Tätningsteknik och materialval i hydraulsystem

Tätning är nyckeln till att hålla ett hydrauliskt system i gott skick. Alla oljeläckor från cylindern eller kolven, eller smuts som kommer in i systemet, förkortar hela systemets livslängd och minskar dess effektivitet.

För att förhindra att olja läcker ut och smuts kommer in har industrin utvecklat många olika tätningar, tekniker och metoder. Var och en har sina egna styrkor. I vissa krävande applikationer kan en enskild tätning inte räcka, så ingenjörer använder istället ett komplett tätningssystem.

Val och användning av tätningssystem

Ett tätsystem består vanligtvis av flera specialtätningsdelar som arbetar tillsammans för att ge en utmärkt helhetsprestanda. Ett högtryckscylindertätsystem har normalt fyra delar: en torktätning, en stångtätning (eller huvudtätning), en buffertätning (eller sekundärtätning) och en ledring.

De fyra material som används oftast idag för hydrauliska tätningsdelar är polyuretan (PU), nitrilkautschuk (NBR), fluorkautschuk (FKM) och PTFE.

Hur man väljer rätt material

Valet av material beror på driftförhållandena. Olika kemikalier reagerar

olika på varje material, och vissa kan hantera högre tryck eller temperatur. Materialet måste också kunna motstå att tryckas ut ur sin form. Rätt val beror alltid på den exakta uppgiften.

Här är de vanligaste tätningsmaterialen och vad de är bra på.

1. Polyuretan (PU)

Polyuretan är ett starkt plastmaterial med många uretangrupper i sin kemiska struktur. Det är en typ av termoplastisk elastomer. Det uppträder delvis som hård plast och delvis som gummis, vilket fyller klyftan mellan dessa två material.

Egenskaperna härrör från tre huvudingredienser: polyol, diisocyanat och kedjeutvidgare. Typen och mängden av var och en, samt hur de reagerar med varandra, avgör den slutliga prestandan. Polyuretan ger vanligtvis:

·Hög mekanisk hållfasthet

·Hög draghållfasthet

·Mycket god slitagebeständighet

·Utmärkt flexibilitet

·Stelhet som kan justeras inom ett brett intervall

·Brett hårdhetsintervall samtidigt som det behåller sin elasticitet

·God beständighet mot ozon och åldring

·Utmärkt beständighet mot slitage och rivning

·God resistens mot olja och bensin

Temperaturområde: -30 till 80 °C. Särskilt högpresterande typer kan klara upp till 110 °C under lång tid i mineralolja.

2. Nitrilkautschuk (NBR)

NBR framställs av butadien och akrylonitril. Mängden akrylonitril (ACN) påverkar dess egenskaper kraftigt:

·Elasticitet

·Lågtemperaturtoughness

·Hur lätt gas passerar genom materialet

·Kompressionsdeformation

·Resistens mot svällning i mineralolja, fett och bränsle

NBR med låg ACN-halt är mycket flexibelt vid låga temperaturer (ner till ca -45 °C), men har endast måttlig resistens mot olja och bränsle. NBR med hög ACN-halt har bästa resistens mot olja och bränsle, men kan endast

behåll flexibiliteten ner till -3 °C. När ACN-halten ökar minskar elasticiteten och kompressionsdeformationen försämras.

NBR är bra på:

· Att motstå svällning i alifatiska kolväten, fett, brandhämmande hydrauloljor av typ HFA/HFB/HFC, växt- och djurfetter, lätt bränsle och diesel

· Att tåla varmt vatten upp till 100 °C (t.ex. i rörledningssystem), svaga syror och alkalier

· Måttlig motstånd mot högaromatiska bränslen

Det sväller kraftigt i aromatiska kolväten, klorerade kolväten, brandhämmande oljor av typ HFD, estrar, polära lösningsmedel och glykolbromsfluid.

Temperaturområde: -40 till 100 °C (kortvarigt upp till 130 °C). Specialblandningar kan användas ner till -55 °C vid låga temperaturer. Över gränsen blir materialet hårdare.

