Produkty uszczelniające z gumy i tworzyw sztucznych – Wykład 1: Uszczelki standardowe

1. Szybki przegląd

„Standardowe uszczelki” w rzeczywistości jednocześnie stosują dwa proste systemy w katalogach międzynarodowych marek.

Jeden system klasyfikuje je według kształtu i przekroju poprzecznego: pierścienie O, pierścienie O z otoczką, pierścienie kwadratowe, pierścienie D, pierścienie X (pierścienie Quad) oraz połączone uszczelniające podkładki.

Drugi system klasyfikuje je według sposobu montażu oraz funkcji, jaką pełnią: uszczelki statyczne, uszczelki czołowe, uszczelki kołnierzowe i uszczelki do elementów mocujących.

Trelleborg, Freudenberg, Parker oraz Hutchinson organizują swoje katalogi w ten sposób. Umieszczają pierścienie O, pierścienie X, uszczelki kołnierzowe oraz połączone podkładki w jednej dużej grupie „uszczelki statyczne”, zamiast sprzedawać je osobno.

Przy analizie marek światowej klasy warto przyjrzeć się następującym producentom w tej kategorii: Trelleborg, Freudenberg Sealing Technologies, Parker Hannifin/Prädifa oraz Hutchinson. W przypadku wyposażenia fabrycznego dobrą odniesieniową marką jest SKF. W Azji standardem do śledzenia jest NOK.

Te firmy nie sprzedają jedynie pojedynczych pierścieni gumowych. Oferują kompleksowy pakiet: materiały, standardy rozmiarów, projekty rowków, dane zastosowań, certyfikaty oraz kanały sprzedaży.

2. Jak pozycjonują się duże międzynarodowe marki

Trelleborg: Bardzo kompleksowa oferta uszczelek statycznych. Jawnie wymieniają uszczelki typu O-ring, uszczelki typu O-ring z otoczką z FEP, uszczelki typu Quad-Ring/X-Ring, uszczelki klejone (metal + guma), uszczelki kwadratowe Kantseal itd. Ich podejście to „części standardowe wraz z zaprojektowanymi kształtami uszczelek statycznych”.

Freudenberg Sealing Technologies: Silna pozycja w zakresie materiałów i pełnych rodzin produktów. Obejmują one uszczelki typu O-ring, X-ring, uszczelki typu O-ring z otoczką, uszczelki kołnierzowe oraz uszczelki typu USIT-Ring do elementów mocujących. Przekształcają uszczelki statyczne w uporządkowane grupy produktów.

Parker / Prädifa: Wymieniają uszczelki typu O-ring, X-ring, D-ring, uszczelki kołnierzowe, uszczelki do elementów mocujących oraz uszczelki czołowe ORFS. Ich główną zaletą jest bardzo ścisła integracja uszczelek statycznych z połączeniami hydraulicznymi i przewodami cieczy.

Hutchinson: Oferta obejmuje uszczelki typu O-ring, X-ring, uszczelki klejone oraz uszczelki kołnierzowe PFS. Ich linie produktów uszczelek kołnierzowych i uszczelek klejonych są bardzo przejrzyste – idealne do dopasowania do europejskiego, przemysłowego podejścia do statycznych uszczelnień.

SKF: W sprzęcie fabrycznym oferują uszczelki typu O-ring, pierścienie wsporcze, pierścienie kwadratowe oraz uszczelki statyczne. To solidny punkt odniesienia przy dopasowywaniu rozwiązań przemysłowych.

NOK: Uszczelki typu O-ring i rozwiązania uszczelniające stanowią podstawę ich działalności. Obsługują one m.in. motocykle, maszyny budowlane, półprzewodniki oraz systemy wodorowe. Dobry punkt odniesienia dla azjatyckiej produkcji masowej i dostaw przemysłowych.

