Gli O-Ring sono elementi di tenuta di forma toroidale. Il principio di funzionamento si basa sulla deformazione della sezione.

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1 DICHTOMATIK O-Ring

2 O-Ring Gli O-Ring sono elementi di tenuta di forma toroidale. Il principio di funzionamento si basa sulla deformazione della sezione. La semplicità della forma e l affidabilità funzionale di un O-Ring lo rendono un elemento di tenuta di concezione talmente geniale che risulta essere il tipo di tenuta più frequentemente usata. Questo è reso possibile anche dai contenuti costi di produzione e dalla facilità di installazione. d 1 d 2 La designazione dell O-Ring è data dalla dimensione del suo diametro interno e dal diametro della sezione in mm, dal nome del materiale e dalla sua durezza (elasticità). esempio: 25 x 1.5 NBR 70 Funzionamento La funzione di tenuta dell O-Ring si basa sulla deformazione assiale o radiale della sua sezione a montaggio avvenuto. La pressione del fluido incrementa la deformazione aumentando in tal modo l efficacia di tenuta. Col diminuire della pressione la deformazione ritorna allo stato iniziale. Applicazioni Dichtomatik prevede una differenziazione fra la tenuta statica di parti non in movimento e la tenuta dinamica di elementi di macchina in movimento. Per ulteriori dettagli consultare il capitolo intitolato Istruzioni per la progettazione delle sedi a pag

3 Dimensioni e tolleranze d 1 Tol d 1 Tol d 1 Tol Tolleranze per O-Ring secondo DIN ISO 3601 e DIN ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 2.25 d 1 d ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 4.46 >670 ± 0.7% d 2 Tol 56 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.18 Per dimensioni intermedie, scegliere la tolleranza superiore. Le tolleranze dimensionali dell O-Ring finito si ottengono utilizzando attrezzature di produzione concepite in modo da tener conto del ritiro dell elastomero. Spesso è possibile usare stampi ed elastomeri con ritiro analogo; in questi casi le tolleranze riportate nella suindicata tabella non sono valide. Le tolleranze riportate possono essere ulteriormente ridotte modificando l elastomero e usando speciali processi produttivi. 6

4 Criteri per il controllo della qualità (metodi di misura) Teoricamente, il diametro interno (d1) si misura utilizzando calibri conici graduati. Per O-Ring con diametro interno superiore a 250 mm è sufficiente un nastro metrico (diametrometro). Per O-Ring di dimensioni molto piccole è opportuno adottare la misurazione di tipo ottico (meno di 1 mm di diametro interno). La sezione trasversale dell O-Ring (d2) viene misurata mediante spessimetro dinamometrico. La forza di contatto fra le superfici di misurazione deve essere di 1 N. Imperfezioni superficiali Dichtomatik lavora attivamente per il raggiungimento di una qualità del prodotto esente da difetti, lavorando in stretta collaborazione con i suoi clienti e affinando le tecniche di produzione. Gli standard di qualità Dichtomatik per O-Ring sono secondo la norma DIN 3771 parte 4, classe di qualità N. Limiti massimi accettabili per le imperfezioni superficiali Tipo di imperfezione superficiale Sfalsamento (disassamento e asimmetria) v v v Di. Classe N Classe S Sezione (d 2 ) Sezione (d 2 ) v Combinazione di bava, sfalsamento e giunto di separazione g g g Solcatura e e t t Eccessiva rettifica Scostamenti della sezione dalla forma circolare sono ammessi se la superficie risultante è ben raccordata e se le sue dimensioni rientrano nel campo di tolleranza d 2. Tracce di scorrimento l t l 0.05 x d 1 o 1) 0.03 x d 1 o 1) t (non sono ammesse tracce di scorrimento disposte radialmente) Mancanza di materiale ed intaccatura (inclusi i giunti di separazione) t a t a 7 a 1) il valore maggiore è determinante.

5 Materiali Dichtomatik produce gli O-Ring in quattro materiali standard ed in una vasta gamma di materiali speciali, la maggioranza dei quali sono elastomeri. Gli elastomeri si differenziano per il polimero base da cui sono costituiti. La tabella che segue contiene la nomenclatura usata per gli elastomeri secondo le norme DIN ISO 1629 e ASTM D Nomenclatura dei polimeri base Descrizione chimica Abbreviazione DIN ISO 1629 ASTM D 1418 gomma nitrilica NBR NBR gomma nitrilica idrogenata (HNBR) HNBR gomma fluorurata FPM FKM gomma perfluorurata (FFPM) FFKM gomma etilene-propilene-diene EPDM EPDM gomma siliconica VMQ VMQ gomma fluorosiliconica FVMQ FVMQ gomma cloroprene CR CR uretano poliestere AU AU uretano polietere EU EU gomma naturale NR NR gomma poliacrilato ACM ACM gomma butadiene-stirolo SBR SBR gomma epicloridrinica ECO ECO gomma clorosolfonilpolietilene CSM CSM gomma butadiene BR BR gomma isoprene IR IR gomma butilica IIR IIR ( ) = non elencata nella norma Il materiale finito si ottiene unendo alla materia prima, la gomma, numerosi ingredienti come le cariche, i pigmenti, i plastificanti, gli ausiliari per la lavorazione, gli antinvecchianti, gli agenti vulcanizzanti, gli acceleranti di vulcanizzazione, i ritardanti ecc.. Questo processo permette di ottenere le caratteristiche specifiche richieste per il materiale. Sono disponibili sia materiali standard utili per una vasta gamma di applicazioni, che materiali speciali per applicazioni dove sono richieste caratteristiche molto elevate. L O-Ring raggiunge la sua forma definitiva attraverso un processo di vulcanizzazione durante il quale, in seguito ad una trasformazione chimicofisica la gomma passa dallo stato prevalentemente plastico allo stato elastico acquisendo le sue caratteristiche meccaniche finali (durezza, resistenza alla trazione, allungamento a rottura, compression-set, ecc.). 8

