Návrh drážky pre O-krúžok podľa ISO 3601-2 — stlačenie a vyplnenie

O-krúžok je len polovica tesnenia — druhou polovicou je drážka, do ktorej ho uložíte. Najdrahší FKM krúžok netesní, ak má drážku navrhnutú od oka, a obyčajný NBR spoľahlivo drží roky, keď sedí v drážke podľa normy. ISO 3601-2 definuje rozmery drážky ako pomery prierezu krúžku (CS), takže rovnaké pravidlá platia pre malý krúžok s prierezom 1 mm aj pre veľké hydraulické tesnenie. V tomto článku nájdete odporúčané tabuľkové hodnoty, výpočet stlačenia a vyplnenia a najčastejšie chyby návrhu, ktoré vidíme pri reklamáciách.

Dva parametre, ktoré rozhodujú: stlačenie a vyplnenie

Guma je prakticky nestlačiteľná — mení tvar, nie objem. Z toho plynú dve základné pravidlá návrhu drážky. Po prvé, krúžok musí byť v drážke stlačený, aby na tesniacich plochách vznikol dotykový tlak: tomu hovoríme stlačenie (squeeze). Po druhé, drážka musí byť dosť veľká na to, aby mala guma kam uhnúť: tomu hovoríme vyplnenie drážky (gland fill). Väčšina porúch tesnenia, ktoré nesúvisia s materiálom, sa dá vystopovať k jednému z týchto dvoch čísel.

Stlačenie: koľko percent pre statické a koľko pre dynamické tesnenie

Stlačenie sa počíta z prierezu krúžku CS a hĺbky drážky: stlačenie v % = ((CS − hĺbka drážky) / CS) × 100. Pre statické tesnenie (žiadny vzájomný pohyb plôch — veko, príruba, nepohyblivý spoj) odporúča ISO 3601-2 hĺbku drážky približne 0,78 × CS, čo dáva stlačenie okolo 22 %. Pre dynamické tesnenie (posuvný piest, piestnica, pomalá rotácia) je odporúčaná hĺbka približne 0,90 × CS, teda stlačenie okolo 10 %.

Prečo má dynamika menej? Každé percento stlačenia zvyšuje dotykový tlak, a tým aj trenie. V statickej aplikácii trenie nevadí, takže si môžete dovoliť pevnejšie zovretie a väčšiu rezervu tesnosti. Pri pohybe však trenie znamená teplo a opotrebenie — preto sa stlačenie sťahuje na úroveň, ktorá ešte bezpečne tesní, ale krúžok zbytočne nebrzdí a neprehrieva sa.

Tabuľkové pomery podľa ISO 3601-2

Norma vyjadruje rozmery drážky ako násobky prierezu CS. Odporúčané hodnoty pre radiálne tesnenie:

• Statická drážka: šírka ≈ 1,30 × CS, hĺbka ≈ 0,78 × CS (stlačenie ≈ 22 %), rádius dna ≈ 0,10 × CS, skosenie hrán 15–20°.
• Dynamická drážka: šírka ≈ 1,50 × CS, hĺbka ≈ 0,90 × CS (stlačenie ≈ 10 %), rádius dna ≈ 0,10 × CS, skosenie hrán 15–20°.

Príklad pre bežný prierez CS = 3,53 mm: statická drážka vychádza 4,59 mm široká a 2,75 mm hlboká, dynamická 5,30 mm široká a 3,18 mm hlboká, rádius dna je v oboch prípadoch 0,35 mm. Pomery platia pre prierezy od 1,0 do 10,0 mm — to pokrýva prakticky celý katalóg O-krúžkov. Väčšie prierezy (veľké hydraulické tesnenia mávajú aj 12 mm) už tabuľky normy nepokrývajú a treba ich navrhovať individuálne.

Vyplnenie drážky: prečo nikdy 100 %

Vyplnenie je pomer plochy prierezu krúžku k ploche prierezu drážky. Keďže guma objem nemení, musí mať v drážke voľný priestor na tri veci: tepelnú rozťažnosť (elastoméry sa pri zahriatí rozťahujú výrazne viac než oceľ), napuchnutie v médiu a deformáciu od samotného stlačenia — stlačený krúžok sa roztiahne do šírky.

Odporúčané pomery z normy držia vyplnenie automaticky v bezpečnom pásme. Plocha prierezu krúžku je π/4 × CS², teda približne 0,785 × CS². Statická drážka má prierez 1,30 × 0,78 ≈ 1,014 × CS², takže vyplnenie vychádza približne 77 %. Dynamická drážka 1,50 × 0,90 = 1,35 × CS² dáva vyplnenie okolo 58 %. Inými slovami: norma necháva 30 až 40 % objemu drážky voľných — a to nie je rezerva na rozdávanie, ale pracovný priestor gumy.

