TĚSNĚNÍ LINEÁRNÍCH HYDROMOTORŮ SVOČ – FST 2008 Klára Martinovská Rokycanská 26, Plzeň, 312 17 Česká republika ABSTRAKT Práce obsahuje ucelený přehled charakteristik týkajících se hydraulických těsnění, jejich dělení z několika hledisek, materiálové a další konstrukční vlastnosti. Významnou součástí je porovnání jednotlivých druhů těsnění hydromotoru od významných firem pohybujících se v této oblasti na trhu. Srovnání je provedeno z hlediska technických parametrů a ceny. Dokument tak umožňuje snadnou orientaci při výběru těsnění s danými vyhledávanými vlastnostmi a dává tak konstruktérovy rychlou představu o tom, které těsnění je pro jeho aplikaci optimální a jakým směrem je vhodné se dále ubírat. V poslední části práce je pak porovnání konstrukčních úprav částí hydromotoru, které vyžaduje těsnění společnosti Hennlich s výkresovou dokumentací firmy Jihostroj. KLÍČOVÁ SLOVA těsnění, hydromotor, hydraulika, manžety, o-kroužky ÚVOD Tato práce je určena především konstruktérům hydraulických motorů, podává jim představu o tom, která těsnění jsou pro jejich aplikaci optimální, neboť obsahuje porovnání jednotlivých řešení. Jako jejich zástupci jsou vybrány produkty nejvýznamnějších společností na trhu. Srovnání je pak provedeno vzhledem k technickým vlastnostem, ceně a dodacím podmínkám. Dále dokument obsahuje porovnání konstrukčních úprav částí hydromotoru pro vybraná těsnění s výkresovou dokumentací firmy Jihostroj. Jsou zde i základní informace o hydraulickém těsnění jako takovém, dělění, materiály apod. 1
VÝZNAM TĚSNÍCICH PRVKŮ
Hydraulická síla je důležitou součástí našeho pracovního života, a to i v citlivých prostředích. Ve výrobních prostorách může únik oleje z obráběcích nebo vstřikovacích strojů na plasty ovlivnit čistotu výrobního prostředí, kvalitu výroby a dokonce způsobit požár. Takovéto scénáře ukazují, proč strojírenské podniky a designéři vozidel přikládají takovou důležitost hydraulickým systémům, které musejí být zcela bez úniku oleje a naprosto přesné navzdory velkým výkyvům provozních teplot, extrémnímu namáhání a chemickému prostředí. Dalším požadavkem je dlouhodobá životnost těsnicích systémů. I přes náročné provozní podmínky, které jsou v mnoha těsnicích aplikacích, musí těsnění plnit svou funkci po dlouhou dobu. Funkce tekutinového mechanismu a výkon, který přenáší, je silně závislý na přesnosti pracovních a tlakových prostorů. Dále také na zajištění dostatečných svodových odporů, které zajišťují dosažení potřebných tlaků a proudů při vysokých hodnotách jejich přenosů. Na zajištění těchto podmínek mají značný vliv právě těsnící prvky. 2
DĚLENÍ TĚSNĚNÍ 1)
statická těsnění:
2)
dynamická těsnění
plochá těsnění o-kroužky spárová těsnění manžety
-1-
Obrázek 1 dělění těsnění dle druhu těsněné součásti – řez lin. hydromotorem 2.1
Volba dynamického těsnění Hlavní kritéria volby: Tlak Pracovní teplota Kluzná rychlost Mazací médium Povrchová úprava Frekvence Tolerance
3
MATERIÁLY
3.1
Plastové materiály pro těsnění
Požadavky na funkci: Zajištění požadované těsnosti Dostatečně dlouhá životnost Nízké tření Minimální otěr Dobrá elasticita při všech teplotách Kompatibilitu s tlakovými kapalinami Funkční bezpečnost Jednoduchá montáž Ekonomická dostupnost
K nejčastěji využívaným plastům pro těsnící účely patří v současné době termoplastické eleastomery především na bázi polyuretanů (TPU), příp. polyesterů a termoplasty. Z termoplastů pak především: PTFE Polytetrafluoretylen POM polyoxymetylen PA polyamidy PEEK polyesterketon Mezi další používané materiály z řad termoplastů, avšak zatím ne v tak velké míře patří PVDF – polyvinildenfluoridy, PCTFE - polychlortrifluorethyleny, a také špičkové plasty PPS – polyfenylsulfidy, PI – polyimidy a PE - polyestery. K této skupině patří též ultravysokomolekulární polyetylen PE – UHMW s vynikajícímy tribologickými (třecími) vlastnostmi. V neposlední řadě je třeba zmínit se ještě o dalších, poměrně často používaných materiálech jako je acetal, silikon a nylon. Modifikací těchto materiálů, vzniká široká škála s rozdílnými vlastnostmi, důležitými pro aplikaci těchto prvků. Mezi další materiály používané pro těsnící prvky, a to především v kombinaci s plasty či elastomery, patří samozřejmě kovy. Jedná se jak o kovy s nízkým koeficientem tření, jako je mosaz či bronz, tak o oceli, používané například jako přítlačné pružiny apod.
