Uszczelnienia techniczne odpowiadają za kontrolowanie przepływu cieczy i gazów, ograniczanie wycieków oraz ochronę elementów maszyn przed przedostawaniem się zanieczyszczeń. Dobór właściwego uszczelnienia ma bezpośredni wpływ na szczelność, trwałość i warunki pracy całego zespołu.

Do najczęściej stosowanych rozwiązań należą simmeringi, O-ringi oraz sznury O-ringowe. Nie są to jednak produkty zamienne.

Simmering jest przede wszystkim uszczelnieniem wału. O-ring jest pierścieniem o przekroju kołowym, wykorzystywanym przede wszystkim w odpowiednio zaprojektowanym gnieździe. Sznur O-ringowy pozwala natomiast wykonać uszczelnienie o niestandardowym obwodzie lub bardzo dużym wymiarze.

Najważniejsza zasada doboru brzmi:

rodzaj uszczelnienia -> medium -> temperatura -> ciśnienie -> rodzaj ruchu -> materiał -> konstrukcja -> wymiar

Sam wymiar nie wystarcza.

Co to są uszczelnienia techniczne?

Uszczelnienie techniczne jest elementem znajdującym się pomiędzy współpracującymi częściami maszyny lub instalacji, którego zadaniem może być m.in.:

• ograniczenie wycieku oleju, smaru, wody, gazu lub innego medium,
• oddzielenie dwóch przestrzeni roboczych,
• utrzymanie medium wewnątrz urządzenia,
• ograniczenie przedostawania się pyłu, brudu, wilgoci lub innych zanieczyszczeń,
• wspomaganie utrzymania wymaganych warunków pracy układu.

Warunki pracy poszczególnych uszczelnień mogą się bardzo różnić.

Uszczelnienie może pracować:

• statycznie,
• przy ruchu obrotowym,
• przy ruchu posuwisto-zwrotnym,
• w oleju,
• w wodzie,
• w paliwie,
• w powietrzu,
• w kontakcie z substancjami chemicznymi,
• w niskiej lub podwyższonej temperaturze,
• przy różnych poziomach ciśnienia.

Dlatego określenie „uszczelka gumowa” jest zdecydowanie zbyt ogólne, aby prawidłowo dobrać część.

Simmeringi – promieniowe uszczelnienia wałów

Simmering, nazywany również pierścieniem uszczelniającym wału lub radial shaft seal, jest stosowany przede wszystkim do uszczelniania współpracującego wału obrotowego.

Typowe zadanie simmeringu polega na ograniczeniu wydostawania się środka smarnego z urządzenia oraz – zależnie od konstrukcji – ograniczeniu przedostawania się zanieczyszczeń z otoczenia.

Simmeringi spotykamy m.in. w:

• silnikach,
• przekładniach,
• reduktorach,
• pompach,
• maszynach przemysłowych,
• maszynach rolniczych,
• maszynach budowlanych,
• motoryzacji,
• układach napędowych.

Jak działa simmering?

Podstawowym elementem roboczym klasycznego promieniowego uszczelnienia wału jest warga uszczelniająca, która współpracuje z powierzchnią obracającego się wału.

W wielu konstrukcjach docisk wargi wspomagany jest przez sprężynę obwodową.

W zależności od typu uszczelnienia konstrukcja może również zawierać:

• element wzmacniający,
• metalowy szkielet,
• elastomerową powierzchnię zewnętrzną,
• dodatkową wargę przeciwpyłową.

Nie każdy simmering ma jednak identyczną budowę, dlatego nie należy zakładać obecności wszystkich tych elementów w każdym typie uszczelniacza wału.

Simmering jednowargowy i dwuwargowy

Jednym z praktycznych podziałów jest rozróżnienie konstrukcji z podstawową wargą uszczelniającą oraz konstrukcji wyposażonych dodatkowo w wargę przeciwpyłową.

Dodatkowa warga może ograniczać dostęp zanieczyszczeń do obszaru współpracy podstawowej wargi z wałem.

Nie oznacza to jednak, że simmering dwuwargowy jest automatycznie „lepszy”.

Właściwy profil należy dobrać do konstrukcji węzła uszczelniającego i rzeczywistych warunków pracy.

Z jakich materiałów wykonuje się simmeringi?

