Hydraulické válce patří mezi základní prvky mnoha průmyslových strojů, výrobních linek či zemědělské techniky. Jejich spolehlivý provoz je závislý na celé řadě komponent, mezi které patří také pístní těsnění. Přestože se jedná o relativně malý konstrukční prvek, jeho význam pro správnou funkci hydraulického systému je zásadní.
Obsah článku
Pístní těsnění zajišťuje oddělení tlakové a beztlaké strany pístu uvnitř hydraulického válce a umožňuje efektivní přenos síly bez nežádoucích úniků hydraulického média. Správně navržené a vyrobené těsnění přispívá k vyšší účinnosti zařízení, delší životnosti hydraulického válce a nižším provozním nákladům
Pístní těsnění a jeho funkce
Pístní těsnění je umístěno v drážce pístu hydraulického válce a během pohybu pístu zajišťuje těsnost mezi pístem a vnitřní stěnou válce. Jeho hlavním úkolem je zabránit průsaku hydraulické kapaliny mezi jednotlivými komorami válce. Jedná se většinou o hlavni činné těsnění hydraulického válce. Těsní pohyb na vnějším břitu, ve válci.
Pokud by těsnění neplnilo svou funkci správně, docházelo by ke snižování účinnosti hydraulického systému, poklesu výkonu a v některých případech i k nemožnosti dosáhnout požadované síly nebo polohy pístu.
Mezi hlavní požadavky na pístní hydraulické těsnění patří:
- vysoká těsnicí schopnost při nízkých i vysokých tlacích,
- minimální tření během pohybu,
- odolnost proti opotřebení,
- dlouhá životnost,
- rozměrová stabilita,
- odolnost vůči hydraulickým olejům a provozním kapalinám.
Konstrukce zástavbové drážky pro pístní těsnění
Zástavbový prostor pro pístní těsnění má typicky podobu širší drážky. Pro tzv. omegaty, tedy těsnící prvky u kterých se kombinuje nejčastěji PTFE+Bronz a NBR, má zástavba podobu hluboké a úzké drážky.
Při návrhu a zhotovení zástavbových prostor pro pístní těsnění je nutné řídit se pro doporučeními, která jsou obecně platná pro konstrukci těsnících prvků. Zejména je nutné dodržet drsnosti povrchu těsnící drážky Ra ≤ 1,6μm a Rt ≤ 6,3 μm a před montáží samotnou také zkontrolovat, že je těsnící drážka vyčištěna od možných nečistot a v daném místě nejsou ostré hrany, otřepy či jiné nedokonalosti povrchu. Je také nutné dodržet doporučenou velikost náběhové hrany ve válci. Neméně důležití je i drsnost povrchu válce, která by měla být Ra ≤ 0,3 μm a Rt ≤ 2,5 μm. V opačném případě může dojít k poškození těsnících břitů během montáže.
Typy pístního těsnění
Konstrukce pístního těsnění se volí podle typu hydraulického válce, provozních podmínek a požadavků. Pístní těsnění můžeme základně rozdělit na:
Jednočinná pístní těsnění
Určena pro hydraulické válce s tlakem působícím pouze z jedné strany. Využívají se například ve zvedacích mechanismech nebo jednoduchých hydraulických pohonech.
Dvojčinná pístní těsnění
Těsní v obou směrech pohybu pístu. Jsou standardem u většiny průmyslových hydraulických válců používaných ve výrobních linkách, mobilní technice a stavebních strojích.
Kompaktní těsnicí systémy
Skládají se z více prvků, například těsnicího kroužku, vodicího prvku a opěrného kroužku. Poskytují vyšší odolnost proti vytlačování materiálu při vysokém tlaku. Speciální typy (určené především pro důlní průmysl) mají díky této konstrukci tlakovou odolnost až do 1500 bar.
Pístní těsnění pro hydraulické válce – přehled nejpoužívanějších profilů
Na trhu lze nalézt desítky různých profilů pístního těsnění, které se liší dle výrobce a určení. Jen v naší nabídce jich můžete nalézt kolem 50, které dokážeme zakázkově vyrobit a případně i dále tvarově upravit. Pístní těsnění pro Vás navrhneme na míru dle provozních podmínek a požadavků aplikace.
Mezi v praxi nejčastěji používané profily pístního těsnění patří:
DK101
Popis:
Základní profil manžety pro pístní těsnění. Břity jsou asymetrické a každý plní jinou funkci. Těsnění těsní pohyb na vnějším průměru. Primární je tedy kratší dynamický břit, který je silnější kvůli soustředění dynamické zátěže. Delší, statický břit je naopak více flexibilní a citlivý na kolísání tlaku. Tato kombinace zajišťuje perfektní těsnění funkci pro méně namáhané hydraulické válce.