3. Fluoro-gummi (FKM)

FKM framställs genom att kombinera vinylidenfluorid (VF) med olika mängder

hexafluorpropen (HFP), tetrafluoreten (TFE) och andra ingredienser. Blandningen och fluoringhalten (65–71 %) avgör hur väl det motstår kemikalier och låga temperaturer. Det kan vulkaniseras med diaminer, bifenoler eller organiska peroxider.

FKM är känt för:

·Utmärkt motstånd mot höga temperaturer

·Utmärkt motstånd mot olja, bensin, hydraulolja och kolvärdlösningsmedel

·Bra eldresistens

·Mycket låg gasgenomsläpplighet

·Kraftig svällning i polära lösningsmedel, ketoner, brandhämmande hydrauloljor av typ Skydrol och bromsvätska

Temperaturområde: ca –20 till 200 °C (kortvarigt upp till 230 °C). Specialsorter kan användas från –50 till 200 °C.

4. Polytetrafluoretylen (PTFE)

PTFE framställs från tetrafluoretylen. Detta icke-elastiska material är speciellt eftersom:

·Ytan är mycket slät och stabil

·Är icke-toksisk upp till 200 °C ·Extremt låg friktion mot nästan alla andra ytor – statisk och dynamisk friktion är nästan lika

·Utmärkt elektrisk isolering (nästan opåverkad av frekvens, temperatur eller väderförhållanden)

·Bättre kemisk beständighet än någon annan plast eller gummityp

·Påverkas endast av flytande alkalimetaller och ett fåtal fluorförbindningar vid hög temperatur

Temperaturområde: −200 °C till 260 °C. Även vid mycket låga temperaturer behåller den fortfarande viss

flexibilitet, vilket gör att den används i många applikationer med extrem köld. Eftersom PTFE inte är särskilt elastisk och kan krypa över tid kombineras de flesta hydrauliska tätningsringar med en fjäder eller en gummidel för att hålla tätningens läpp åttryckt.

Vanliga tätningsdesigner i hydraulcylindrar

Här är de vanligaste typerna av tätningsringar som används i hydraulcylindrar.

1. Kolvtätningsringar

·Tätnar mellan kolven och cylinderröret – mycket viktigt för att cylindern ska fungera korrekt

·Vanligast är en läpp-tätning, men O-ringar eller T-tätningar används också

·Måste ge en tät försegling samtidigt som friktionen hålls låg

·Tillverkas av olika material beroende på uppgiften

·Kräver systemtryck för att trycka läppen hårt mot ytan

2. Skrapringsskivor (stofttätningar)

·Kraftig skrapverkan för att hålla borta lera, vatten, damm och smuts

·Skrapar tillbaka oljefilmen in i systemet när stången dras in

·Skyddar huvudtätningarna och förlänger deras livslängd

·Tillverkas vanligtvis av slitstark polyuretan

·Används ofta även som fetttätningar på kopplingsnitar

3. Stångtätningar

• Förhindrar läckage av olja ur systemet

• Måste fungera väl både vid lågt och högt tryck

• Kräver utmärkt motstånd mot extrusion och slitage

• Bör återföra oljefilmen till systemet

• Hanterar vanligtvis tryck upp till 31,5 MPa

4. Buffertätningar

• Hanterar plötsliga högtrycksslag

• Skyddar stångtätningen mot trycktoppar

• Kan frigöra inneslutet tryck mellan tätningarna, vilket förlänger livslängden för stångtätningen och möjliggör en bredare spalt utan extrusion. Är också mycket slitstark.

5. Guidringar (slitageband)

• Förhindrar att metallkomponenter inuti cylindern nuddar varandra

• Håller kolvstången och kolven centrerade

• Bidrar till att tätningsringarna håller längre

6. O-ringar

• Vanligast för statiska (icke-rörliga) tätningsapplikationer

• Tätar genom radial eller axial komprimering

• Fungerar i båda riktningarna

• Kan användas som kraftleverantör eller som huvudtätningsring

• Självtätande – kräver ingen extra tryck- eller hastighetspåverkan

Tätningsteknik är hjärtat i hydraulsystems pålitlighet, lång livslängd och effektivitet. Från valet av rätt enskilt material till konstruktionen av ett komplett flerdelat system måste varje val anpassas exakt efter trycket, temperaturen och driftförhållandena.