3. Lista produktów – po jednym

1. Seria uszczelek typu O-ring

O-kręg

To podstawa wszystkich standardowych uszczelnień. Parker dostarcza je zgodnie ze standardami AS 568B, DIN ISO 3601, JIS oraz innymi. Freudenberg traktuje uszczelkę typu O-ring jako klasyczną uszczelkę statyczną i opracowuje również specjalne wersje dynamiczne. SKF i NOK postępują podobnie. Przy porównywaniu z dużymi markami kluczowa różnica nie dotyczy pytania „czy potrafisz wykonać uszczelkę typu O-ring?”, lecz materiałów, zapasu standardowych rozmiarów, certyfikatów, czystości oraz szybkości dostawy.

Zaoblowany pierścień O

Jest to produkt o wyższej wartości. Pierścień O firmy Trelleborg z fluoropolimeru (FEP) składa się z rdzenia wykonanego z silikonu lub gumi fluorowej oraz bezszwowej zewnętrznej warstwy FEP. Zapewnia doskonałą odporność chemiczną i niskie tarcie oraz spełnia wymagania norm ISO 3601, AS 568, BS 4518 itp. Freudenberg pozycjonuje zaoblone pierścienie O jako uszczelki statyczne przeznaczone do zastosowań wymagających wysokiej niezawodności i wyraźnie wskazuje, że wersje z FEP/PFA są przeznaczone głównie do zastosowań statycznych. Są one odpowiednie do pracy ze środkami chemicznymi o dużej agresywności, w warunkach korozji, przy wysokich wymaganiach czystości lub w kontaktach z żywnością. Objętość sprzedaży może nie być duża, ale wartość marki jest wyższa.

Pierścień kwadratowy

Marki międzynarodowe zwykle nazywają go pierścieniem kwadratowym lub pierścieniem o przekroju kwadratowym. Kantseal firmy Trelleborg jest klasycznym przykładem: ma kwadratowy przekrój poprzeczny i jest stosowany głównie jako uszczelka statyczna na kołnierzach zgodnych ze standardem SAE oraz pokrywach końcowych. SKF również klasyfikuje pierścienie kwadratowe jako uszczelki statyczne. Ich wartość wynika z lepszego dopasowania do konstrukcji kołnierzy i pokryw niż prosty okrągły pierścień O.

Zamek typu D

Definicja firmy Parker jest jasna: jest to ekonomiczna alternatywa dla tradycyjnych uszczelek promieniowych i nadaje się do zastosowań statycznych, ruchomych posuwisto-zwrotnych lub obrotowo-oscylacyjnych. Płaskie dno zapobiega awariom spowodowanym skręcaniem spiralnym. Freudenberg oferuje również uszczelki typu D-ring jako specjalną odmianę pierścieni O-ring. Nie są to produkty o wysokim wolumenie sprzedaży, ale dodają rzeczywistej wartości tam, gdzie kluczowe jest stabilne montowanie.

Pierścień X / Pierścień Quad

Najczęstsza modernizacja standardowego pierścienia O-ring. Pierścień Quad/X-ring firmy Trelleborg ma cztery wargi, działa w obu kierunkach i może być stosowany w zastosowaniach statycznych oraz dynamicznych. Zapewnia lepsze uszczelnienie i niższe tarcie niż standardowy pierścień O-ring. Pierścień X-ring XR firmy Freudenberg nadaje się do uszczelniania kołnierzów, pokryw końcowych, połączeń rurowych oraz elementów wykonujących ruch posuwisto-zwrotny/obrotowy. Pierścienie X to doskonała możliwość przejścia od standardowych części do wyższej klasy, markowych części ulepszonych.

Uszczelki gumowe / Uszczelki płaskie

W katalogach międzynarodowych nie są one sprzedawane jako „przedmioty standardowe typu star”. Zaliczane są do uszczelek / uszczelek kołnierzowych / płaskich uszczelek kołnierzowych. Freudenberg traktuje uszczelki jako część systemu uszczelniającego. Trelleborg oferuje standardowe uszczelki kołnierzowe dla przemysłu procesowego. James Walker koncentruje się na materiałach do uszczelniania płaskich kołnierzy. Innymi słowy, są to części bardziej „specyficzne dla rysunku” lub „specyficzne dla zastosowania”. Siła marki wynika z wiedzy specjalistycznej dotyczącej materiałów i zastosowań, a nie tylko samego kształtu.