Tlak: 400 bar [H-PU] | 160 bar [NBR]
Rychlost: 0,5 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU] | -30 / 110 °C [NBR]
DK102R
Popis:
Základní manžeta a její břity fungují stejně jako u DK101. Díky použití opěrného kroužku je však u manžety zvýšena odolnost extruzi a toto těsnění i lépe vyrovnávní větší těsnící mezery a konstrukční odchylky. Díky opěrnému kroužku je zvýšena tlaková odolnost.
Tlak: 700 bar [H-PU + POM] | 160 bar [NBR + POM]
Rychlost: 0,5 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU] | -30 / 110 °C [NBR]
DK104R
Popis:
Pístní těsnění manžeta, která je kromě opěrného kroužku opatřena i vnitřním rozpěrným kroužkem. Ten rozpíná těsnění břity a udržuje je v ideální poloze i pří nízkém tlaku. Tento typ je proto vyhodný pro aplikace, kde dochází k většímu tlakovému kolísání a tlakovým rázům.
Tlak: 700 bar [H-PU + POM + NBR] |
Rychlost: 0,5 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU] |
DK108
Popis:
Těsnící profil DK108 je určeno pro dvojčinné válce (oboustranný pohyb). Skládá se z hlavní činné dynamické části, na kterou je používán materiál s vysokou mechanickou odolností a kluznými vlastnostmi. O-kroužek zajišťuje flexibilitu celého těsnění a funguje také jako přítlačný prvek. Díky této kombinaci je tento typ těsnění – tvz. omegat – vhodnou volbou pro válce s vyššími provozními nároky a zejméně rychlostí posunu.
Tlak: 400 bar [PTFE+Bronz + NBR]
Rychlost: 10 m/s
Teplota: -30 / 110 °C [PTFE+Bronz + NBR]
DK109D
Popis:
Těsnění DK109D patří mezi tzv. kompakty, tedy těsnění která se skládají z více materiálů a těsnících prvků. Jejich kombinace zajišťuje vysoký těsnící výkon i při nízkém tlaku, dobré vedení pístu a vyrovnávání těsnící spáry a vysokou odolnost extruzi. Díky složení těsnícího prvku z více částí je také ulehčena instalace, která probíhá postupně po částech.
Tlak: 400 bar [H-PU + NBR + POM]
Rychlost: 0,5 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU + NBR + POM]
DK110-112
Popis:
Tento typ tvz. ševrovoného těsnění je určen pro středně těžké aplikace a skládá se z několik částí. Opěrný kroužek zabraňuje extruzi centrální části. Centrální ševronová manžeta je hlavním činným těsnícím prvkem. Díky své konstrukci zaručuje dobrý těsnící výkon i při výrazných změnách tlaku. Přítlačný kroužek pomáhá udržovat správnou funkci a polohu centrální části a podílí se i na rovnoměrném rozložení tlaku.
Tlak: 500 bar [H-PU + POM]
Rychlost: 0,7 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU + POM]
DK119
Popis:
Toto jednočinné pístní těsnění se skládá z části z PTFE, která je doplněna rozpěrnou pružinou z nerezu. Díky materiálu je možno použít ve vysoce chemicky a tepelně namáhaných aplikacích. PTFE zajišťuje také výborné kluzné vlastnosti a plynulý chod i v prostředí téměř bez maziva a omezení tvz. „stick-slip efektu„. Rozpěrná pružina udržuje správné rozpětí břitů a zajišťuje fungování i pří nízkém tlaku.
Tlak: 160 bar [PTFE+Bronz + nerez 1.4310]
Rychlost: 15 m/s
Teplota: -200 / 260 °C [PTFE+Bronz + nerez 1.4310]
DK122
Popis:
Kompaktní těsnění vhodné pro nižší zástavby. Skladba z více části ulehčuje instalaci a je proto vhodným řešením pro situace s obtížným instalačním prostorem. Vnější prvek z H-PU zajišťuje odolnost opotřebení a dobré kluzné vlastnosti. Spodní prvek (typicky z NBR) dodává flexibilitu a opěrné kroužky z POM zvyšují tlakovou odolnost a odolnost extruzi.
Tlak: 400 bar [H-PU + NBR + POM]
Rychlost: 0,5 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU + NBR + POM]
DK127
Popis:
Tento profil slouží jako dvojčinné těsnění a je vhodný pro úzké zástavby. Lze také použít jako statické těsnění a náhradu O-kroužku. Díky použití materiálu H-PU má těsnění vysokou odolnost opotřebení a otěru a také vysokou životnost.
