Zobrazit článek ve formátu PDF

TĚSNĚNÍ LINEÁRNÍCH HYDROMOTORŮ
SVOČ – FST 2008
Klára Martinovská
Rokycanská 26,
Plzeň, 312 17
Česká republika
ABSTRAKT
Práce obsahuje ucelený přehled charakteristik týkajících se hydraulických těsnění, jejich dělení
z několika hledisek, materiálové a další konstrukční vlastnosti. Významnou součástí je porovnání jednotlivých
druhů těsnění hydromotoru od významných firem pohybujících se v této oblasti na trhu. Srovnání je provedeno
z hlediska technických parametrů a ceny. Dokument tak umožňuje snadnou orientaci při výběru těsnění s danými
vyhledávanými vlastnostmi a dává tak konstruktérovy rychlou představu o tom, které těsnění je pro jeho aplikaci
optimální a jakým směrem je vhodné se dále ubírat. V poslední části práce je pak porovnání konstrukčních úprav
částí hydromotoru, které vyžaduje těsnění společnosti Hennlich s výkresovou dokumentací firmy Jihostroj.
KLÍČOVÁ SLOVA
těsnění, hydromotor, hydraulika, manžety, o-kroužky
ÚVOD
Tato práce je určena především konstruktérům hydraulických motorů, podává jim představu o tom, která těsnění
jsou pro jejich aplikaci optimální, neboť obsahuje porovnání jednotlivých řešení. Jako jejich zástupci jsou
vybrány produkty nejvýznamnějších společností na trhu. Srovnání je pak provedeno vzhledem k technickým
vlastnostem, ceně a dodacím podmínkám. Dále dokument obsahuje porovnání konstrukčních úprav částí
hydromotoru pro vybraná těsnění s výkresovou dokumentací firmy Jihostroj. Jsou zde i základní informace o
hydraulickém těsnění jako takovém, dělění, materiály apod.
1
VÝZNAM TĚSNÍCICH PRVKŮ
Hydraulická síla je důležitou součástí našeho pracovního života, a to i v citlivých prostředích. Ve
výrobních prostorách může únik oleje z obráběcích nebo vstřikovacích strojů na plasty ovlivnit čistotu výrobního
prostředí, kvalitu výroby a dokonce způsobit požár. Takovéto scénáře ukazují, proč strojírenské podniky a
designéři vozidel přikládají takovou důležitost hydraulickým systémům, které musejí být zcela bez úniku oleje a
naprosto přesné navzdory velkým výkyvům provozních teplot, extrémnímu namáhání a chemickému prostředí.
Dalším požadavkem je dlouhodobá životnost těsnicích systémů. I přes náročné provozní podmínky,
které jsou v mnoha těsnicích aplikacích, musí těsnění plnit svou funkci po dlouhou dobu.
Funkce tekutinového mechanismu a výkon, který přenáší, je silně závislý na přesnosti pracovních a
tlakových prostorů. Dále také na zajištění dostatečných svodových odporů, které zajišťují dosažení potřebných
tlaků a proudů při vysokých hodnotách jejich přenosů. Na zajištění těchto podmínek mají značný vliv právě
těsnící prvky.
2
DĚLENÍ TĚSNĚNÍ
1)
statická těsnění:
2)
dynamická těsnění
plochá těsnění
o-kroužky
spárová těsnění
manžety
-1-
Obrázek 1 dělění těsnění dle druhu těsněné součásti – řez lin. hydromotorem
2.1
Volba dynamického těsnění
Hlavní kritéria volby:
Tlak
Pracovní teplota
Kluzná rychlost
Mazací médium
Povrchová úprava
Frekvence
Tolerance
3
MATERIÁLY
3.1
Plastové materiály pro těsnění
Požadavky na funkci:
Zajištění požadované těsnosti
Dostatečně dlouhá životnost
Nízké tření
Minimální otěr
Dobrá elasticita při všech teplotách
Kompatibilitu s tlakovými kapalinami
Funkční bezpečnost
Jednoduchá montáž
Ekonomická dostupnost
K nejčastěji využívaným plastům pro těsnící účely patří v současné době termoplastické eleastomery
především na bázi polyuretanů (TPU), příp. polyesterů a termoplasty.
