, a víz, a por és a szennyeződések behatolását

·A rúd visszahúzódásakor a kenőolaj-film visszakerül a rendszerbe

·Védik a fő tömítéseket, és meghosszabbítják élettartamukat

·Általában kopásálló poliuretánból készülnek

·Gyakran zsírtömítésként is használják őket a kapcsolóelemek tengelyein

3. Rúdtömítések

·Megakadályozzák az olaj kiszivárgását a rendszerből

·Jól kell működniük alacsony és magas nyomáson egyaránt

·Kiváló nyomásállóságra és kopásállóságra van szükségük

·A kenőolaj-filmet vissza kell juttatniuk a rendszerbe

·Általában legfeljebb 31,5 MPa nyomást bírnak el

4. Puffer-tömítések

·Képesek elviselni hirtelen, nagy nyomásingerek hatását

·Védik a rúdtömítést a nyomáscsúcsoktól

·Képesek kiengedni a tömítések között becsapódott nyomást, így meghosszabbítják a rúdtömítés élettartamát, és lehetővé teszik a szélesebb rés kialakítását extrúzió nélkül. Emellett rendkívül kopásállók.

5. Irányítógyűrűk (kopásálló gyűrűk)

·Megakadályozzák, hogy a hengeren belüli fémdarabok egymáshoz érjenek

·A dugattyúrúd és a dugattyú központos helyzetét tartják fenn

·Hozzájárulnak a tömítések élettartamának meghosszabbításához

6. O-gyűrűk

·A leggyakoribb statikus (nem mozgó) tömítések

·A tömítés radikális vagy axiális összenyomással történik

·Két irányban is működik

·Erőként vagy fő tömítésként is használható

·Öntömítő – nincs szükség további nyomásra vagy sebességre

A tömítési technológia a hidraulikus rendszerek megbízhatóságának, hosszú élettartamának és hatékonyságának a központja. A megfelelő egyedi anyag kiválasztásától kezdve egészen egy teljes többalkotós rendszer tervezéséig minden döntésnek pontosan illeszkednie kell a munkanyomáshoz, hőmérsékleti viszonyokhoz és az üzemelési körülményekhez.