Tlak: 400 bar [H-PU]
Rychlost: 0,4 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [H-PU]
DK238
Popis:
Jednočinné pístní těsnění, které je určeno do atypických drážek, do kterých není rozměrově vhodné použít podpůrný O-kroužek. Vnější část z PTFE+Bronz zajišťuje výborné kluzné vlastnosti a odolnost. Vnitřní pryžový prvek (typicky z NBR) dodává prvky flexibilitu a schopnost vyrovnávat změnu těsnící spáry a zajišťuje také potřebný přítlak, díky kterému prvek může ideálně plnit těsnící funkci.
Tlak: 400 bar [PTFE+Bronz + NBR]
Rychlost: 10 m/s
Teplota: -20 / 115 °C [PTFE+Bronz + NBR]
Materiály používané pro pístní těsnění
U pístního těsnění se využívá celá řada technických materiálů (v naší nabídce jich je více než 80). Mezi nejčastěji používané materiály patří následující kategorie:
Polyuretan
Vyznačuje se kombinací vynikajících mechanických vlastností, vysoké odolnosti proti otěru a opotřebení, pružnosti a vysoké pevnosti v tahu. Díky své odolnosti vůči hydrolýze je vhodný i pro dlouhodobý kontakt s vodou. Vybrané varianty splňují požadavky FDA, a mohou být proto použity také v potravinářském průmyslu. Díky svým parametrům patří mezi nejčastěji používané materiály pro výrobu pístního těsnění pro hydraulické válce.
- Nejčastěji používané varianty: H-PU 95 Sh.A | H- PU 55 Sh.D
- Teplotní odolnost: – 20 °C / + 115 °C
- Pracovní tlak: 400 bar / 700 bar (dle materiálu a konstrukce těsnění)
Elastomery – NBR, EPDM, FPM
Pryžové materiály, které mají menší tvrdost a větší flexibilitu a elasticitu. Vzhledem k vlastnostem se tyto materiály často využívají pro méně namáhané těsnící prvky a těsnění malé tvrdosti.
- Nejčastěji používané varianty: NBR 85 Sh.A | EPDM 85 Sh.A | FPM 82 Sh.A
- Teplotní odolnost:- 30°C / + 110°C | – 45°C / + 130°C | – 20°C / + 220°C
- Pracovní tlak: 160 bar / 250 bar
PTFE
Fluoroplast s výjimečnou chemickou a tepelnou odolností. Díky vynikajícím vlastnostem při chodu nasucho je ideální pro těsnění i vodicí prvky pracující při nízkém mazání a vysokých rychlostech posuvu. Slabinou PTFE je nižší odolnost proti otěru a sklon k tzv. studenému toku, což lze potlačit použitím plniv, například bronzu, skleněných vláken, uhlíku nebo MoS₂
- Nejčastěji používané varianty: PTFE virgin | PTFE + 40% bronz
- Teplotní odolnost: – 200 °C / + 260 °C
- Pracovní tlak: 400 bar
Technické plasty
Termoplasty s vysokou odolností vůči tlaku, opotřebení a dobrými třecími vlastnostmi. V oblasti těsnění použítí zejména pro materiálů POM, PA a UMW-PE a to pro vodící kroužky, opěrné kroužky.
- Nejčastěji používané varianty: POM
- Teplotní odolnost: – 45°C / + 100°C
- Pracovní tlak: dle typu těsnění
Jak vybrat pístní těsnění
Správná volba pístního těsnění není dána pouze jeho rozměrem. Při návrhu je nutné zohlednit řadu provozních parametrů.
Provozní tlak
Vyšší tlak klade větší nároky na konstrukci i materiál těsnění. Pro vyšší tlaky je vhodné použít opěrné kroužky zabraňující vytlačování materiálu do těsnicí mezery. Důležité je také zohlednit průběh tlaku při chodu válce – zejména kolísání tlaku (výrazné změny tlaku) a tlakové rázy.
Teplota
Každý materiál má svůj doporučený pracovní rozsah. Při překročení limitních hodnot může docházet ke ztrátě pružnosti, tvrdnutí nebo předčasnému opotřebení.
Rychlost pohybu pístu
Vyšší rychlosti zvyšují tření a tepelnou zátěž těsnění. Proto je nutné volit materiály a profily určené pro dynamický provoz.
Typ hydraulické kapaliny
Různá média mohou mít odlišný vliv na použité materiály. Kompatibilita těsnění s provozní kapalinou je proto zásadním požadavkem. Zvláštní důraz je nutné klást na situace kde těsnění přichází do kontaktu s chemickým prostředím a tomu výběr uzpůsobit.
