Statikus vs dinamikus tömítés: a különbség, amely a horonyról, a keménységről és az anyagról dönt

A tömítés kiválasztásánál négy kérdést teszünk fel, kötött sorrendben: milyen közeg, milyen hőmérséklet, mekkora nyomás és milyen mozgás. Az első három szinte mindig megkapja a figyelmet — a negyediket gyakran egy kézlegyintéssel intézzük el. Pedig éppen a mozgás dönt a horony mélységéről, a keverék keménységéről, az anyagválasztásról, sőt néha arról is, hogy egyáltalán O-gyűrű-e a megfelelő tömítéstípus. Ugyanaz a gyűrű, amely a hajtóműfedél alatt évekig megbízhatóan tart, a gyorsan forgó tengelyen pár nap alatt tönkremegy. Ebben a cikkben a statikus és a dinamikus tömítés gyakorlati különbségeit találja, és azokat a számokat, amelyekre a tervezésnél valóban szükség van.

Mi a statikus és mi a dinamikus tömítés

A statikus tömítés olyan kötés, amelyben a tömített felületek nem mozognak egymáshoz képest: fedél, karima, záródugó, érzékelőház, menetes csatlakozó. Az O-gyűrű a szerelésnél egyszer összenyomódik, és onnantól csak a saját rugalmasságával dolgozik — semmi sem súrlódik rajta. A dinamikus tömítés olyan kötés, amelyben a felületek egymáshoz képest mozognak: a hengerben sikló dugattyú, a hengerfedélen átvezetett dugattyúrúd, a forgó vagy lengő tengely. Ugyanaz a felület, amelynek tömítenie kell, egyben csúszófelületté válik — és ez minden szabályt megváltoztat.

Létezik szürke zóna is: kötések, amelyek csak kivételesen mozdulnak el (állítóelem, szervizenként egyszer leszerelt fedél), vagy rezgésnek és hőtágulásnak kitett felületek. Ezeket statikusként tervezzük, de a hibakeresésnél érdemes a mikromozgásra gondolni — az a szivárgás, amely csak üzem közben jelentkezik, leállás után pedig eltűnik, gyakran éppen ennek a nyoma.

Három különbség, amely ebből következik

Összenyomás: statikusan kb. 22 %, dinamikusan 10 %

Az O-gyűrű a keresztmetszet horonybeli összenyomása révén tömít. Az ISO 3601-2 ajánlásai pontosan a mozgás szerint térnek el: a statikus horony mélysége körülbelül 0,78 × keresztmetszet (CS), ami nagyjából 22 % összenyomást ad, szélessége körülbelül 1,30 × CS. A dinamikus horony mélysége körülbelül 0,90 × CS, vagyis az összenyomás 10 % körüli, szélessége körülbelül 1,50 × CS. A fenéklekerekítés mindkét esetben körülbelül 0,10 × CS, a bevezető élek letörése 15–20°. A táblázati arányok 1,0 és 10,0 mm közötti keresztmetszetekre érvényesek — ez a katalógus túlnyomó részét lefedi.

Miért kap a dinamika kisebb összenyomást? Minden további százalék növeli az érintkezési nyomást, és ezzel a súrlódást is. Statikus kötésben a súrlódás senkit sem érdekel, így megengedhető az erősebb szorítás és a nagyobb tömítési tartalék. Mozgásnál viszont a súrlódás hőt és kopást jelent — az összenyomást ezért arra a szintre vesszük vissza, amely még biztonsággal tömít, de a gyűrűt feleslegesen nem fékezi és nem melegíti. Különbség van az ülékre való felhúzásban is: a statikus tömítés 1–5 % nyúlást elvisel, igényes dinamikánál célzottan 0 %-ot tartunk, mert a nyúlás csökkenti a keresztmetszetet, és ezzel a tényleges összenyomást is.

