Obsah ÚVOD... 5 1. OBECNÁ ÈÁST... 5 1.1 Definice... 5 1.2 Popis výrobku... 6 1.3 Princip tìsnosti... 6 1.4 Výroba... 7 1.5 Oznaèování... 7 2. PROVEDENÍ HTK... 9 2.1 Standardní provedení... 9 2.2 Zvláštní provedení... 9 3. TECHNICKÁ ÈÁST... 12 3.1 Obvodová rychlost høídele... 12 3.2 Úchylka obvodového házení... 13 3.3 Úchylka souososti høídele a úložné díry... 13 3.4 Høídel... 13 3.5 Úložný prostor... 14 3.6 Pryž... 15 3.7 Konstrukèní úpravy HTK... 16 4. FUNKÈNÍ PODMÍNKY... 17 4.1 Tìsnost... 17 4.2 Opotøebení tìsnicího bøitu a høídele... 17 4.3 Tøení a tøecí ztráty... 17 4.4 Tlak tìsnìné kapaliny... 18 5. UŽITÍ A MONTÁŽ HTK GUFERO... 18 5.1 Všeobecné údaje... 18 5.2 Provedení høídele, úložné díry a tìsnìného prostoru... 18 5.3 Doporuèení pro montáž HTK... 19 6. PØÍKLADY POUŽITÍ... 20 7. KONZULTAÈNÍ A PORADENSKÉ SLUŽBY... 20 8. OBCHODNÍ SPOJENÍ... 20 9. PØÍKLAD OBJEDNÁVKY... 20 10. VÝROBNÍ SORTIMENT HTK... 21 11. SPECIÁLNÍ TÌSNÌNÍ... 27 DOTAZNÍK - TECHNICKÉ POŽADAVKY A PROVOZNÍ PODMÍNKY... 29 3
Úvod RUBENA, a.s., Hradec Králové vyrábí široký sortiment tìsnicích elementù. Tato výroba zde má dlouholetou tradici. Patøí sem zejména høídelové tìsnicí kroužky, manžety, O-kroužky, kryty valivých ložisek, tìsnìní døíkù ventilù, axiální tìsnìní, tìsnìní tlumièù, tìsnìní sevanitová, pøírubová a další. Høídelové tìsnicí kroužky (HTK), slouží k utìsnìní pohyblivých èástí strojních dílù a agregátù naplnìných oleji, tuky a jinými kapalnými látkami. Souèasný sortiment zahrnuje HTK do maximálního prùmìru 420 mm. K dispozici je velké množství receptur pryží pro rùzné aplikace. Kvalita pryží je ovìøována v modernì vybavených laboratoøích. Pøi vývoji výrobkù jsou používány nejmodernìjší metody a technické prostøedky. Konstruktéøi pracují s výkonnými systémy PRO/Engineer v 3D modelování. Pøi návrhu našich tìsnicích prvkù je užíván software MSC-MARC, který využívá metodu koneèných prvkù. RUBENA, a.s., Hradec Králové má vybudovaný systém jakosti na základì normy ISO EN 9001, TS 16949 a ISO 14 001. Systém byl certifikován spoleèností RW TÜV Essen. Tento systém klade dùraz na to, aby spokojenost zákazníka byla našim prvoøadým cílem. Firma vynakládá velké finanèní prostøedky na nákup moderních zaøízení potøebných pro ovìøování parametrù výrobku. Tato zaøízení jsou využívána již v prùbìhu vývoje výrobku. Pøi kontrole kvality jsou používána poèítaèem øízená zaøízení, jako tøísouøadnicový optický mìøicí CNC stroj Deltec Vision 250, tøísouøadnicový mìøicí stroj Wenzel Präzissions, profilprojektor Mitutoyo a zkušební trhací stroj UTS. Funkèní vlastnosti tìsnicích elementù pøi vývoji i ze sériové výroby se ovìøují na moderních zkušebních zaøízeních. 1. OBECNÁ ÈÁST 1.1 Definice Høídelové tìsnicí kroužky GUFERO (HTK) jsou dotykové tìsnicí prvky urèené pro utìsnìní otáèejících se høídelù a dalších strojních souèástí. Svou funkcí zabezpeèují tìsné oddìlení dvou prostøedí stejného nebo rùzného charakteru s malým tlakovým spádem. Stupeò utìsnìní závisí na provozních podmínkách tìsnìné souèásti a požadavcích na životnost tìsnìní. Na obr. 1 je základní provedení HTK GUFERO. Další konstrukèní øešení jsou uvedena dále (kap. 2). HTK jsou normalizovány dle PN 02 9403 Høídelové tìsnicí kroužky-gufero, rozmìry a technické požadavky a ÈSN 02 9404 Høídelové tìsnicí kroužky, zkoušení. Obr. 1 5
1.2 Popis výrobku HTK je tvoøen zpravidla výztužným kovovým kroužkem, pryžovými èástmi a tažnou pružinou. V nìkterých pøípadech mùže být HTK bez kovového výztužného kroužku nebo bez pružiny. Popis jednotlivých èástí je uveden v souladu s PN 02 9403 na obr. 1. Výztužný kovový kroužek má tvar prstence, který je zavulkanizovaný ve vnìjší èásti tìsnìní. Umožòuje správnou montáž tìsnìní a jeho spolehlivé upevnìní v úložné díøe. K výztužnému kovovému kroužku je pøivulkanizována membrána pøecházející v tìsnicí bøit. Pružná membrána snižuje nepøíznivý vliv úchylky souososti a obvodového házení høídele na funkci tìsnìní. Tìsnicí bøit trojúhelníkového prùøezu je ze strany tìsnìného prostoru tvoøen nábìhovou plochou sklonìnou proti ose høídele pod úhlem a (viz obr. 2). Ze strany vnìjšího prostøedí je tvoøen tìsnicí plochou pøiléhající k povrchu høídele pod úhlem b (viz obr. 2). Na vnìjším obvodu tìsnicího bøitu je vytvoøena drážka