Z termoplastů pak především:
PTFE Polytetrafluoretylen
POM polyoxymetylen
PA
polyamidy
PEEK polyesterketon
Mezi další používané materiály z řad termoplastů, avšak zatím ne v tak velké míře patří PVDF –
polyvinildenfluoridy, PCTFE - polychlortrifluorethyleny, a také špičkové plasty PPS – polyfenylsulfidy, PI –
polyimidy a PE - polyestery. K této skupině patří též ultravysokomolekulární polyetylen PE – UHMW
s vynikajícímy tribologickými (třecími) vlastnostmi.
V neposlední řadě je třeba zmínit se ještě o dalších, poměrně často používaných materiálech jako je
acetal, silikon a nylon.
Modifikací těchto materiálů, vzniká široká škála s rozdílnými vlastnostmi, důležitými pro aplikaci
těchto prvků.
Mezi další materiály používané pro těsnící prvky, a to především v kombinaci s plasty či elastomery,
patří samozřejmě kovy. Jedná se jak o kovy s nízkým koeficientem tření, jako je mosaz či bronz, tak o oceli,
používané například jako přítlačné pružiny apod.
-2-
3.2
Vývojové materiály
vývoj v oblasti těsnění je zaměřen především na modifikaci stávajících typů plastů s cílem zlepšit jejich
užitné vlastnosti. Jako příklad lze uvést polyuretanové eleastomery se zvýšenou tvrdostí, nízkým součinitelem
tření, zvýšenou odolností vůči opotřebení a zlepšenými těsnícími vlastnostmi. Právě těmito vylepšenými plasty
by měli být postupně nahrazovány některé ze současných komerčních typů polytetrafluoretylenu s menší
otěruvzdorností.
Jiným směrem vývoje je zavádění těsnících komponent ze špičkových plastů s vznikajícími
tribologickými vlastnostmi či velmi vysokou tepelnou a chemickou odolností, mezi něž patří např.
polyfenylensulfidy, polyestersulfony, polyamidimidy, polyesterimidy a polybenzimidazoly.
4
TABULKOVÉ POROVNÁNÍ SOUČASNÝCH TĚSNĚNÍ
Pro porovnání vlastností jednotlivých těsnění jsem vybrala zástupce významných a úspěšných výrobců
na trhu s těsnícími prvky, a to firmu Parker, Busak a Shamban, Hennlich a Rubenu Náchod.
V jednotlivých tabulkách jsou uvedeny vybrané typy nabízeného zboží maximální hodnoty a jim
odpovídající hodnoty dalších technických parametrů. V další kapitole je pak grafické znázornění
nejvýhodnějšího řešení z daného hlediska. V tomto příspěvku jsem z důvodu omezené délky zvolila ukázku pro
pístní těsnění porovnání pouze podle teplotních rozsahů a ceny.
4.1
Pístní těsnění
Zástavbové rozměry jsou pro píst o průměru 100mm
Porovnání dle maximálních teplotních rozsahů:
Parker
Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah
[°C]
1
-35 +110
B7
2
-25 +100
C2
3
-35 +110 (+125)
KR
4
-30 +100
OE
5
-30 +100
OK
6
-35 +100
ZW
Tabulka 1 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Parker
Busak a Shamban
Č.
1
2
3
4
5
6
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah
Tlak
Kluzná rychlost
[°C]
[Mpa]
[m/s]
-45 +200
60
15
Turcon Glyde ring T
-45 +200
40
2
Turcon AQ Seal
-45 +200
60
15
Turcon Stepseal K
-45 +200
35
15
Turcon double delta
-70 +260
45
15
Turcon variseal M2
-30 +200
40
0,5
Polypac veepac CH/G1
Tabulka 2 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Busak a Shamban
-3-
Hennlich
Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah
Tlak
Kluzná rychlost
[°C]
[Mpa]
[m/s]
-30 +100
10
0,5
K50
-30 +100
70
0,15
K51
-40 +100
60
0,15
K52
-30 +100
16
0,15
K64
-30 +100
50
0,15
K730
-40 +120
26
0,8
K735
Tabulka 3 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Hennlich
1
2
3
4
5
6
Rubena
Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah
[°C]
-30 +110
-40 +100
1
2
K03
Drážkové manžety dle ČSN 02
9269
-40 +100
3
Drážkové manžety dle PN 02
9274
Tabulka 4 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Rubena
Porovnání dle materiálu, média a nákupní ceny:
Parker
Č.