Keménység: nyomásnál és mozgásnál keményebb keverék

A bevett anyagok széles keménységi skálán készülnek — az NBR például 40-től 90 Shore A-ig. Statikában a keménységet szabadon választjuk, a szerelés és a tömített közeg szerint. Dinamikában a nyomás dönt: a lágy keverék nagy nyomásnál kipréselődik az alkatrészek közötti résbe, és a gyűrű pereme utána úgy néz ki, mintha megrágták volna — ez az extrúzió, a dinamikus tömítések egyik leggyakoribb hibamódja. Konfigurátorunk ezért forgó tengelyhez 80 Shore A-t, dugattyúkhoz pedig nagyjából 100 bar nyomástól rögtön 90 Shore A-t ajánl.

Ha a keményebb keverék nem elég, vagy a rés nagy, támasztógyűrű (back-up gyűrű) kerül be — jellemzően PTFE-ből, amely mechanikusan gátolja az extrúziót. A PTFE itt pontosan azt a szerepet játssza, amelyre való: merev, csúszós anyag, saját rugalmasság iránti igény nélkül.

Anyag: a kopásállóság hirtelen döntővé válik

Statikában az anyagot szinte kizárólag a kémia és a hőmérséklet választja ki — mechanikailag majdnem minden megfelel. Dinamikában belép a harmadik szempont: a kopás. Az összes elasztomer közül a poliuretán (PU) kopásállósága a legjobb, ez az első választás a nagy ciklusszámú dinamikus alkalmazásokhoz; 70–95 Shore A keménységben készül. Vigyázat azonban a korlátaira: tartós hőmérséklete csak +80 °C-ig terjed (rövid ideig +100 °C), forró vízhez és gőzhöz pedig nem való. Az univerzális megoldás továbbra is az NBR (−30-tól +100 °C-ig), abrazív hidraulikához — iszap, homok — pedig ott a karboxilált XNBR, amely a standard nitrilnél jobban bírja a kopást.

Az ellenkező póluson a szilikon (VMQ) áll: a −60-tól +200 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartomány kivételes, mechanikailag azonban gyenge, és dinamikus alkalmazásba egyáltalán nem való. A PTFE pedig nem elasztomer — összenyomás után nem áll vissza, a maradó alakváltozásból nulla a visszarugózása, így a tömör PTFE gyűrű önmagában nem helyettesíti a gumit; dinamikában támasztógyűrűként vagy rugóval előfeszített tömítésekben használatos.

Statikus tömítés a gyakorlatban

A fedelek, karimák, záródugók és burkolatok az O-gyűrű hazai pályája. Az eljárás egyértelmű: anyag a közeg és a hőmérséklet szerint, horony a statikus arányok szerint (mélység 0,78 × CS, szélesség 1,30 × CS), felhúzás az üléken legfeljebb 5 %. Súrlódással nem kell foglalkozni, kopással sem — ezért itt észszerűen lehet takarékoskodni. Drága anyagot csak akkor vessen be, ha a kémia tényleg megköveteli: az FKM nagyjából ötszöröse a standard NBR árának, az FFKM pedig az FKM további 20–50-szerese. Egy statikus fedelet ásványolajban egyszerűen felesleges Vitonnal tömíteni, ha az NBR kémiailag megfelel.

Dinamikus tömítés a gyakorlatban

Sikló mozgás: dugattyú és dugattyúrúd

Az alternáló (egyenes vonalú) mozgást az O-gyűrű elviseli, ha betartja a körülbelül 10 % összenyomású dinamikus hornyot, és a keménységet a nyomáshoz igazítja. Nagyjából 100 bar nyomástól a konfigurátor első választásként PU 90 Shore A-t ajánl — a poliuretán az egyenes vonalú mozgások standardja, és az extrúziónak is a legjobban ellenáll —, olcsóbb alternatívaként pedig NBR 90 Shore A-t. Nagy ciklusszámnál és hosszú löketnél az O-gyűrű helyett bevett megoldás a specializált poliuretán rúdtömítés; az O-gyűrű ott inkább szükségmegoldás, mint tartós megoldás.

Forgás: meddig O-gyűrű, és mikortól szimmering

A lassú vagy alkalmi forgást és a lengő mozgást az O-gyűrű tömíti: ásványolajban forgó tengelyhez a konfigurátor NBR 80 Shore A-t ajánl, abrazív környezetben hosszabb élettartamú PU 90 Shore A-t. A tartós, gyors forgás azonban más műfaj — az összenyomott gyűrű teljes kerületén súrlódik a tengelyen, melegszik és gyorsan kopik. Ott lép be a szimmering (gufero), a rugós tengelytömítés, amelyet forgásra terveztek.