pro umístìní tažné pružiny. Pryžový vnìjší pláš pøesahem mezi tìsnìním a úložnou dírou zabezpeèuje požadovanou statickou tìsnost. Pryžové èásti na spodní ploše, která vždy smìøuje k vnìjšímu prostøedí, bývá využito k vylisování symbolù pro oznaèení HTK (kap. 1.5) pokud to dovolí konstrukce a rozmìry tìsnìní. Pøi použití HTK v prašném nebo jinak zneèištìném vnìjším prostøedí slouží k ochranì tìsnicího bøitu prachovka, která je umístìna na spodní ploše tìsnìní. Výztužný kovový kroužek je standardnì vyrábìn z hlubokotažného plechu odpovídajícího normì EN 10 130. Je charakterizován svými rozmìry prùmìrem dìrování, støedicím prùmìrem, šíøkou a tlouš kou plechu. Dle konkrétních provozních podmínek lze zvolit i jiný druh materiálu výztužného kroužku. Tažná pružina, standardnì vyrábìná z ocelového pružinového drátu, odpovídá normì DIN 17 223. Je charakterizována svými rozmìry vnìjším prùmìrem, prùmìrem drátu, délkou a svým pøedpìtím. Po dohodì je možné HTK dodávat s pružinami se zvýšenou korozní odolností - zinkovanými èi nerezovými. Všechny pružiny pro HTK z ACM, VMQ nebo FKM materiálù jsou odolné teplu a uchovávají si po celou dobu životnosti své konstantní charakteristiky. Obr. 2 1.3 Princip tìsnosti HTK zajiš uje dvojí tìsnost statickou tìsnost v uložení a dynamickou tìsnost na úrovni kontaktu tìsnicího bøitu a høídele. Statická tìsnost je zajištìna pøesahem vnìjšího prùmìru HTK proti prùmìru úložné díry. Tento pøesah po nalisování zajiš uje tìsnost kroužku. Dynamická tìsnost spoèívá ve vytvoøení tìsnicí spáry (menisku) mezi povrchem tìsnìné souèásti a tìsnicím bøitem. Dotykem mezi tìsnicími plochami vzniká v dùsledku radiálního zatížení tlak, který v dobì klidu vytvoøí mezi tìsnicími plochami tìsné uložení. Aby mezi nimi existovalo uložení toèné a bylo dosaženo nízkých tøecích ztrát a vysoké životnosti tìsnìní, je nutné, aby pøi otáèení høídele vznikl mezi tìsnicími plochami mazací film. Princip vzniku mazacího filmu souvisí s hydrodynamickými dìji probíhajícími mezi tìsnicími plochami pøi jejich vzájemném pohybu. Mechanismus udržování mazacího filmu mezi tìsnicími plochami souvisí s hlavními faktory 6
a parametry tìsnìného uzlu a to zejména s: - radiálním zatížením tìsnicího bøitu a jeho stabilitou v prùbìhu životnosti HTK, - obvodovou rychlostí høídele, jeho dynamickým chováním, smyslem otáèení a zpùsobem koneèného opracování, - fyzikálními vlastnostmi tìsnìné kapaliny, jejím chemickým a tepelným pùsobením na pryžové èásti tìsnìní, vèetnì její èistoty a tlaku. Jak ukazuje obr. 2, vzniká v mazací vrstvì o šíøce b 1, hydrodynamický tlak p s parabolickým prùbìhem. Poloha maxima tlaku závisí na pomìru úhlù a a b a pøetlaku tìsnìné kapaliny, pøièemž tlouš ka mazací vrstvy je funkcí fyzikálních vlastností tìsnìné kapaliny, radiálního zatížení tìsnicího bøitu a provozních podmínek. Radiální zatížení tìsnicího bøitu F r [N] je souètem radiálního zatížení, které vzniká z pøesahu mezi høídelem a tìsnicím bøitem F G [N] a protažením tažné pružiny F P [N] po montáži HTK na høídel, pøípadnì od tlaku tìsnìné kapaliny. Dynamické podmínky jsou urèovány úchylkou tvaru a frekvencí otáèení høídele spolu s fyzikálními vlastnostmi pryže a tìsnìné kapaliny. 1.4 Výroba HTK jsou výrobky s širokým uplatnìním a pøitom vysokými nároky na pøesnost provedení. Má-li tìsnìní splòovat všechny požadavky na nì kladené, vyžaduje jeho vývoj i výroba velké zkušenosti a znalosti z mnoha odlišných oborù, gumárenským prùmyslem a chemií poèínaje a strojírenstvím se všemi jeho obory konèe. Rubena patøí mezi ty výrobce HTK, kteøí mají vlastní vývoj a míchání gumárenských smìsí, vèetnì modernì vybavených laboratoøí. To dává maximální záruku kvality a operativnosti. Zároveò to dovoluje pøipravit materiál speciálnì pro daný výrobek a aplikaci. V a.s. Rubena se rovnìž konstruují a vyrábìjí nástroje na lisování HTK a výztužných kovových kroužkù a nástroje ke koneèné úpravì HTK. Výztužné kovové kroužky se vyrábìjí na výstøedníkových lisech, nìkteré z nich jsou nakupovány. Peèlivá povrchová pøíprava kovových dílù, vèetnì nánosu speciálních spojovacích prostøedkù je zárukou dokonalé soudržnosti mezi pryží a kovem. Hlavní technologická operace lisování, rozhodujícím zpùsobem ovlivòuje kvalitu produkce. Proto se