O-krúžky – typy, normy DIN 3771 / ISO 3601 / AS568 a použitie
Ťažko nájsť v strojárstve komponent, ktorý by bol lacnejší, menší a zároveň tak závislý na presnej špecifikácii. O-krúžok stojí niekoľko centov. Chybne zvolený O-krúžok zastaví výrobný stroj, vypustí hydraulický olej do haly alebo v horšom prípade spôsobí únik chemikálie. To nie je nadsázka. Je to dôvod, prečo majú O-krúžky niekoľko medzinárodných noriem, prečo každý priemer a prierez má priradenú toleranciu a prečo servisný technik, ktorý objedná „niečo podobné“, hazarduje s opravou.
O-krúžky sa vyrábajú v tisíckach rozmerových kombinácií, z tucta materiálov a podľa viacerých vzájomne nekompatibilných normových sústav. Pre niekoho pracujúceho s európskymi strojmi platia iné tabuľky ako pre technológa opravujúceho americké zariadenie. A obe sú odlišné od japonských štandardov.
Ak hľadáte skladový sortiment O-krúžkov pre priemyselnú údržbu alebo zákazkovú výrobu atypických rozmerov, tesnenia na mieru AFINIS Group® pokrývajú celé spektrum od štandardných priemyselných O-krúžkov až po zákazkovú výrobu O-krúžkov vulkanizovaním, lisovaním, lepením a trieskovým obrábaním podľa výkresovej dokumentácie zákazníka.
Čo je O-krúžok a prečo funguje
O-krúžok je toroidálny tesniacej prvok s kruhovým prierezom. Tvar je jednoduchý. Funkcia menej. Tesnenie nevzniká len tlakom montážnej plochy na gumu. Pri natlakovaní systému tlak média pritláča O-krúžok na stenu drážky a tesniacej plochy. Čím vyšší tlak, tým vyšší kontaktný tlak. O-krúžok sa teda v prevádzke aktívne spolupodieľa na tesnení, nie je len pasívnou zátkou.
Dve dimenzie určujú každý O-krúžok. Prvou je vnútorný priemer (ID, d1). Druhou je priemer prierezu (CS, d2), teda hrúbka materiálu krúžku. Tieto dve hodnoty úplne definujú rozmer O-krúžku bez ohľadu na to, podľa akej normy sa špecifikuje.
Ako funguje stlačenie O-krúžku
Stlačenie (squeeze) je percentuálna deformácia prierezu O-krúžku po nainštalovaní do drážky. Pre statické aplikácie je odporúčané stlačenie 15 až 30 %, typicky okolo 20 %. Pre dynamické reciprokačné aplikácie je rozsah nižší: 6 až 16 %, pretože väčšie stlačenie zvyšuje trenie a teplo v pohybujúcom sa tesnení.
Príklad. O-krúžok s prierezom 3,53 mm je nainštalovaný do drážky s hĺbkou 2,83 mm. Stlačenie je (3,53 – 2,83) / 3,53 × 100 = 19,8 %. To je v odporúčanom statickom rozsahu.
Príliš malé stlačenie nestačí na utesnenie. Príliš veľké stlačenie gumu permanentne deformuje, elastický návrat sa stráca a O-krúžok prestane tesnenie po čase garantovať. Tento jav sa nazýva compression set. Compression set je jednou z najčastejších príčin tesnenia porúch pri priemyselnej prevádzke.
Tri hlavné normové sústavy a čím sa líšia
V priemysle existujú tri dominantné normové sústavy pre O-krúžky. Všetky opisujú rovnaký výrobok, ale každá inak čísluje rozmery, inak definuje tolerancie a je rozšírená v inom regióne.
DIN 3771 – európsky metrický štandard
DIN 3771 vydáva Deutsches Institut für Normung. Je to metrická norma dlhodobo rozšírená v strojárenstve strednej a západnej Európy a historicky dominujúca v česko-slovenskom priemysle.
O-krúžok podľa DIN 3771 sa identifikuje vnútorným priemerom a prierezom v milimetroch, za ktorými nasleduje písmeno kvality a kód materiálu. Príklad úplného označenia: O-ring DIN 3771 – 13,2 × 1,8 – N – NBR 70. Hodnota 13,2 je vnútorný priemer, 1,8 je priemer prierezu, N označuje normálnu kvalitu (AQL 1,0) a NBR 70 je materiál s tvrdosťou 70 IRHD.