Do produkcji elastomerowych części simmeringów wykorzystuje się różne materiały, m.in.:

NBR – często stosowany w kontakcie z wieloma olejami i smarami mineralnymi.

FKM/FPM – stosowany w wielu aplikacjach wymagających podwyższonej odporności temperaturowej, odporności na oleje, paliwa lub określone substancje chemiczne.

VMQ – elastomer silikonowy wykorzystywany m.in. tam, gdzie znaczenie mają właściwości temperaturowe charakterystyczne dla odpowiednio dobranych mieszanek silikonowych.

Materiału nie należy wybierać wyłącznie na podstawie maksymalnej temperatury podanej w ogólnej tabeli.

Najpierw należy określić medium, a dopiero później oceniać temperaturę i pozostałe warunki pracy.

Jak dobrać simmering?

Podstawowe oznaczenie wymiarowe simmeringu zapisuje się zazwyczaj:

d x D x b

gdzie:

• d – średnica wału,
• D – średnica zewnętrzna uszczelnienia,
• b – szerokość uszczelnienia.

Przykład:

35x52x7 mm

Sam wymiar nie przesądza jednak o zamienności dwóch uszczelnień.

Należy również sprawdzić:

• materiał,
• profil uszczelnienia,
• obecność dodatkowej wargi,
• kierunek ewentualnego hydrodynamicznego ukształtowania wargi,
• medium,
• temperaturę,
• prędkość wału,
• ciśnienie,
• stan powierzchni wału i gniazda.

O-ringi – proste uszczelnienie o ogromnej liczbie zastosowań

O-ring jest zamkniętym pierścieniem o przekroju kołowym.

To jedna z najbardziej rozpowszechnionych konstrukcji uszczelniających stosowanych w technice.

O-ringi znajdują zastosowanie m.in. w:

• hydraulice,
• pneumatyce,
• pompach,
• zaworach,
• armaturze,
• maszynach przemysłowych,
• motoryzacji,
• instalacjach wodnych,
• układach olejowych,
• urządzeniach technicznych.

O-ring uszczelnia dzięki odpowiedniej deformacji w prawidłowo zaprojektowanym gnieździe.

Dlatego skuteczność uszczelnienia zależy nie tylko od samego O-ringa, ale również od geometrii rowka, stopnia ściśnięcia, rozciągnięcia, luzu oraz warunków pracy.

Jak oznaczane są wymiary O-ringa?

Dwa podstawowe wymiary O-ringa to:

d1 – średnica wewnętrzna

d2 – średnica przekroju

Przykład:

O-ring 20x3 mm

oznacza pierścień o:

• średnicy wewnętrznej 20 mm,
• średnicy przekroju 3 mm.

W przypadku zużytego O-ringa pomiar może być niedokładny.

Stare uszczelnienie mogło ulec:

• rozciągnięciu,
• spłaszczeniu,
• spęcznieniu,
• skurczeniu,
• trwałemu odkształceniu.

Jeżeli to możliwe, warto również sprawdzić wymiary gniazda oraz dokumentację urządzenia.

Z jakich materiałów wykonuje się O-ringi?

Materiał O-ringa musi być kompatybilny z medium i warunkami pracy.

O-ringi NBR

NBR, czyli kauczuk nitrylowy, jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów na O-ringi.

Odpowiednio dobrane mieszanki NBR wykorzystuje się m.in. w kontakcie z wieloma:

• olejami mineralnymi,
• smarami,
• płynami hydraulicznymi na bazie olejów mineralnych.

NBR jest powszechnie stosowany w hydraulice, pneumatyce, motoryzacji i budowie maszyn.

Nie należy jednak traktować określenia NBR 70 ShA jako pełnej identyfikacji właściwości materiału.

Różne mieszanki NBR mogą mieć różny skład i parametry użytkowe.

O-ringi FKM/FPM

FKM to rodzina fluoroelastomerów stosowana w wielu wymagających aplikacjach.

Odpowiednie mieszanki FKM mogą zapewniać dobre właściwości w kontakcie z wieloma:

• olejami,
• paliwami,
• substancjami chemicznymi,

oraz w podwyższonych temperaturach.

Nie oznacza to jednak, że FKM jest odporny na każdą substancję chemiczną.

Kompatybilność zawsze należy sprawdzić dla konkretnego medium i konkretnej mieszanki.