zde uplatòují moderní výrobní zaøízení velké série se vyrábìjí na vstøikolisech, menší série na poloautomatických etážových lisech. Tím je zajiš ována náležitá kvalita pøi požadované produktivitì práce. Dokonèovací operace spoèívají v odstraòování pøetokù, pøípadnì vytváøení nábìhové plochy a v montáži tažných pružin. Celá potøeba pružin je zajiš ována nákupem od subdodavatelù. Na požadavek zákazníka je možné prostor mezi tìsnicím bøitem a prachovkou vyplnit vhodným plastickým mazivem. Velká èást opracovacích poloautomatù a dalších jednoúèelových strojù pro finální operace je vlastní konstrukce a výroby. Veškerá produkce HTK prochází výstupní kontrolou, kde se kromì klasického zpùsobu kontroly uplatòují moderní optická a laserová zaøízení. U výrobkù jsou rovnìž ovìøovány funkèní vlastností. Dobøe vybavená zkušební zaøízení dovolují simulovat rùzné provozní podmínky. Získané výsledky jsou monitorovány, zálohovány a jsou provádìny jejich analýzy. To vše pøispívá ke zvyšování technické úrovnì našich výrobkù, které jsou schopny splòovat stále se zvyšující požadavky zákazníkù. 1.5 Oznaèování 1.5.1 V technických podkladech Oznaèení HTK vyjadøuje provedení, základní rozmìry a druh pryže. V souladu s PN 02 9403 se k oznaèování HTK používá následujících symbolù: a) Provedení G - tìsnìní Gufero s jedním tìsnicím bøitem, GP - tìsnìní Gufero s jedním tìsnicím bøitem a prachovkou, GP2 - tìsnìní Gufero s jedním tìsnicím bøitem a dvìma prachovkami, CD - tìsnìní bez pružiny, DUO - tìsnìní s dvìma tìsnicími bøity. b) Úpravy DL - levotoèivá hydrodynamická úprava tìsnicí plochy, DP - pravotoèivá hydrodynamická úprava tìsnicí plochy, 7
DS - oboustranná hydrodynamická úprava tìsnicí plochy, V - vlnová úprava vnìjší plochy, AV - vlnová úprava èásteènì pogumované vnìjší plochy, AH- hladká úprava èásteènì pogumované vnìjší plochy, A - kovová vnìjší plocha, T - tlakový HTK, I - integrovaný HTK, X - kazetový HTK, S - speciální HTK F - tìsnìní Gufero s filcovou prachovkou. c) Druh pryže NBR - pryž vyrobená na bázi butadien-akrylonitrilového elastomeru, ACM - pryž vyrobená na bázi polyakrylátového elastomeru, VMQ - pryž vyrobená na bázi silikonového elastomeru, FKM - pryž vyrobená na bázi fluoruhlíkového elastomeru. d) Rozmìry d - jmenovitý prùmìr høídele, D - jmenovitý prùmìr úložné díry, b - šíøka tìsnìní. Pøíklad oznaèení HTK: HTK s prachovkou a vlnovou úpravou vnìjší plochy, z NBR pryže pro høídel jmenovitého prùmìru 90 mm, do úložné díry jmenovitého prùmìru 110 mm, šíøky 12 mm se v technických podkladech znaèí: GPV 90-110-12 NBR Provedení Rozmìry Druh pryže 1.5.2 Na výrobku Oznaèení na HTK uvádí: provedení, základní rozmìry, druh pryže, pøípadnì poøadové èíslo otisku formy a u tìsnìní s jednosmìrnou hydrodynamickou úpravou tìsnicí plochy vyjadøuje šipka smìr otáèení høídele. Pøíklad: HTK bez prachovky s levotoèivou hydrodynamickou úpravou tìsnicí plochy jmenovitého prùmìru 45 mm, do úložné díry jmenovitého prùmìru 65 mm, šíøky 12 mm, vyrobený z NBR pryže je oznaèen podle obr. 3. Døívìjší oznaèování druhu pryže uvádí tab. 2. Obr. 3 8
2. PROVEDENÍ HTK 2.1 Standardní provedení HTK provedení G, GP Standardní konstrukèní tvary dle PN 02 9403 s vnìjším pláštìm z elastomeru, s a bez dodateèné prachovky (P) proti mírnému až støednímu zneèištìní zvenku. Možnost dodání v rùzných provedeních a materiálech. Standardní materiál NBR. Znaèení dle DIN 3760 A, AS. 2.2 Zvláštní provedení HTK s vlnovou úpravou vnìjšího prùmìru provedení V Toto provedení se používá pro usnadnìní montáže høídelových tìsnicích kroužkù do montážní díry a více toleruje nedostatky uložení. HTK s hydrodynamickým žebrováním provedení DL, DP, DS Hydrodynamické žebrování na tìsnicí ploše podporuje tìsnicí úèinek a zvyšuje funkèní bezpeènost pøi ztížených provozních podmínkách, pøedevším v agregátech automobilù. Smìr žebrování je pøizpùsoben smìru otáèení høídele. Provedení DS je pro obousmìrný pohyb høídele. DL DP DS HTK s kovovým vnìjším pláštìm provedení A Konstrukèní tvary s holým vnìjším kovovým pláštìm pro jednoduchou montáž s pøídavnou prachovkou nebo bez ní (P) proti zneèištìní zvnìjšku. Znaèení dle DIN 3760 - B, BS. 9
