O-gyűrű horony tervezése az ISO 3601-2 szerint — összenyomás és kitöltés

Az O-gyűrű csak a tömítés egyik fele — a másik fele a horony, amelybe beültetjük. A legdrágább FKM gyűrű is szivárog, ha a hornyot szemre méretezték, míg egy egyszerű NBR évekig megbízhatóan tart, ha szabvány szerinti horonyban ül. Az ISO 3601-2 a horony méreteit a gyűrű keresztmetszetének (CS) arányaiként adja meg, így ugyanazok a szabályok érvényesek egy 1 mm keresztmetszetű kis gyűrűre és egy nagy hidraulikus tömítésre is. Ebben a cikkben megtalálja az ajánlott táblázati értékeket, az összenyomás és a kitöltés számítását, valamint a leggyakoribb tervezési hibákat, amelyekkel reklamációknál találkozunk.

A két paraméter, amely mindent eldönt: összenyomás és kitöltés

A gumi gyakorlatilag összenyomhatatlan — alakot vált, nem térfogatot. Ebből a horonytervezés két alapszabálya következik. Először: a gyűrűnek a horonyban összenyomva kell ülnie, hogy a tömítőfelületeken érintkezési nyomás alakuljon ki — ez az összenyomás (squeeze). Másodszor: a horonynak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a guminak legyen hová kitérnie — ez a horonykitöltés (gland fill). A nem anyaghibából eredő tömítéshibák többsége e két szám valamelyikére vezethető vissza.

Összenyomás: hány százalék statikus és hány dinamikus tömítésnél

Az összenyomást a gyűrű CS keresztmetszetéből és a horony mélységéből számítjuk: összenyomás % = ((CS − horonymélység) / CS) × 100. Statikus tömítésnél (a felületek között nincs relatív mozgás — fedél, karima, rögzített kötés) az ISO 3601-2 kb. 0,78 × CS horonymélységet ajánl, ami kb. 22 % összenyomást ad. Dinamikus tömítésnél (alternáló dugattyú, dugattyúrúd, lassú forgás) az ajánlott mélység kb. 0,90 × CS, vagyis az összenyomás kb. 10 %.

Miért kap a dinamika kevesebbet? Az összenyomás minden százaléka növeli az érintkezési nyomást, és vele a súrlódást. Statikus alkalmazásban a súrlódás nem számít, így megengedhető az erősebb szorítás és a nagyobb tömítési tartalék. Mozgásnál viszont a súrlódás hőt és kopást jelent — ezért az összenyomást arra a szintre vesszük vissza, amely még biztonsággal tömít, de feleslegesen nem fékezi és nem melegíti túl a gyűrűt.

Táblázati arányok az ISO 3601-2 szerint

A szabvány a horony méreteit a CS keresztmetszet többszöröseiként adja meg. Ajánlott értékek radiális tömítéshez:

• Statikus horony: szélesség ≈ 1,30 × CS, mélység ≈ 0,78 × CS (összenyomás ≈ 22 %), fenéklekerekítés ≈ 0,10 × CS, élletörés 15–20°.
• Dinamikus horony: szélesség ≈ 1,50 × CS, mélység ≈ 0,90 × CS (összenyomás ≈ 10 %), fenéklekerekítés ≈ 0,10 × CS, élletörés 15–20°.

Példa a gyakori CS = 3,53 mm keresztmetszetre: a statikus horony 4,59 mm széles és 2,75 mm mély, a dinamikus 5,30 mm széles és 3,18 mm mély, a fenéklekerekítés mindkét esetben 0,35 mm. Az arányok 1,0 és 10,0 mm közötti keresztmetszetekre érvényesek — ez gyakorlatilag a teljes O-gyűrű katalógust lefedi. A nagyobb keresztmetszeteket (a nagy hidraulikus tömítéseknél akár 12 mm is előfordul) a szabvány táblázatai már nem fedik le, ezeket egyedileg kell méretezni.

Horonykitöltés: miért soha nem 100 %

A kitöltés a gyűrű keresztmetszeti területének és a horony keresztmetszeti területének aránya. Mivel a gumi térfogata nem változik, a horonyban szabad helyre van szüksége három dologra: a hőtágulásra (az elasztomerek melegedéskor lényegesen jobban tágulnak, mint az acél), a közegben való duzzadásra, valamint magából az összenyomásból eredő alakváltozásra — az összenyomott gyűrű oldalirányban kiterül.

A szabvány ajánlott arányai a kitöltést automatikusan a biztonságos sávban tartják. A gyűrű keresztmetszeti területe π/4 × CS², azaz kb. 0,785 × CS². A statikus horony keresztmetszete 1,30 × 0,78 ≈ 1,014 × CS², így a kitöltés kb. 77 %. A dinamikus horony 1,50 × 0,90 = 1,35 × CS² keresztmetszete kb. 58 % kitöltést ad. Más szóval: a szabvány a horony térfogatának 30–40 %-át szabadon hagyja — és ez nem elosztogatható tartalék, hanem a gumi munkatere.