2. Uszczelki rowkowe i do połączeń

Uszczelnienia statyczne

Nie jest to jeden konkretny kształt. Jest to nazwa obejmująca wszystkie uszczelki bez względnego ruchu. Trelleborg i SKF używają określenia „uszczelki statyczne” jako kategorii. Freudenberg dzieli je dalej na pierścienie O, pierścienie X, uszczelki kołnierzowe oraz pierścienie USIT. Wielkie marki pokazują, że konkurencja na rynku uszczelek statycznych oznacza sprzedaż pełnego zestawu kształtów + projektowanie rowków + dopasowanie do konkretnego zastosowania, a nie tylko pojedynczego gumowego pierścienia.

Uszczelki czołowe

Marki międzynarodowe zazwyczaj nie utrzymują jednej stałej nazwy produktu. Dzieli się je według typu połączenia. Komercyjna nazwa Seal–Lok ORFS firmy Parker to typowy przykład uszczelek czołowych – skupia się na połączeniach zapewniających całkowitą szczelność przy wysokim ciśnieniu, wibracjach oraz impulsach ciśnienia. W przypadku prostych pokryw końcowych lub rowków czołowych marki klasyfikują je jako uszczelki statyczne lub uszczelki kołnierzowe, zamiast tworzyć nową, obszerną kategorię.

Uszczelki kołnierzowe

Jest to podkategoria o dużym potencjale markowym. Parker wymienia uszczelki kołnierzowe oraz uszczelki do elementów mocujących. Freudenberg oferuje uszczelki kołnierzowe i uszczelki pokryw. Hutchinson posiada uszczelki kołnierzowe PFS i stwierdza, że mogą one zastąpić uszczelki nawinięte oraz gumowe. Statyczny system uszczelniający Trelleborga obejmuje również uszczelki kołnierzowe zgodne ze standardem SAE. Elementy kołnierzowe są bardziej skoncentrowane na inżynierii, ponieważ ściśle wiążą się ze standardami kołnierzy, siłą dokręcenia śrub oraz tolerancjami montażowymi.

Połączone podkładki

"Połączone pierścienie uszczelniające" to powszechna chińska nazwa. Międzynarodowe marki określają je jako złożone pierścienie uszczelniające, uszczelki do elementów mocujących, pierścienie USIT lub pierścienie klejone. Parker nazywa je uszczelkami do elementów mocujących / złożonymi pierścieniami uszczelniającymi składającymi się z metalowej podstawy i wulkanizowanej uszczelki elastomerowej. Freudenberg stosuje nazwę pierścienie USIT – uszczelki do elementów mocujących. James Walker po prostu używa określenia pierścienie klejone. Przy opracowywaniu katalogów należy zachować zarówno chińską nazwę powszechną, jak i międzynarodową nazwę.

Pierścień klejony (uszczelka metalowo-gumowa)

Jest to najbardziej dojrzała i uznana na arenie międzynarodowej nazwa dla połączonych pierścieni uszczelniających. Trelleborg wymienia pierścienie klejone...

4. Drzewo produktów + dopasowanie do marek międzynarodowych + materiał / zastosowanie / poziom trudności

Poziom trudności oznacza tutaj „stopień trudności opracowania i seryjnej produkcji”. Obejmuje on analizę materiałów, kontroli wymiarów i tolerancji, form, obróbki dodatkowej, tego, czy produkt jest kompozytem metalowo-gumowym, w jakim stopniu zależy od dopasowania do kołnierza / gwintu / rowka oraz ile testów aplikacyjnych jest wymaganych.

Katalogi marek międzynarodowych nie zawierają wszystkich produktów w sposób płaski. Organizują je jednocześnie według dwóch kryteriów: jednego opartego na kształcie/budowie, a drugiego – na sposobie połączenia/metodzie montażu. Dlatego najlepiej traktować pojęcie „uszczelka statyczna” jako tag aplikacyjny, a nie jako osobny poziom produktu.