HTK s èásteèným kovovým vnìjším pláštìm provedení AH, AV Toto øešení splòuje požadavky na bezpeèné utìsnìní na vnìjším prùmìru a dosažení vysoké stability kroužku v úložné díøe. Použití pøedevším v automobilovém prùmyslu, v užitkových vozidlech a stavebních strojích. HTK bez pružiny provedení CD Provedení vhodné pro zamezení pøístupu prachu a neèistot do agregátu. Použití napø. v elektromotorech nebo v agregátech kde tìsnìné médium pøijde do styku s HTK jenom ve formì mlhy, napø. tyè øazení v pøevodovkách. Tlakové HTK provedení T Tlakovì zatížitelné, bez podpìrného kroužku. Provedení vhodné pro použití v agregátech pod stálým tlakem, jako jsou hydraulická èerpadla, hydromotory a hydrodynamické spojky. S pøídavnou prachovkou proti zneèištìní z vnìjšku. Standardní materiál NBR. Pøi vyšším tepelném a chemickém zatížení materiál FKM. Kazetové tìsnìní provedení X Kompletní jednotka skládající se z HTK s pøídavnou ochranou tìsnicího bøitu a protibìžnou plochou. Použití do ztížených podmínek, pøevážnì v osách pro stavební stroje, zemìdìlské stroje a užitková vozidla, jakož i do praèek. HTK s dvìma tìsnicími bøity - provedení DUO Provedení vhodné pro použití v agregátech, kde je nutné oddìlit dvì kapalná média. 10
HTK proti zvýšenému zneèištìní Axiální prachovky tìsní proti silnému nebo píseènému zneèištìní, radiální prachovky zadržují neèistotu a fixují mazací médium. HTK s filcovou prachovkou - provedení F Tìsnìní v tomto provedení se používají proti zvýšenému znìèištìní, jsou vhodné zvláštì pro kroužky s drážkou a pøi vysokých obvodových rychlostech. HTK s kombinací materiálù - provedení FKM/ACM Technická a hospodárná optimalizace tìsnìní s použitím kombinací rùzných materiálù, napø. vnìjší plášt z ACM/ tìsnicí bøit z FKM. Tìsnìní praèek Provedení vhodné pro oddìlení prací láznì od prostoru ložiska pracího bubnu a zabránìní proniknutí mazacího prostøedku do procesu praní. S pøídavnou ochranou tìsnicího bøitu a materiálu odolného pracímu prostøedku. HTK bez výztužného kroužku provedení Sevanit P, HP Speciální provedení HTK bez kovové výztuhy pro použití v tìžkém strojírenství. Usnadòuje montáž a výmìnu. Sevanit P se používá pro dìlená tìlesa, sevanit HP se používá pro nedìlená tìlesa. 11
3. TECHNICKÁ ÈÁST 3.1 Obvodová rychlost høídele Obvodová rychlost høídele odpovídá kluzné rychlosti vzájemného pohybu tìsnicích ploch (tìsnicího bøitu a høídele). Tøením mezi nimi vzniká teplo, které, pokud není odvádìno, zvyšuje teplotu tøecích ploch. Tato teplota omezuje použitelnost pryže, stejný úèinek má i zvyšující se obvodová rychlost. Na obr. è. 4 je vyobrazen graf vymezující použitelnost tìsnìní v závislosti na obvodové rychlosti pro jednotlivé druhy pryží høídelových tìsnicích kroužkù za normálních provozních podmínek: - provoz bez tlaku, nebo podtlaku, - olej vhodných mazacích vlastností s dobrou cirkulací pro odvod tepla. Obr. 4 12
3.2 Úchylka obvodového házení Pøi otáèení høídele vzniká mezi tìsnicími plochami vlivem dynamických dìjù mazací film (kap. 1.3). Na dynamických dìjích se ve znaèné míøe podílí i obvodové házení høídele. Vzniká geometrickou nepøesností, vùlemi v ložiskách a v dùsledku pùsobení dynamických sil na høídel od jiných mechanismù. Obr. 5 uvádí závislost dovolené úchylky obvodového házení høídele na otáèkách høídele a druhu pryže. Pokud se pøedpokládá zvýšené dynamické namáhání høídele, je nezbytné konzultovat velikost úchylky obvodového házení s výrobcem tìsnìní. 3.3 Úchylka souososti høídele a úložné díry Úchylka souososti vzniká geometrickou nepøesností uložení høídele a úložné díry. Negativnì ovlivòuje rozložení radiálního zatížení tìsnicího bøitu po obvodu høídele, což bývá pøíèinou místního opotøebení a vzniku netìsností. Dovolené mezní úchylky souososti uvádí obr. 6. Obr. 5 Obr. 6 3.4 Høídel 3.4.1 Materiál Nejpoužívanìjším materiálem je ocel. Høídele z materiálù majících špatnou tepelnou vodivost a nebo z trubek o malé tlouš ce stìny nejsou vhodné pro utìsòování konstrukèních uzlù s HTK. Doporuèuje se tvrzení povrchu kalením. 3.4.2 Tvrdost Tvrdost povrchu høídele souvisí s funkèními podmínkami tìsnìní a èistotou prostøedí. Aby nedošlo k nadmìrnému opotøebení høídele, musí mít jeho povrch v místì tìsnicího bøitu pøi rychlostech v >1 m.s -1 tvrdost nejménì 45 HRC. Vrstva vytvoøená kalením, cementováním a kalením nebo nitridováním musí mít tlouš ku nejménì 0,3 mm. Vìtší tvrdost høídele (doporuèuje se 60 HRC) je nutné volit v následujících pøípadech: - pøi obvodové rychlosti høídele v > 4 m.s 1, - pøi utìsòování zneèištìné kapaliny, - pøi utìsòování v podmínkách prašného prostøedí. Pracuje-li zaøízení v korozním prostøedí nebo dochází-li k ulpívání zplodin tepelného rozkladu utìsòované kapaliny v tìsnicí spáøe (menisku), doporuèuje se høídel chromovat na tvrdo a leštit nebo brousit. Tlouš ka vrstvy chromu je od 0,02 do 0,1 mm. 13