O-ringi EPDM

EPDM jest często stosowany w aplikacjach związanych z:

• wodą,
• gorącą wodą,
• warunkami atmosferycznymi,
• ozonem,
• wieloma mediami polarnymi.

EPDM jest natomiast zasadniczo niewłaściwym wyborem do wielu olejów mineralnych i produktów ropopochodnych.

To jeden z najlepszych przykładów pokazujących, dlaczego przy doborze O-ringa medium jest ważniejsze niż sam zakres temperatury.

O-ringi silikonowe VMQ

VMQ jest elastomerem silikonowym cenionym szczególnie za właściwości w szerokim zakresie temperatur oraz zachowanie elastyczności w niskich temperaturach.

O-ringi VMQ stosuje się w wielu specjalistycznych aplikacjach technicznych.

Nie należy jednak automatycznie zakładać, że każdy silikonowy O-ring jest przeznaczony do kontaktu z żywnością.

Wymagane dopuszczenia odnoszą się do konkretnej mieszanki lub produktu, a nie wyłącznie do nazwy rodziny materiałowej „silikon”.

NBR, FKM, EPDM czy VMQ – który O-ring wybrać?

Nie istnieje jeden materiał najlepszy do wszystkich zastosowań.

W uproszczeniu:

NBR – często pierwszy materiał rozważany do wielu zastosowań z olejami mineralnymi oraz w standardowej hydraulice i pneumatyce.

FKM/FPM – często rozważany przy podwyższonej temperaturze, paliwach, olejach i bardziej wymagających mediach.

EPDM – często stosowany do wody, warunków atmosferycznych, ozonu i wielu mediów polarnych.

VMQ – przydatny m.in. tam, gdzie istotne są właściwości w niskich lub podwyższonych temperaturach.

To jednak dopiero pierwszy etap selekcji.

W zastosowaniach specjalnych stosuje się również materiały takie jak:

• HNBR,
• FVMQ,
• FFKM,
• CR,
• ACM,
• AEM,
• inne specjalistyczne elastomery.

Twardość O-ringa – 70 czy 90 ShA?

Twardość jest parametrem konstrukcyjnym, a nie oceną jakości.

Bardzo popularne są O-ringi o twardości około 70 ShA, natomiast w określonych zastosowaniach stosuje się również twardsze mieszanki, np. 90 ShA.

Twardszy O-ring może być korzystny m.in. w niektórych układach narażonych na wyciskanie elastomeru w szczelinę.

Nie oznacza to jednak, że 90 ShA jest zawsze lepsze od 70 ShA.

Dobór zależy m.in. od:

• ciśnienia,
• luzu,
• konstrukcji rowka,
• materiału,
• charakteru pracy.

W aplikacjach o dużym ryzyku ekstruzji stosuje się również odpowiednio dobrane pierścienie podporowe – backup rings.

Dlaczego O-ring przecieka?

Przyczyną nie zawsze jest niska jakość uszczelnienia.

Do typowych powodów awarii należą:

• niewłaściwy materiał,
• niezgodność chemiczna z medium,
• nieodpowiednia twardość,
• zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura,
• nadmierne ciśnienie,
• ekstruzja,
• błędny wymiar,
• niewłaściwa geometria rowka,
• nieprawidłowe ściśnięcie,
• nadmierne rozciągnięcie,
• skręcenie O-ringa,
• przecięcie podczas montażu,
• zabrudzenie powierzchni,
• niewłaściwy środek montażowy,
• zużycie dynamiczne,
• starzenie elastomeru.

Jeżeli nowy O-ring ponownie szybko zaczyna przeciekać, warto szukać przyczyny w całym węźle uszczelniającym, a nie tylko wymieniać kolejny pierścień.

Norma ISO 3601 i O-ringi

Jedną z podstawowych rodzin norm dotyczących O-ringów jest ISO 3601.

Obejmuje ona zagadnienia związane m.in. z:

• wymiarami O-ringów,
• tolerancjami,
• oznaczeniami,
• wymiarami gniazd,
• kryteriami jakości i wadami powierzchni.

Norma pomaga uporządkować kwestie wymiarowe i jakościowe, ale nie zastępuje sprawdzenia kompatybilności konkretnego elastomeru z medium.

O-ring może mieć prawidłowy wymiar, a mimo to być całkowicie niewłaściwy materiałowo do danego zastosowania.