6 Elastomeri standard Dichtomatik dispone a magazzino di O-Ring in una vasta gamma di dimensioni in quattro materiali standard: Mescole standard Dichtomatik Elastomero base Abbreviazione Durezza Colore Campo di temp. [ C] DIN ISO 1629 [Shore A] min max gomma nitrilica NBR 70 nero * * *breve durata gomma fluorurata FPM 80 nero gomma-etilene EPDM 70 nero propilene-diene gomma-siliconica VMQ 70 rosso marrone Il campo di temperatura e la resistenza ai fluidi sono criteri fondamentali per la scelta di un materiale. Tuttavia, occorre tenere presenti le caratteristiche meccaniche di un elastomero poiché esse sono determinanti ai fini della durata della guarnizione. La guida alla resistenza redatta da Dichtomatik fornisce dettagli specifici relativamente alla resistenza ai fluidi dei diversi elastomeri. NBR gomma nitrilica / nome commerciale p.es. Perbunan - (Bayer) L NBR è il materiale più comunemente utilizzato per gli O-Ring, per le sue buone caratteristiche meccaniche e di resistenza ai grassi e agli oli minerali. Queste proprietà vengono determinate dal contenuto di acrilonitrile (ACN tra 18 e 50%). Un basso contenuto di ACN garantisce buona flessibilità alle basse temperature, ma offre resistenza limitata agli oli e ai carburanti; aumentando il contenuto di ACN, la flessibilità alle basse temperature diminuisce, mentre aumenta la resistenza agli oli e ai carburanti. L NBR standard Dichtomatik per O-Ring prevede un contenuto medio di ACN per soddisfare una vasta gamma di applicazioni con caratteristiche equipollenti. L NBR ha buone caratteristiche meccaniche quali: elevata resistenza all abrasione, bassa permeabilità ai gas e buona resistenza ai lubrificanti e ai grassi a base di oli minerali, agli oli idraulici H, H-L, H-LP, ai liquidi non-infiammabili HFA, HFB, HFC, agli idrocarburi alifatici, ai grassi ed agli oli siliconici, e all acqua sino a 80 C circa. In generale, l NBR non è resistente agli idrocarburi aromatici e clorurati, ai combustibili ad elevato contenuto aromatico, ai solventi polari, ai fluidi per freni a base di glicole e ai fluidi idraulici HDF non-infiammabili. Inoltre, mostra scarsa resistenza all ozono, all esposizione all azione degli agenti atmosferici e all invecchiamento ma, nella maggior parte delle applicazioni, questo non ha effetti negativi. 9

7 FPM gomma fluorurata / Nome commerciale p. es. Viton (Du Pont-Dow Elastomers) I materiali FPM sono rinomati per la loro elevatissima resistenza alle temperature e alle sostanze chimiche. Altri vantaggi rilevanti sono l eccellente resistenza all invecchiamento e all ozono, l esigua permeabilità ai gas (ottima per applicazioni sotto vuoto) e l autoestinguenza. L FPM standard per O-Ring ha eccellente resistenza ai grassi e agli oli minerali, agli idrocarburi alifatici, aromatici e clorurati, ai combustibili, ai fluidi idraulici non-infiammabili HDF, e a molti solventi organici e chimici. Oltre ai materiali FPM standard, vengono sviluppate numerose mescole speciali con differenti composizioni di catene polimeriche e vari contenuti di fluoro (65% 71%), per applicazioni speciali. In generale, l FPM non è resistente all acqua calda, al vapore, ai solventi polari, ai liquidi per freni a base di glicole e agli acidi organici a basso contenuto molecolare. VMQ gomma siliconica / Nome commerciale p. es. Silopren (Bayer) Le gomme siliconiche sono rinomate per la loro estesa gamma di temperature di applicazione, eccellente resistenza all ozono, all esposizione agli agenti atmosferici e all invecchiamento. In paragone con altri elastomeri, le proprietà meccaniche del silicone sono inferiori. In generale, i materiali siliconici sono fisiologicamente innocui per cui vengono impiegati anche dalle industrie alimentari e biomedicali. Il silicone standard si può usare a temperature comprese fra 55 C e C, è resistente all acqua (sino a 100 C), agli oli alifatici per trasmissioni, e agli oli e grassi animali e vegetali. In genere, il silicone non è resistente ai combustibili, agli oli minerali aromatici, al vapore (per brevi periodi sino a 120 C), agli oli e grassi siliconici, agli acidi e agli alcali. EPDM gomma etilenepropilene-diene / Nome commerciale p. es. Nordel (Du Pont-Dow Elastomers) In generale, i materiali EPDM hanno elevata resistenza all acqua calda, al vapore, all invecchiamento e ai prodotti chimici e sono adatti per applicazione in una vasta gamma di temperature. Essi si dividono in tipi vulcanizzati allo zolfo e al perossido. I composti vulcanizzati al perossido sono adatti per temperatura più elevate ed hanno un compression set molto inferiore. L EPDM ha buona resistenza all acqua calda e al vapore, ai detergenti, alle soluzioni all idrossido di potassio, ai grassi ed oli siliconici, a molti solventi polari, agli acidi diluiti. Per i liquidi per freni a base di glicole, si consiglia l uso di qualità speciali. I materiali EPDM non sono assolutamente adatti per utilizzo con tutti i prodotti a base di oli minerali (lubrificanti, combustibili). Sono utilizzabili da 45 C e C (da 50 C a C per vulcanizzazione al perossido). 10

