Pochodzenie nazw i historia produkcji uszczelek Stepseal i Glyd Ring

Wstęp

Uszczelnianie dynamiczne jest kluczowym elementem cylindrów hydraulicznych. Obecnie wysokociśnieniowe ciężkie cylindry hydrauliczne wykorzystują głównie pierścienie Glyd Ring oraz uszczelki typu Stepseal. Były to produkty kluczowe firmy Busak+Shamban (nazywanej dalej Busak+Shamban). Wiele krajowych przedsiębiorstw produkuje obecnie te dwa typy uszczelek.

W latach 90. XX wieku dawna firma Shanghai Sanxin Hydraulic Company działała jako przedstawiciel firmy Busak+Shamban. Odpowiadaliśmy za wsparcie techniczne oraz sprzedaż na terenie regionu Wschodniego Chin. W tym czasie opracowaliśmy chińskie podręczniki i materiały promocyjne. Zarejestrowaliśmy również znaki towarowe produktów firmy oraz prowadziliśmy prezentacje techniczne.

Odwiedziliśmy siedzibę firmy w Niemczech, a także oddziały w Stanach Zjednoczonych i Japonii. Przeprowadziliśmy zwiedzanie ich laboratoriów oraz warsztatów produkcyjnych. W 1996 roku podczas wizyty w amerykańskim oddziale poznałem inżynierów, którzy pierwotnie opracowali uszczelkę Glyd Ring oraz uszczelkę Stepseal. Omawialiśmy kwestie techniczne i wiele się nauczyłem.

Historycznie większość uszczelek nosi nazwy pochodzące od ich kształtu. Przykładami są np. uszczelki typu O-ring, Y-ring oraz U-ring. Uszczelki Glyd Ring i Stepseal stanowią jednak wyjątek. Niniejszy artykuł zawiera kompleksowy przegląd tych uszczelek.

1. Budowa i zasada działania

Obie te uszczelki składają się z elastycznego ciała oraz pierścienia uszczelniającego. Elastyczne ciało wykonywane jest z typowego O-ringa wykonanego z kauczuku akrylonitrylowo-butadienowego (NBR). Może być również stosowany X-ring lub pierścień prostokątny. Pierścień uszczelniający wykonany jest z fluoroplastu wypełnionego. Jego handlowa nazwa zastrzeżona to Turcon. Jest on frezowany z wypalanej rurkowej półfabrykatu.

Pierścień Glyd podlegał ciągłej modernizacji w latach 1971–1992. Rozwinął się do trzeciej generacji. Uszczelka Stepseal również ulegała stopniowemu udoskonaleniu. Po wprowadzeniu uszczelki Stepseal typu K, w 2004 roku wprowadzono uszczelkę Stepseal typu 2K.

Turcon to doskonały materiał uszczelniający. Dziesięciolecia użytkowania potwierdziły jego doskonałe właściwości uszczelniające oraz odporność na zużycie. Jest on oparty na PTFE (politetrafluoroetylenie) i wzbogacony brązem, disiarczkiem molibdenu, grafitem lub włóknem węglowym. Dzięki temu charakteryzuje się wyjątkową odpornością na zużycie. Zachowuje sztywność nawet w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Jest odporny praktycznie na wszystkie chemikalia. Jego pochłanialność wody wynosi mniej niż 0,01%. Charakteryzuje się również niskim współczynnikiem tarcia. Współczynniki tarcia statycznego i dynamicznego są bardzo zbliżone. Zapobiega to zjawisku „pełzania” (tzw. stick-slip) w cylindrach hydraulicznych.

Uszczelka łączy elastyczne pierścienie O-ring z pierścieniem uszczelniającym Turcon. Pierścień O-ring działa jako uszczelka statyczna. Wywiera również ciśnienie radialne na pierścień uszczelniający. Dzięki temu pierścień uszczelniający może skutecznie pełnić swoją funkcję. Pierścień Turcon odpowiada za uszczelnianie dynamiczne. To połączenie wykorzystuje najlepsze cechy obu elementów.

Pierścień Glyd stosowany jest do uszczelniania przestrzeni między gniazdem cylindra a tłokiem. Jest to uszczelka dwustronnego działania. Uszczelka Stepseal stosowana jest do drążka tłoka. Jest to uszczelka jednostronnego działania. Zaprojektowano ją w kształcie stopniowym w celu poprawy skuteczności uszczelniania. Gdy dwie uszczelki Stepseal są stosowane szeregowo, mogą osiągnąć „zerową wyciek”.

2. Nazwy i normy

Po tym, jak te uszczelki stały się dojrzałe i powszechnie stosowane, firma Shamban zainicjowała opracowanie niemieckich i międzynarodowych norm. Na początku lat 90. chiński komitet ds. standaryzacji w zakresie hydrauliki i pneumatyki włączył te uszczelki do swojego programu. Instytut Badawczy Maszyn Inżynieryjnych w Tianjin opracował projekt normy, który był równoważny normie międzynarodowej.

