Shore A keménység O-gyűrűknél: miért 70 a standard, és mikor válasszunk mást

A tömítés rajzán az anyagkód után általában két számjegy áll: NBR 70, FKM 80, VMQ 50. Ez a szám a Shore A keménység — a közeg és a hőmérséklet után a következő adat, amely eldönti, kibírja-e a gyűrű az alkalmazásban. A lágy keverék felveszi az érdes felület alakját, és már kis szorítóerőnél tömít, a kemény keverék pedig nagy nyomásnak is ellenáll anélkül, hogy a résbe nyomódna. Ebben a cikkben elmagyarázzuk, mit fejez ki a Shore A keménység, miért 70 ShA az ipari standard, mikor érdemes lágyabb vagy keményebb keveréket választani, és miért változik a gyűrű keménysége üzem közben.

Mit fejez ki a Shore A keménység

A Shore A keménység azt adja meg, mennyire áll ellen a keverék a durométer tűjének benyomódásával szemben — minél nagyobb a szám, annál keményebb az anyag. Elasztomer tömítéseknél a Shore A a standard skála; a kemény műanyagokat Shore D skálán mérik, ezzel O-gyűrűknél ritkán találkozik. A szokásos tömítőkeverékek nagyjából 30 ShA-tól — itt vannak a leglágyabb szilikonok — 95 ShA-ig terjednek, ahol a kemény poliuretánok és a karboxilált nitrilek végződnek. Egy 30 ShA keveréket ujjal összenyom, mint egy puha gumigyűrűt, egy 90 ShA keverékbe a körmét is alig tudja benyomni.

Fontos: a keménység semmit nem mond a vegyi vagy hőállóságról. Az NBR 70 és az FKM 70 keménysége azonos, de a közegekben teljesen másként viselkednek. A keménységet ezért csak a közeg és a hőmérséklet után válassza — a közeget ellenőrizze a vegyi állósági táblázatban, a teljes közeg → hőmérséklet → nyomás → mozgás döntési sorrendet pedig az anyagválasztási útmutatónk írja le.

Miért 70 Shore A a standard

Ha a rajzról hiányzik a keménység, szinte mindig 70 ShA keveréket szállítanak — ugyanezt feltételezi a konfigurátorunk is, ha nem ad meg keménységet. A 70 ShA környéke az a kompromisszum, amely statikus és szokásos dinamikus alkalmazásokban a legjobban működik: a keverék elég engedékeny ahhoz, hogy a szabványos összenyomásnál — statikus horonyban a keresztmetszet körülbelül 22 százaléka, dinamikusban körülbelül 10 százaléka — megbízhatóan kitöltse a felület mikroegyenetlenségeit, ugyanakkor elég szilárd ahhoz, hogy szokásos nyomásokon ne nyomódjon a résbe.

Ennek felel meg az is, amit ténylegesen raktáron tartanak és gyártanak. Az NBR és a HNBR jellemzően 70, 80 és 90 ShA keménységben érhető el, az FKM 70, 75 és 90 ShA-ban, az EPDM 60, 70 és 80 ShA-ban, a szilikon 50, 60 és 70 ShA-ban, a kloroprén 60 és 70 ShA-ban, a poliuretán pedig 85, 90 és 95 ShA-ban. Ha a konfigurátorban méretet és anyagot ad meg keménység nélkül, a leggyakoribb értékeket ajánlja fel: 70, 75, 80 és 90 ShA.

Lágyabb keverék: mikor segít az 50–60 ShA

Lágyabb keverékhez sajátos esetekben nyúljon: érdes, öntött vagy enyhén sérült felületek tömítésénél, kis szorítóerejű szerelvényeknél — vékony falú műanyag alkatrészek, kézzel meghúzott kötések —, valamint ott, ahol a gyűrűnek nagyobb gyártási tűréseket kell követnie. A lágy keverék kitölti azokat az egyenetlenségeket, amelyekhez egy kemény gyűrűnek lényegesen nagyobb összenyomásra lenne szüksége. Az ár: kisebb ellenállás a kinyomódással és a kopással szemben — lágy gyűrűnek nagynyomású hidraulikában nincs helye.