8 Confronto fra diverse caratteristiche degli elastomeri Caratteristiche Materiali NBR FPM EPDM EPDM VMQ HNBR FFPM FVMQ CR AU / EU zolfo perossido Compression set Resistenza alla lacerazione Resistenza all abrasione Resistenza all invecchiamento Resistenza all ozono Resistenza all olio e al grasso Resistenza ai combustibili 4** 2** Resistenza all acqua calda [ C] 80** 80** ** *** Resistenza al vapore [ C] * *** 120* Resistenza al calore materiali standard [ C] Resistenza al calore materiali speciali [ C] Resistenza alle basse temperature materiali standard [ C] Resistenza alle basse temperature materiali speciali [ C] = ottima / 2 = buona / 3 = media / 4 = bassa / 5 = debole * = breve durata / ** = risultato migliore solo con materiali speciali / *** = a seconda del materiale 11

9 Elastomeri speciali HNBR gomma nitrilica idrogenata / nome commerciale p. es. Therban (Bayer) L HNBR si ottiene mediante idrogenazione parziale o totale dell NBR. Questo comporta un notevole miglioramento della resistenza al calore, all ozono e all invecchiamento, con conseguenti ottime caratteristiche meccaniche. La resistenza ai fluidi è paragonabile a quella dell NBR. FFPM gomma perfluorurata / nome commerciale p. es. Kalrez (Du Pont-Dow Elastomers) La resistenza al calore e agli agenti chimici degli elastomeri perfluorurati è analoga a quella del PTFE. Essi uniscono le caratteristiche positive del PTFE al comportamento elastico dell FPM. Poichè questo gruppo di materiali è notevolmente più costoso, gli elastomeri perfluorurati vengono utilizzati solo se gli altri materiali non sono in grado di soddisfare le specifiche tecniche e se i requisiti di sicurezza giustificano una spesa maggiore. Gli elastomeri perfluorurati vengono per lo più utilizzati nell industria dei semiconduttori, del petrolio e chimica, nella tecnologia ad alto vuoto e nell industria aerospaziale. FVMQ gomma fluorosiliconica / nome commerciale p. es. Silastic LS (Dow Corning) Benchè gli elastomeri fluorosiliconici abbiano le stesse caratteristiche meccaniche del silicone, sono molto più resistenti agli oli e ai carburanti. La gamma di temperature di applicazione è più limitata di quella del silicone. CR gomma cloroprene / nome commerciale p. es. Neoprene (Du Pont-Dow Elastomers) Il cloroprene ha ottima resistenza all ozono, all invecchiamento, all esposizione agli agenti atmosferici, nonchè buone caratteristiche meccaniche. Ha una resistenza media agli oli minerali ed è adatto per essere utilizzato con molti refrigeranti. AU uretano poliestere EU uretano polietere Poliuretano / nome commerciale per es. Desmopan (Bayer) I poliuretani si differenziano dagli elastomeri classici in quanto provvisti di caratteristiche meccaniche molto superiori che si esemplificano in una maggiore resistenza all abrasione, usura ed estrusione, elevata resistenza alla trazione e alla lacerazione. Il materiale è resistente all invecchiamento e all ozono e si può utilizzare con oli e grassi minerali, oli e grassi siliconici, con i liquidi noninfiammabili HFA e HFB ed acqua sino a 50 C, ed anche con idrocarburi alifatici puri. SBR gomma butadiene-stirolo / nome commerciale p. es. Buna Hüls (Hüls) La gomma SBR viene utilizzata per liquidi per freni a base di glicole, acqua, alcoli, glicoli, oli e grassi siliconici. La temperatura di applicazione va da 50 C a C. 12

10 TFE/P gomma tetrafluoretilenepropilene / nome commerciale, p. es. Aflas (3M) Si tratta di una ritrovato relativamente nuovo che si aggiunge al gruppo dei fluoroelastomeri ed è noto per la sua eccellente resistenza al calore (0 C a 200 C) e ai prodotti chimici. È particolarmente adatto per utilizzo in acqua calda, vapore, acidi, soluzioni alcaline, ammoniaca, ammine, oli per trasmissioni, liquidi per freni (a base di glicole, olio minerale e olio siliconico), petrolio greggio, gas naturale acido. ACM gomma poliacrilato L ACM viene per lo più utilizzata nell industria automobilistica per la sua resistenza agli oli per motore e per trasmissioni e agli oli ATF, anche ad elevate temperature. La temperatura di applicazione è compresa fra 20 C e +150 C. NR gomma naturale La gomma naturale si ottiene ancora dal lattice di certe piante. La gomma naturale vulcanizzata ha buone caratteristiche meccaniche a basse temperature ed una elevata elasticità. I materiali vulcanizzati NR sono resistenti all acqua, glicoli, alcoli, liquidi per freni a base di glicole, oli e grassi siliconici, acidi e basi diluite. La temperatura di applicazione è compresa fra circa 50 C e +80 C. O-Ring in PTFE, O-Ring incapsulati in PTFE PTFE politetrafluoroetilene Il PTFE è un materiale plastico fluorurato noto per la sua quasi totale resistenza alle sostanze chimiche, ampio campo di temperature di applicazione ( 100 C a +250 C), coefficiente di attrito estremamente basso, adattabilità fisiologica e resistenza quasi illimitata all ozono, all esposizione agli agenti atmosferici e all invecchiamento. Gli O-Ring in PTFE sono molto meno elastici degli O-Ring in elastomero, caratteristica che implica difficoltà di installazione (di solito la sede di alloggiamento deve essere aperta), e tendono a scorrere, specialmente ad alte temperature. Questo è il motivo per cui si utilizzano O-Ring in PTFE scanalati ed O-Ring incapsulati in PTFE. O-Ring incapsulati in FEP FEP fluoroetilenepropilene Si tratta di un materiale termoplastico con proprietà analoghe al PTFE. Gli O-Ring incapsulati in FEP senza giunzioni, sono provvisti di un nucleo elastico di FPM o VMQ. Vengono utilizzati con carichi chimici e termici molto elevati. L altissima resistenza chimica dell involucro protegge il materiale elastico del nucleo dal fluido. Un altro vantaggio dell involucro è il bassissimo coefficiente di attrito. Il risultato è una combinazione fra la resistenza termica e chimica estremamente elevate e le caratteristiche elastiche degli elastomeri standard. Il materiale del nucleo viene scelto tenendo conto sia della temperatura che del fluido. Data la limitata flessibilità del materiale, l installazione richiede la massima attenzione. Il riscaldamento del materiale in acqua o olio ad una temperatura compresa fra 80 C e 100 C circa aumenta la flessibilità e facilita l installazione. La temperatura di applicazione va da 55 C a +200 C, a seconda del materiale di cui è composto il nucleo. 13