DIN 3771 definuje dve triedy kvality. Trieda N (Normal) zodpovedá úrovni AQL 1,0, trieda S (Special) zodpovedá AQL 0,65. Pre väčšinu priemyselných aplikácií postačuje trieda N.
ISO 3601 – medzinárodný metrický štandard
ISO 3601 je medzinárodná norma s viacerými časťami. Časť 1 (ISO 3601-1) definuje vnútorné priemery, prierezy, tolerancie a kódy označenia. Časť 2 (ISO 3601-2) opisuje rozmery drážok pre štandardné aplikácie. Časť 3 (ISO 3601-3) stanovuje kritériá kvality. Časť 4 (ISO 3601-4) pokrýva záložné krúžky. Časť 5 (ISO 3601-5) sa venuje vhodnosti elastomérových materiálov.
ISO 3601-1 obsahuje dve skupiny O-krúžkov. Prvá skupina je pre všeobecné priemyselné aplikácie a používa palcové rozmery kompatibilné s AS568. Druhá skupina je pre letecké aplikácie a používa metrické rozmery.
Pre priemyselné aplikácie norma definuje dve triedy tolerancií vnútorného priemeru. Trieda B je určená pre všeobecné použitie. Trieda A má tesnejšie tolerancie a používa sa tam, kde aplikácia alebo konštrukcia drážky vyžaduje vyššiu presnosť. Úplné označenie O-krúžku podľa ISO 3601-1 vyzerá napríklad takto: O-ring-ISO3601-1-011A-7,65×1,78-S. Písmeno A za kódom veľkosti označuje triedu tolerancií, písmeno S na konci označuje špeciálnu vizuálnu kontrolu podľa ISO 3601-3.
ISO 3601 a DIN 3771 sú funkčne kompatibilné pre rozmery, ktoré pokrývajú obe normy. Zámennosť vždy treba overiť porovnaním konkrétnych tolerančných polí, nie len nominálnych rozmerov.
AS568 – americký palcový štandard
AS568 vydáva Society of Automotive Engineers (SAE). Je to americká norma v palcových jednotkách a je dominantná v Severnej Amerike, v leteckom priemysle a globálne v zariadeniach amerického pôvodu.
O-krúžky podľa AS568 sa identifikujú pomlčkovým číslom (dash number) od -001 do -475, plus séria -9## pre tesnenia armatúr (tube fitting boss seals). Prvá číslica pomlčkového čísla označuje skupinu prierezu.
Päť hlavných skupín prierezov AS568:
- Skupina 0 a 1: prierez 1,78 mm (0,070 palca)
- Skupina 2: prierez 2,62 mm (0,103 palca)
- Skupina 3: prierez 3,53 mm (0,139 palca)
- Skupina 4: prierez 5,33 mm (0,210 palca)
- Skupina 5: prierez 6,99 mm (0,275 palca)
Prehľadné porovnanie troch noriem
| Vlastnosť | DIN 3771 | ISO 3601 | AS568 |
| Vydavateľ | DIN (Nemecko) | ISO (medzinárodná) | SAE (USA) |
| Jednotky | Metrické (mm) | Metrické aj palcové | Palcové (inch) |
| Identifikácia | ID × CS + kód kvality | Kód + ID × CS + trieda | Pomlčkové číslo |
| Triedy kvality | N (AQL 1,0) a S (AQL 0,65) | Trieda A a B podľa tolerancií | Bez delenia tried |
| Rozšírenie | Európa, stredná Európa | Celosvetovo | Severná Amerika, letectvo |
| Počet veľkostí | Stovky metrických veľkostí | 709 veľkostí (inch + metric) | 379 dash numbers |
| Drážkové rozmery | Samostatné normy | ISO 3601-2 | SAE AS5857, MS28774 |
Materiály O-krúžkov a kde každý patrí
Správny materiál je rovnako dôležitý ako správny rozmer. O-krúžok zo zlého materiálu napučí, stvrdne alebo sa rozpadne, a to bez ohľadu na to, či má správny priemer.
NBR (nitrilo-butadiénový kaučuk) je najpoužívanejší materiál pre O-krúžky globálne. Pracuje v rozsahu teplôt od −40 °C do +100 °C a vykazuje výbornú odolnosť voči minerálnym olejom, hydraulickým kvapalinám na báze oleja, palivám a alifatickým uhľovodíkom. Nevhodný je pre kontakt s ketónmi, estermi a glycolovými brzdovými kvapalinami DOT 3 a DOT 4.
