Rola i znaczenie uszczelnień technicznych

Uszczelnienia techniczne pozwalają na znaczne zmniejszenie awaryjności ruchomych elementów maszyn i urządzeń. Właściwie dobrane mogą zredukować niepotrzebne przestoje związane ze zużyciem poszczególnych elementów oraz ograniczyć koszty eksploatacji. Uszczelnienia techniczne powinny być montowane wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko wydostania się środków smarnych lub przedostania się zanieczyszczeń z zewnątrz.

Waga zapewnienia odpowiedniego smarowania elementów ruchomych

Właściwe smarowanie jest jednym z podstawowych czynników wpływających na możliwość bezawaryjnej pracy urządzeń mechanicznych. Dostarczenie smaru pozwala na zmniejszenie niebezpieczeństwa powstawania nadmiernego tarcia, a zatem ogranicza zużycie smarowanych elementów, ale również wpływa na obniżenie powstającej temperatury, zmniejsza ryzyko pojawiania się wibracji oraz ogranicza hałas związany z pracą poszczególnych podzespołów. Środki smarne muszą być jednak nie tylko odpowiednio dystrybuowane w obrębie urządzenia i prawidłowo dobrane pod względem swoich właściwości, ale również utrzymywane w miejscu za pomocą prawidłowo przygotowanych i zamontowanych uszczelnień technicznych – wyjaśnia przedstawiciel firmy BAMART, zajmującej się dostarczaniem łożysk, pasów klinowych i środków smarnych.

Uszczelnienia techniczne są używane przy większości elementów ruchomych, np. w postaci pierścieni lub różnych osłon. Ich zadaniem jest zarówno powstrzymywanie zanieczyszczeń zewnętrznych, m.in. wilgoci, pyłów, kurzu, substancji chemicznych, czy też powstających podczas pracy urządzenia, jak i blokowanie wycieku smarów. Ochrona przed wyciekami smarów ma znaczenie nie tylko ze względu na warunki pracy maszyny, ale również z powodu możliwości zanieczyszczenia znajdujących się w pobliżu materiałów, surowców czy półproduktów.

Ze względu na to, że uszczelnienia są stosowane w różnych warunkach i muszą powstrzymywać rozmaite substancje, powinny one być odporne nie tylko na używane przy pracującym podzespole środki smarne, ale również na szeroki zakres czynników zewnętrznych. Do najważniejszych z nich należy wpływ cieczy, w tym wody i różnych środków chemicznych np. kwasów czy silnych zasad, a także podwyższona lub obniżona temperatura oraz podwyższone ciśnienie. W wielu przypadkach liczy się również odporność na uszkodzenia mechaniczne, np. ścieranie, zrywanie czy wydłużenia.

Wśród materiałów wykorzystywanych do wykonywania uszczelnień znajdują się zarówno tradycyjne, jak i bardzo nowoczesne. Do uszczelnień stosowanych od dawna należą wszelkiego rodzaju uszczelnienia zrobione z metalu, głównie stali, aluminium lub miedzi, ze względu na ich wysoką odporność na korozję, wytrzymałość mechaniczną oraz na działanie substancji chemicznych. Wykorzystywane są również takie materiały jak filc, a nawet skóra. Klasycznym materiałem uszczelniającym używanym w uszczelnieniach technicznych jest też guma, która łączy wysoką elastyczność z odpowiednią twardością i odpornością na chemikalia. Używa się zarówno elastomerów naturalnych, jak i sztucznych, m.in. kauczuku syntetycznego, np. nitrylowego.

Wśród nowocześniejszych materiałów uszczelniających znajdują się przede wszystkim rozmaite kompozyty z tworzyw sztucznych. Używa się poliuretanów, polietylenu lub poliamidów. Używane są także uszczelnienia grafitowe.

Uszczelnienia techniczne łożysk

Uszczelnienia techniczne są niezbędne w przypadku wielu części maszyn i urządzeń. Szczególnie potrzebne są jednak w przypadku połączeń różnych elementów konstrukcyjnych, np. szczelnych obudów, a także tłoków czy łożysk.