3.4.3 Drsnost Zpùsob koneèného opracování je nutné volit tak, aby na povrchu høídele nevznikaly stopy po nástroji ve tvaru šroubovice apod. Tyto stopy pracují jako èerpadlo a snižují tìsnost. Nejvhodnìjší zpùsob je broušení zapichovacím zpùsobem bez posuvu. Drsnost povrchu høídele pøi obvodové rychlosti v < 4 m.s -1 se doporuèuje Ra 0,4 až 0,8 µm. Pøi rychlostech v 4 m.s -1 se doporuèuje Ra 0,2 až 0,4 µm. Mezní úchylka høídele se volí v rozsahu h8 až h11. Aby nedošlo k poškození tìsnicího bøitu pøi montáži, je nutné hrany høídelù srazit nebo zaoblit. Pøi montáži høídele ve smìru A se doporuèuje hranu høídele zaoblit polomìrem 0,6 až 1 mm, pøi montáži høídele smìrem B srazit hrany podle obr. 7 a tab. 1 a vyrobit sražení a zaoblení s drsností Ra 0,4 až 0,8 µm. Rýhy, znaèky, rez nebo jiné povrchové vady mohou vyvolat prosakování a jsou nepøípustné. Doporuèuje se ochrana tøecí plochy høídele od opracování až po montáž a tomu pøizpùsobit i manipulaèní prostøedky. Tab. 1 pøes Jmenovitý prùmìr høídele d [mm] do Délka sražení k [mm] 30 3 30 60 4 60 120 6 120 250 8 250 10 3.5 Úložný prostor Utìsnìní kapaliny v úložné díøe je dosaženo pøesahem mezi vnìjším prùmìrem tìsnìní a dírou. Mezní úchylky úložné díry se volí v toleranci H8. Drsnost povrchu mùže být v rozmezí Ra 1,6 až 6,3 µm. Pro usnadnìní montáže se doporuèuje sražení hran podle obr. 7. Minimální délka válcové èásti díry S 1 0,85 b. Celková délka díry se doporuèuje S 2 = b + 0,3 mm. V pøípadì odlišné konstrukce je nutné volit délku sražení hrany montážní díry 2 až 2,5 mm. DEMONTÁŽNÍ DÍRA Úložnou díru je nutné konstruovat tak, aby byla zabezpeèena kolmost montáže tìsnìní vzhledem k ose høídele. Pokud to konstrukce dovolí, musí se HTK opírat zadní nebo èelní plochou o osazení v úložné díøe nebo je nutné u prùchozí díry použít ke správnému nastavení kolmé polohy tìsnìní pojistný kroužek ÈSN 02 9131 nebo použít montážní pøípravek. Obr. 7 14
3.6 Pryž Na pryže používané k výrobì HTK jsou kladeny velké nároky, nebo jednoznaènì urèují funkèní vlastnosti tìsnìní, ovlivòují jeho spolehlivost a životnost. Mezi nejdùležitìjší požadavky na použitou pryž patøí: - chemická odolnost proti tìsnìným kapalinám, - odolnost proti zvýšeným a nízkým teplotám, - odolnost proti opotøebení, - vhodné dynamické vlastnosti, - malá zmìna fyzikálních velièin vlivem teploty a èasu. Splnit tyto požadavky pro danou aplikaci je možné jen volbou vhodného druhu pryže. Rubena a.s. vyrábí v souèasné dobì HTK z butadien-akrylonitrilových (NBR), polyakrylátových (ACM), silikonových (VMQ) a fluoruhlíkových (FKM) pryží. Jsou pøipravovány na základì dlouhodobých zkušeností a nových poznatkù výzkumu s použitím nejkvalitnìjších surovin a moderních technologií. Volba druhu pryže z hlediska teplotní odolnosti závisí na poètu otáèek høídele a teplotì tìsnìné kapaliny. V závislosti na otáèkách høídele (obr. 4), typu tìsnìné kapaliny a její teplotì se volí druh pryže podle tab. 3. Oznaèení pryží používaných pro výrobu HTK prošlo vývojem. V souèasné dobì se pryže oznaèují podle PN 02 9403, ÈSN 62 0002 i podle podnikového znaèení. Dosud používaná oznaèení jsou uvedena v tab. 2. Pokud není možné využít spolehlivì informace PN nebo katalogu, je nezbytné volbu druhu pryže pro dané podmínky konzultovat s výrobcem tìsnìní. Tab. 2 Oznaèení pryže na výrobku PN 02 9403 pùvodní 40 46 40046 75 84 NBR bez oznaèení 40 235 40235 75 84 40 237 40237 65 74 ACM PA 40 70 40070 75 84 VMQ (MVQ) SI (Si) 40 81 40081 75 81 FKM (FPM) F Název pryže Èíselný kód pryže Tvrdost [ShA] 40 90 40090 75 84 40 92 40092 65 74 Pro výrobu HTK je možné použít ve výše uvedených skupinách i jiné druhy pryže nebo speciální pryže na bázi HNBR, XNBR aj. Tab. 3 Pryž Teplota tìsnìné kapaliny t provozní, t m maximální, t n nejnižší