Vigyázat, nem minden anyagkémia kapható lágy kivitelben. A szilikon (VMQ) 30 ShA-tól készül, az NBR, az EPDM és a kloroprén 40 ShA-tól, a fluorszilikon szintén 40 ShA-tól. Az FKM viszont 60 ShA-nál, az FFKM 65 ShA-nál, a poliuretán pedig csak 70 ShA-nál kezdődik. Ha az alkalmazás extrém lágy tömítést és egyúttal fluorkémiát kíván, az anyag határába ütközik — a megoldás a konstrukció módosítása, nem pedig egy nem létező keverék keresése.

Keményebb keverék: nagy nyomás és kinyomódásveszély

A nyomás növekedésével nő az erő, amely a gyűrűt az alkatrészek közötti résbe nyomja. A túl lágy anyag a kinyomódás (extrúzió) tipikus oka: a gumi a résbe préselődik, és a gyűrű pereme úgy néz ki, mintha megrágták volna. Megrágott perem láttán három bevált megoldás van: a keménység növelése 80–90 ShA-ra, kopásállóbb anyag — például poliuretán — választása, vagy a gyűrű megtámasztása PTFE támasztógyűrűvel. Ugyanezeket az ajánlásokat találja a hibaelemző eszközünkben is.

A kemény keveréknek azonban ára van: ugyanakkora összenyomáshoz nagyobb erő kell, rosszabbul követi az érdes felületeket, dinamikus alkalmazásban pedig gyorsabban koptathatja az ellenfelületet. Ha a kinyomódást megbízhatóan kezeli egy támasztógyűrű, gyakran jobb 70 ShA-nál maradni támasztással, mint támasz nélkül 90 ShA-ra váltani. A horony is számít — a szűkebb rés és a helyesen méretezett horony hasonlóan hatékonyan csökkenti a kinyomódás kockázatát, mint a keményebb anyag; az arányokat a horonykalkulátorban számolhatja át.

Keménység anyagonként: mit gyártanak valójában

Minden anyagkémiának megvan a gyártható keménységtartománya. Az univerzális kaucsukok fedik le a legszélesebb sávot: NBR, EPDM és kloroprén (CR) 40-től 90 ShA-ig, HNBR és epiklórhidrin (ECO) 50-től 90 ShA-ig. A szilikon (VMQ) a leglágyabb — 30-tól 80 ShA-ig, a fluorszilikon (FVMQ) 40-től 80 ShA-ig terjed. A fluorelasztomerek magasabban kezdődnek: FKM 60–90 ShA, FFKM 65–90 ShA, FEPM (Aflas) 70–90 ShA. Az autóipari különlegességek, az ACM (60–80 ShA) és az AEM (50–75 ShA) középen helyezkednek el. A legkeményebbek a poliuretán (PU) és a karboxilált nitril (XNBR) — mindkettő 70–95 ShA, kopásra és nagy nyomásra építve.

A PTFE kilóg ebből a sorból: nem elasztomer, hanem merev polimer, 55–65 közötti keménységgel, amelyet más jellemzővel mérnek. Az összenyomott PTFE nem tér vissza eredeti alakjába, ezért támasztógyűrűként vagy speciális konstrukciókban használják — nem pedig a gumi O-gyűrű közvetlen pótlásaként egy szokásos horonyban.

