ELEMENTI DI TENUTA PER IDRAULICA

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1 ELEMENTI DI TENUTA PER IDRAULICA

2 ELEMENTI DI TENUTA PER IDRAULICA PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEGLI ELEMENTI DI TENUTA I cilindri idraulici sono utilizzati in applicazioni meccaniche dove sono necessarie forze e movimenti alternativi. L'elemento di tenuta è una delle parti più importante dei cilindri. Gli elementi di tenuta vengono installati nella rispettive sedi con un precarico. La Figura 1 mostra l'elemento di tenuta in stato libero, il precarico dopo il montaggio della guarnizione e lo spazio libero necessario nella sede. L'elemento di tenuta è in grado di lavorare alle basse pressioni per effetto di questo precarico. La Figura 2 mostra il fluido in pressione che riempie la sede e deforma la guarnizione. Gli elementi di tenuta sono prodotti con materiali che possono modificare la loro forma quando una forza viene applicata (Figura 2) e possono ritornare alla forma originale quando questa forza scompare (Figura 1). Pertanto, gli elementi di tenuta vengono prodotti con elastomeri, termoplastici o elastomeri termoplastici. Figura 1 Elemento di tenuta in stato libero Figura 2 Elemento di tenuta in pressione SCELTA DEGLI ELEMENTI DI TENUTA I parametri più importanti nella scelta di un elemento di tenuta sono: pressione del sistema, velocità di scorrimento, temperatura media, rugosità superficiale e le tolleranze del sistema. PRESSIONE Il primo aspetto importante che dovrebbe essere esaminato nel sistema è la pressione, perché il sistema di forze di lavoro si ottiene dal diametro del cilindro e dalla pressione del sistema. Nel calcolare la pressione del sistema si consiglia di tenere in considerazione le pressioni di picco che sono generalmente superiori alle pressioni di funzionamento normale. Oggi la necessità di forze superiori richiede un aumento della pressione nei sistemi idraulici. Per questo motivo ci sono nuovi profili realizzati con materiali speciali. Kastaş offre soluzioni di tenuta che possono arrivare fino a 700 bar.le pressioni di esercizio degli elementi di tenuta sono elencate nel programma dei profili. TEMPERATURA I fluidi e la temperatura di esercizio sono tra i fattori più importanti nella scelta del materiale per gli elementi di tenuta. La temperatura ideale di lavoro per l'lemento di tenuta ed il sistema è di 50 C, ma la temperatura di esercizio può arrivare fino a 100 C. Nelle applicazioni dinamiche, gli elementi di tenuta sono in contatto diretto con la superficie di scorrimento ed è per questo che si possono avere aumenti di calore originati dalle forze di attrito. La temperatura del sistema dovrebbe essere inferiore alla temperatura di lavoro dell'elemento di tenuta. La tabella 1 mostra le temperature massime di funzionamento degli elementi di tenuta. Per applicazioni speciali che richiedono alte temperature, si consiglia di impiegare elementi di tenuta prodotti in FKM e / o composti del PTFE. Per le basse temperature, gli elementi di tenuta diventano più duri (transizione vetrosa) e non sono in grado di svolgere il lavoro necessario, ma in realtà in base al tipo di fluido, gli elementi di tenuta sono in grado di funzionare senza alcun problema fino a -40 C. Le temperature di funzionamento per gli elementi di tenuta sono elencate nel programma dei profili. 18