Typ těsnění
Materiál
Mazací médium
1
B7
polyuretan tvrdost 93
2
C2
NBR tvrdost 85
NBR tvrdost 80 ↑ teploty
FKM tvrdost 80 ↓ teploty
3
KR
Rozpěrný kr. – NBR tvrdost 80
Kluzný kr. – polyuretan tvrdost 55
Minerální hydraulické oleje,
mazací oleje a tuky, emulze
oleje a vody, vzduch
Minerální oleje a jejich
emulze, hydraulické kap.,
voda, glykoly, petrolej, benzín,
tuky, vzduch
Minerální hydraulické oleje,
benzín, nafta, tyky, vzduch,
4
OE
5
OK
Těsnící kr. – Polon052, PTFE+ 40%
bronzu
O-kr. – NBR tvrdost 70
Těsnící kr. – polyester
Rozpěrný kr. – NBR tvrdost 70
6
ZW
Minerální oleje a jejich
emulze, hydr. Kapaliny, voda,
vzduch, petrolej
Minerální oleje a jejich
emulze, hydr. Kapaliny, voda,
vzduch, petrolej
NBR tvrdost 80, polyester (W),
Minerální oleje, do +60°C
HFA-, HFB- a HFC- tlakové
kapaliny
Tabulka 5 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Parker
Pozn.: ceny jsou bez DPH
Nutno objednat určité minimální množství zboží
-4-
Nákupní cena
Kč/ks
5
Min. Množství
20 ks
5
Min. Množství
25 ks
4,8
Min. Množství
15 ks
43,8
Min. Množství
10 ks
14,4
Min. Množství
10 ks
6,9
Min. Množství
30 ks
Busak a Shanban
Č.
Typ těsnění
1
Turcon Glyde ring T
2
3
Turcon AQ Seal
Turcon Stepseal K
4
Turcon double delta
5
Turcon variseal M2
6
Polypac veepac CH/G1
Materiál
Mazací médium
Turcon + NBR (nebo FKM)
Zurcon + NBR tvrdost 70
Turcon + NBR tvrdost70
Turcon + NBR (nebo FKM)
Zurcon + NBR tvrdost 70
Turcon + NBR (nebo FKM)
Minerální oleje
Turcon (nebo zurcon) +
pružina z nerezové oceli
(AISI301)
NBR vyztuž tkaninou+POM
FKM vyztuž.
polyamidem+PTFE
Minerální oleje, vzduch
Minerální hydraulické kap.,
bio-oleje, voda, vzduch,
Minerální hydr. kapaliny,
bio oleje, těžkohořlavé
hydr.kap.
Prakticky všechny kapaliny,
chemikálie a plyny
Minerální hydraulické kap.,
emulze vody a oleje nebo
vody a glykolu
Nákupní cena
Kč/ks
313,46 turcon
646,17zurcon
941,09
436,43
Min 23ks
890,93
217,66 Min 50ks
- N0O0C
2283,2-min5ksV0P0A
Tabulka 6 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Busak a Shamban
Pozn.: ceny jsou bez DPH
Minimální cena objednávky 2000 Kč bez DPH
Poštovné 200Kč
S rostoucím počtem těsnění v objednávané dávce cena na kus rapidně klesá (již při množství 10 ks).
Hennlich
Č.
Typ těsnění
materiál
Mazací médium
1
K50
NBR + houževnatý nylon
2
K51
Textilpryžová manžeta + acetal
3
K52
Tvrzený textil
4
K64
NBR + houževnatý nylon
5
K730
6
K735
TPE + NBR + acetalový boční
kroužek
PTFE + bronz
Minerální oleje, voda, emulze
vody a glykolu
Minerální oleje, voda, emulze
vody a glykolu, kap.na esterové
či syntetické bázi
Minerální oleje, voda, emulze
vody a glykolu, kap.na esterové
či syntetické bázi
Minerální oleje, voda, emulze
vody a glykolu
Minerální oleje
Minerální oleje, voda, emulze
vody a glykolu
Tabulka 7 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Hennlich
Pozn.: ceny jsou bez DPH
-5-
Nákupní cena
Kč/ks
392
339
252
406
407
513
Rubena
Č.
