TĚSNĚNÍ LINEÁRNÍCH HYDROMOTORŮ SVOČ FST 2008 Klára Martinovská Rokycanská 26, Plzeň, Česká republika

Transkript

1 TĚSNĚNÍ LINEÁRNÍCH HYDROMOTORŮ SVOČ FST 8 Klára Martinovská Rokycanská 26, Plzeň, 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: plochá těsnění o-kroužky 2) dynamická těsnění spárová těsnění manžety - 1 -

2 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 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 3 MATERIÁLY 3.1 Plastové materiály pro těsnění 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

3 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 mm Porovnání dle maximálních teplotních rozsahů: Parker Č. Typ těsnění Max.teplotní rozsah [ C] 1 B C KR (+125) 4 OE OK ZW Tabulka 1 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Parker Busak a Shamban Č. Typ těsnění Max.teplotní rozsah [ C] Tlak [Mpa] Kluzná rychlost [m/s] 1 Turcon Glyde ring T Turcon AQ Seal Turcon Stepseal K Turcon double delta Turcon variseal M Polypac veepac CH/G ,5 Tabulka 2 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Busak a Shamban - 3 -

4 Hennlich Č. Typ těsnění Max.teplotní rozsah [ C] Tlak [Mpa] Kluzná rychlost [m/s] 1 K ,5 2 K ,15 3 K ,15 4 K ,15 5 K ,15 6 K ,8 Tabulka 3 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Hennlich Rubena Č. Typ těsnění Max.teplotní rozsah [ C] 1 K Drážkové manžety dle ČSN Drážkové manžety dle PN Tabulka 4 maximální teplotní rozsahy pístního těsnění Rubena Porovnání dle materiálu, média a nákupní ceny: Parker Č. Typ těsnění Materiál Mazací médium Nákupní cena Kč/ks 1 B7 polyuretan tvrdost 93 Minerální hydraulické oleje, mazací oleje a tuky, emulze oleje a vody, vzduch 5 20 ks 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 4 OE Těsnící kr. Polon052, PTFE+ 40% bronzu O-kr. NBR tvrdost 70 5 OK Těsnící kr. polyester Rozpěrný kr. NBR tvrdost 70 Minerální oleje a jejich emulze, hydraulické kap., voda, glykoly, petrolej, benzín, tuky, vzduch Minerální hydraulické oleje, benzín, nafta, tyky, vzduch, Minerální oleje a jejich emulze, hydr. Kapaliny, voda, vzduch, petrolej Minerální oleje a jejich emulze, hydr. Kapaliny, voda, vzduch, petrolej 6 ZW 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 5 25 ks 4,8 15 ks 43,8 10 ks 14,4 10 ks 6,9 30 ks - 4 -

5 Busak a Shanban Č. Typ těsnění Materiál Mazací médium Nákupní cena Kč/ks 1 Turcon Glyde ring T Turcon + NBR (nebo FKM) Zurcon + NBR tvrdost 70 Minerální oleje 313,46 turcon 646,17zurcon 2 Turcon AQ Seal Turcon + NBR tvrdost70 Minerální oleje, vzduch 941,09 3 Turcon Stepseal K Turcon + NBR (nebo FKM) Zurcon + NBR tvrdost 70 Minerální hydraulické kap., bio-oleje, voda, vzduch, 436,43 Min 23ks 4 Turcon double delta Turcon + NBR (nebo FKM) Minerální hydr. kapaliny, bio oleje, těžkohořlavé hydr.kap. 5 Turcon variseal M2 Turcon (nebo zurcon) + pružina z nerezové oceli (AISI301) Prakticky všechny kapaliny, chemikálie a plyny 890,93 6 Polypac veepac CH/G1 NBR vyztuž tkaninou+pom FKM vyztuž. polyamidem+ptfe Minerální hydraulické kap., emulze vody a oleje nebo vody a glykolu Tabulka 6 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Busak a Shamban 217,66 Min 50ks - N0O0C 2283,2-min5ks- V0P0A Pozn.: ceny jsou bez DPH Minimální cena objednávky 0 Kč bez DPH Poštovné Kč S rostoucím počtem těsnění v objednávané dávce cena na kus rapidně klesá (již při množství 10 ks). Hennlich Č. Typ těsnění materiál Mazací médium Nákupní cena Kč/ks 1 K50 NBR + houževnatý nylon Minerální oleje, voda, emulze 392 vody a glykolu 2 K51 Textilpryžová manžeta + acetal Minerální oleje, voda, emulze 339 vody a glykolu, kap.na esterové či syntetické bázi 3 K52 Tvrzený textil Minerální oleje, voda, emulze 252 vody a glykolu, kap.na esterové či syntetické bázi 4 K64 NBR + houževnatý nylon Minerální oleje, voda, emulze 406 vody a glykolu 5 K730 TPE + NBR + acetalový boční Minerální oleje 407 kroužek 6 K735 PTFE + bronz Minerální oleje, voda, emulze vody a glykolu 513 Tabulka 7 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Hennlich Pozn.: ceny jsou bez DPH - 5 -

6 Rubena Č. Typ těsnění materiál Mazací médium Nákupní cena Kč/ks 1 K03 Polyacetal + HFA, HFB, HFC 206,6 polyelastomer + NBR 2 Drážkové manžety dle ČSN AU92 - polyuretan Hydraulické oleje, mazací oleje a tuky na bázi min.olejů, HFA, 80 3 Drážkové manžety dle PN Pozn.: ceny jsou bez DPH AU92 - polyuretan HFB, HFC Hydraulické oleje, mazací oleje a tuky na bázi min.olejů, HFA, HFB, HFC Tabulka 8 materiál, médium a nákupní cena pístního těsnění Rubena 5 GRAFICKÉ POROVNÁNÍ SOUČASNÝCH TĚSNĚNÍ 5.1 Porovnání z hlediska maximálních teplot 84 Pístní těsnění 250 Teplota [ C] Parker-B7, KR, ZW BaS-Turcon variseal M2 Hennlich-K735 Rubena-Drážková manžeta 50 0 Graf 1 teplotní srovnání pístního těsnění Pístnicová těsnění Teplota [ C] Parker-OD BaS-Turcon Variseal M2 Hennlich-S610S652 Rubena-Drážkové manžety 50 0 Graf 2 teplotní srovnání pístnicového těsnění - 6 -

7 Stírací kroužky Teplota [ C] Graf 3 teplotní srovnání stíracích kroužků Parker-A1 PUR BaS-kovový kroužek Hennlich-A38 Rubena Vodící pásy 250 Teplota [ C] Parker-FR BaS-HiMod Slydring Hennlich-F Graf 4 teplotní srovnání vodících pásů - 7 -

8 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. 6, č.4 [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]