11 Trattamenti superficiali e antiattrito Tipiche dei materiali elastomerici sono le caratteristiche di buona presa e superficie adesiva. L attrito che si verifica in certe applicazioni e durante il montaggio degli O-Ring (specialmente in caso di alimentazione automatica) può rivelarsi sfavorevole. Per facilitare l installazione e aumentare la vita utile, è possibile ridurre l attrito eseguendo diversi trattamenti antiattrito fra cui: Trattamento antiattrito a breve termine, p. es., per agevolare l installazione, trattando la superficie con: olio al silicone grafite bisolfuro di molibdeno (M o S 2 ) talco in polvere O-Ring Labs-free Labs-free significa che gli O-Ring sono esenti da sostanze che interferiscono con il processo di verniciatura. Il requisito labs-free include la denominazione siliconefree (esente da silicone) e altre. Gli O-Ring Labs-free vengono utilizzati soprattutto negli impianti di verniciatura dell industria automobilistica. Le particelle che disturbano il procedimento di verniciatura come siliconi, grassi, cere ecc. sono la causa di vaiolatura della vernice. Per eventuali richieste di O-Ring labs-free, Vi preghiamo di contattarci. Il trattamento antiattrito a lungo termine si ottiene mediante: alogenazione (fluorurazione) rivestimento in PTFE applicazione di lubrificanti secchi sulla superficie. La riduzione a lungo termine dell attrito si ottiene incorporando nella mescola un additivo ad intensificazione di scorrimento, come il bisolfuro di molibdeno (M o S 2 ) o il PTFE. I tecnici Dichtomatik sono a disposizione per consigliare il procedimento adatto. Approvazione dei materiali Oltre ai normali requisiti validi per i materiali impiegati nella produzione degli O-Ring, può essere necessaria una verifica o approvazione speciale per confermare che un materiale è adatto per una applicazione specifica. Infatti, il controllo e la supervisione sono molto importanti in caso di applicazione di tenute ermetiche con requisiti di sicurezza e destinate al settore alimentare o biomedicale. L approvazione è richiesta nelle seguenti applicazioni: L approvazione del materiale viene emessa da laboratori riconosciuti, associazioni tecnico-scientifiche autorizzate ed enti statali. Purtroppo, poichè la maggior parte delle approvazioni sono basate su norme e regolamenti nazionali, accade raramente che, anche se in Europa, siano riconosciute da altri stati-membri. Vale a dire che anche se un materiale viene usato per applicazioni identiche o analoghe può dover essere approvato più volte. Impianti a gas, apparecchiature a gas, erogazione di gas raccordi e tubazioni per erogazione di acqua potabile industria alimentare applicazioni che richiedono l utilizzo di ossigeno protezione antincendio 14

12 Elenco di alcune approvazioni di materiale: Approvazione Paese Applicazione Norma DVGW D gas DIN EN 549 Deutscher Verein des Gas (DIN 3535 T1+2) und Wasserfaches e.v. DIN 3535 T3 KTW D acqua Direttive KTW (DVGW) potabile BAM D ossigeno Direttive BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BGA D alimentare Direttive BGA Bundesgesundheitsamt Secondo Norma EN EU fornitura EN e distribuzione acqua WRC GB acqua BS 6920 Water Research Council potabile FDA USA alimentare Titolo 21 art Food and Drug Administration NSF USA acqua Norma 61 National Sanitary Foundation potabile UL USA protezione UL 94 Underwriter Laboratories antincendio KIWA NL acqua BRL 2013 potabile ACS F acqua AFNOR XP /1/1/3 potabile Dichtomatik produce O-Ring con materiali provvisti di quasi tutte le approvazioni normalmente richieste. Data la varietà e il numero di approvazioni in continua evoluzione, abbiamo deciso di non elencarle separatamente, per cui Vi preghiamo di chiederci informazioni specifiche al riguardo. Se non saremo in possesso dell approvazione che richiedete, Vi confermeremo quanto prima se è possibile richiederla. 15