A keménység üzem közben változik

A rajzon szereplő keménység az új keverék keménysége; üzem közben változik, és éppen a kiszerelt gyűrű keménységváltozása az egyik legértékesebb diagnosztikai jel. A túlhevült gyűrű megkeményedik, elridegedik és radiális repedésekkel reped, felülete fényes vagy égett. A vegyileg megtámadott gyűrű az összeférhetetlenség típusától függően megduzzad és meglágyul, vagy épp megkeményedik — a térfogat, a tömeg vagy a szín változásával együtt. Vákuumban az elasztomerből illékony összetevők — főleg lágyítók — párolognak el: a gyűrű keményedik, tömeget veszít és zsugorodik.

Gyakorlati következmény a karbantartásban: ha a kiszerelt gyűrű érezhetően keményebb, mint egy új darab a csomagból, ne csak cserélje ki, hanem keresse az okot. A megkeményedés szinte mindig túllépett hőmérsékletet vagy összeférhetetlen közeget jelez — és az azonos keverékből készült új gyűrű ugyanúgy végzi. A leletet hasonlítsa össze a tipikus károsodási mintákkal a hibaelemzőnkben.

Mennyire pontos a megadott keménység

A keménységet durométerrel, előírt vastagságú sík próbatesten mérik, nem magán a gyűrűn — az O-gyűrű íves, vékony keresztmetszetén csak tájékoztató értéket kap. Számoljon a gyártási sarzsok közötti természetes szórással is. Ezért a konfigurátorunk pontos csere keresésekor ±3 ShA tűréssel fogadja el a keménységegyezést, alternatívák szélesebb keresésekor pedig ±5 ShA-val. A 70 és 72 ShA közötti különbség a gyakorlatban nem számít, a 70 és 90 ShA közötti igen.

Gyakori kérdések

Milyen keménységű a standard O-gyűrű?

70 Shore A. Ha keménység megadása nélkül rendel, 70 ShA keveréket kap — és a legtöbb statikus és szokásos dinamikus alkalmazáshoz ez a helyes választás. A konfigurátorunk is 70 ShA-val számol alapértelmezésként.

Mikor válasszunk 90 Shore A-t?

Nagy nyomásnál, az alkatrészek közötti nagyobb réseknél és mindenhol, ahol kinyomódás fenyeget — tipikusan hidraulikában. Alternatíva a lágyabb gyűrű mellé tett PTFE támasztógyűrű, vagy a 85–95 ShA keménységű poliuretán, amely az elasztomerek közül a legjobb kopásállósággal bír.

Jobb vegyi vagy hőállóságot jelent a nagyobb keménység?

Nem. A keménység a keverék mechanikai tulajdonsága, és sem a vegyi ellenállással, sem a hőmérséklet-tartománnyal nincs közvetlen kapcsolatban. Az NBR 90 ugyanúgy tönkremegy fékfolyadékban, mint az NBR 70. A közeget és a hőmérsékletet az anyagkémia kiválasztásával kezelje, a keménységet csak utána, a nyomás és a mozgás szerint.

Megmérhető a keménység a kész gyűrűn?

Csak tájékoztató jelleggel — a durométerhez sík próbatest kell, az íves keresztmetszeten torzított értéket mér. Ismeretlen gyűrű azonosításánál induljon ki a méretekből a méretátváltón keresztül, a színből és az alkalmazásból; a keménységet legalább tapintással hasonlítsa össze egy ismert keverékű új darabbal.

Válasszon keménységet pár másodperc alatt

Szokásos cseréhez elég a kezdőoldalon lévő konfigurátor: adja meg a méreteket, az anyagot és igény szerint a keménységet — az alapértelmezett 70 ShA a legtöbb alkalmazáshoz megfelel, a más keménységű változatokat pedig rögtön mellette látja. A közeget ellenőrizze a vegyi állósági táblázatban, a horony méreteit a horonykalkulátorban, a sérült gyűrűt pedig hasonlítsa össze a hibaelemzőben. Ha ezután sem biztos a dolgában — például nagy nyomás és lágy keverék szokatlan kombinációjánál — írjon Filipnek, gyakorlati tapasztalatból ad tanácsot.