Návrh drážky pro O-kroužek podle ISO 3601-2 — stlačení a vyplnění

O-kroužek je jen polovina těsnění — druhou polovinou je drážka, do které ho uložíte. Nejdražší FKM kroužek netěsní, pokud má drážku navrženou od oka, a obyčejný NBR spolehlivě drží roky, když sedí v drážce podle normy. ISO 3601-2 definuje rozměry drážky jako poměry průřezu kroužku (CS), takže stejná pravidla platí pro malý kroužek s průřezem 1 mm i pro velké hydraulické těsnění. V tomto článku najdete doporučené tabulkové hodnoty, výpočet stlačení a vyplnění a nejčastější chyby návrhu, které vídáme u reklamací.

Dva parametry, které rozhodují: stlačení a vyplnění

Pryž je prakticky nestlačitelná — mění tvar, nikoli objem. Z toho plynou dvě základní pravidla návrhu drážky. Za prvé, kroužek musí být v drážce stlačený, aby na těsnicích plochách vznikl dotykový tlak: tomu říkáme stlačení (squeeze). Za druhé, drážka musí být dost velká na to, aby měla pryž kam uhnout: tomu říkáme vyplnění drážky (gland fill). Většinu poruch těsnění, které nesouvisejí s materiálem, lze vystopovat k jednomu z těchto dvou čísel.

Stlačení: kolik procent pro statická a kolik pro dynamická těsnění

Stlačení se počítá z průřezu kroužku CS a hloubky drážky: stlačení v % = ((CS − hloubka drážky) / CS) × 100. Pro statické těsnění (žádný vzájemný pohyb ploch — víko, příruba, nepohyblivý spoj) doporučuje ISO 3601-2 hloubku drážky přibližně 0,78 × CS, což dává stlačení kolem 22 %. Pro dynamické těsnění (posuvný píst, pístnice, pomalá rotace) je doporučená hloubka přibližně 0,90 × CS, tedy stlačení kolem 10 %.

Proč má dynamika méně? Každé procento stlačení zvyšuje dotykový tlak, a tím i tření. Ve statické aplikaci tření nevadí, takže si můžete dovolit pevnější sevření a větší rezervu těsnosti. Při pohybu ale tření znamená teplo a opotřebení — proto se stlačení stahuje na úroveň, která ještě bezpečně těsní, ale kroužek zbytečně nebrzdí a nepřehřívá se.

Tabulkové poměry podle ISO 3601-2

Norma vyjadřuje rozměry drážky jako násobky průřezu CS. Doporučené hodnoty pro radiální těsnění:

• Statická drážka: šířka ≈ 1,30 × CS, hloubka ≈ 0,78 × CS (stlačení ≈ 22 %), rádius dna ≈ 0,10 × CS, sražení hran 15–20°.
• Dynamická drážka: šířka ≈ 1,50 × CS, hloubka ≈ 0,90 × CS (stlačení ≈ 10 %), rádius dna ≈ 0,10 × CS, sražení hran 15–20°.

Příklad pro běžný průřez CS = 3,53 mm: statická drážka vychází 4,59 mm široká a 2,75 mm hluboká, dynamická 5,30 mm široká a 3,18 mm hluboká, rádius dna je v obou případech 0,35 mm. Poměry platí pro průřezy od 1,0 do 10,0 mm — to pokrývá prakticky celý katalog O-kroužků. Větší průřezy (velká hydraulická těsnění mívají i 12 mm) už tabulky normy nepokrývají a je třeba je navrhovat individuálně.

Vyplnění drážky: proč nikdy 100 %

Vyplnění je poměr plochy průřezu kroužku k ploše průřezu drážky. Protože pryž objem nemění, musí mít v drážce volný prostor na tři věci: tepelnou roztažnost (elastomery se při zahřátí roztahují výrazně více než ocel), nabobtnání v médiu a deformaci od samotného stlačení — stlačený kroužek se roztáhne do šířky.

Doporučené poměry z normy drží vyplnění automaticky v bezpečném pásmu. Plocha průřezu kroužku je π/4 × CS², tedy přibližně 0,785 × CS². Statická drážka má průřez 1,30 × 0,78 ≈ 1,014 × CS², takže vyplnění vychází přibližně 77 %. Dynamická drážka 1,50 × 0,90 = 1,35 × CS² dává vyplnění kolem 58 %. Jinými slovy: norma nechává 30 až 40 % objemu drážky volných — a to není rezerva na rozdávání, ale pracovní prostor pryže.