Projekt został zatwierdzony w 1994 roku. Wdrożenie rozpoczęto w kwietniu 1995 roku. Standard ten nosi nazwę GB/T 15242.1-94 w języku angielskim jego tytuł brzmi Hydraulic fluid power – cylinder rod and piston seals for reciprocating application of co-axial seals – Dimensions and tolerances .

"Glyd Ring" i "Stepseal" to zarejestrowane nazwy handlowe. Czasem, w zależności od ich zastosowania, nazywane są po prostu „uszczełkami tłokowymi złożonymi” lub „uszczełkami drążkowymi złożonymi”.

Angielska nazwa „Glyd Ring” pierwotnie oznacza styl pierścienia ślizgowego, natomiast „Stepseal” – styl stopniowy. Mówi się, że chińskie nazwy (Ge-lai i Si-te) powstały w wyniku fonetycznego przetłumaczenia przez agentów z Hongkongu, stosujących wymowę kantońską. Stały się one powszechnie używanymi nazwami dzisiaj. Różnią się one znacznie od oficjalnych nazw standardów produktów.

3. Historia produkcji

W 1952 roku amerykańska firma W.S. Shamban rozpoczęła opracowywanie uszczelnień z PTFE do zastosowań lotniczych i kosmicznych. Zarejestrowała nazwę handlową Turcon oraz stworzyła nowatorskie, opatentowane uszczelnienia typu Stepseal i Glyd Ring. Dziś nazwy te są znane każdemu projektantowi cylindrów hydraulicznych.

W 1992 roku niemiecka firma Busak przejęła firmę W.S. Shamban. Aby zachować obie marki, utworzono nową firmę o nazwie Busak+Shamban (B+S), która stała się wielonarodowym dostawcą wysokiej jakości uszczelek i elementów łożyskowych.

B+S posiada na całym świecie 11 laboratoriów rozwoju materiałów oraz 17 centrów projektowych. Ma 6 centrów badań i rozwoju oraz 80 fabryk. Jest liderem w branżach lotniczej i kosmicznej, maszyn budowlanych, metalurgii oraz przemysłu morskiego.

Busak+Shamban współpracuje z chińskimi klientami od wielu lat. Po przystąpieniu Chin do WTO firma zwiększyła inwestycje w tym regionie. Od 2000 roku otworzyła biura w Wuhan, Szanghaju, Dalian, Kantonie, Xi’an oraz Chengdu, zapewniając zaawansowane rozwiązania uszczelniające na całym terytorium Chin.

W 2003 roku firma Busak+Shamban została częścią spółki Trelleborg AB, notowanej na giełdzie w Szwecji. W kwietniu 2004 roku firma została oficjalnie przemianowana na Trelleborg Sealing Solutions.

4. Wnioski

Większość firm działających w chińskiej branży hydraulicznej i pneumatycznej to przedsiębiorstwa małe lub średnie. Wiele z nich jest rodzinnych. Często brakuje im kapitału, siły technicznej oraz nowoczesnego zarządzania. Firmy te rywalizują o niskobudżetowy segment rynku. Ich produkty są zbyt podobne. Gdy rynek zwalnia, wybuchają wojny cenowe. Tańsze produkty oznaczają niższe zyski. Sprawia to, że trudno im wejść na wysokobudżetowy segment rynku.

Sha Baosen, przewodniczący Stowarzyszenia, uważa, że jedyną drogą wyjścia jest restrukturyzacja. Niezależnie od tego, czy nastąpi ona poprzez połączenia czy fuzje, przeorganizowanie działalności jest konieczne. Produkty do napędu płynowego (hydrauliczne, pneumatyczne, uszczelnienia) stanowią podstawowe komponenty. Wymagają one dużych skali produkcji oraz szerokiej gamy asortymentu. Pojedyncza mała firma nie może odnieść sukcesu w pojedynkę.

Giganci branżowi, tacy jak Bosch Rexroth, Parker, Eaton i Moog, potwierdzają to. Są to duże grupy posiadające wiele specjalistycznych zakładów produkcyjnych. Ten sektor charakteryzuje się dużym zapotrzebowaniem na kapitał i zaawansowaną technologię. Aby osiągnąć rentowność, konieczna jest skala produkcji. W związku z tym fuzje i restrukturyzacje są nieuniknione.

Od 2009 roku popyt w tej branży wzrósł. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych opracowało plan dotyczący poprawy jakości podstawowych komponentów. Główne problemy to brak innowacyjności oraz niskie inwestycje w badania i rozwój (B+R). Struktura produktowa jest nieoptymalna.

Kraj musi przyspieszyć rozwój podstawowych gałęzi przemysłu. Musimy rozwiązać problem, że przemysł maszynowy jest „duży, ale nie silny”. Należy zaprzestać zależności od zagranicznych dostawców kluczowych komponentów. Sektor ten musi wdrożyć „Plan dostosowania i ożywienia przemysłu maszynowego”. Konieczne jest rozwiązanie problemu „korka” wynikającego z zależności od importowanych produktów wysokiej klasy. Dzięki nowym wytycznym rządu w sprawie fuzji opublikowanym w 2010 roku branża może stawić czoła nowym szansom rozwojowym.