A szimmeringnek is megvannak a számai: az NBR tömítőél 10–12 m/s kerületi sebességig bírja, az FKM 35–38 m/s-ig, a PTFE él pedig körülbelül 40–45 m/s-ig. A standard szimmering kisnyomású — 0,05 MPa (0,5 bar) nyomásig számol; már 0,02 MPa felett a sebességet a felére kell csökkenteni, a speciális nyomásálló típusok pedig 10 bar-ig terjednek. A tengely keménysége legalább 45 HRC legyen, ajánlott az 55–65 HRC. És ne feledkezzen meg a súrlódási hőről: nagy fordulatszámon az él tényleges hőmérséklete 20–50 °C-kal magasabb a környezeténél — az anyagot ezzel a tartalékkal válassza.

A leggyakoribb hibák a gyakorlatból

Statikus horony dinamikus alkalmazásban: 22 % összenyomás mozgás közben nagy súrlódást, hőt és gyors kopást jelent. A gyűrű látszólag a helyén van, de az élettartam hetekben mérhető.

Lágy keverék nagy nyomáson: a 70 Shore A száz bar körül extrúzióval végzi — a nyomással ellentétes oldalon megrágott perem egyértelmű aláírás. A megoldás keményebb keverék (90 Shore A) vagy támasztógyűrű.

Szilikon mozgásban: a VMQ a hőmérséklet-tartományával csábít, mechanikailag azonban nem bírja a dinamikát. Forró dinamikus alkalmazásokba FKM vagy HNBR való, nem szilikon.

O-gyűrű tartósan forgó tengelyen: működik egy napig, egy hétig, egy hónapig — aztán folyik. A tartós forgás a szimmeringé; az O-gyűrűt hagyja meg statikára, sikló mozgásra és lassú forgásra.

Gyakori kérdések

Mekkora összenyomás kell az O-gyűrűnek statikus és dinamikus alkalmazásban?

Statikusan körülbelül 22 % (horonymélység 0,78 × CS), dinamikusan körülbelül 10 % (mélység 0,90 × CS) az ISO 3601-2 szerint. A táblázati arányok 1,0–10,0 mm keresztmetszetre érvényesek; a horony pontos méreteit kalkulátorunk kiszámolja.

Tömíthet az O-gyűrű mozgó alkatrészeket?

Igen — a sikló mozgást és a lassú vagy alkalmi forgást bírja, ha dinamikus horonyban ül, keménysége megfelel a nyomásnak (kb. 100 bar-tól inkább 90 Shore A), és kopásálló anyagból készül, mint a PU, az NBR vagy az XNBR. A határ a tartós gyors forgás és a nagy ciklusszámú hidraulika — ott nyúljon specializált tömítésekhez.

Mikor kell az O-gyűrű helyett szimmering?

A tengely tartós forgásánál. Az NBR élű szimmering 10–12 m/s-ig, az FKM élű 35–38 m/s-ig bírja; a standard típusok azonban csak 0,5 bar nyomásig számolnak. Forgás és nyomás kombinációjára léteznek speciális, 10 bar-ig terhelhető nyomásálló szimmeringek.

A statikus és dinamikus beépítés hornyát egy perc alatt kiszámolja a horonykalkulátor az eszközök között, az anyag és a közeg összeférhetőségét a vegyi ellenállási táblázatban ellenőrizheti, az ismeretlen gyűrű méretét a méretátváltó határozza meg, a raktáron lévő gyűrűt pedig a konfigurátorral találja meg. Ha a tömítés már tönkrement, először a hibaelemzést nézze át — a statikus és a dinamikus kialakítás felcserélése az egyik leggyakoribb ok. Ha pedig az alkalmazása egyik kategóriába sem fér bele, például gyors forgást, nyomást és agresszív közeget kombinál, írjon Filipnek: küldjön vázlatot és üzemi adatokat, és véleményezzük a konstrukciót.