13 Terminologia scheda tecnica materiali Elastomeri Gli elastomeri vengono sottoposti a rigidi controlli di qualità durante tutto il processo di produzione. Le prove specifiche vengono eseguite sul caucciù o sul materiale grezzo e sulla gomma vulcanizzata per monitorare il processo di lavorazione. Le proprietà caratteristiche del materiale vulcanizzato sono elencate nella Scheda tecnica materiali. I risultati riportati su detta scheda sono stati conseguiti su provini secondo procedure di prova standard. Il confronto con i risultati ottenuti sui prodotti finiti, ad es. gli O-Ring, può indicare dei lievi scostamenti determinati dalla diversa geometria, ma tali risultati non saranno necessariamente in contraddizione con i contenuti della Scheda tecnica materiali. Qui di seguito forniamo la spiegazione dei termini principali. Durezza La durezza degli elastomeri si può testare secondo la prova di durezza Shore A o D (DIN53505) o microdurezza IRHD (DIN parte 1 e 2). Il metodo di prova più utilizzato è la prova di durezza Shore A e la prova di microdurezza IHRD per dimensioni ridotte di sezione trasversale. In ambedue i casi, la durezza è la resistenza del provino di elastomero alla penetrazione di un corpo conico o sferico di determinate dimensioni (un cono tronco per la prova Shore A, ed una sfera per la prova IRHD) e con un carico di prova prestabilito. La durezza viene determinata dall apparecchiatura di prova su provini standard e documentata nella Scheda tecnica materiali. A causa della diversa geometria, i risultati della prova di durezza ottenuti su un O-Ring finito possono essere diversi da quelli ottenuti utilizzando un provino standard. Resistenza alla trazione, allungamento percentuale a rottura La prova di trazione viene descritta nella norma DIN Un provino standard viene sottoposto a sollecitazione di trazione fino al punto di rottura. La resistenza alla rottura è la forza misurata al momento della rottura riferita alla sezione del provino non allungato. L allungamento percentuale a rottura è l allungamento al momento della rottura, riferito alla lunghezza iniziale del campione. A causa della diversa geometria di un O-Ring finito, confrontato con un provino, i valori di resistenza alla trazione e l allungamento a rottura possono essere inferiori. Questo fattore si deve tenere in considerazione in fase di valutazione della idoneità di utilizzo di O-Ring di piccole dimensioni da assemblare su grandi diametri. Resistenza alla lacerazione La resistenza alla lacerazione è una misura della sollecitazione necessaria per continuare a sottoporre a rottura un provino dopo un taglio iniziale prestabilito. La prova di resistenza alla lacerazione viene descritta per due diversi campioni di prova nella norma DIN e DIN Il valore ottenuto si può utilizzare per valutare la sensibilità di un elastomero ad un ulteriore aumento della lacerazione nel caso di un taglio. 16

14 DICHTOMATIK Qualitätssicherung Scheda tecnica Materiale Seite: von: O-Ring NBR 70 Standard Proprietà Metodo di prova Parametri di prova Valore Unità di misura Properties Testing Method Testing Parameter Value Units Durezza DIN ±5 Shore A Hardness Resistenza alla trazione DIN N/mm 2 Tensile strength Allungamento a rottura DIN % Ultimate elongation Resistenza a bassa temperatura ASTM D 1329 TR C Low temp. resistance Fragilità a bassa temperatura DIN _ - 34 C Low temp. brittleness Compression set DIN B 22h / 100 C 9 % Compression set Cambio di proprietà a seguito di invecchiamento: Changes of properties after aging: Fluido Aria / Air ASTM Öl Nr.1 ASTM Öl Nr.3 Parametri di prova 72h / 125 C 72h / 100 C 72h / 100 C Volume % _ Volume Durezza % Hardness Resistenza alla trazione % Tensile strength Allungamento a rottura % Ultimate elongation 17 Version vom

15 Bassa temperatura Le proprietà meccaniche degli elastomeri cambiano in caso di diminuzione della temperatura. Ad esempio, la durezza e la resistenza alla lacerazione aumentano, mentre l allungamento percentuale a rottura diminuisce. Da una temperatura specifica in poi, il materiale diventa quindi così duro e fragile che, sotto carico, si romperà come vetro. Se al materiale congelato (ad es. in caso di magazzinaggio) non si applica nessun carico meccanico, una volta riscaldato, riacquisterà le sue caratteristiche originarie. Per valutare la flessibilità a freddo esistono varie prove. I valori più usati sono il punto di fragilità secondo la norma DIN e la temperatura TR10 secondo la norma ASTM D I valori risultanti si possono interpretare per trarre conclusioni relative al limite reale di bassa-temperatura. Deformazione permanente per compressione (compression set) Oltre al loro comportamento elastico, e a seconda del tipo di materiale, durata, temperatura e deformazione iniziale, gli elastomeri mostrano un certo scorrimento, cioè una determinata deformazione plastica. Un elemento installato in un alloggiamento per un dato periodo di tempo, non riprenderà del tutto la sua forma iniziale, dopo rimozione dallo stesso, ma conserverà una certa deformazione permanente. Il compression set viene testato secondo le norme DIN o ASTM D 395 B e sarà compreso fra lo 0% e il 100%, circa; 0% è il valore ideale e 100% il risultato peggiore possibile. Il compression set si calcola in questo modo: d DVR = 0 - d 2 x 100 d 0 - d 1 d 0 = spessore originale del provino d 1 = spessore del provino deformato d 2 = spessore del provino dopo d 2 = rilassamento Per la valutazione del valore di compression set è importante osservare attentamente i parametri di prova. Ad esempio, lo stesso materiale può raggiungere risultati migliori o peggiori a causa di una variazione di temperatura durante la prova. Lo stesso vale per la durata della prova. 18