3 ATTRITO MISTO FORZA D'ATTRITO ATTRITO STATICO ATTRITO FLUIDO VELOCITA' Figura 3 Forza di attrito / velocità di scorrimento VELOCITA' La velocità di un cilindro può arrivare fino a 15 m / sec in funzione del materiale dell'elemento di tenuta, dal profilo e dall'applicazione. La velocità è una delle caratteristiche importanti che definisce la creazione del film di olio e le forze di attrito. La figura 3 mostra l'aumento delle forze di attrito con velocità crescente e spessore dell'olio decrescente. Ecco perché ad alta velocità di scorrimento gli elementi di tenuta devono essere realizzati in PTFE. Le velocità di scorrimento per gli elementi di tenuta sono elencate nel programma dei profili. FLUIDI La temperatura minima e massima degli elementi di tenuta variano in funzione dei i fluidi con i quali vengono impiegati. Gli elementi di tenuta possono essere utilizzati con oli minerali (DIN 51524), fluidi idraulici non infiammabili(vdma o DIN ), atmosfera, l'acqua e diversi tipi di fluidi (vedi sezione resistenza chimica dei materiali in gomma). La tabella 1 mostra i fluidi più comunemente utilizzati con gli elementi di tenuta. La viscosità dei fluidi è uno dei motivi di usura degli elementi di tenuta. Pressione e temperatura variano la viscosità dei fluidi. La viscosità dei fluidi aumenta con la pressione. L'aumento della temperatura riduce la viscosità dei fluidi (questa variazione dipende dal tipo di fluido). L'effetto della pressione e della temperatura sulla viscosità deve essere valutata al momento della scelta del tipo di fluido. TEMPERATURE DI ESERCIZIO DEI MATERIALI IMPIEGATI NEGLI ELEMENTI DI TENUTA MATERIALI STANDARD KASTAS Materiale Temperatura di funzionamento Fluidi idraulici non-infiammabili Olii Minerali VDMA или DIN HFA HFB HFC HFD Минеральные масла DIN Aria Acqua 80 NBR NBR NBR FKM FKM PU PU POM PTFE Elastomero Poliestere Tabella 1 Temperature di esercizio dei materiali impiegati per gli elementi di tenuta. 19

4 RUGOSITA' SUPERFICIALE Le superfici a contatto con gli elementi di tenuta devono essere levigate, rettificate e lucidate.la rugosità superficiale dovrebbe essere secondo le informazioni del catalogo riferite all'elemento specifico di tenuta. La Figura 4 mostra lo schema di vari materiali di elementi di tenuta a contatto con la rugosità della superficie. Come si vede in Figura 4, i materiali in gomma possono adattarsi alle irregolarità della superficie mentre, al contrario l'adattamento del PTFE non è così buono come gli altri materiali di tenuta. Il valore Ra indicato nel nostro catalogo è la media aritmetica dei valori di rugosità assoluta rispetto ad una lunghezza specifica di superficie (Figura 5). R a = 1 Lt 0 L t NBR METALLO ASSE DELLA SUPERFICIE PU METALLO PTFE METALLO Figura 4 Spigolo di tenuta a contatto con la superficie di scorrimento L t Ra Rz 1 Rz 2 Rz 3 Rz 4 Rz 5 Figure 5 Calcolo del valore di rugosità superficiale Ra. R max L L L L L L t Figura 6 Valore Rz di rugosità superficiale e calcolo delle Rmax. Rz= Rz 1 +Rz 2 +Rz 3 +Rz 4 +Rz 5 5 Il valore Rz indicato nel nostro catalogo è la media dei 5 consecutivi valori massimi di rugosità rispetto ad una lunghezza specificadi superficie, Rmax è il massimo di questi valori (Figura 6). 20

5 C= Rz 2 Rmr= x1 +x 2 +x 3 +x 4 +x 5 +x 6 L T x100 x x x L T x x x Durante il funzionamento dell'elemento di tenuta la superficie media di contatto, oltre ai valori di Ra e Rz, ha un ruolo importante. L'area superficiale di contatto RMR è il rapporto della rugosità superficiale ad una profondità C e le aree superficiali di contatto rispetto ad una lunghezza della superficie specifica. Kastaş fornisce valori di RMR nel catalogo al fine di ottimizzare le prestazioni degli elementi di tenuta secondo C = Rz / 2 (Figura 7). Figura 7 Calcolo del rapporto di rugosità superficiale Rmr % Come si può vedere dai grafici a lato, a valori simili di Rmax a profondità C, il valore RMR varia tra il 35% e 90%. La rugosità della superficie indicata nell'ultimo grafico mostra un esempio della superficie ideale. Non è consigliabile avere valori di Rmr pari al 100%. Se il valore di Rmr è superiore al 90%, la superficie di scorrimento si comporta come uno specchio e non lascia alcun film d'olio sulla superficie. Ciò danneggia l'elemento di tenuta in un breve periodo di tempo. Figura 8 Esempi di rugosità superficiale. 21

