Sealingtechnologie en materiaalkeuzes in hydraulische systemen

Afdichten is de sleutel tot een goed functionerend hydraulisch systeem. Elke olielek van de cilinder of zuiger, of elk stofdeeltje dat naar binnen komt, verkort de levensduur van het gehele systeem en vermindert de efficiëntie ervan.

Om te voorkomen dat olie naar buiten lekt en vuil naar binnen komt, heeft de industrie talloze verschillende afdichtingen, technieken en methoden ontwikkeld. Elk heeft zijn eigen sterke punten. Bij sommige zware toepassingen is één afdichting alleen mogelijk niet voldoende, waardoor ingenieurs in plaats daarvan een volledig afdichtsysteem gebruiken.

Het kiezen en gebruiken van afdichtsystemen

Een afdichtsysteem bestaat meestal uit verschillende speciale afdichtingen die samenwerken om een uitstekende algehele prestatie te leveren. Een afdichtsysteem voor een hogedrukcilinder bestaat doorgaans uit vier onderdelen: een veegring, een stangafdichting (of hoofdabdichting), een bufferafdichting (of secundaire afdichting) en een geleidingsring. Een zuigerafdichtsysteem bestaat meestal alleen uit een hoofdabdichting en een geleidingsring.

De vier materialen die tegenwoordig het meest worden gebruikt voor hydraulische afdichtingen zijn polyurethaan (PU), nitrilrubber (NBR), fluorkautschuk (FKM) en PTFE.

Hoe het juiste materiaal te kiezen

De keuze van materiaal hangt af van de werkomstandigheden. Verschillende chemicaliën reageren

op verschillende manieren met elk materiaal en sommige kunnen hogere druk of temperatuur verdragen. Het materiaal moet ook bestand zijn tegen uitdrukken (vervorming onder druk). De juiste keuze hangt daarom altijd af van de precieze toepassing.

Hieronder volgen de meest gebruikte afdichtmaterialen en hun voordelen.

1. Polyurethaan (PU)

Polyurethaan is een sterke kunststof met veel urethaangroepen in zijn chemische structuur. Het is een type thermoplastisch elastomeer. Het gedraagt zich gedeeltelijk als harde kunststof en gedeeltelijk als rubber, waardoor het de kloof tussen deze twee materialen opvult.

De eigenschappen van polyurethaan zijn afkomstig van drie hoofdbestanddelen: polyol, di-isocyanaat en ketenverlenger. Het type en de hoeveelheid van elk van deze bestanddelen, evenals de wijze waarop ze met elkaar reageren, bepalen de uiteindelijke prestaties. Polyurethaan biedt doorgaans:

· Hoge mechanische sterkte

· Hoge reksterkte

· Zeer goede slijtvastheid

· Uitstekende buigzaamheid

· Stijfheid die over een breed bereik kan worden afgesteld

· Breed hardheidsbereik, terwijl het toch elastisch blijft

· Goede weerstand tegen ozon en veroudering

· Uitstekende weerstand tegen slijtage en scheuren

·Goede weerstand tegen olie en benzine

Temperatuurbereik: -30 tot 80 °C. Speciale hoogpresterende typen kunnen langdurig temperaturen tot 110 °C in minerale olie verdragen.

2. Nitrilrubber (NBR)

NBR wordt vervaardigd uit butadieen en acrylonitril. De hoeveelheid acrylonitril (ACN) beïnvloedt de eigenschappen sterk:

·Elasticiteit

·Toughness bij lage temperaturen

·Hoe gemakkelijk gas erdoorheen diffundeert

·Compressieset

·Weerstand tegen opzwellen in minerale olie, vet en brandstof

NBR met lage ACN-gehalte is zeer flexibel bij lage temperaturen (tot ongeveer -45 °C), maar biedt slechts matige weerstand tegen olie en brandstof. NBR met hoog ACN-gehalte heeft de beste weerstand tegen olie en brandstof, maar kan slechts

blijf flexibel tot -3 ℃. Naarmate het ACN stijgt, neemt de elasticiteit af en wordt de compressievaststelling slechter.

NBR is goed in:

· Bestand tegen opzwellen in alifatische koolwaterstoffen, vet, HFA/HFB/HFC vlamvertragende hydraulische oliën, plantaardige en dierlijke oliën, lichte brandstoffen en diesel

· Verwerken van heet water tot 100 ℃ (zoals in sanitairinstallaties), zwakke zuren en alkaliën

· Matige bestendigheid tegen hoog-aromatische brandstoffen

Het zet sterk op in aromatische koolwaterstoffen, gechloreerde koolwaterstoffen, HFD vlamvertragende oliën, esters, polaire oplosmiddelen en glycolremvloeistof.

Temperatuurbereik: -40 tot 100 ℃ (kortstondig tot 130 ℃). Speciale mengsels kunnen bij lage temperaturen tot -55 ℃ gaan. Boven de grens wordt het materiaal hard.