-2-
3.2
Vývojové materiály
vývoj v oblasti těsnění je zaměřen především na modifikaci stávajících typů plastů s cílem zlepšit jejich užitné vlastnosti. Jako příklad lze uvést polyuretanové eleastomery se zvýšenou tvrdostí, nízkým součinitelem tření, zvýšenou odolností vůči opotřebení a zlepšenými těsnícími vlastnostmi. Právě těmito vylepšenými plasty by měli být postupně nahrazovány některé ze současných komerčních typů polytetrafluoretylenu s menší otěruvzdorností. Jiným směrem vývoje je zavádění těsnících komponent ze špičkových plastů s vznikajícími tribologickými vlastnostmi či velmi vysokou tepelnou a chemickou odolností, mezi něž patří např. polyfenylensulfidy, polyestersulfony, polyamidimidy, polyesterimidy a polybenzimidazoly.
4
TABULKOVÉ POROVNÁNÍ SOUČASNÝCH TĚSNĚNÍ
Pro porovnání vlastností jednotlivých těsnění jsem vybrala zástupce významných a úspěšných výrobců na trhu s těsnícími prvky, a to firmu Parker, Busak a Shamban, Hennlich a Rubenu Náchod. V jednotlivých tabulkách jsou uvedeny vybrané typy nabízeného zboží maximální hodnoty a jim odpovídající hodnoty dalších technických parametrů. V další kapitole je pak grafické znázornění nejvýhodnějšího řešení z daného hlediska. V tomto příspěvku jsem z důvodu omezené délky zvolila ukázku pro pístní těsnění porovnání pouze podle teplotních rozsahů a ceny. 4.1 Pístní těsnění Zástavbové rozměry jsou pro píst o průměru 100mm Porovnání dle maximálních teplotních rozsahů:
Parker Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah [°C] 1 -35 +110 B7 2 -25 +100 C2 3 -35 +110 (+125) KR 4 -30 +100 OE 5 -30 +100 OK 6 -35 +100 ZW Tabulka 1 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Parker
Busak a Shamban Č. 1 2 3 4 5 6
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah Tlak Kluzná rychlost [°C] [Mpa] [m/s] -45 +200 60 15 Turcon Glyde ring T -45 +200 40 2 Turcon AQ Seal -45 +200 60 15 Turcon Stepseal K -45 +200 35 15 Turcon double delta -70 +260 45 15 Turcon variseal M2 -30 +200 40 0,5 Polypac veepac CH/G1 Tabulka 2 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Busak a Shamban
-3-
Hennlich Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah Tlak Kluzná rychlost [°C] [Mpa] [m/s] -30 +100 10 0,5 K50 -30 +100 70 0,15 K51 -40 +100 60 0,15 K52 -30 +100 16 0,15 K64 -30 +100 50 0,15 K730 -40 +120 26 0,8 K735 Tabulka 3 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Hennlich
1 2 3 4 5 6
Rubena Č.