16 Cambiamento delle proprietà a seguito di invecchiamento Per valutare il comportamento causato dall invecchiamento e l idoneità dei materiali per utilizzo in fluidi particolari, i cambiamenti delle loro caratteristiche vengono stabiliti dopo averli depositati negli stessi fluidi. La norma DIN descrive l invecchiamento accelerato in aria. La norma DIN indica come determinare la resistenza ai fluidi, ai vapori e ai gas. Le caratteristiche valutate sono, ad esempio, la variazione assoluta della durezza e il cambiamento percentuale della resistenza alla trazione, l allungamento percentuale a rottura e il volume, tutti rapportati ai valori del provino non invecchiato. Magazzinaggio degli elastomeri In generale, il magazzinaggio degli elastomeri non presenta problemi, in quanto questi prodotti mantengono inalterate nel tempo le loro caratteristiche, a condizione che vengano osservati determinati criteri fondamentali descritti nelle norme DIN 7716 e ISO È essenziale che le guarnizioni siano immagazzinate in modo da non essere esposte a sollecitazioni esterne, senza tensione, compressione o deformazione. Le guarnizioni in elastomero devono essere protette da circolazione d aria di qualsiasi genere per cui si raccomanda di tenerle nel loro imballaggio originale (ad es. sacchetti di polietilene), o in contenitori ermetici. Il locale destinato al deposito deve essere fresco, asciutto, esente da polvere e moderatamente ventilato in condizioni di temperatura costante, non inferiore a 10 C e non superiore a +20 C. I radiatori eventualmente presenti nei locali di magazzinaggio devono essere coperti e tenuti ad 1 metro di distanza dai materiali ivi depositati. L umidità relativa non dovrebbe essere superiore al 65%. Evitare l esposizione a forti sorgenti luminose come i raggi UV e alla luce diretta del sole. Non installare apparecchiature elettriche per produzione di ozono nei locali di deposito degli elastomeri. 19

17 Istruzioni per la progettazione delle sedi Se possibile, le sedi per installazione (cave) degli O-Ring dovrebbero essere con angoli retti. Le dimensioni di profondità e larghezza richieste dipendono dall applicazione specifica e dalla sezione trasversale. Le dimensioni delle sedi vengono prescritte per il tipo particolare di installazione e si riferiscono alla dimensione nominale. Devono essere osservate attentamente in quanto la funzione di tenuta richiesta dipende dalla precisa esecuzione delle sedi. Tenuta statica Tenuta statica, tenuta interna, sede rettangolare con deformazione radiale Gli O-Ring sono l ideale per provvedere la tenuta di elementi di macchinari fissi. Con tenuta statica si intende l applicazione in cui gli elementi di macchinari da sigillare ermeticamente non sono soggetti a movimenti relativi tra di loro. Se la sede viene eseguita in modo corretto, se gli elementi vengono utilizzati come dovuto e se si sceglie il materiale giusto, gli O-Ring sono in grado di fare tenuta per pressioni sino a 1000 bar. (In tal caso può essere utile montare anche degli anelli antiestrusione). Sede rettangolare con deformazione radiale Questo tipo di tenuta è la scelta ottimale per sigillare perni, viti, bulloni, raccordi di tubo o tubazioni cilindriche. Al momento dell installazione, la sezione dell O-Ring si deforma in senso radiale, cioè verso il centro della tubazione. La posizione della sede, sia all interno che all esterno, non ha un ruolo funzionale in componenti di grosse dimensioni, ma dipende dal procedimento adottato e dalle possibilità di installazione. Su componenti a parete sottile ove potrebbe verificarsi una deformazione elastica, come ad es. in una tubazione cilindrica, la sede dovrebbe trovarsi sulla parte esterna fissa (fondo del cilindro), in modo tale che la sede non si deformi dal lato non soggetto a pressione. b Ra 6.3 arrotondato t Ra 1.6 r2 Ra 3.2 r1 C 20 ø d5 f7 ø d10 H8 ø d6 H9 20

18 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza Smusso d2 Profondità Larghezza Smusso sede sede di invito sede sede di invito t b C t b C Tenuta statica, tenuta esterna, sede rettangolare con deformazione radiale arrotondato b C Ra 6.3 t Ra r1 r2 Ra ø d3 h9 ø d9 f7 ø d4 H8

19 Sede rettangolare con deformazione assiale Questo tipo di installazione si usa principalmente per la tenuta su flangie e coperture di vario genere. La sezione trasversale dell O-Ring si deforma in senso assiale. Si noti che l O-Ring deve essere posto in corrispondenza del lato della sede non soggetto alla pressione per impedirne lo spostamento all interno della sede stessa in caso di applicazione o di aumento di pressione. Se l O-Ring si muove all interno della sede, viene stirato e compresso con conseguente fatica del materiale e usura precoce. Tuttavia, se si osserva la direzione della pressione, si potrà installarlo in modo da impedire l eventuale arrotolamento e quindi la distruzione dell O-Ring. Se la pressione viene applicata dall interno, il diametro esterno dell O-Ring deve essere posto in corrispondenza del diametro esterno della sede, oppure essere più grande fino ad un massimo del 3% (l O-Ring verrà compresso). Se la pressione viene applicata dall esterno, il diametro interno dell O-Ring deve essere posto in corrispondenza del diametro interno della sede, oppure essere più piccolo fino ad un massimo del 6% (l O-Ring verrà stirato). In caso di montaggio assiale dell O-Ring, si deve prevedere un fissaggio molto serrato della copertura per garantire che il gioco fra le superfici non superi mai la dimensione ammessa, altrimenti la pressione potrebbe causare l estrusione dell O-Ring. Tenuta statica, pressione dall interno, sede rettangolare con deformazione assiale t Ra 1.6 r2 r1 b Ra 6.3 pressione dall interno Ra 3.2 ø d8 ø d7 H11 22

20 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza d2 Profondità Larghezza sede sede sede sede t b t b Tenuta statica, pressione dall esterno, sede rettangolare con deformazione assiale t pressione dall esterno Ra 1.6 r2 r1 Ra 6.3 b Ra ø d8 h11 ø d7