Sznury O-ringowe – kiedy standardowy O-ring nie wystarcza?

Sznur O-ringowy jest elastomerowym profilem o przekroju kołowym dostarczanym w odcinkach lub dłuższych zwojach.

Stosuje się go przede wszystkim wtedy, gdy:

• potrzebny jest bardzo duży pierścień,
• wymagany wymiar O-ringa jest nietypowy,
• standardowy gotowy O-ring jest trudno dostępny,
• konstrukcja pozwala na zastosowanie uszczelnienia wykonanego ze sznura.

Sznur można przyciąć na wymaganą długość, a jego końce połączyć odpowiednią technologią.

Należy jednak pamiętać, że O-ring wykonany ze sznura nie jest automatycznie pełnowartościowym zamiennikiem bezszwowego, formowanego O-ringa w każdym zastosowaniu.

Miejsce łączenia może mieć znaczenie dla szczelności i trwałości.

Z jakich materiałów wykonuje się sznury O-ringowe?

Podobnie jak gotowe O-ringi, sznury mogą być wykonywane z różnych elastomerów.

Sznur NBR

Stosowany m.in. w wielu aplikacjach związanych z olejami i smarami kompatybilnymi z konkretną mieszanką NBR.

Sznur FKM/FPM

Stosowany w bardziej wymagających warunkach chemicznych lub temperaturowych, jeśli konkretna mieszanka FKM jest kompatybilna z medium.

Sznur VMQ

Sznur silikonowy stosuje się m.in. tam, gdzie wymagane są określone właściwości temperaturowe i elastyczność charakterystyczna dla silikonu.

Sznur EPDM

Może być stosowany m.in. w aplikacjach związanych z wodą, warunkami atmosferycznymi i ozonem, zależnie od konkretnej mieszanki.

O-ring czy sznur O-ringowy?

Jeżeli dostępny jest prawidłowo dobrany, formowany O-ring o wymaganym wymiarze, zwykle jest on naturalnym pierwszym wyborem.

Sznur O-ringowy jest szczególnie użyteczny przy:

• bardzo dużych średnicach,
• nietypowych wymiarach,
• naprawach i utrzymaniu ruchu,
• zastosowaniach, w których konstrukcja dopuszcza łączenie końców.

Przed zastosowaniem sznura w układzie odpowiedzialnym za bezpieczeństwo, wysokie ciśnienie lub wymagającym bardzo wysokiej szczelności należy zweryfikować, czy połączenie końców jest dopuszczalne dla danego zastosowania.

Simmering czy O-ring – jaka jest różnica?

To dwa zupełnie różne rozwiązania.

Simmering jest przede wszystkim promieniowym uszczelnieniem wału i posiada specjalnie ukształtowaną wargę współpracującą z jego powierzchnią.

O-ring jest pierścieniem o przekroju kołowym, który uszczelnia dzięki kontrolowanej deformacji w gnieździe.

Nie należy wybierać między nimi na zasadzie „który jest lepszy”.

Właściwe pytanie brzmi:

jaki rodzaj uszczelnienia został przewidziany dla konkretnego węzła konstrukcyjnego?

Jak dobrać uszczelnienie techniczne?

Przy doborze simmeringu, O-ringa lub sznura O-ringowego warto przejść przez następującą kolejność.

1. Określ medium

Co uszczelniamy?

Olej, smar, wodę, paliwo, powietrze, gaz, płyn hydrauliczny czy substancję chemiczną?

2. Określ temperaturę

Potrzebna jest zarówno minimalna, jak i maksymalna rzeczywista temperatura pracy.

3. Określ ciśnienie

Ciśnienie może wpływać na konstrukcję uszczelnienia, dobór materiału i ryzyko ekstruzji.

4. Określ rodzaj ruchu

Czy uszczelnienie pracuje:

• statycznie,
• obrotowo,
• posuwisto-zwrotnie?

5. Określ wymiary

Dopiero po prawidłowej identyfikacji konstrukcji należy dobrać wymagane wymiary.

6. Wybierz materiał i konkretną mieszankę

NBR, FKM, EPDM czy VMQ to rodziny materiałów.

W wymagających zastosowaniach znaczenie ma konkretna mieszanka elastomerowa.