Konstrukce drážky
Správné rozměry a kvalita opracování drážky mají významný vliv na životnost těsnění i výslednou těsnost systému. Důležitou mezinárodní normou je norma ISO 7425, která specifikuje rozměrové požadavky na hydraulická těsnění pístů a pístnic. Pro netypické drážky, u kterých není možné použít pístní těsnění ze standardní rozměrové řady, je výborným řešením využití zakázkově vyráběného těsnění.
Výroba pístního těsnění na míru
V praxi nastávají případy, kdy není z různých důvodu možné využít standardní pístní těsnění. Mezi hlavní důvody patří atypické rozměry drážky, nedostupnost originálního dílu, specifické provozní podmínky (tlak, teplota, chemická odolnost) nebo urgentní potřeba okamžitého řešení. Pro tyto případy je řešením výroba pístního těsnění na zakázku. Těsnění je vyráběno CNC technologií a zakázkové těsnění a jeho výroba má následující výhody:
- výrobu bez forem – nulové náklady na formy a jinou přípravu výrobu
- flexibilní změny konstrukce během výroby
- rychlost – těsnění je možno vyrobit v řádu hodin
- vysokou opakovatelnost díky CNC řízení
- ekonomickou výrobu již od 1 kusu
Na rozdíl od lisovaných těsnění není nutné investovat do drahých forem (řádově desítky až stovky tisíc Kč a termín přípravy formy několik týdnů), což je klíčové při prototypování nebo malých sériích. Díky prvkům automatizace při soustružení pístního těsnění však může být tato metoda ekonomicky i časově výhodná i pro větší série dílů v řádu tisíců kusů.
U nás se CNC výrobou těsnění zabýváme a dokážeme vyrobit potřebný těsnící prvek až do průměru 500 mm.
FAQ – Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi pístním a pístnicovým těsněním?
Pístní těsnění utěsňuje prostor mezi pístem a válcem a zabraňuje internímu přepouštění hydraulické kapaliny. Pístnicové těsnění utěsňuje prostor mezi pístnicí a víkem válce a zabraňuje úniku kapaliny mimo prosto válce.
Jaké jsou nejčastější příčiny poškození pístního těsnění?
Mezi nejčastější příčiny patří znečištěné hydraulické médium, nevhodně zvolený materiál, překročení provozního tlaku, špatný stav povrchu válce nebo nesprávně navržená zástavbová drážka.
Jak poznat opotřebené pístní těsnění?
Typickými projevy jsou pokles výkonu hydraulického válce, samovolné sjíždění zatíženého mechanismu, ztráta tlaku v systému nebo prodloužení pracovního cyklu zařízení.
Je možné použít univerzální manžetu jako pístní těsnění?
Univerzální manžetu (symetrické břity) lze omezeně jako pístní těsnění využít. Speciálně určené pístní těsnění je však výrazně lepší volbou a to díky konstrukci těsnících břitů, které jsou přizpůsobené těsnění na vnějším průměru.
Je možné vyrobit atypické pístní těsnění bez formy?
Ano. CNC výroba těsnění umožňuje výrobu atypických rozměrů a profilů bez nutnosti výroby lisovacích forem. Tento způsob je vhodný zejména pro kusovou výrobu, prototypy a malé série. Výroba je velice rychlá a tímto způsobem tak lze řešit i velice urgentní potřeby .
Jaký je rozdíl mezi jednočinným a dvojčinným pístním těsněním?
Jednočinné těsnění těsní pouze v jednom směru působení tlaku. Dvojčinné těsnění zajišťuje těsnění při pohybu pístu v obou směrech a používá se u většiny hydraulických válců.
Jaký materiál pístního těsnění zvolit pro vysoké teploty?
Pro dlouhodobý provoz při zvýšených teplotách se nejčastěji používají materiály FKM nebo speciální směsi PTFE s plnivy. Konkrétní volba závisí na typu média a provozní teplotě.
Shrnutí
Pístní těsnění představuje klíčový funkční prvek každého hydraulického válce. Správná volba konstrukce a materiálu ovlivňuje těsnost systému, provozní spolehlivost i náklady na údržbu. Pístní těsnění je nutno volit na míru konkrétní aplikaci, kdy je třeba zohlednit především typ válce, provozní tlak, rychlost posuvu válce a provozní teplotu.
Máte zájem o CNC výrobu pístního těsnění? Kontaktujte nás a rádi s Vámi celou věc prodiskutujeme, vypracujeme nezávaznou cenovou nabídku a na našich strojích Vám těsnění pístu v krátké době vyrobíme.