Łożyska są jednymi z najpowszechniej używanych podzespołów wymagających ochrony przed wyciekiem smaru i przedostawaniem się zanieczyszczeń. Ze względu na duże obciążenia i trudne warunki pracy ich smarowanie powinno być szczególnie dobre, a zabezpieczenia muszą stać na dobrym poziomie.

Istnieje wiele konstrukcji uszczelnień przeznaczonych do stosowania wraz z łożyskami tocznymi i wałami, na których są one pasowane. Popularnym rozwiązaniem są zarówno uszczelnienia bezstykowe, jak i stykowe. W tym pierwszym przypadku mamy do czynienia z uszczelnieniem, które wykorzystuje niewielkie szczeliny, działanie siły odśrodkowej oraz odpowiednią geometrię elementu. Wśród konstrukcji bezstykowych mamy konstrukcje labiryntowe, o złożonej budowie. Składają się one ze specjalnie opracowanych powierzchni o złożonym kształcie, które sprawiają, że szczelina między elementami ma przebieg zbliżony do wielokrotnie załamującej się krzywej. Substancje smarne miałyby wiec do pokonania mocno wydłużoną drogę.

Uszczelnienia labiryntowe sprawdzają się zwłaszcza przy maszynach pracujących z dużymi obrotami. Inną możliwością są uszczelnienia z tzw. rozrzutnikami oleju. W takim przypadku środek smarny jest utrzymywany dzięki działaniu siły odśrodkowej. Zaletą uszczelnień bezstykowych jest to, że choć są one zawsze mniej szczelne, to jednocześnie nie powodują pojawiania się dodatkowego tarcia.

Uszczelnienia stykowe wymagają kontaktu wału z uszczelką. W tym przypadku jest ona zwykle osadzana w specjalnym rowku utrzymującym ją w wybranej pozycji. Ze względu na możliwość pojawienia się tarcia środek smarny powinien znajdować się również na powierzchni styku uszczelnienia i wału. Uszczelnienia stykowe to najczęściej pierścienie z elastomerów, metalu lub kompozytu zawierającego kilka różnych materiałów.

Wśród uszczelnień stykowych można znaleźć różne konstrukcje. Do popularnych rozwiązań należą uszczelki jednowargowe, w których ochronę stanowi krawędź uszczelnienia dolegająca do wału. Stosuje się również uszczelnienia dwuwargowe, które mają dodatkowy element chroniący przed dostawaniem się pyłu w okolice wargi uszczelniającej. Oferowane są również uszczelnienia wielowargowe, w których punktów styku wału i uszczelki jest więcej. Przy elementach pracujących w szczególnie ciężkich warunkach na wale osadzana jest dodatkowa uszczelka, mająca chronić połączenie z zewnątrz, stykając się z zewnętrzną powierzchnią elementu, w którym znajduje się gniazdo montażowe łożyska. Uszczelnienia tego rodzaju noszą nazwę pierścieni typu „V”.

Jednym z najpopularniejszych rodzajów uszczelnień technicznych stosowanych w łożyskach są simmeringi. Ich części dolegające do rowków wykonanych wewnątrz gniazda mogą być wykonane z metalu lub elastomeru z elementem metalowym zapewniającym odpowiedni docisk i stabilność. Wargi stykające się z powierzchnią wału są dociskane i profilowane zwykle za pomocą metalowego pierścienia. Niezwykle często w zastosowaniach mniej wymagających używane są również oringi, które są wykonane z gumy lub innego elastomeru o przekroju kołowym, które montuje się w rowkach w postaci torusa.

Wybór właściwego uszczelnienia technicznego stosowanego w przypadku łożyska wymaga uwzględnienia wielu elementów. Do najważniejszych należy rodzaj używanego środka smarnego oraz jego specyfika, konstrukcja elementu i wynikające z niej wymagania co do sposobu pracy, np. ilość dostępnego miejsca. Ważna jest naturalnie również prędkość obrotowa, z jaką pracuje łożysko, a także występujące obciążenia, np. osiowe, promieniowe. Ogromne znaczenie mają również warunki zewnętrzne, w jakich będzie pracowało łożysko i typy substancji, które mogą przedostawać się do jego wnętrza. Przy bardziej wymagających zastosowaniach istotna będzie też chropowatość powierzchni wału, jego twardość oraz metoda obróbki.