Typ těsnění
1
K03
2
Drážkové manžety dle ČSN
02 9269
materiál
Mazací médium
Polyacetal +
polyelastomer + NBR
AU92 - polyuretan
HFA, HFB, HFC
Nákupní cena
Kč/ks
206,6
Hydraulické oleje, mazací oleje
a tuky na bázi min.olejů, HFA,
HFB, HFC
AU92 - polyuretan
Hydraulické oleje, mazací oleje
Drážkové manžety dle PN 02
a tuky na bázi min.olejů, HFA,
9274
HFB, HFC
Tabulka 8 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Rubena
3
80
84
Pozn.: ceny jsou bez DPH
5
GRAFICKÉ POROVNÁNÍ SOUČASNÝCH TĚSNĚNÍ
5.1
Porovnání z hlediska maximálních teplot
Pístní těsnění
250
200
Teplota [°C]
200
Parker-B7, KR, ZW
150
120
110
110
100
BaS-Turcon variseal M2
Hennlich-K735
Rubena-Drážková manžeta
50
0
Graf 1 teplotní srovnání pístního těsnění
Pístnicová těsnění
300
260
Teplota [°C]
250
200
200
Parker-OD
BaS-Turcon Variseal M2
150
110
100
100
Hennlich-S610S652
Rubena-Drážkové manžety
50
0
Graf 2 teplotní srovnání pístnicového těsnění
-6-
Stírací kroužky
140
120
120
120
110
Teplota [°C]
100
80
80
Parker-A1 PUR
BaS-kovový kroužek
Hennlich-A38
60
Rubena
40
20
0
Graf 3 teplotní srovnání stíracích kroužků
Vodící pásy
250
200
Teplota [°C]
200
150
130
130
Parker-FR
BaS-HiMod Slydring
Hennlich-F87
100
50
0
Graf 4 teplotní srovnání vodících pásů
-7-
ZÁVĚR A DOPORUČENÍ
Katalogy těsnění neobsahují vždy všechny informace, které konstruktér pro svůj návrh potřebuje. Najde
zde většinou pouze maximální hodnoty, které si ale vzájemně neodpovídají. V této práci jsem se proto snažila
sjednotil navzájem souhlasící technické hodnoty a zjistit podmínky pro nákup těchto těsnění. Výraznou roli zde
tak sehrála spolupráce s jednotlivými firmami k poskytnutí těchto informací. V tomto směru bych nejlépe
hodnotila firmu Hennlich v závěsu za ní společnost Busak a Shamban a Parker. Naopak jako naprosto
nespolupracující se ukázala Rubena Náchod.
Přínos pro konstruktéra tkví v tom, že se může poměrně rychle zorientovat v nabídce těsnění a vybrat si
optimální řešení pro vlastní aplikaci, aniž by musel složitě procházet stohy katalogů. Jsou zde uvedeny nákupní
ceny, dodací podmínky i kontaktní adresy, což ušetří čas nutné počáteční komunkace s firmou a vytvoří jistou
představu různých omezujících podmínek, které se k objednání zboží mohou vztahovat.
Práce tak umožňuje širší pohled na nabídku hydraulických těsnění srovnáním vybraných produktů
těchto firem. V grafické části práce jsou pak znázorměny nejlepší zástupci z jednotlivých skupin produktů.
V práci jsou zahrnuty i základní informace týkající se parametrů těsnění, rozdělení, konstrukční úpravy,
materiály apod.
V poslední kapitole je pak porovnání konstrukčních úprav hlavních částí hydromoturu, které dáva
představu o požadavcích na drsnost, zástavbové rozměry apod., pro vybrané těsnění Hennlich s výkresovou
dokumentací firmy Jihostroj.
LITERATURA
[1]
PROKEŠ., J, VOSTROVSKÝ J. Hydraulické a pneumatické mechanismy
[2]
TĚSNĚNÍ. MM Spektrum. 2006, č.4
[3]
http://www.ebk.cz/hydraulicke-tesnici-prvky/obecne-informace.html
[4]
http://www.tss.trelleborg.com/cz/www/cz/homepage.jsp
[5]
http://www.hennlich.cz/index.php?redakce=7
[6]
http://www.rubena.cz/
[7]
http://www.parker.com/portal/site/PARKER
[8]
http://www.technicke-normy-csn.cz/technicke-normy/strojni-soucasti-2/tesneni-vyplnove-a-tvarene-292
[9]
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_seal#Static
-8-