t t m t t m t t m t t m t t m t t m t t t t n ( C) NBR 80 100 70 90 70 90 70 90 70 90 70 90 + + + -40 ² ACM 100 130 90 130 100 130 + + 80 100-20 ² (+) VMQ (MVQ) 120 150 + + + + -50 ² FKM (FPM) 130 160 120 150 130 160 + + 120 150 80 100 + + + -15 ² a motorové pøevodové hydraul. topné mazací voda a prací motorová benzin líh oleje oleje oleje oleje tuky prostøedky nafta maziva jiné kapaliny Tabulka 3 uvádí tìsnìná média obecnì. Použití konkrétního média (obchodní název) se doporuèuje konzultovat s výrobcem HTK. Vysvìtlivky: Znaménko + znamená, že je nutné použití pryže v konkrétním médiu ovìøit. Znaménko znamená, že pryž není vhodná pro uvedené podmínky. Znaménko ² znamená, že hodnoty jsou orientaèní a vztahují k bodu køehnutí pryže, pro konkrétní aplikaci je nutné nejnižší provozní teploty ovìøit. 15
3.7 Konstrukèní úpravy HTK 3.7.1 Hydrodynamická úprava tìsnicí plochy Hydrodynamická úprava tìsnicí plochy spoèívá v tom, že na tìsnicí ploše jsou vytvoøena závitová žebra, jejichž úkolem je pøeèerpávat uniklou kapalinu zpìt do tìsnìného prostoru. Pokud jsou závity žeber jednosmìrné, je tìsnìní urèeno pro smysl otáèení høídele ve smìru šipky. HTK se žebrem ve tvaru vlny jsou použitelné pro oba smìry otáèení. HTK s hydrodynamickou úpravou tìsnicí plochy se používají pøednostnì k utìsòování klikových a jiných kmitajících høídelù. Princip úpravy tìsnicí plochy vyplývá z detailu obr. 8. Uniklá kapalina je unášena otáèejícím se høídelem a podél šikmých žeber je dopravována zpìt pod tìsnicí bøit. U HTK s jednosmìrnou hydrodynamickou úpravou tìsnicí plochy je možný pohyb v inverzním smyslu po krátkou dobu a pøi malé rychlosti (napø. zpìtný chod osobního automobilu). Pravý sklon (DP) Levý sklon (DL) Promìnlivý sklon (DS) Smìr otáèení høídele Smìr otáèení høídele Smìr pozorování od spodní strany Obr. 8 Smìr otáèení høídele 3.7.2 Vlnová úprava vnìjší plochy Provedení V používá se pro usnadnìní montáže høídelových tìsnicích kroužkù do montážní díry. Více toleruje nedostatky uložení než HTK s hladkým vnìjším povrchem, tzn., že zabezpeèuje lepší tìsnost vnìjšího obvodu tìsnìní pøi dilataci úložné díry (obr. 9). Obr. 9 Provedení AV, AH optimálnì splòuje požadavky na bezpeèné utìsnìní na vnìjším prùmìru HTK, dosažení vysoké stability kroužku v úložné díøe a snadnou montáž tìsnìní (obr. 10). Obr. 10 16
4. FUNKÈNÍ PODMÍNKY 4.1 Tìsnost Z hlediska funkce HTK je nejvìtší dùraz kladen na jeho tìsnicí schopnost. Tìsnost vyjádøená množstvím tìsnìné kapaliny, která unikne pøes tìsnicí prvek za jednotku èasu souvisí s øadou funkèních faktorù a provozních podmínek, které se bìhem životnosti tìsnìní mìní. Nejèastìjší pøíèinou netìsnosti bývají nesprávné (zejména extrémní) provozní podmínky kladené na funkci tìsnìní, nedodržení postupu montáže, drsnost nebo zpùsob koneèné výroby povrchu høídele. Z toho vyplývá nutnost správného definování podmínek funkce tìsnìní a dodržení všech doporuèení výrobce. 4.2 Opotøebení tìsnicího bøitu a høídele Opotøebení tìsnicího bøitu a høídele souvisí s tìsností a životností HTK. V dùsledku opotøebení se snižuje pøesah mezi tìsnicím bøitem a høídelem a zvìtšuje se šíøka tìsnicího bøitu b 1 (obr. 2). Tím se snižuje velikost radiálního zatížení F R a mìní se hydrodynamické podmínky v tìsnicí spáøe (menisku). K opotøebení tìsnicího bøitu dochází proto, že pryž má horší fyzikální vlastnosti než ocel. Nadmìrné opotøebení souvisí s drsností povrchu høídele a nedostateèným mazáním tìsnicích ploch. K opotøebení høídele dochází tehdy, obsahuje-li tìsnìné médium tvrdé neèistoty, které po vniknutí do tìsnicího bøitu obrábìjí høídel jako brusný nástroj. Opotøebení høídele se projevuje i pøi použití HTK vyrobených ze silikonové pryže, která obsahuje jako plnivo SiO 2. Rychlost opotøebení závisí na provozních podmínkách tìsnìného uzlu a mazání tìsnicích ploch. 4.3 Tøení a tøecí ztráty Pro dotykové tìsnicí prvky, ke kterým se øadí i HTK, je charakteristické tøení tìsnicích ploch, které je závislé na mazání, provozních podmínkách, konstrukci HTK a použitých materiálech. Pøi tøení vzniká teplo. Pokud není odvádìno, zvyšuje se pracovní teplota tìsnìného uzlu. Velikost tøecí síly závisí na radiálním zatížení F R a souèiniteli tøení µ. U elastomerových materiálù se souèinitel tøení projevuje v adhezní a deformaèní složce. Adhezní tøení souvisí s pøitažlivými silami mezi segmenty makromolekul pryže a tøecím povrchem. Deformaèní tøení se projevuje jako deformace povrchových segmentù pryže na drsnosti povrchu høídele. Pokud se vytvoøí mezi tìsnicími plochami mazací film, je vlivem tìchto složek tøení potlaèen. Ztráty tøením jsou úmìrné tøecímu momentu a frekvenci otáèení høídele. Pøesné vyjádøení tøecích ztrát je velmi obtížné, jelikož souvisí s øadou faktorù, které se bìhem funkce utìsòování mìní. Pro orientaèní stanovení tøecích ztrát lze využít informaèní hodnoty podle grafu na obr. 11. Obr. 11 17