Co se stane při 100 % vyplnění? Kroužek se zahřeje nebo mírně nabobtná, nemá kam expandovat a tlak v drážce prudce vzroste. Pryž si najde jedinou únikovou cestu — spáru mezi součástmi — a do ní se vytlačí (extruze). Výsledek vypadá jako okousaný okraj kroužku a těsnění je zničené. Pokud měníte materiál nebo médium ve stávající aplikaci, ověřte nabobtnání v tabulce chemické odolnosti — drážka navržená na původní materiál nemusí novému stačit.

Radiální, nebo axiální drážka?

Radiální drážka stlačuje kroužek napříč průřezem mezi dvěma válcovými plochami — typicky píst ve vrtání nebo hřídel v tělese. Sem patří statická radiální těsnění i všechny dynamické aplikace. Axiální (čelní) drážka stlačuje kroužek kolmo — mezi dnem drážky a přišroubovaným víkem či přírubou. Čelní těsnění používá velmi podobné poměry jako statické radiální, takže tabulka výše poslouží i tady.

U čelní drážky navíc dávejte pozor na směr tlaku: drážku umístěte tak, aby tlak média tlačil kroužek ke stěně drážky, ne od ní. A při trvalé rychlé rotaci hřídele se O-kroužek opotřebuje rychle — tam je správnou odpovědí gufero (simmering), ne hlubší drážka.

Vnitřní průměr drážky a natahování kroužku

Kromě šířky a hloubky je třeba zvolit i průměr osazení. Bezpečným východiskem je volné uložení: vnitřní průměr drážky rovný vnitřnímu průměru kroužku, tedy natažení 0 %. Statické těsnění snese natažení 1 až 5 % — kroužek pěkně sedne a při montáži nevypadává. U náročných dynamických těsnění se naopak cíleně drží přesně 0 %, protože natažení zmenšuje průřez a tím i skutečné stlačení.

Nejčastější chyby návrhu drážky

• Příliš hluboká drážka (malé stlačení): kroužek ztrácí dotykový tlak a těsnění propouští — typicky při nízkém tlaku nebo za studena, když pryž ztuhne.
• Příliš mělká drážka (velké stlačení): v dynamice vysoké tření, teplo a rychlé opotřebení, ve statice zbytečně velká trvalá deformace a obtížná montáž.
• Přeplněná drážka: vyplnění blízko 100 % nenechává prostor na teplotu a nabobtnání — končí extruzí pryže do spáry.
• Ostré hrany dna drážky: chybějící rádius (doporučení ≈ 0,10 × CS) vytváří vrub, který kroužek při tlakových cyklech postupně prořeže.
• Chybějící sražení 15–20° na náběhových hranách: kroužek se při montáži prořízne nebo natrhne o ostrou hranu — porucha, která vypadá jako vada materiálu, ale je to chyba výkresu.
• Zaměněné tabulky: statická drážka s dynamickými poměry těsní hůře, dynamická se statickým 22 % stlačením se přehřívá a rychle opotřebuje.

Časté otázky

Jaké stlačení má mít statický O-kroužek?

Přibližně 22 % průřezu. Dosáhnete ho hloubkou drážky 0,78 × CS podle ISO 3601-2. Méně znamená riziko netěsnosti, výrazně více zbytečnou trvalou deformaci a obtížnou montáž.

Může být drážka vyplněná na 100 %?

Ne. Pryž je nestlačitelná a při zahřátí nebo nabobtnání potřebuje volný objem. Doporučené poměry normy nechávají zhruba 30 až 40 % drážky volných; vyplnění blízko 100 % vede k extruzi a zničení těsnění.

Platí tyto poměry pro každý rozměr kroužku?

Tabulky pokrývají průřezy 1,0 až 10,0 mm, což odpovídá drtivé většině katalogových O-kroužků. Mimo toto pásmo (extrémně tenké šňůry, hydraulické průřezy nad 10 mm) berte poměry jen jako orientaci a návrh si nechte ověřit.

Spočítejte si drážku za minutu

Nemusíte násobit ručně: kalkulačka drážky na oringy.sk spočítá šířku, hloubku, rádius i výsledné stlačení pro statickou i dynamickou aplikaci — stačí zadat vnitřní průměr (2 až 500 mm) a průřez kroužku. Rozměr neznámého kroužku určíte přes převodník rozměrů, vhodný materiál k médiu ověříte v chemické tabulce a pokud těsnění už selhalo, projděte si analýzu poruch — nesprávná drážka je jednou z nejčastějších příčin. Konfigurátor vám pak z rozměrů rovnou najde kroužek skladem. A pokud si ani s výsledkem nejste jistí, pošlete Filipovi výkres drážky — posoudíme ho.