Drzewo produktów

Standardowe uszczelnienia

A. Uszczelki o standardowym przekroju poprzecznym

• Pierścień O

• Pierścień O z otoczką

• Pierścień kwadratowy

• Pierścień D

• Pierścień X / Pierścień Quad

• Uszczelka gumowa / uszczelka płaska

B. Uszczelki statyczne do połączeń / rowków

• Uszcznienie statyczne (znacznik zastosowania)

• Uszcznienie powierzchniowe

• Uszcznienie kołnierzowe

• Połączone podkładki (podkładki kompozytowe / uszczniające do elementów mocujących)

• Uszcznienie klejone (uszcznienie połączone metal + gumy)

Podsumowanie katalogu

(1) Pierścień O

Marki referencyjne: Trelleborg / Freudenberg / NOK.

Główne materiały: NBR, HNBR, EPDM, FKM, FFKM; dostępne również specjalne wersje oparte na PTFE.

Typowe zastosowania: uszcznianie oleju, wody, powietrza i gazów w zaworach, pompach, układach hydraulicznych i pneumatycznych, pojazdach samochodowych, sprzęcie AGD oraz ogólnym wyposażeniu przemysłowym.

Poziom trudności: niski.

(2) Uszczelka typu O-ring z otoczką

Marki referencyjne: Trelleborg FEP O-Ring / Freudenberg Uszczelki typu O-ring z otoczką.

Główne materiały: warstwa zewnętrzna z FEP/PFA + rdzeń z FKM lub VMQ.

Typowe zastosowania: uszczelnianie w obecności silnych chemikaliów, w próżni, statyczne uszczelnienia kołnierzowe oraz zadania wymagające wysokiego stopnia czystości i kontaktu z żywnością. Międzynarodowe marki podkreślają, że są one przeznaczone głównie do zastosowań statycznych.

Poziom trudności: wysoki.

(3) Uszczelka kwadratowa

Marki referencyjne: Trelleborg Kantseal / SKF Uszczelki kwadratowe / Freudenberg Uszczelki kwadratowe.

Główne materiały: głównie NBR, FKM.

Typowe zastosowania: kołnierze zgodne ze standardem SAE, pokrywy końcowe oraz płyty przykrywające do uszczelniania statycznego. Kluczowe znaczenie ma zachowanie kształtu oraz łatwa montażowość.

Poziom trudności: średni.

(4) Pierścień D

Marki referencyjne: pierścienie D firmy Parker / pierścienie D firmy Freudenberg.

Główne materiały: ta sama rodzina co uszczelki typu O – NBR, FKM, HNBR, EPDM itp.

Typowe zastosowania: uszczelki promieniowe do zadań statycznych, posuwających lub oscylacyjnych. Międzynarodowe marki traktują je jako ulepszenie konstrukcyjne uszczelki typu O.

Poziom trudności: średni.

(5) Pierścień X / Quad-Ring

Marki referencyjne: Quad-Ring firmy Trelleborg / X-Rings firmy Freudenberg / JF4 firmy Hutchinson.

Główne materiały: zwykle NBR, FKM; mogą obejmować także inne elastomery.

Typowe zastosowania: statyczne – kołnierzowe, tulejowe, pokrywy końcowe; dynamiczne – układy hydrauliczne i pneumatyczne, ruch posuwający, obrotowy oraz oscylacyjny. Marki podkreślają niższe tarcie, lepsze uszczelnianie oraz mniejszą tendencję do skręcania się w porównaniu z typowymi uszczelkami typu O.

Poziom trudności: średni–wysoki.

(6) Uszczelka gumowa / uszczelka płaska

Marki referencyjne: uszczelki Freudenberg / uszczelki płaskie Freudenberg.

Główne materiały: guma, włókno, grafit, PTFE oraz klasy przemysłowe, takie jak EPDM, FKM/fluoropren.

Typowe zastosowania: uszczelnianie statyczne pomiędzy dwoma powierzchniami płaskimi – kołnierzami, zaworami, łącznikami, korpusami pomp; także w przemyśle chemicznym, spożywczym, napojowym i farmaceutycznym.

Stopień trudności: niski–średni (proste uszczelki płaskie = niski; specyficzne dla branży = średni).

