O-gyűrű vagy lapos tömítés: mikor melyik tömítőelemet válasszuk

Az O-gyűrű és a lapos tömítés ugyanazt a problémát oldja meg — megakadályozza a közeg szivárgását egy statikus kötésen át —, de teljesen eltérő módon. Az O-gyűrű úgy tömít, hogy a kör keresztmetszetét egy pontosan megmunkált horonyban összenyomja, és a tömítőerő az elasztomer rugalmasságából származik. A lapos tömítés úgy tömít, hogy egy összenyomható réteget a csavarok erejével a karima két homlokfelülete közé szorítunk. Tömítőelemek forgalmazójaként újra meg újra ugyanazt a hibát látjuk: a kötést az egyik elvre tervezték, de a másikat szerelték be. Ez a cikk megadja a döntési logikát — a karima típusa, a felületi érdesség, a nyomás és az újrafelhasználási igény szerint —, hogy soha ne válasszon rosszul.

Két eltérő tömítési elv

Az O-gyűrű kétirányú, térfogati tömítőelem. A horonyba helyezve a keresztmetszete összenyomódik (jellemzően 15–30 %-kal), és az elasztomer szinte összenyomhatatlan folyadékként viselkedik — kitölti a hornyot, és nyomást fejt ki mindkét illeszkedő felületre. Így mindkét oldalról tömíti a nyomást, és utánhúzás nélkül bírja a nyomásciklusokat is. Éppen ezért az O-gyűrű az első választás a rendszeresen szétszerelt kötéseknél: minden szétszereléskor csak az olcsó gyűrűt cseréli ki, és a horony sértetlen marad.

A lapos tömítés ezzel szemben felületi érintkezési nyomás elvén működik. A karima csavarjai úgy nyomják össze a tömítést, hogy annak anyaga befolyjon mindkét homlokfelület mikroegyenetlenségeibe, és összefüggő gátat képezzen. Itt nincs rugalmas tartalék, mint az elasztomernél — a tömítőerő a csavarok meghúzásától függ, és idővel csökken (relaxáció, beülés, anyagfolyás). A lapos tömítés ezért általában nem kétirányú az önműködő kompenzáció értelmében, és a kötés szétszerelése után rendszerint újra cserélik, mert már beült és deformálódott.

Döntés a karima típusa és megmunkálása szerint

A legerősebb döntési szempont a kötés geometriája. Az O-gyűrűnek horony kell — pontosan megmunkált üreg meghatározott mélységgel, szélességgel és sarokrádiusszal. Az általános ipari használathoz tartozó horonyméreteket az ISO 3601-2 szabvány (Housing dimensions for general applications) fedi le, amely az ISO 3601-1 szabványra épül a gyűrűk méreteinél (d1 — belső átmérő, d2 — keresztmetszet). Ha ilyen horonya van, vagy le tudja gyártatni, az O-gyűrű szinte mindig olcsóbb, megbízhatóbb és újra szervizelhető.

A lapos tömítésnek nincs szüksége horonyra — két sima homlokfelület közé ül, és éppen ezért nélkülözhetetlen a szabványos csővezeték-karimákon. Itt lép be az EN 1514 szabvány, amely a PN nyomásfokozattal jelölt karimákhoz tartozó tömítések méreteit határozza meg. Az EN 1514-1 a nemfémes lapos tömítéseket fedi le (betéttel vagy anélkül), az EN 1514-4 pedig a fémes és kombinált tömítéseket, beleértve a spiráltekercselteket is; a sorozat a PN 10-től PN 100-ig terjedő nyomásfokozatokat és a DN 900-ig terjedő névleges átmérőket öleli fel. Ha tehát EN 1092 szerinti csővezeték-karimás kötéssel dolgozik, szinte mindig EN 1514 szerinti tömítést keres, nem O-gyűrűt.

A felületi érdesség dönti el, mi fog tömíteni

Az illeszkedő felületek érdessége az egyik leginkább alábecsült tényező, és gyakran éppen ez az oka annak, hogy egy statikus O-gyűrű elromlik, és a lapos tömítés győz. Az O-gyűrű sima, pontosan megmunkált felület ellen tömít: statikus tömítéshez Ra max. 1,6 µm érdesség ajánlott, lüktető nyomásnál Ra max. 0,8 µm, dinamikus alkalmazásoknál pedig akár Ra max. 0,4 µm. Alacsony nyomáson, vákuumban vagy gázok tömítésekor a felület minősége teljesen kulcsfontosságú — a gyűrű kis érintkezési erőnél nem tudja áthidalni az érdesség csúcsait, és nem tömít.

Ha a rendelkezésre álló felület érdes, karcos vagy egyenetlen — jellemzően öntött karimahomlok vagy javított kötés —, az O-gyűrű egyszerűen nem ül be. Itt az összenyomható lapos tömítés győz, amely alkalmazkodik a felülethez. A spiráltekercselt tömítést ezzel szemben érdesebb, meghatározott karimahomlokkal használják (jellemzően 63–250 µin AARH), mert a tekercselt fémnek bizonyos érdességre van szüksége a megfogáshoz. Más szóval: a sima, megmunkált felület az O-gyűrűnek kedvez, az érdes öntött homlok a lapos tömítésnek.