Mi történik 100 % kitöltésnél? A gyűrű felmelegszik vagy kissé megduzzad, nincs hová tágulnia, és a horonyban a nyomás hirtelen megugrik. A gumi megtalálja az egyetlen menekülőutat — az alkatrészek közötti rést — és abba préselődik ki (extrúzió). Az eredmény úgy néz ki, mint egy lerágott gyűrűszél, a tömítés pedig tönkrement. Ha meglévő alkalmazásban anyagot vagy közeget vált, ellenőrizze a duzzadást a vegyi ellenállósági táblázatban — az eredeti anyagra tervezett horony az újnak már lehet, hogy nem elég.

Radiális vagy axiális horony?

A radiális horony a gyűrűt a keresztmetszetén át, két hengeres felület között nyomja össze — jellemzően dugattyú a furatban vagy tengely a házban. Ide tartoznak a statikus radiális tömítések és az összes dinamikus alkalmazás. Az axiális (homlok-) horony a gyűrűt merőlegesen nyomja össze — a horony feneke és a lecsavarozott fedél vagy karima között. A homloktömítés nagyon hasonló arányokat használ, mint a statikus radiális, így a fenti táblázat itt is használható.

Homlokhoronynál ráadásul figyeljen a nyomás irányára: a hornyot úgy helyezze el, hogy a közeg nyomása a gyűrűt a horony falához szorítsa, ne attól el. Tartós, gyors tengelyforgásnál pedig az O-gyűrű gyorsan elkopik — ott a helyes válasz a szimmering (tengelytömítő gyűrű), nem a mélyebb horony.

A horony belső átmérője és a gyűrű megnyúlása

A szélesség és a mélység mellett az ülék átmérőjét is meg kell választani. A biztonságos kiindulás a laza illesztés: a horony belső átmérője megegyezik a gyűrű belső átmérőjével, vagyis a megnyúlás 0 %. A statikus tömítés 1–5 % megnyúlást elvisel — a gyűrű szépen a helyére ül, és szereléskor nem esik ki. Az igényes dinamikus tömítéseknél viszont szándékosan pontosan 0 %-ot tartanak, mert a megnyúlás csökkenti a keresztmetszetet, és vele a tényleges összenyomást.

A leggyakoribb horonytervezési hibák

• Túl mély horony (túl kevés összenyomás): a gyűrű elveszti az érintkezési nyomást, és a tömítés ereszt — jellemzően alacsony nyomáson vagy hidegben, amikor a gumi megmerevedik.
• Túl sekély horony (túl nagy összenyomás): dinamikában nagy súrlódás, hő és gyors kopás, statikában feleslegesen nagy maradó alakváltozás és nehéz szerelés.
• Túltöltött horony: a 100 %-hoz közeli kitöltés nem hagy helyet a hőmérsékletnek és a duzzadásnak — gumiextrúzióval végződik a résbe.
• Éles horonyfenék-sarkok: a hiányzó lekerekítés (ajánlás ≈ 0,10 × CS) bemetszést képez, amely a nyomásciklusok során fokozatosan belevág a gyűrűbe.
• Hiányzó 15–20°-os élletörés a bevezetőéleken: a gyűrű szereléskor elvágódik vagy beszakad az éles élen — olyan hiba, amely anyaghibának látszik, pedig rajzhiba.
• Felcserélt táblázatok: a dinamikus arányokkal készült statikus horony rosszabbul tömít, a statikus 22 % összenyomással készült dinamikus horony túlmelegszik és gyorsan kopik.

Gyakori kérdések

Mekkora összenyomása legyen egy statikus O-gyűrűnek?

Körülbelül a keresztmetszet 22 %-a. Ezt az ISO 3601-2 szerinti 0,78 × CS horonymélységgel éri el. A kevesebb szivárgási kockázatot jelent, a lényegesen több felesleges maradó alakváltozást és nehéz szerelést.

Lehet a horony 100 %-ig kitöltve?

Nem. A gumi összenyomhatatlan, melegedéskor vagy duzzadáskor szabad térfogatra van szüksége. A szabvány ajánlott arányai a horony nagyjából 30–40 %-át szabadon hagyják; a 100 %-hoz közeli kitöltés extrúzióhoz és a tömítés tönkremeneteléhez vezet.

Minden gyűrűméretre érvényesek ezek az arányok?

A táblázatok az 1,0–10,0 mm közötti keresztmetszeteket fedik le, ami a katalógus O-gyűrűk túlnyomó többségének megfelel. Ezen a sávon kívül (extrém vékony zsinórok, 10 mm feletti hidraulikus keresztmetszetek) az arányokat csak tájékoztatásnak tekintse, és ellenőriztesse a tervet.

Számítsa ki a hornyát egy perc alatt

Nem kell kézzel szorozni: az oringy.sk horonykalkulátora kiszámítja a szélességet, a mélységet, a lekerekítést és az eredő összenyomást statikus és dinamikus alkalmazásra is — csak adja meg a belső átmérőt (2–500 mm) és a gyűrű keresztmetszetét. Az ismeretlen gyűrű méretét a méretátváltóval határozhatja meg, a közeghez illő anyagot a vegyi táblázatban ellenőrizheti, és ha a tömítés már tönkrement, futtassa végig a hibaelemzést — a rossz horony az egyik leggyakoribb ok. A konfigurátor ezután a méretekből rögtön raktári gyűrűt talál. És ha az eredménnyel együtt sem biztos a dolgában, küldje el Filipnek a horonyrajzot — véleményezzük.