6 TOLLERANZE DI SISTEMA E TIPI DI SEDI Le tolleranze di sistema sono fattori importanti per la durata degli elementi di tenuta. Inappropriate dimensioni, tolleranze e cilindri disallineati usurano gli elementi di tenuta in un breve periodo di tempo non garantendo le prestazioni richieste dal sistema. Tutte le dimensioni e le tolleranze sono indicate nelle pagine dei prodotti del nostro catalogo. La tabella 2 mostra le tolleranze generali utilizzate nei sistemi idraulici. Il materiale del cilindro nei sistemi idraulici è normalmente prodotto in ST 52 o migliore qualità. Le superfici di scorrimento dovrebbero aver subito i trattamenti già citati(levigatura, rettifica...) al fine di ottenere i valori richiesti di rugosità superficiale. Gli steli dovrebbero essere prodotto in acciaio (cromati, rettificati e lucidati). Altre parti del cilindro dovrebbe essere in acciaio, acciaio da fusione, ghisa o materiali plastici. Di seguito sono indicati alcuni esempi di sedi di montaggio per flange o pistoni per cilindri idraulici in funzione degli elementi di tenuta e applicazioni. Pistone monoblocco Pistone in due parti Sede chiusa per guarnizione stelo Sede aperta per guarnizione stelo Figura 8-a Esempi sedi per flange e pistoni. 22

7 TOLLERANZE NEI CILINDRI IDRAULICI DIMENSIONI NOMINALI (mm) TOLLERANZE FORO (µm) TOLLERANZE ALBERO (µm) > <= H8 H9 H10 H11 H12 e9 f7 f8 f9 h8 h9 h10 h Tabella 2 Tolleranze cilindri idraulici. Estratto da ISO

8 GIOCHI DI ESTRUSIONE AMMISSIBILI Gli elastomeri utilizzati negli elementi di tenuta sono materiali visco elastici. La caratteristica viscosa è illustrata in figura 9 per mezzo di una forza P applicata ad un disco nell'acqua e la relativa posizione finale. La caratteristica elastica è schematizzata in figura 10 con una forza P applicata ad un disco collegato ad una molla.il disco si muove e quando la forza scompare, la molla ritorna alla sua posizione iniziale. Il gioco di estrusione ammissibile, indicato come "S" nel nostro catalogo, dovrebbe essere attentamente controllato per prevenire l'estrusione del materiale durante il funzionamento. Nel caso in cui si abbiano valori maggiori di gioco, rispetto a quelli indicati nel catalogo, si consiglia di utilizzare anelli antiestrusione, come indicato in figura 11. Uno dei problemi principali durante l'applicazione di un elemento di tenuta si verifica quando il gioco di estrusione non è compatibile con la pressione del sistema, provocando deformazione ed estrusione del materiale. Abbiamo indicato i valori ammissibili di gioco d'estrusione nelle pagine specifiche di ogni prodotto del nostro catalogo in funzione di valori diversi di pressioni di esercizio. L L Figura 9 Caratteristica viscosa per gli elastomeri. Figura 10 Caratteristica elastica per gli elastomeri. Figura 11 Giochi di estrusione ammissibili. 24

9 MONTAGGIO Prima dell'installazione, consigliamo vivamente di vedere la sezione" Informazioni generali per il montaggio" del Catalogo Tecnico. Un riscaldamento prima dell'installazione a +70 C, in olio caldo, renderà il materiale più elastico e sarà più facile installare la tenuta. E 'molto importante evitare tutte le condizioni che possano danneggiare il materiale dell'elemento di tenuta durante questo processo. Gli elementi di tenuta per idraulica possono essere installati manualmente in sedi aperte o chiuse. Si consiglia di utilizzare speciali strumenti di montaggio specialmente per l'installazione di elementi di tenuta in sedi chiuse. Questi strumenti di montaggio possono velocizzare l'installazione ed evitare il danneggiamento degli elementi di tenuta. Diversi tipi di utensili di montaggio sono illustrati in figura 12. Figura 12 Esempi di attrezzi di montaggio per tenute stelo in sedi chiuse. Dopo il montaggio degli elementi di tenuta, per evitare danneggiamenti sugli stessi introducendo lo stelo nella flangia, dovrebbe essere utilizzato un cono protettivo come illustrato nella figura 13. Tutti gli strumenti di montaggio non devono avere bordi taglienti e la rugosità della superficie deve essere inferiore a Rt 4 _m. Figura 13 Dispositivi di protezione dopo l'installazione delle tenute. 25