Nyomás, extrúzió, és mikor kell támasztógyűrű vagy spirál

Növekvő nyomásnál az O-gyűrű korlátjába ütközik — az extrúzióba. Nagy nyomáson a gyűrű egy része a komponensek közötti résbe préselődik, és fokozatosan leszakad, létrehozva a jellegzetes „kirágott” peremet. A megoldás keményebb anyag, kisebb rés és főként PTFE támasztó (back-up) gyűrű, amely lefedi a rést. A PTFE itt nem elasztomer, hanem merev polimer, gyakorlatilag nulla összenyomás utáni helyreállással — ezért támasztásként használják, nem elsődleges rugalmas tömítésként. Gáznemű környezetben a gyors nyomásváltozásoknál ráadásul robbanásszerű dekompresszió (AED) fenyeget, amikor a telített gáz a hirtelen nyomáseséskor belülről szakítja szét a gyűrűt; itt tanúsított AED/RGD anyag kell (FKM vagy FFKM a megfelelő keverékben).

A nagy nyomású és hőmérsékletű csővezeték-karimás kötéseknél a helyes válasz a félmerev tömítés. A spiráltekercselt tömítés (fém + lágy töltet, gyakran PTFE vagy grafit) magasabb nyomásokat és hőmérsékleteket bír, mint a lágy lapos tömítés, és fémszerkezete megakadályozza a kipréselődést. A PTFE-borítású tömítés viszont a kémiailag közömbös PTFE köpenyt egy rugalmas maggal kombinálja — ott használják, ahol a közeg megtámadja a szokásos tömítőanyagokat, de a hőmérséklet nem haladja meg a PTFE határát. A lágy lapos, a PTFE-borítású és a spiráltekercselt tömítés közötti választás tehát elsősorban a nyomás, a hőmérséklet és a közeg agresszivitásának függvénye.

Az anyag, a hőmérséklet és a kémia mindkét kialakításra ugyanúgy érvényes

Függetlenül attól, hogy O-gyűrűt vagy lapos elasztomer tömítést választ, az anyagnak ki kell bírnia a hőmérsékletet és a közeget is. Az NBR (nitril) a legolcsóbb igásló ásványolajokhoz és hidraulikához kb. 100 °C-ig, de a glikolalapú fékfolyadékhoz és az ózonhoz nem alkalmas. Az FKM (Viton) körülbelül 200 °C-ra emeli a plafont, és a legtöbb üzemanyagot és savat bírja, de aminoknál, ketonoknál és forró gőznél elromlik. Az EPDM az egyetlen ésszerű választás fékfolyadékhoz és ivóvízhez, de az ásványolajok feloldják. A VMQ (szilikon) rendkívül széles, −60-tól +200 °C-ig terjedő tartománnyal rendelkezik, de mechanikailag gyenge, és dinamikára nem alkalmas. Az FFKM a legellenállóbb elasztomer, tartós hőmérséklete 260 °C-ig terjed, ára azonban az FKM 20–50-szerese.

Ezt az anyaglogikát reprodukálható vizsgálatok támasztják alá. A maradó alakváltozást (compression set), vagyis hogy a tömítés megtartja-e a nyomást hosszú, meleg összenyomás után, az ISO 815 és az ASTM D395 méri. A hőöregedést az ISO 188 fedi le, a keménységet az ISO 48, a folyadékok hatását a duzzadásra vagy a tömegváltozásra az ISO 1817 és az ASTM D471; a hidegridegséget az ASTM D746 értékeli. Magát a gumi jelölését (NBR, FKM, EPDM…) az ISO 1629 szabvány határozza meg. Kétség esetén ellenőrizze az anyag és az adott közeg összeférhetőségét a kémiai táblázatban — a korai meghibásodás leggyakoribb oka éppen a kémiai összeférhetetlenség, amikor a gyűrű megduzzad, meglágyul vagy megkeményedik.

Gyors döntési segédlet

Egy mondatba sűrítve: O-gyűrűt akkor válasszon, ha van (vagy le tud gyártatni) pontos hornyot, sima felülete van, a kötés ismételten szétszerelhető, és a nyomás mindkét oldalról hat — olcsó, pontos és újra szervizelhető. Lapos tömítést a szabványos PN csővezeték-karimákhoz válasszon az EN 1514 szerint, érdes öntött homlokhoz horony nélkül, és olyan kötésekhez, ahol a tömítést úgyis újra cserélik. PTFE támasztógyűrűt adjon az O-gyűrűhöz nagy nyomásnál és nagyobb résnél; PTFE-borítású tömítést agresszív közegnél a karimán; spiráltekercselt tömítést nagy nyomásnál és hőmérsékletnél a csővezetéken. Ha nem biztos a karima típusában, az érdességben vagy a közegben, írja meg nekünk a kötés adatait — kiválasztjuk a megfelelő tömítőelemet és annak anyagát Ön helyett.