Tettingsteknologi og materialvalg i hydrauliske systemer

Tetting er nøkkelen til å holde et hydraulisk system i god drift. Enhver oljelekkasje fra sylinderen eller stempelet, eller hvilken som helst smuss som kommer inn, vil forkorte levetiden til hele systemet og gjøre det mindre effektivt.

For å hindre olje i å lekke ut og smuss i å komme inn, har industrien utviklet mange ulike tetninger, teknikker og metoder. Hver har sine egne styrker. I noen krevende oppgaver kan én enkelt tetning være utilstrekkelig, så ingeniører bruker i stedet et komplett tettingssystem.

Valg og bruk av tettingssystemer

Et tetningssystem består vanligvis av flere spesialtetninger som fungerer sammen for å gi en utmerket helhetlig ytelse. Et tetningssystem for høytrykksylinder har vanligvis fire deler: en tørkepille, en stangtetning (eller hovedtetning), en bufferetning (eller sekundærtetning) og en veilederring.

De fire materialene som brukes mest i hydrauliske tetninger i dag er polyuretan (PU), nitrilkautsjukk (NBR), fluorogummi (FKM) og PTFE.

Hvordan velge riktig materiale

Valget av materiale avhenger av driftsforholdene. Forskjellige kjemikalier reagerer

forskjellig med hvert materiale, og noen kan tåle høyere trykk eller temperatur. Materialet må også motstå å bli presset ut av formen. Riktig valg avhenger derfor alltid av den konkrete oppgaven.

Her er de vanligste tetningsmaterialene og hva de er gode til.

1. Polyuretan (PU)

Polyuretan er et sterkt plastmateriale med mange uretangrupper i sin kjemiske struktur. Det er en type termoplastisk elastomer. Det oppfører seg delvis som hard plast og delvis som gummi, og fyller dermed gapet mellom de to.

Egenskapene til polyuretan skyldes tre hovedingredienser: polyol, diisocyanat og kjedelengdeutvider. Typen og mengden av hver ingrediens, samt hvordan de reagerer med hverandre, bestemmer den endelige ytelsen. Polyuretan gir vanligvis:

• Høy mekanisk styrke

• Høy strekkstyrke

• Svært god slitasjemotstand

• Utmerket fleksibilitet

• Stivhet som kan justeres over et bredt spekter

• Bred hardhetsrekkevidde samtidig som det beholder elastisiteten

• God motstand mot ozon og aldrende

• Utmerket motstand mot slitasje og revning

·God motstand mot olje og bensin

Temperaturområde: –30 til 80 °C. Spesielle høytytende typer kan tåle opptil 110 °C i lengre tid i mineralolje.

2. Nitrilkautsjuk (NBR)

NBR fremstilles av butadien og akrylonitril. Mengden akrylonitril (ACN) påvirker egenskapene kraftig:

·Elastisitet

·Tøffhet ved lave temperaturer

·Hvor lett gass passerer gjennom materialet

·Kompressjonssett

·Motstand mot oppsvelling i mineralolje, fett og drivstoff

NBR med lav ACN-innhold er svært fleksibelt ved lave temperaturer (ned til ca. –45 °C), men har bare middels motstand mot olje og drivstoff. NBR med høyt ACN-innhold har best motstand mot olje og drivstoff, men kan kun

hold på fleksibiliteten ned til -3 °C. Ettersom ACN-innholdet øker, minker elastisiteten og kompresjonssettet blir verre.

NBR er godt egnet til:

·Å motstå oppsvelling i alifatiske hydrokarboner, fett, HFA/HFB/HFC-brannsikre hydraulikkvæsker, vegetabilske og animalske oljer, lett drivstoff og diesel

·Å tåle varmt vann opp til 100 °C (f.eks. i rørinstallasjoner), svake syrer og baser

·Medium motstand mot kraftig aromatiske drivstoff

Det sveller kraftig opp i aromatiske hydrokarboner, klorerte hydrokarboner, HFD-brannsikre oljer, estere, polare løsningsmidler og glykolbremsevæske.

Temperaturområde: -40 til 100 °C (kortvarig opp til 130 °C). Spesialblandinger kan brukes ned til -55 °C ved lave temperaturer. Over dette grenseområdet blir materialet hardt.