4.4 Tlak tìsnìné kapaliny HTK jsou urèeny k utìsòování kapaliny bez pøetlaku nebo s malým pøetlakem. Pokud tìsnìní pracuje za pøetlaku tìsnìné kapaliny, je nutné snížit funkèní parametry tìsnìní podle tab. 4 nebo použít podpìrné kroužky (nelze použít u provedení GP), které zabrání zvýšení radiálního zatížení tìsnicího bøitu a deformaci tìsnìní. Konstrukèní provedení podpìrných kroužkù doporuèujeme konzul-tovat s výrobcem HTK. Pøíklad použití podpìrného kroužku uvádí obr. 12. Dalším øešením je použití HTK se speciální konstrukcí membrány urèené k utìsnìní tlakù (provedení T). Obr. 12 Tab. 4 Technické parametry Tlak [kpa] Obvodová rychlost høídele [m.s -1 ] Teplota tìsnìné kapaliny [ C] Konstrukèní úprava < 20 20 50 snížit o 50 % snížit rozsah použitelnosti o 25 % 50 300 snížit o 50 % snížit rozsah použitelnosti o 25 % použití opìrného kroužku doporuèeno použití opìrného kroužku nutné 5. UŽITÍ A MONTÁŽ HTK GUFERO 5.1 Všeobecné údaje 1. Provedení høídelových tìsnicích kroužkù GUFERO, vhodné pryžové materiály a podmínky užití tìsnìní specifikuje PN 02 9403 Høídelové tìsnicí kroužky - GUFERO, rozmìry a technické požadavky. 2. HTK se skladují v pùvodních obalech, v suchém a bezprašném prostøedí, bez pøístupu svìtla a pøi pokojové teplotì. HTK se nesmìjí vybalovat døív než v okamžiku montáže. 5.2 Provedení høídele, úložné díry a tìsnìného prostoru 1. Pøed montáží HTK je nutno zkontrolovat kvalitu provedení høídele a úložné díry. Povrch høídele pøicházející pøi provozu do styku s tìsnicím bøitem musí být hladký, nesmí mít stopy po opracování ve tvaru šroubovice, nesmí vykazovat vady napø. poškrábání, otlaèení, stopy po rzi, nerovnosti zpùsobené nekvalitnì provedeným tepelným nebo povrchovým zpracováním, zneèištìní apod. (viz 3.4.3). Hrany høídele resp. pouzdra, pøes které se tìsnicí bøit pøi montáži pøesouvá, musí být zaobleny. Nalisování do úložné díry usnadòuje sražení hrany pod úhlem 10 25 (viz obr. 7). Díra nesmí být poškozena ani zneèištìna. 2. Pøi výmìnì tìsnìní je nutno zajistit aby tìsnicí bøit nového HTK nesledoval stopu pùvodního. Toho lze dosáhnout výmìnou pouzdra høídele, zmìnou hloubky nalisování HTK pøípadnì použitím podložných prstencù rùzné tlouš ky. Demontované HTK nelze znovu použít!!! 3. Z tìsnìného prostoru musí být odstranìny zbytky kovových pilin a pevných èástic po opracování a pøedchozím provozu. Jejich pøítomnost je nepøípustná. Použitá tìsnìná kapalina nesmí být zneèištìna usazeninami a èásticemi tepelného rozkladu. 18
5.3 Doporuèení pro montáž HTK 1. Pøed montáží je nutné v pøípadì zneèištìní HTK oèistit jeho povrch mìkkým textilem a ponoøit jej na 15 až 20 minut do tìsnìné kapaliny o teplotì 18 až 25 C. Tento postup lze nahradit po dohodì s výrobcem, použitím vhodného kluzného prostøedku, který usnadòuje montáž HTK a zabraòuje jeho rychlému opotøebení pøi zábìhu, než se k tìsnìní dostane tìsnìná kapalina. 2. Èelní plocha tìsnìní, tj. strana s pružinou musí smìøovat k tìsnìnému prostoru 3. U HTK s prachovkou (provedení GP), která má vùèi tìsnìnému høídeli pøesah (dosedá na høídel), doporuèuje se vyplnit prostor mezi tìsnicím bøitem a prachovkou pøibližnì z jedné poloviny vhodným mazacím tukem k prodloužení životnosti prachovky. 4. Nalisování HTK do úložné díry se provádí centricky a kolmo pomocí narážecího pøípravku, který je možno pøizpùsobit typu a smìru montáže HTK pùsobícího rovnomìrným tlakem na celý obvod spodní plochy (povrch s popisem) nebo pøi opaèné montáži tlakem na vnitøní èelní plochu dutiny HTK (obr. 13). Montáž do prùchozí díry Montáž do osazené díry Èelní plochou napøed Spodní plochou napøed Èelní plochou napøed Spodní plochou napøed Obr. 13 5. Kolmou polohu HTK vzhledem k høídeli lze dosáhnout nalisováním na doraz k osazení v úložné díøe nebo k pojistnému kroužku. Pøi montáži do prùchozí díry (bez osazení) je nutno použít montážní pøípravek, který se souèasnì opøe o opracované èelo úložné díry (obr.13). Dovolené mezní úchylky kolmosti uvádí tab. 5. 