10 L'attrezzo di montaggio illustrato in figura 14 dovrebbe essere utilizzato per proteggere le guarnizioni mentre il pistone viene inserito nel foro del cilindro. Figura 14 Esempio di attrezzo di montaggio per pistoni. Il montaggio di una guarnizione compatta per pistone viene illustrata in figura 15.L'elemento di tenuta in elastomero può essere facilmente installato con l'impiego di un semplice attrezzo. Le altre parti della guarnizione compatta possono essere installate facilmente a mano. Vedi illustrazioni a seguire. Figura 15 Montaggio di una guarnizione compact. ASSEMBLAGGIO DI UN ELEMENTO DI TENUTA IN PTFE PER STELO Tutti gli attrezzi di montaggio dovrebbero essere realizzati in materiale morbido, come ad esempio POM, PA, etc per evitare danneggiamenti all'elemento di tenuta durante il montaggio. Gli elementi di tenuta possono essere facilmente installati in sedi aperte. Per evitare danneggiamenti alle tenute, consigliamo ove possibile di realizzare sedi aperte. Per sedi chiuse, viene per primo installato l'elemento energizzante e poi, l'elemento in PTFE viene collocato in testata ad un mandrino espandibile. La guida conica è centrata con la flangia (Figura 16). Il mandrino viene spinto internamente per portare l'elemento in PTFE nella rispettiva sede. Figura 16

11 Figura 17 Installazione di un elemento di tenuta in PTFE per stelo. 'elemento di tenuta in PTFE viene piegato a forma di rene senza creare spigoli vivi e collocato nella sede (Figura 17). Figura 18 Mandrino di calibrazione. Il mandrino di calibrazione mostrato in figura 18 viene utilizzato per riportare alla forma originale l'elemento in PTFE. MONTAGGIO DI ELEMENTI IN PTFE PER PISTONE Tutti gli attrezzi di montaggio dovrebbero essere realizzati in materiale morbido, come ad esempio POM, PA,etc per evitare danneggiamenti all'elemento di tenuta durante il montaggio. Gli elementi di tenuta vengono installati facilmente in un pistone in due parti ed alloggiati nella sede per mezzo del diametro del cilindro. Prima del montaggio è necessario controllare attentamente lo smusso presente nel diametro del cilindro. Al fine di riportare la tenuta in PTFE alla sua forma originale viene utilizzato un attrezzo cilindrico con smussi doppi rispetto a quelli del cilindro originale (vedi Figura 20). L'elemento in PTFE può essere riscaldato fino a 80 C in olio caldo o aria prima di essere installato nella sede. L'elemento energizzante viene inserito nella sede, evitando torsioni. L'elemento di tenuta in PTFE viene posizionato nella sede per mezzo degli strumenti di assemblaggio mostrati nella Figura 19. Figura 20 Cilindro di calibrazione. Al fine di prevenire danneggiamenti all'elemento di tenuta, il pistone deve essere installato nel foro del cilindro con lo strumento di montaggio illustrato in Figura 21. Figura 19 Attrezzo di montaggio per pistone. Figura 21 Strumento di montaggio per pistone. 27

12 ESEMPI DI MONTAGGIO K06 K22 KO KBT KO K15 K69 Esempio configurazione per impiego leggero-1. K05 K33 KO K68 KO K18 Esempio configurazione per impiego leggero-2. K07 K36 KO K68 K23 KKT KO Esempio configurazione per impiego leggero-3. 28

13 K05 K32 K29 KO K68 K69 K18 KO+K81 Esempio configurazione per impiego mediamente gravoso-4. Esempio configurazione per impiego mediamente gravoso-5. K703 K35 KBT K81+KO KBT K17 K81+KO Esempio configurazione per impiego mediamente gravoso-6. 29

14 K27 K31 K73 K29 K84 KBT KBT K73 K19 K83 DRAINAGE CHANNEL Esempio configurazione per impiego gravoso-7. K11 K34 K73 K84 KBT K73 K42 K83 Esempio configurazione per impiego gravoso-8. K05 K01 K73 K84 KBT KBT K03 K73 K81+KO Esempio configurazione per impiego gravoso-9. 30