3. Fluorogummi (FKM)

FKM fremstilles ved å blande vinylidenfluorid (VF) med ulike mengder

heksafluorpropen (HFP), tetrafluoretylen (TFE) og andre ingredienser. Blandingens sammensetning og fluoringehold (65–71 %) avgjør hvor godt det motstår kjemikalier og lave temperaturer. Det kan vulkaniseres med diaminer, bifenoler eller organiske peroksyder.

FKM er kjent for:

·Utmerket motstand mot høy temperatur

·Utmerket motstand mot olje, bensin, hydraulikkolje og hydrokarbonløsningsmidler

·God brannmotstand

·Mye lav gasspermeabilitet

·Kraftig oppsvelling i polare løsningsmidler, ketoner, Skydrol-type brannsikre hydraulikkoljer og bremsevæske

Temperaturområde: ca. –20 til 200 °C (kortvarig opp til 230 °C). Spesialkvaliteter kan brukes fra –50 til 200 °C.

4. Polytetrafluoretylen (PTFE)

PTFE fremstilles fra tetrafluoretylen. Dette ikke-elastiske materialet er spesielt på grunn av følgende egenskaper:

·Overflaten er svært glatt og stabil

·Er ikke giftig opp til 200 ℃ ·Ekstremt lav friksjon mot nesten hvilken som helst annen overflate – statisk og dynamisk friksjon er nesten like

·Utmerket elektrisk isolasjon (nesten uavhengig av frekvens, temperatur eller værforhold)

·Bedre kjemisk motstandsdyktighet enn hvilket som helst annet plast- eller gummimateriale

·Angripes bare av væskeformige alkalimetaller og noen få fluorforbindelser ved høy temperatur

Temperaturområde: −200 ℃ til 260 ℃. Selv ved svært lave temperaturer beholder det fortsatt noe

fleksibilitet, så det brukes i mange applikasjoner med ekstrem kulde. Ettersom PTFE ikke er særlig elastisk og kan krype over tid, kombineres de fleste hydrauliske tetninger med en fjær eller en gummidel for å holde leppen stram.

Vanlige tetningsdesigner i hydrauliske sylindre

Her er de vanligste tetningstypene som brukes i hydrauliske sylindre.

1. Stempeltetninger

·Tetting mellom stempelet og sylinderrøret – svært viktig for at sylinderen skal fungere riktig

·Mest vanlig design er en leppetetting, men O-ring- eller T-tettinger brukes også

·Må gi en tett tetting samtidig som friksjonen holdes lav

·Lages av ulike materialer avhengig av bruksområdet

·Krever systemtrykk for å presse leppen tett

2. Viskere (støvtettinger)

·Sterk skrapevirkning for å holde mudder, vann, støv og smuss ute

·Visker olmembren tilbake inn i systemet når stangen trekkes inn

·Beskytter hovedtettingene og gjør at de varer lenger

·Lages vanligvis av slitesterkt polyuretan

·Brukes ofte også som fetttetninger på lenkebolter

3. Stangtetninger

• Forhindre lekkasje av olje ut av systemet

• Må fungere godt både ved lav og høy trykk

• Krever utmerket motstand mot ekstrudering og slitasje

• Bør føre oljefilmen tilbake inn i systemet

• Håndterer vanligvis trykk opp til 31,5 MPa

4. Demper tetninger

• Håndterer plutselige høytrykksstøt

• Beskytter stangtetningen mot trykkspisser

• Kan frigjøre fangst trykk mellom tetninger, noe som forlenger levetiden til stangtetningen og tillater en bredere spalte uten ekstrudering. Er også svært slitesterk.

5. Føringsringer (slitasjeringer)

• Forhindre metalldele inni sylinderen i å komme i kontakt med hverandre

• Holde stempelstangen og stempelet sentrert

• Bidra til at tetningene varer lenger

6. O-ringer

• Mest vanlige for statiske (ikke-bevegelige) tetninger

• Tetner ved å bli klemt radielt eller aksialt

• Virker i begge retninger

• Kan brukes som kraftleverandør eller som hovedtetning

• Selvtetnende – krever ingen ekstra trykk- eller hastighetspåvirkning

Tettingsteknologi er hjertet i hydrauliske systemers pålitelighet, levetid og effektivitet. Fra valg av riktig enkeltmateriale til utforming av et komplett flerdelsystem må hver enkelt beslutning tilpasses nøyaktig trykk, temperatur og driftsforhold.