21 Sede trapezoidale Le sedi trapezoidali sono costose e di difficile costruzione. La geometria di questa sede è utile solo se l O-Ring deve essere mantenuto in sede durante l assemblaggio dei vari componenti. In realtà, l adozione di una sede trapezoidale è consigliabile solo per sezioni trasversali di 2 mm o più. Il diametro medio della sede è uguale al diametro interno più lo spessore della corda dell O-Ring. Tenuta statica, sede trapezoidale b ±0.05 Ra 3.2 Ra Ra 3.2 t ±0.05 r1 r2 ød = d1 + d2 24

22 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza r2 r1 sede sede t ±0.05 b ±

23 Sede conica In casi dove la progettazione prevede flange e coperchi avvitati insieme, può essere richiesta l installazione di una sede conica. Tuttavia, con questa particolare geometria della sede può essere difficile garantire una deformazione definita dell O-Ring. Inoltre, lo spazio limitato di questo tipo di sede può essere sfavorevole se il fluido circostante fa rigonfiare l O-Ring. Tenuta statica, sede conica Ra 1.6 Ra 3.2 r1 Ra 1.6 b 45 ø d f7/d H8 26

24 Dimensioni delle sedi d2 Lunghezza lato b Tolleranza (+) r

25 Tenuta vuoto La tenuta vuoto è un tipo particolare di tenuta con O-Ring. In questo tipo di tenuta, la pressione da ritenere è inferiore alla pressione atmosferica (Patm = 1,01325 bar). Contrariamente alle istruzioni generali di installazione per tenute statiche con O-Ring, per la tenuta vuoto si consiglia di attenersi a quanto di seguito indicato: La sede deve essere riempita quasi al 100% dall O-Ring deformato. Questo crea superfici di contatto maggiori ed aumenta il tempo di diffusione attraverso l elastomero. La deformazione della sezione dell O-Ring deve essere circa del 30%. Utilizzare grasso per vuoto (riduce le perdite). La finitura delle superfici (profondità della rugosità) della sede e delle superfici da sigillare dovrebbe essere notevolmente migliore di quella per la tenuta statica standard, e la percentuale di superficie di contatto dovrebbe essere t p > 50%. L elastomero scelto deve essere compatibile con i gas, avere bassa permeabilità e basso compression set. Per le applicazioni standard si consiglia di utilizzare gomma fluorurata. Tenuta statica, tenuta vuoto t atmosfera Ra 0.8 r2 r1 Ra 1.6 b ±0.05 Ra 0.8 vuoto ø d8 h11 ø d7 H11 28

26 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza r1 r2 sede sede t b ±

27 r1 Tenuta dinamica Gli O-Ring vengono utilizzati con risultati positivi come elementi di tenuta in applicazioni dinamiche. Tuttavia, il loro utilizzo è limitato alle basse pressioni e velocità, o per impiego in sedi di piccola dimensione. A causa della resistenza all attrito in movimento, ad es. nei componenti pneumatici o idraulici, è consigliabile utilizzare un O-Ring con deformazione inferiore a quello usato per la tenuta statica. L elemento di tenuta deve essere sempre ben lubrificato per impedire una perdita di potenza dovuta all attrito e precoce logoramento dell anello se lavora a secco. Le sedi per l installazione sono uguali sia per il movimento alternativo che per il movimento con simultanea rotazione (elicoidale). Le sedi usate per le applicazioni pneumatiche sono diverse da quelle idrauliche a causa delle differenze di pressione e lubrificazione. Idraulica Gli O-Ring si dovrebbero utilizzare soltanto per tenuta su pistoni e steli idraulici quando lo spazio di installazione è limitato, o se la corsa dello stelo è relativamente breve con bassa frequenza, e la tenuta contro le perdite non deve essere completamente priva di trafilamenti. Infatti, una esigua fuoriuscita di fluido è opportuna poichè genera un velo lubrificante che riduce l attrito e l usura. Tenuta dinamica, tenuta interna, sede rettangolare con deformazione radiale b arrotondato t ø d5 f7 Ra 3.2 Ra 0.4 r2 Ra 1.6 C 20 ø d10 H8 ø d6 H9 30

28 r1 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza Smusso sede sede di invito t b C d2 Profondità Larghezza Smusso sede sede di invito t b C Tenuta dinamica, tenuta esterna, sede rettangolare con deformazione radiale b arrotondato Ra 3.2 C 20 t Ra 1.6 r2 Ra ø d3 h9 ø d9 f7 ø d4 H8

29 r1 Pneumatica Nel settore della pneumatica, gli O-Ring vengono principalmente usati per sigillare movimenti alternativi. La deformazione dell O-Ring deve essere inferiore a quella prevista per applicazioni nel settore idraulico al fine di mantenere bassa la perdita di potenza dovuta ad attrito, anche con lubrificazione inadeguata, per ottenere le massime durate possibili. Tenuta dinamica, tenuta interna, sede rettangolare con deformazione radiale b arrotondato t ø d5 f7 Ra 3.2 Ra 0.4 r2 Ra 1.6 C 20 ø d10 H8 ø d6 H9 32

30 r1 Dimensioni delle sedi d2 Profondità Larghezza Smusso sede sede di invito t b C d2 Profondità Larghezza Smusso sede sede di invito t b C Tenuta dinamica, tenuta esterna, sede rettangolare con deformazione radiale b arrotondato Ra 3.2 C 20 t Ra 1.6 r2 Ra ø d3 h9 ø d9 f7 ø d4 H8