3. Fluorkautschuk (FKM)

FKM wordt verkregen door vinylidenfluoride (VF) te combineren met verschillende hoeveelheden

hexafluorpropyleen (HFP), tetrafluorethyleen (TFE) en andere bestanddelen. De samenstelling en het fluorgehalte (65% tot 71%) bepalen de chemische en lage-temperatuurbestendigheid. Het kan worden gevulkaniseerd met diamines, bisfenolen of organische peroxiden.

FKM staat bekend om:

·Uitstekende bestendigheid tegen hoge temperaturen

·Uitstekende bestendigheid tegen olie, benzine, hydraulische olie en koolwaterstofoplosmiddelen

·Goede vuurbestendigheid

·Zeer lage gasdoorlatendheid

·Sterke opzwelling in polaire oplosmiddelen, ketonen, brandwerende hydraulische oliën van het Skydrol-type en remvloeistof

Temperatuurbereik: ongeveer -20 tot 200 ℃ (kortstondig tot 230 ℃). Speciale kwaliteiten kunnen van -50 tot 200 ℃ worden gebruikt.

4. Polytetrafluoroethyleen (PTFE)

PTFE wordt vervaardigd uit tetrafluorethyleen. Dit niet-elastische materiaal is bijzonder vanwege:

·Zijn oppervlak is zeer glad en stabiel

·Het is niet-toxisch tot 200 ℃ ·Extreem lage wrijving tegen bijna elk ander oppervlak—statische en dynamische wrijving zijn bijna gelijk

·Uitstekende elektrische isolatie (bijna ongevoelig voor frequentie, temperatuur of weersomstandigheden)

·Betere chemische weerstand dan elke andere kunststof of rubber

·Wordt alleen aangetast door vloeibare alkalimetalen en een paar fluorverbindingen bij hoge temperatuur

Temperatuurbereik: -200 ℃ tot 260 ℃. Zelfs bij zeer lage temperaturen behoudt het nog steeds enige

buigzaamheid, waardoor het wordt gebruikt in vele toepassingen bij extreme kou. Aangezien PTFE niet erg elastisch is en op termijn kan kruipen, worden de meeste hydraulische afdichtingen gecombineerd met een veer of rubberonderdeel om de lip strak te houden.

Veelvoorkomende afdichtingsontwerpen in hydraulische cilinders

Hieronder staan de meest gebruikte afdichtingstypen in hydraulische cilinders.

1. Zuigerafdichtingen

·Afdichting tussen de zuiger en de cilinderbuis—zeer belangrijk voor een juiste werking van de cilinder

·Het meest voorkomende ontwerp is een lipaftimmering, maar O-ringen of T-aftimmeringen worden ook gebruikt

·Moet een afdichting geven terwijl de wrijving laag blijft

·Wordt gemaakt van verschillende materialen, afhankelijk van de toepassing

·Vereist systeemdruk om de lip strak tegen te drukken

2. Wissers (stofafdichtingen)

·Krachtige schraapwerking om modder, water, stof en vuil buiten te houden

·Veegt de oliefilm terug naar het systeem wanneer de zuigerstang intrekt

·Beschermt de hoofdafdichtingen en verlengt hun levensduur

·Wordt meestal gemaakt van slijtvast polyurethaan

·Wordt vaak ook gebruikt als vetafdichting op koppelpennen

3. Stangafdichtingen

·Voorkomt olielekkage uit het systeem

·Moet goed functioneren bij zowel lage als hoge druk

·Vereist uitstekende weerstand tegen extrusie en slijtage

·Dient het oliefilm terug naar het systeem te brengen

·Werkt meestal tot een druk van 31,5 MPa

4. Bufferafdichtingen

·Absorbeert plotselinge hoge-drukstoten

·Beschermt de stangafdichting tegen drukpieken

·Kan opgesloten druk tussen de afdichtingen vrijgeven, wat de levensduur van de stangafdichting verlengt en een grotere spleet toelaat zonder extrusie. Ook zeer slijtvast.

5. Richtingsringen (slijtagebanden)

·Voorkomt dat metalen onderdelen binnen de cilinder elkaar raken

·Houdt de zuigerstang en de zuiger op het midden

·Verlengt de levensduur van de afdichtingen

6. O-ringen

·Meest gebruikt voor statische (niet-bewegende) afdichtingen

·Afdichten door radiale of axiale compressie

·Werken in beide richtingen

·Kunnen worden gebruikt als krachtbron of als hoofdafdichting

·Zelfafdichtend — geen extra druk of snelheid vereist

Sealtechnologie is het hart van de betrouwbaarheid, levensduur en efficiëntie van hydraulische systemen. Van het kiezen van het juiste enkelvoudige materiaal tot het ontwerpen van een compleet systeem met meerdere onderdelen moet elke keuze exact aansluiten bij de werkdruk, -temperatuur en -omstandigheden.