Cylinder hydrauliczny zaczyna przeciekać ciecz, gdy uszczelka traci sprężystość lub ściera się o tłoczysko: ciśnienie spada, linia się zatrzymuje, a naprawa sprowadza się do poszukiwania uszczelnienia o właściwym profilu. Standardowej uszczelki gumowej często nie ma pod ręką w potrzebnym rozmiarze, a jej żywotność w węźle dynamicznym jest niewielka. Produkcja uszczelek poliuretanowych rozwiązuje oba problemy: odlewany poliuretan utrzymuje uszczelnienie kilka razy dłużej niż guma i jest odlewany na dowolny profil według rysunku. Dalej wyjaśnię, dlaczego uszczelka poliuretanowa jest lepsza od gumowej i z PTFE, jak dobrać twardość, w jakiej technologii się ją wykonuje i co jest potrzebne do zamówienia w fabryce.
Dlaczego uszczelka poliuretanowa przeżywa gumową
Poliuretan łączy odporność na zużycie z wysoką wytrzymałością na rozerwanie, dlatego wykonana z niego uszczelka dłużej utrzymuje szczelność w węźle ruchomym niż gumowa i lepiej opiera się wyciskaniu w szczelinę pod ciśnieniem. To główny powód przejścia na uszczelnienia poliuretanowe w hydraulice.
Powierzchnia robocza uszczelki stale trze o tłoczysko lub ściankę cylindra i to właśnie zużycie decyduje o żywotności. Ścieralność odlewanego poliuretanu według DIN 53516 wynosi 38-39 mm³, podczas gdy dla gumy NBR, najpowszechniejszego materiału uszczelnień, dochodzi do 80-150 mm³. Przy pozostałych równych warunkach krawędź poliuretanowa ściera się kilka razy wolniej. Drugim czynnikiem jest wytrzymałość na rozerwanie: dla poliuretanu wynosi 39-87 MPa wobec 10-25 MPa dla gumy NBR. Wyższa wytrzymałość oznacza, że uszczelka nie rwie się na krawędzi i nie zostaje wyciśnięta w szczelinę między tłoczyskiem a prowadnicą pod pulsującym ciśnieniem.
Poliuretan trzyma również oleje i ciecze hydrauliczne na poziomie gumy olejoodpornej, ale znacznie ją przewyższa pod względem zużycia. Zakres pracy od -60 do +100 °C obejmuje większość przemysłowych układów hydraulicznych, od maszyn na mrozie po nagrzane węzły.
Kolejną zaletą jest odporność na rozdzieranie na krawędzi. Krawędź uszczelniająca uszczelki stale pracuje na granicy, opasując tłoczysko przy każdym suwie. Guma o niskiej wytrzymałości na rozerwanie szybko nadrywa tę strefę, a uszczelka zaczyna przeciekać cienką strużką nawet przy nienaruszonej części głównej. Poliuretan ze swoją wyższą wytrzymałością utrzymuje krawędź w całości znacznie dłużej, dlatego uszczelnienie zawodzi stopniowo i przewidywalnie, a nie nagłym przeciekiem. Dla układów hydraulicznych, gdzie nagłe zawiedzenie uszczelnienia oznacza awaryjne zatrzymanie, ta przewidywalność żywotności jest często ważniejsza od samej liczby odporności na zużycie.
Porównanie materiałów na uszczelki w liczbach
Dla uszczelnień ważne są trzy parametry naraz: odporność na zużycie, wytrzymałość na rozerwanie i odporność na środowisko. Poniżej zebrano charakterystyki odniesienia materiałów, z których najczęściej wykonuje się uszczelki i pierścienie uszczelniające wałów.
| Materiał | Ścieralność (DIN 53516), mm³ | Temperatura pracy, °C | Twardość | Wytrzymałość na rozerwanie, MPa | Odporność na oleje |
|---|---|---|---|---|---|
| Poliuretan (TIMOL) | 38-39 | -60…100 | 85A-95A | 39-87 | doskonała |
| Guma NBR | 80-150 | -30…100 | 40A - 90A | 10-25 | dobra |
| Guma silikonowa | 150-350 | -60…230 | 20A - 80A | 5-12 | umiarkowana |
| PTFE | 200-500 | -200…260 | 50D - 65D | 15-35 | doskonała |
Liczby wyjaśniają, dlaczego poliuretan dominuje w uszczelnieniach dynamicznych. Guma silikonowa wytrzymuje szeroki zakres temperatur, ale jej ścieralność 150-350 mm³ i wytrzymałość zaledwie 5-12 MPa czynią ją nieprzydatną do obciążonych uszczelek ruchomych; to materiał na statyczne uszczelki żaroodporne. PTFE jest chemicznie obojętny i pracuje do +260 °C, jednak jego ścieralność 200-500 mm³ i pełzanie pod obciążeniem ograniczają żywotność w węzłach z tarciem. Guma NBR jest tania i olejoodporna, ale ustępuje poliuretanowi 3 do 4 razy pod względem zużycia i dwukrotnie pod względem wytrzymałości. Poliuretan daje najlepszy balans właśnie dla uszczelnień ruchomych pod ciśnieniem.