Čo sa stane pri 100 % vyplnení? Krúžok sa zahreje alebo mierne napuchne, nemá kam expandovať a tlak v drážke prudko vzrastie. Guma si nájde jedinú únikovú cestu — škáru medzi súčiastkami — a do nej sa vytlačí (extrúzia). Výsledok vyzerá ako obhryzený okraj krúžku a tesnenie je zničené. Ak meníte materiál alebo médium v existujúcej aplikácii, overte napuchnutie v chemickej tabuľke odolnosti — drážka navrhnutá na pôvodný materiál nemusí novému stačiť.

Radiálna alebo axiálna drážka?

Radiálna drážka stláča krúžok naprieč prierezom medzi dvoma valcovými plochami — typicky piest vo vŕtaní alebo hriadeľ v telese. Sem patria statické radiálne tesnenia aj všetky dynamické aplikácie. Axiálna (čelná) drážka stláča krúžok kolmo — medzi dnom drážky a priskrutkovaným vekom či prírubou. Čelné tesnenie používa veľmi podobné pomery ako statické radiálne, takže tabuľka vyššie poslúži aj tu.

Pri čelnej drážke navyše dávajte pozor na smer tlaku: drážku umiestnite tak, aby tlak média tlačil krúžok k stene drážky, nie od nej. A pri trvalej rýchlej rotácii hriadeľa sa O-krúžok opotrebuje rýchlo — tam je správnou odpoveďou gufero (simmering), nie hlbšia drážka.

Vnútorný priemer drážky a naťahovanie krúžku

Okrem šírky a hĺbky treba zvoliť aj priemer osadenia. Bezpečné východisko je voľné uloženie: vnútorný priemer drážky rovný vnútornému priemeru krúžku, teda natiahnutie 0 %. Statické tesnenie znesie natiahnutie 1 až 5 % — krúžok pekne sadne a pri montáži nevypadáva. Pri náročných dynamických tesneniach sa naopak cielene drží presne 0 %, pretože natiahnutie zmenšuje prierez a tým aj skutočné stlačenie.

Najčastejšie chyby návrhu drážky

• Príliš hlboká drážka (malé stlačenie): krúžok stráca dotykový tlak a tesnenie prepúšťa — typicky pri nízkom tlaku alebo za studena, keď guma stuhne.
• Príliš plytká drážka (veľké stlačenie): v dynamike vysoké trenie, teplo a rýchle opotrebenie, v statike zbytočne veľká trvalá deformácia a ťažká montáž.
• Preplnená drážka: vyplnenie blízko 100 % nenecháva priestor na teplotu a napuchnutie — končí extrúziou gumy do škáry.
• Ostré hrany dna drážky: chýbajúci rádius (odporúčanie ≈ 0,10 × CS) vytvára vrub, ktorý krúžok pri tlakových cykloch postupne prereže.
• Chýbajúce skosenie 15–20° na nábehových hranách: krúžok sa pri montáži prereže alebo natrhne o ostrú hranu — porucha, ktorá vyzerá ako chyba materiálu, ale je to chyba výkresu.
• Zamenené tabuľky: statická drážka s dynamickými pomermi tesní horšie, dynamická so statickým 22 % stlačením sa prehrieva a rýchlo opotrebuje.

Časté otázky

Aké stlačenie má mať statický O-krúžok?

Približne 22 % prierezu. Dosiahnete ho hĺbkou drážky 0,78 × CS podľa ISO 3601-2. Menej znamená riziko netesnosti, výrazne viac zbytočnú trvalú deformáciu a ťažkú montáž.

Môže byť drážka vyplnená na 100 %?

Nie. Guma je nestlačiteľná a pri zahriatí alebo napuchnutí potrebuje voľný objem. Odporúčané pomery normy nechávajú zhruba 30 až 40 % drážky voľných; vyplnenie blízko 100 % vedie k extrúzii a zničeniu tesnenia.

Platia tieto pomery pre každý rozmer krúžku?

Tabuľky pokrývajú prierezy 1,0 až 10,0 mm, čo zodpovedá drvivej väčšine katalógových O-krúžkov. Mimo tohto pásma (extrémne tenké šnúry, hydraulické prierezy nad 10 mm) berte pomery len ako orientáciu a návrh si nechajte overiť.

Spočítajte si drážku za minútu

Nemusíte násobiť ručne: kalkulačka drážky na oringy.sk vypočíta šírku, hĺbku, rádius aj výsledné stlačenie pre statickú aj dynamickú aplikáciu — stačí zadať vnútorný priemer (2 až 500 mm) a prierez krúžku. Rozmer neznámeho krúžku určíte cez prevodník rozmerov, vhodný materiál k médiu overíte v chemickej tabuľke a ak tesnenie už zlyhalo, prejdite si analýzu porúch — nesprávna drážka je jednou z najčastejších príčin. Konfigurátor vám potom z rozmerov rovno nájde krúžok skladom. A ak si ani s výsledkom nie ste istí, pošlite Filipovi výkres drážky — posúdime ho.