EPDM (etylén-propylénový kaučuk) zvládne vodu, paru, glykolovú nemrznúcu zmes a vonkajšie podmienky. Teplotný rozsah dosahuje od −50 °C do +150 °C. EPDM v kontakte s minerálnym olejom napučí a stratí funkciu. Toto nie je malý detail, je to chyba, ktorá sa v praxi vyskytuje prekvapivo často.
FKM / VITON (fluoroelastomér) je správna voľba pre agresívne palivá, kyseliny a teploty od −20 °C do +200 °C. Cena FKM O-krúžkov je 3 až 5-krát vyššia ako NBR. Pre systémy pracujúce s aromatickými palivami, halogenovanými uhľovodíkmi alebo pri prevádzkovej teplote nad +100 °C je FKM jedinou rozumnou voľbou.
MVQ (silikon) pokrýva teploty od −60 °C do +200 °C. Vyniká pri extrémnych teplotách a v potravinárskych aplikáciách. Nie je vhodný pre dynamické aplikácie s vysokým opotrebením, lebo silikon má nízku odolnosť voči abraze.
PTFE (polytetrafluóretylén) sa pre O-krúžky používa menej ako pre ploché tesnenia, ale PTFE záložné krúžky (backup rings) sú štandardným doplnkom O-krúžkov v tlakových aplikáciách.
CR (neoprén) odolá ozónu, UV žiareniu a vonkajšej atmosfére. Používa sa v chladiarenstve a klimatizácii.
Statické a dynamické O-krúžky
O-krúžky sa delia na statické a dynamické podľa toho, či tesnená plocha vykonáva pohyb.
Statické O-krúžky tesnenia spoje, kde sa časti nevyhnutné nehýbu: príruby, viečka, tlakovnímy nádoby, hydraulické bloky, armatúry. Pre statické aplikácie je tolerancia tesniacej drážky a stlačenie O-krúžku kľúčovými parametrami. Povrchová drsnosť tesniacej plochy Ra 0,8 až 1,6 µm je odporúčaná pre štandardné statické O-krúžky. Pre lepšiu tesnosť a pre kvapalné médiá s nízkou viskozitou sa odporúča Ra 0,4 µm.
Dynamické O-krúžky pracujú v spojoch s pohybom. Rozlišujú sa reciprokačné aplikácie (lineárny pohyb piestnice alebo piestu) a rotačné aplikácie (rotujúci hriadeľ). Pre reciprokačné dynamické aplikácie je stlačenie 6 až 16 %. Povrchová drsnosť valca alebo piestnice Ra 0,2 až 0,4 µm. Rotačné aplikácie s O-krúžkom sú menej časté, pretože pre rotujúce hriadele sú výhodnejšie hriadeľové tesnenia (guferá).
Pre vysokotlakové aplikácie nad 10 MPa (100 bar) sa O-krúžky kombinujú so záložnými krúžkami (backup rings) z PTFE alebo PEEK. Záložný krúžok sa umiestni na stranu, odkiaľ pôsobí tlak média, a zabraňuje extruovaniu O-krúžku do vôle spoja.
Prečo O-krúžok vyletí alebo prestane tesnenie
Poruchy O-krúžkov majú spravidla identifikovateľnú príčinu. Demontovaný O-krúžok po zlyhaní hovorí viac ako akákoľvek diagnostická správa.
Ploché, vytlačené plochy na priereze (compression set) sú prejavom trvalej deformácie. Materiál stratil elastický návrat. Príčiny: nevhodný materiál s inherentne zlým compression set, prílišné stlačenie v drážke, nadmerná prevádzková teplota alebo dlhodobé pôsobenie nekompatibilného média.
Extruzia do medzery spoja je dobre rozoznateľná: O-krúžok má na jednej strane „chvost“ vytlačeného materiálu. Príčiny: príliš veľká medzera medzi tesniacimi plochami, príliš nízka tvrdosť materiálu pre daný tlak, chýbajúci záložný krúžok.
Trhliny a prasklinky na povrchu v smere kolmom na os O-krúžku indikujú chemickú degradáciu. Ozón, UV žiarenie alebo nekompatibilné médium napadli materiál.
Napučanie O-krúžku (viditeľné ako zväčšenie prierezu a deformácia tvaru) naznačuje absorpciu média. NBR v kontakte s ketónmi alebo EPDM v kontakte s olejom napučí rýchlo a výrazne.