Typ těsnění
Max.teplotní rozsah [°C] -30 +110 -40 +100
1 2
K03 Drážkové manžety dle ČSN 02 9269 -40 +100 3 Drážkové manžety dle PN 02 9274 Tabulka 4 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Rubena Porovnání dle materiálu, média a nákupní ceny:
Parker Č.
Typ těsnění
Materiál
Mazací médium
1
B7
polyuretan tvrdost 93
2
C2
NBR tvrdost 85 NBR tvrdost 80 ↑ teploty FKM tvrdost 80 ↓ teploty
3
KR
Rozpěrný kr. – NBR tvrdost 80 Kluzný kr. – polyuretan tvrdost 55
Minerální hydraulické oleje, mazací oleje a tuky, emulze oleje a vody, vzduch Minerální oleje a jejich emulze, hydraulické kap., voda, glykoly, petrolej, benzín, tuky, vzduch Minerální hydraulické oleje, benzín, nafta, tyky, vzduch,
4
OE
5
OK
Těsnící kr. – Polon052, PTFE+ 40% bronzu O-kr. – NBR tvrdost 70 Těsnící kr. – polyester Rozpěrný kr. – NBR tvrdost 70
6
ZW
Minerální oleje a jejich emulze, hydr. Kapaliny, voda, vzduch, petrolej Minerální oleje a jejich emulze, hydr. Kapaliny, voda, vzduch, petrolej NBR tvrdost 80, polyester (W), Minerální oleje, do +60°C HFA-, HFB- a HFC- tlakové kapaliny Tabulka 5 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Parker
Pozn.: ceny jsou bez DPH Nutno objednat určité minimální množství zboží
-4-
Nákupní cena Kč/ks 5 Min. Množství 20 ks 5 Min. Množství 25 ks 4,8 Min. Množství 15 ks 43,8 Min. Množství 10 ks 14,4 Min. Množství 10 ks 6,9 Min. Množství 30 ks
Busak a Shanban Č.
Typ těsnění
1
Turcon Glyde ring T
2 3
Turcon AQ Seal Turcon Stepseal K
4
Turcon double delta
5
Turcon variseal M2
6
Polypac veepac CH/G1
Materiál
Mazací médium
Turcon + NBR (nebo FKM) Zurcon + NBR tvrdost 70 Turcon + NBR tvrdost70 Turcon + NBR (nebo FKM) Zurcon + NBR tvrdost 70 Turcon + NBR (nebo FKM)
Minerální oleje
Turcon (nebo zurcon) + pružina z nerezové oceli (AISI301) NBR vyztuž tkaninou+POM FKM vyztuž. polyamidem+PTFE
Minerální oleje, vzduch Minerální hydraulické kap., bio-oleje, voda, vzduch, Minerální hydr. kapaliny, bio oleje, těžkohořlavé hydr.kap. Prakticky všechny kapaliny, chemikálie a plyny Minerální hydraulické kap., emulze vody a oleje nebo vody a glykolu
Nákupní cena Kč/ks 313,46 turcon 646,17zurcon 941,09 436,43 Min 23ks
890,93 217,66 Min 50ks - N0O0C 2283,2-min5ksV0P0A
Tabulka 6 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Busak a Shamban Pozn.: ceny jsou bez DPH Minimální cena objednávky 2000 Kč bez DPH Poštovné 200Kč S rostoucím počtem těsnění v objednávané dávce cena na kus rapidně klesá (již při množství 10 ks).
Hennlich Č.
Typ těsnění
materiál
Mazací médium
1
K50
NBR + houževnatý nylon
2
K51
Textilpryžová manžeta + acetal
3
K52
Tvrzený textil
4
K64
NBR + houževnatý nylon
5
K730
6
K735
TPE + NBR + acetalový boční kroužek PTFE + bronz
Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu, kap.na esterové či syntetické bázi Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu, kap.na esterové či syntetické bázi Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu Minerální oleje
Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu Tabulka 7 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Hennlich
Pozn.: ceny jsou bez DPH
-5-
Nákupní cena Kč/ks 392 339 252 406 407 513
Rubena Č.