31 Criteri di progettazione Dopo aver stabilito le dimensioni e la forma geometrica della sede, attenersi a quanto di seguito specificato per un corretto funzionamento. Tutti i bordi e i punti di raccordo che vengono in contatto con l O-Ring devono essere esenti da sbavature, arrotondati e se necessario lucidati. Il punto di raccordo fra il fianco della sede e la sua base r2, ed il punto di raccordo fra il fianco della sede e la superficie del pezzo r1 deve essere leggermente arrotondato. Evitare la formazione di segni, fori e graffiature sulla superficie. I valori di rugosità sono classificati secondo la norma DIN 4768 con vari parametri. In molti casi, per classificare la qualità della superficie non è sufficiente stabilire semplicemente il valore di rugosità R a, per cui vengono riportate anche la rugosità media R z, la rugosità massima R max e la percentuale di superficie di contatto t p. La percentuale di superficie di contatto, ove possibile, dovrebbe essere superiore al 50%. b I raggi relativi alla sezione sono indicati nella seguente tabella: d2 r1 r2 a r1 r2 0 up to 5 b c La finitura della superficie deve essere progettata per l applicazione specifica. Per applicazioni dinamiche, la superficie deve essere più liscia che per una applicazione di tipo statico; lo stesso è valido anche per pressioni pulsanti. Qualità delle superfici Tipo di tenuta Superficie Pressione R a [µm] R z [µm] R max [µm] dinamica superficie di tenuta a 0,4 01,2 01,6 radiale base della sede b 1,6 03,2 06,3 fianchi della sede c 3,2 06,3 10 statica superficie di tenuta a non 1,6 06,3 10 radiale / assiale base della sede b pulsante 3, ,5 fianchi della sede c 6,3 12,5 16 superficie di tenuta a pulsante 0,8 01,6 03,2 base della sede b 1,6 03,2 06,3 fianchi della sede c 3,2 06,

32 arrotondato, esente da bave arrotondato, esente da bave c c Smussi di invito Gli smussi di invito si devono utilizzare per impedire che l O-Ring venga danneggiato e per garantire una installazione corretta. Gli angoli fra gli smussi di invito ed il piano devono essere compresi fra15 e 20. Le dimensioni degli smussi C sono riportate nelle tabelle di dimensionamento delle sedi. Ampiezza del gioco Il gioco da compensare deve essere il più piccolo possibile, in modo da poter garantire i valori dei giochi e delle tolleranze indicati sui disegni e sugli schemi di installazione. Tuttavia, occorre ricordare che i carichi di lavoro, come quelli esercitati su un tubo cilindrico sotto pressione elevata, faranno allargare il gioco. Se il gioco è troppo largo, vi è un elevato rischio di estrusione. Questo significa che quando si applica pressione, l O-Ring si muove all interno del gioco dove verrà presto distrutto. In casi di tenuta dinamica, l O-Ring viene distrutto per laceramento e pelatura. Si raccomanda l uso di anelli antiestrusione per proteggere l anello dall estrusione attraverso il gioco. g Valori massimi ammessi per gioco radiale g [mm] I valori di gioco ammessi sono determinati dalla pressione, dalla durezza del materiale e dal diametro. ø d9 f7 ø d4 H8 Tipo di tenuta Pressione [bar] Durezza del materiale [Shore A] statica > > > > dinamica > > > Le dimensioni di gioco riportate in tabella sono valide per tutti gli elastomeri, ad eccezione del silicone. Sono consigliati anelli antiestrusione per dimensioni di gioco maggiori. 35

33 Istruzioni di montaggio Al fine di ottenere la migliore tenuta possibile, l O-Ring scelto dovrà avere la sezione trasversale della massima dimensione possibile. La durezza del materiale da utilizzare per l O-Ring dipende dalle pressioni, dalle ampiezze del gioco (tolleranze), dal tipo di tenuta (statica, dinamica), e dalla qualità delle superfici degli elementi da sigillare. Per applicazioni standard, si consiglia una durezza di 70 Shore A. Per applicazioni con p.es pressioni pulsanti, e specialmente per quelle ad alta pressione, si consigliano materiali di durezza sino a 90 Shore A. Deformazione L effetto di tenuta dell O-Ring viene dato dalla deformazione assiale o radiale all interno della sede di installazione. In una applicazione statica, la deformazione media deve essere del 15 30% in relazione alla sezione trasversale, in una applicazione dinamica / idraulica del 10 18% e in una applicazione dinamica / pneumatica del 4 12%. Riempimento della sede La sezione rettangolare della sede (ad eccezione dell applicazione per tenuta vuoto) deve essere maggiore del 25% circa della sezione trasversale dell O-Ring. Questo significa che l O-Ring ha abbastanza spazio per un eventuale aumento di volume se viene in contatto con un fluido aggressivo. Inoltre, la pressione del fluido può agire su un ampia parte della superficie dell O-Ring per aumentare la pressione di contatto richiesta per ottenere l effetto di tenuta. Il livello di riempimento della sede deve essere compreso fra il 70% e l 85%, ed è facilmente calcolabile con la seguente formula: Livello di riempimento A della sede = OR x100% A Sede A OR = d 2 π 2 x 4 A sede = t x b Stiramento e compressione. In fase di installazione gli O-Ring possono essere stirati o compressi entro determinati limiti, senza che questo pregiudichi la funzione di tenuta. L O-Ring installato non dovrebbe essere stirato oltre il 6% (in relazione al diametro interno), perché questo potrebbe portare ad una riduzione della sezione trasversale non accettabile. Secondo il teorema di Guldino un aumento del diametro interno dell 1% porta ad una riduzione dello 0,5% della sezione trasversale. La compressione dell O-Ring non dovrebbe essere superiore al 3%, poichè altrimenti potrebbe distorcersi nella sede. Le seguenti formule permettono di calcolare in modo semplice lo stiramento e la compressione dell O-Ring: (d3-d1) Stiramento = x100% d1 (da-d6) Compressione = x100% da da = (d1 + 2 x d2) d1 = Diametro interno dell O-Ring d2 = Diametro della sezione d2 = trasversale dell O-Ring d3 = diametro interno della sede d6 = diametro esterno della sede 36