(7) Uszczelka statyczna

Marki referencyjne: uszczelki statyczne Trelleborg / uszczelki statyczne Freudenberg.

Główne materiały/konstrukcje: obejmują pierścienie O-ring, pierścienie kwadratowe, pierścienie X-ring, uszczelki płaskie, uszczelki sklejane itp.

Typowe zastosowania: wszystkie uszczelki osiowe lub promieniowe bez ruchu. Marki traktują „uszczelkę statyczną” jako kategorię, a następnie wymieniają w niej konkretne kształty.

Stopień trudności: nie jest oceniany osobno – jest to w rzeczywistości etykieta zastosowania.

(8) Uszczelka czołowa

Marki referencyjne: Parker Seal–Lok ORFS / Freudenberg Statyczne uszczelki osiowe czołowe.

Główne materiały: zwykle takie same jak w rodzinie pierścieni O-ring; wersja ORFS to zestaw łącznika + uszczelka typu O-ring.

Typowe zastosowania: połączenia czołowe wysokociśnieniowe, poddawane wibracjom i impulsom, np. łączniki hydrauliczne do rur, powierzchnie bloków zaworów, konektory. Międzynarodowo często nazywane są rozwiązaniem łączeniowym, a nie pojedynczym pierścieniem.

Poziom trudności: średni–wysoki.

(9) Uszczelka kołnierzowa

Marki referencyjne: Freudenberg FLAN89 / Hutchinson PFS Uszczelki kołnierzowe.

Główne materiały/konstrukcje: jedna z wersji to uszczelka kołnierzowa z TPU; druga to stalowa nakrętka ze stali nierdzewnej + wulkanizowana warga elastomerowa.

Typowe zastosowania: kołnierze hydrauliczne zgodne ze standardem SAE J518, kołnierze rurociągowe, kołnierzowe połączenia śrubowe. Marki traktują je jako bardziej zaawansowane inżynieryjnie rozwiązanie niż zwykły pierścień O-ring.

Poziom trudności: wysoki.

(10) Złożona podkładka (podkładka kompozytowa / uszczelniająca podkładka mocująca)

Marki referencyjne: Parker Fastener Seals / Freudenberg Fastener Seals / Hutchinson Banjo Sealing Washers.

Główne materiały/konstrukcje: zwykle metalowa podkładka + wulkanizowana krawędź gumowa. Standard Freudenberg to kauczuk NBR + stal węglowa ocynkowana, ale można zastosować również FKM, EPDM, silikon itp.

Typowe zastosowania: śruby, wkręty, pręty gwinięte, kształtki rurociągowe, kształtki typu banjo – zapobieganie wyciekom.

Poziom trudności: średni–wysoki.

(11) Uszczelka klejona (uszczelka połączenia metal–guma)

Marki referencyjne: Trelleborg Bonded Seal / Hutchinson Bonded Seal / Freudenberg US Bonded Seals.

Główne materiały/konstrukcje: pierścień/wkładka metalowa + wulkanizowane ciało gumowe. Metal może być ze stali węglowej, stali nierdzewnej, mosiądzu, aluminium itp. Gumą jest zwykle NBR, HNBR, FKM lub EPDM.

Typowe zastosowania: połączenia gwiniaste, połączenia flangowe, hydrauliczne/pneumatyczne o wysokim ciśnieniu, paliwo, systemy wentylacji i klimatyzacji (HVAC), przesył płynów. Jest to jedna z najbardziej ustandaryzowanych statycznych uszczelek metal–guma w międzynarodowych katalogach.

Poziom trudności: wysoki.

Warstwowa struktura linii produktów w jednym zdaniu

Podstawowe części o dużej objętości sprzedaży: pierścienie O-ring, zwykłe uszczelki gumowe / płaskie uszczelki.

Części o wyższej marży (wersja ulepszona): pierścienie kwadratowe, pierścienie D-ring, pierścienie X-ring, połączone podkładki.

Części o wysokiej wartości: uszczelnienia typu O-ring w obudowie, uszczelki kołnierzowe, uszczelki klejone.