Odreté povrchové plochy na dynamickom O-krúžku indikujú nedostatočné mazanie, prílišné stlačenie alebo drsnosť tesniacej plochy mimo tolerancií.
Trhnutý O-krúžok s čistou trhnutou hranou väčšinou poukazuje na poškodenie pri montáži: ostrá hrana drážky, horná strana špliny alebo pero, cez ktoré O-krúžok prešiel pri nainštalovaní.
Ako zmerať O-krúžok pre náhradu
Vnútorný priemer merajte posuvným meradlom na rovnom povrchu na dvoch miestach otočených o 90°. Pre veľké O-krúžky, ktoré nie je možné priamo zmerať, vypočítajte priemer z obvodu: ID = (obvod / π) – CS. Obe merania spriemerujte.
Prierez merajte externým ramenom posuvného meradla na štyroch miestach rovnomerne rozmiestnených po obvode. Nepritláčajte meradlo. Spriemerujte štyri hodnoty. Ak sa merania líšia o viac ako 0,05 mm, O-krúžok je poškodený alebo mimo výrobnej tolerancie.
Keď máte ID a CS, vyhľadajte najbližší štandardný rozmer v tabuľke príslušnej normy: DIN 3771 alebo ISO 3601 pre metrické zariadenia európskeho pôvodu, AS568 pre americké zariadenia.
Zákazková výroba O-krúžkov
Štandardné normatívne rozmery pokrývajú drvivú väčšinu bežných aplikácií. Nie každú. Zastarané stroje, špeciálne konštrukčné riešenia, veľké priemery alebo exotické materiálové kombinácie vyžadujú atypické O-krúžky, ktoré v katalógoch jednoducho nie sú.
AFINIS FLEX® realizuje zákazkovú výrobu O-krúžkov štyrmi rôznymi technológiami. Vulkanizáciou sa vyrábajú O-krúžky z priamych gumových šnúr spájaných za tepla. Lisovanie umožňuje sériové tesnenia tesnenia s presnou geometriou. Lepenie je rýchla metóda pre prototypy a malé série. Trieskové obrábanie (sústruženie) z tyčí je vhodné pre technické plasty vrátane PTFE.
Pre každú z týchto technológií platia iné rozsahové limity a iné tolerančné možnosti. Výber technológie závisí od priemeru, materiálu, požadovanej tolerancie a objemu výroby.
Správna montáž O-krúžku
O-krúžok vyžaduje čistú drážku bez otrepov, triesok a oxidačných produktov. Pred montážou lekko potrite O-krúžok mazivom kompatibilným s tesneným médiom. Na EPDM O-krúžky sa používa silikónový tuk, nie olej na báze ropných produktov.
Ak O-krúžok prechádza pri montáži cez drážku pre pero, špliňovanie alebo iný ostrý tvar, zakryte ho ochrannou páskou alebo montážnym puzdrom. Čistý rez pri montáži je najčastejšia príčina okamžitého úniku po oprave.
Po nainštalovaní, pred spustením systému, skontrolujte, či O-krúžok leží rovnomerne v drážke a nie je skrútený. Skrútený O-krúžok netesní správne v žiadnom tlaku.
Čo určuje životnosť O-krúžku v prevádzke
O-krúžky v statických aplikáciách pri správnej dimenzii a materiáli vydržia roky bez výmeny. V dynamických aplikáciách závisí životnosť od počtu cyklov, rýchlosti pohybu a mazania. NBR O-krúžky bežne pracujú v hydraulike od −40 °C do +100 °C pri tlakoch do 5 MPa bez záložného krúžku a do 35 MPa so záložným krúžkom z PTFE.
Rozhodujúce faktory sú štyri: správny materiál pre médium a teplotu, správne stlačenie v drážke, kvalita povrchu tesniacej plochy a čistota montáže. Všetky štyri musia byť splnené naraz. Jeden chybný parameter stačí na to, aby sa výmena O-krúžku opakovala znova za niekoľko týždňov.
AFINIS TRADE® ponúka O-krúžky v rozsiahlom skladovom sortimente viac ako 85 000 položiek pre priemyselnú údržbu a servisné organizácie. Pre atypické rozmery alebo špeciálne materiálové požiadavky je k dispozícii zákazková výroba prostredníctvom AFINIS FLEX®. Odborne vyškolení pracovníci poradia pri výbere správneho rozmeru, normy aj materiálu.