Do uszczelek tłoczysk i tłoków nie zaniżajcie twardości w imię miękkości. Zbyt miękka krawędź pod ciśnieniem zostaje wyciśnięta w szczelinę między tłoczyskiem a prowadnicą i szybko ulega zniszczeniu. Do uszczelnień ruchomych bierzcie wyższe wartości twardości; to bezpośrednio przedłuża żywotność. Miękkie gatunki zostawcie dla statycznych uszczelnień stykowych przy niskim ciśnieniu.
Technologia produkcji uszczelek metodą odlewania swobodnego
Uszczelki poliuretanowe odlewa się w technologii odlewania swobodnego, która nie wymaga drogiej formy ciśnieniowej i dlatego jest ekonomicznie uzasadniona nawet dla pojedynczego wyrobu naprawczego. To kluczowa zaleta, gdy potrzebna jest uszczelka o niestandardowym profilu pod konkretny węzeł.
Proces zaczyna się od przygotowania formy pod potrzebny profil uszczelki: średnicę osadzenia, wysokość, kształt krawędzi uszczelniającej. Poliuretan o zadanej twardości zalewa się do formy i polimeryzuje, po czym wyrób w razie potrzeby doprowadza się do dokładnego wymiaru. Ponieważ odlewanie swobodne pozwala odtwarzać złożoną geometrię, fabryka wykonuje nie tylko uszczelki, ale też pierścienie uszczelniające do uszczelniania wałów oraz pierścienie tłumiące do hydrauliki i pneumatyki. Materiał nie pozostawia śladów na powierzchniach współpracujących i nie przyciąga zanieczyszczeń, dzięki czemu węzeł dłużej pozostaje czysty. Więcej o usłudze produkcji przeczytacie w dziale Usługi.
Wybór twardości na etapie odlewania jest krytyczny. Ten sam poliuretan w różnej twardości zachowuje się jak różne materiały: miękka krawędź lepiej przylega, ale gorzej trzyma ciśnienie, twarda odwrotnie. Dlatego technolog ustala twardość pod konkretne warunki uszczelnienia.
Odlewanie swobodne jest korzystne również dlatego, że pozwala wykonywać wymiary naprawcze. Gdy tłoczysko lub cylinder są już przeszlifowane pod naprawę i standardowa uszczelka nie pasuje średnicą, formę przygotowuje się pod faktyczny wymiar części współpracujących. To ratuje zużyty węzeł, który inaczej trzeba by spisać z powodu braku uszczelnienia o właściwym rozmiarze w katalogach. Dla starego lub rzadkiego sprzętu, wycofanego z produkcji, wykonanie uszczelki pod faktyczne wymiary jest często jedynym sposobem, by przywrócić maszynę do pracy.
Gdzie stosuje się uszczelki poliuretanowe i jak zamówić
Uszczelki, pierścienie uszczelniające wałów i pierścienie uszczelniające z poliuretanu pracują w instalacjach hydraulicznych i pneumatycznych, prasach, pompach hydraulicznych, tłoczyskach cylindrów i węzłach z wałami obrotowymi. Ich zadaniem jest uszczelnić połączenie, nie przepuszczać cieczy roboczej na zewnątrz i chronić węzeł przed pyłem i wilgocią z zewnątrz, zapewniając przy tym swobodny ruch części ruchomych.
Najwygodniejszym sposobem uzyskania dokładnej uszczelki jest zdjęcie wymiarów ze starego uszczelnienia i części współpracujących: średnicy tłoczyska lub tłoka, średnicy osadzenia rowka, jego szerokości i głębokości, a także odnotowanie profilu krawędzi. Jeśli stara uszczelka zachowała się, wystarczy przekazać ją jako wzór, a fabryka odtworzy geometrię bez osobnego rysunku. Gdy uszczelnienie niszczy się często, warto zarazem przejrzeć też szczelinę w węźle: czasem przyczyna leży nie w materiale uszczelki, lecz w zużytej prowadnicy, która zwiększa szczelinę i prowokuje wyciskanie krawędzi.
Aby zamówić wykonanie uszczelki pod swój węzeł, przekażcie fabryce rysunek uszczelnienia lub wzór starej uszczelki wraz z warunkami pracy: rodzaj cieczy, temperatura, charakter ruchu i potrzebna twardość. Na podstawie tych danych technolog dobierze gatunek poliuretanu, a produkcja odtworzy profil w technologii odlewania swobodnego. Gotowe typowymiary uszczelniaczy zobaczcie w katalogu, a po obliczenie pod niestandardowy profil zwróćcie się do fabryki TIMOL przez stronę Kontakt.