Typ těsnění
1
K03
2
Drážkové manžety dle ČSN 02 9269
materiál
Mazací médium
Polyacetal + polyelastomer + NBR AU92 - polyuretan
HFA, HFB, HFC
Nákupní cena Kč/ks 206,6
Hydraulické oleje, mazací oleje a tuky na bázi min.olejů, HFA, HFB, HFC AU92 - polyuretan Hydraulické oleje, mazací oleje Drážkové manžety dle PN 02 a tuky na bázi min.olejů, HFA, 9274 HFB, HFC Tabulka 8 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Rubena
3
80 84
Pozn.: ceny jsou bez DPH
5
GRAFICKÉ POROVNÁNÍ SOUČASNÝCH TĚSNĚNÍ
5.1
Porovnání z hlediska maximálních teplot
Pístní těsnění 250 200
Teplota [°C]
200
Parker-B7, KR, ZW
150
120
110
110
100
BaS-Turcon variseal M2 Hennlich-K735 Rubena-Drážková manžeta
50 0
Graf 1 teplotní srovnání pístního těsnění
Pístnicová těsnění 300 260
Teplota [°C]
250 200
200
Parker-OD BaS-Turcon Variseal M2
150 110 100
100
Hennlich-S610S652 Rubena-Drážkové manžety
50 0
Graf 2 teplotní srovnání pístnicového těsnění
-6-
Stírací kroužky 140 120
120
120
110
Teplota [°C]
100 80
80
Parker-A1 PUR BaS-kovový kroužek Hennlich-A38
60
Rubena
40 20 0
Graf 3 teplotní srovnání stíracích kroužků
Vodící pásy 250 200
Teplota [°C]
200 150
130
130
Parker-FR BaS-HiMod Slydring Hennlich-F87
100 50 0
Graf 4 teplotní srovnání vodících pásů
-7-
ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Katalogy těsnění neobsahují vždy všechny informace, které konstruktér pro svůj návrh potřebuje. Najde zde většinou pouze maximální hodnoty, které si ale vzájemně neodpovídají. V této práci jsem se proto snažila sjednotil navzájem souhlasící technické hodnoty a zjistit podmínky pro nákup těchto těsnění. Výraznou roli zde tak sehrála spolupráce s jednotlivými firmami k poskytnutí těchto informací. V tomto směru bych nejlépe hodnotila firmu Hennlich v závěsu za ní společnost Busak a Shamban a Parker. Naopak jako naprosto nespolupracující se ukázala Rubena Náchod. Přínos pro konstruktéra tkví v tom, že se může poměrně rychle zorientovat v nabídce těsnění a vybrat si optimální řešení pro vlastní aplikaci, aniž by musel složitě procházet stohy katalogů. Jsou zde uvedeny nákupní ceny, dodací podmínky i kontaktní adresy, což ušetří čas nutné počáteční komunkace s firmou a vytvoří jistou představu různých omezujících podmínek, které se k objednání zboží mohou vztahovat. Práce tak umožňuje širší pohled na nabídku hydraulických těsnění srovnáním vybraných produktů těchto firem. V grafické části práce jsou pak znázorměny nejlepší zástupci z jednotlivých skupin produktů. V práci jsou zahrnuty i základní informace týkající se parametrů těsnění, rozdělení, konstrukční úpravy, materiály apod. V poslední kapitole je pak porovnání konstrukčních úprav hlavních částí hydromoturu, které dáva představu o požadavcích na drsnost, zástavbové rozměry apod., pro vybrané těsnění Hennlich s výkresovou dokumentací firmy Jihostroj. LITERATURA [1] PROKEŠ., J, VOSTROVSKÝ J. Hydraulické a pneumatické mechanismy [2] TĚSNĚNÍ. MM Spektrum. 2006, č.4 [3] http://www.ebk.cz/hydraulicke-tesnici-prvky/obecne-informace.html [4] http://www.tss.trelleborg.com/cz/www/cz/homepage.jsp [5] http://www.hennlich.cz/index.php?redakce=7 [6] http://www.rubena.cz/ [7] http://www.parker.com/portal/site/PARKER [8] http://www.technicke-normy-csn.cz/technicke-normy/strojni-soucasti-2/tesneni-vyplnove-a-tvarene-292 [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_seal#Static
-8-