6. Pøesouvání HTK pøes drážkované konce høídele, zápichy, závity, drsné povrchy, ostré pøechody a hrany, díry, drážky pro pojistné kroužky, pera apod., je možné provádìt pouze za pøedpokladu použití pøevleèných pouzder chránících tìsnicí bøit pøed poškozením (obr. 14). 7. Pøi montáži HTK tìsnicím bøitem napøed existuje nebezpeèí ohrnutí tìsnicí membrány. Pozornou montáží je nutno také pøedcházet možnému vypadnutí pružiny. Bìhem montáže nesmí být HTK zatìžováno vahou høídele. Tab. 5 Obr. 14 pøes Jmenovitý prùmìr høídele d [mm] do Úchylka kolmosti [mm] - 25 0,1 25 80 0,2 80-0,3 8. Montáž se provádí pomocí lisu s pomalým chodem tak, aby nedošlo k porušení HTK pøi jeho doražení na dno uložení. V pøípadì, kdy je HTK montováno pomocí kladiva, je nutno postupovat opatrnì pøi lehkých a opakovaných úderech s použitím montážního pøípravku. 19
6.PØÍKLADY POUŽITÍ Obr. 15 Obr. 16 Obr. 17 Utìsnìní klikového høídele vznìtového motoru Utìsnìní høídele pøevodovky Utìsnìní høídele elektromotoru èerpadla 7. KONZULTAÈNÍ A PORADENSKÉ SLUŽBY Pøi øešení konkrétních pøípadù utìsòování høídelù HTK se nelze vždy rozhodnout na základì publikovaných údajù. V tìchto pøípadech pracovníci technického rozvoje poskytují technické a konzultaèní služby. Nové požadavky je nutné specifikovat v dotazníku (str. 29). Kontakt: RUBENA a.s., SBU TPL - technický servis, Akademika Bedrny, 502 00 Hradec Králové Tel.: 495 753 340, fax: 495 753 185, E-mail: robert.malek@rubena.cgs.cz, http://www.cgs.cz 8. OBCHODNÍ SPOJENÍ RUBENA a.s. Servisní sklad Èeských bratøí 338 547 36 Náchod Tel.: 491 447 558, - 559, - 560, - 565 fax: 491 447 569 E-mail: sklad@rubena.cgs.cz http://www.rubena.cz 9. PØÍKLAD OBJEDNÁVKY Høídelový tìsnicí kroužek (HTK) v provedení G o rozmìrech d = 20, D = 30 a b = 7 z pryže NBR: HTK G 20 30 7 NBR, 100 kusù 20
11. SPECIÁLNÍ TÌSNÌNÍ Tìsnìní døíku ventilu Zabraòuje zvýšené spotøebì motorového oleje. Používá se pro spalovací i vznìtové motory osobních i nákladních automobilù. Vyrábí se pøedevším z jakostní pryže na bázi FKM (FPM). Tìsnìní tlumièe Jednodílné pøesné tìsnìní z velmi úèinných materiálù pro tlakové zatížení jedno a dvoupláš ových tlumièù. Tìsnìní je vhodné pro utìsnìní vidlic motocyklù s prachovkou proti vniknutí špíny a neèistot a vnìjším výstupkem, který zajiš uje pevné fixování tìsnìní v úložné díøe bìhem jeho provozu. Tìsnìní plynové vzpìry Tìsnìní je urèeno pro utìsnìní jednopláš ových tlumièù naplnìných plynem - napø. vzpìra k držení dveøí kufru u automobilu. Axiální tìsnìní Rùzné druhy provedení v závislosti na zástavbovém prostoru slouží pøedevším k zabránìní prùniku chladicí kapaliny do ložisek u vodních èerpadel. 27
Tìsnicí víèko Tìsnicí víèko je opryžovaná kovová výztuha, která se používá pro statické utìsnìní rùzných dìr napø. u pøevodovek nebo pro montáž ložisek. Vnìjší elastomerní pláš zajistí utìsnìní také pøi vyšší drsnosti vrtání, tepelném protažení a dìlených pouzdrech. Dvojèinná manžeta Dvojèinná manžeta je kompletní tìsnìní pro válec. Skládá se z kovového tìlesa, na kterém je navulkanizováno pryžové tìsnìní. Tìsnìní má malou zástavbovou výšku, prostor mezi tìsnicími bøity je vyplnìn plastickým mazivem. Výhodou je malá síla pøi rozbìhu. Tìsnìní ložisek Tìsnìní ložisek jsou vyrábìna v provedení RS, 2 RS, dvoujazýèková (u standardních ložisek), kazetová (u nábojù kol automobilù), s axiálním bøitem (napø. válce dùlních dopravníkù). Jsou používána v ložiskách k zamezení pøístupu vody a neèistot do ložisek a úniku plastického maziva z ložisek. Základní materiál NBR. Pro zvýšené tepelné namáhání se používá materiál FKM. V-kroužek V-kroužek je pryžové tìsnìní s axiálním tìsnicím bøitem pro utìsnìní høídelù a ložisek. Montuje se pøímo na høídel a tìsní axiálnì na ploše kolmé k høídeli (napø. nákružky høídele, èelní plochy valivých ložisek) apod. Spolehlivì tìsní pøi nízkém tøení proti prachu, støíkající vodì, oleji, tuku apod. 28