7. Sprawdź konstrukcję gniazda i powierzchnie współpracujące

Nawet bardzo dobre uszczelnienie może szybko ulec uszkodzeniu w źle zaprojektowanym lub zużytym węźle.

Najczęstsze błędy przy wyborze uszczelnień

Dobór tylko według wymiaru
Dwa identycznie wyglądające uszczelnienia mogą być wykonane z zupełnie różnych materiałów.

Dobór O-ringa według koloru
Kolor nie jest uniwersalnym systemem identyfikacji elastomeru.

Założenie, że droższy materiał jest zawsze lepszy
FKM nie jest automatycznie lepszy od NBR, a FFKM nie jest automatycznie najlepszym rozwiązaniem dla każdej maszyny.

Ignorowanie medium
Temperatura bez informacji o medium nie wystarcza do właściwego doboru elastomeru.

Kopiowanie wymiaru zużytego O-ringa
Stary pierścień mógł zmienić swoje wymiary.

Ignorowanie konstrukcji gniazda
Uszczelnienie i jego gniazdo tworzą jeden układ.

FAQ – uszczelnienia techniczne

Co jest lepsze: simmering czy O-ring?

Nie można ich bezpośrednio porównywać. Simmering jest przeznaczony przede wszystkim do uszczelniania wału, natomiast O-ring pracuje w odpowiednio zaprojektowanym gnieździe. Wybór wynika z konstrukcji urządzenia.

Jaki O-ring wybrać do oleju?

W wielu standardowych zastosowaniach z olejami mineralnymi pierwszym materiałem do rozważenia jest NBR. Przy wyższych temperaturach lub innych wymaganiach mogą być rozważane HNBR lub FKM. Zawsze należy sprawdzić konkretny olej i mieszankę elastomerową.

Jaki O-ring wybrać do wody?

EPDM jest często stosowany w aplikacjach wodnych. W przypadku wody pitnej należy dodatkowo sprawdzić wymagane dopuszczenia konkretnego produktu.

Czy FKM jest lepszy od NBR?

Nie zawsze. Zależy to od medium, temperatury i warunków pracy. W wielu typowych zastosowaniach olejowych NBR może być prawidłowym i ekonomicznym rozwiązaniem.

Czy kolor O-ringa określa jego materiał?

Nie. Nie istnieje uniwersalna zasada pozwalająca pewnie rozpoznać materiał O-ringa wyłącznie na podstawie koloru.

Czy silikonowy O-ring jest dopuszczony do kontaktu z żywnością?

Nie automatycznie. Odpowiednie wymagania i dopuszczenia muszą dotyczyć konkretnej mieszanki lub produktu.

Czy można wykonać O-ring ze sznura?

Tak, w odpowiednich zastosowaniach. Należy jednak uwzględnić sposób połączenia końców i wymagania dotyczące szczelności.

Czy twardszy O-ring jest lepszy?

Nie. Twardość należy dobrać do konstrukcji i warunków pracy. O-ring 90 ShA jest twardszy od 70 ShA, ale nie oznacza to automatycznie wyższej jakości.

Podsumowanie – simmering, O-ring czy sznur O-ringowy?

Nie istnieje jedno „najlepsze uszczelnienie techniczne”.

Simmeringi są projektowane przede wszystkim do uszczelniania wałów.

O-ringi są uniwersalnymi pierścieniami uszczelniającymi o przekroju kołowym, których skuteczność zależy od prawidłowego doboru materiału, wymiaru i konstrukcji gniazda.

Sznury O-ringowe pozwalają wykonywać uszczelnienia o nietypowych lub bardzo dużych wymiarach, ale sposób połączenia końców musi odpowiadać wymaganiom aplikacji.

Prawidłowy dobór powinien przebiegać w kolejności:

medium -> temperatura -> ciśnienie -> rodzaj ruchu -> konstrukcja -> materiał -> mieszanka -> twardość -> wymiar.

Dopiero takie podejście pozwala dobrać uszczelnienie do rzeczywistych warunków pracy, a nie tylko znaleźć część, która ma podobny wygląd lub ten sam wymiar.

W simmering.pl dostępne są uszczelnienia techniczne, simmeringi, O-ringi oraz sznury O-ringowe do zastosowań przemysłowych, motoryzacyjnych i serwisowych, wysyłane z magazynu w Polsce.