Dobór uszczelnienia technicznego zależy nie tylko od jego kształtu, lecz także od ruchu części, materiału i warunków pracy maszyny. Innego rozwiązania wymaga nieruchome połączenie, innego wał obrotowy, a jeszcze innego siłownik pracujący ruchem posuwisto-zwrotnym; znaczenie mają również medium, temperatura, ciśnienie, wymiary oraz sposób montażu.

Rodzaje uszczelnień technicznych według ruchu i sposobu zabudowy

Podstawowy podział uszczelnień technicznych opiera się na tym, czy współpracujące części pozostają względem siebie nieruchome, czy przemieszczają się. Uszczelnienia statyczne stosuje się w połączeniach, w których uszczelniane elementy nie wykonują względem siebie ruchu. Uszczelnienia dynamiczne współpracują natomiast z częściami poruszającymi się względem siebie.

W grupie dynamicznej wyróżnia się między innymi uszczelnienia do ruchu obrotowego oraz ruchu posuwisto-zwrotnego. Pierwsze są związane z ruchem obrotowym, a drugie z liniowym przemieszczaniem elementu w obu kierunkach. Sam fakt występowania ruchu nie wystarcza więc do określenia rodzaju uszczelnienia — znaczenie ma również jego charakter.

Drugim kryterium jest sposób zabudowy. Uszczelnienie może być umieszczone między współpracującymi powierzchniami, w rowku lub w gnieździe, zależnie od konstrukcji węzła. O-ringi mogą być stosowane zarówno w elementach statycznych, jak i ruchomych, dlatego ich klasyfikacja zależy od konkretnego zastosowania.

Uszczelnienia statyczne: O-ringi, uszczelki płaskie i elementy kołnierzowe

Uszczelnienia statyczne stosuje się w połączeniach, w których współpracujące części nie przemieszczają się względem siebie. O szczelności decydują przede wszystkim docisk elementu uszczelniającego oraz dopasowanie powierzchni. Wybór rozwiązania zależy od geometrii połączenia i sposobu osadzenia uszczelnienia.

• O-ringi to elastyczne pierścienie o okrągłym przekroju. Umieszcza się je w odpowiednio przygotowanym rowku, gdzie docisk między współpracującymi elementami umożliwia uszczelnienie połączenia. Stosuje się je między innymi między cylindrem a pokrywą końcową siłownika.
• Uszczelki płaskie służą do szczelnego łączenia powierzchni. Są dociskane między elementami połączenia, dlatego ich działanie zależy od przylegania oraz równomierności docisku. Mogą być wykonywane z płyt gumowych i tworzyw konstrukcyjnych.
• Elementy kołnierzowe stosuje się w połączeniach obejmujących kołnierze lub podobne powierzchnie łączone. Uszczelnienie powinno odpowiadać geometrii styku, a jego prawidłowe ułożenie i docisk są istotne dla zachowania szczelności.

Przy rozpoznawaniu rozwiązania do nieruchomego połączenia należy sprawdzić, czy konstrukcja przewiduje rowek pod pierścień, płaszczyzny do połączenia uszczelką płaską, czy powierzchnie kołnierzowe. Określenie uszczelniacz siłownika nie przesądza jeszcze o rodzaju elementu: w nieruchomych częściach siłownika może nim być oring płaski albo uszczelka płaska.

Uszczelnienia dynamiczne: simeringi, uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe

Uszczelnienia dynamiczne stosuje się wtedy, gdy uszczelniane części przemieszczają się względem siebie. Ze względu na rodzaj ruchu wyróżnia się rozwiązania przeznaczone między innymi do wałów obrotowych oraz do ruchu posuwisto-zwrotnego elementów siłowników.

• Simeringi to promieniowe uszczelnienia wałów przeznaczone do ruchu obrotowego.
• Uszczelnienia tłokowe stosuje się w siłownikach hydraulicznych i pneumatycznych. Współpracują z tłokiem przemieszczającym się ruchem posuwisto-zwrotnym.
• Uszczelnienia tłoczyskowe są przeznaczone do siłowników, w których tłoczysko wykonuje ruch posuwisto-zwrotny względem obudowy.

Podstawą wyboru jest rozpoznanie rodzaju ruchu. Dla obracającego się wału właściwą grupą są uszczelnienia ruchu obrotowego, natomiast w siłowniku trzeba odróżnić uszczelnienie tłoka od uszczelnienia tłoczyska. Określenie uszczelniacz siłownika jest zbyt ogólne, by wskazać konkretny element.

Materiały uszczelnień a odporność na temperaturę, ciśnienie i media robocze

Materiał uszczelnienia należy oceniać razem z warunkami pracy. Znaczenie mają przede wszystkim temperatura, ciśnienie, rodzaj medium roboczego oraz wymagania mechaniczne, takie jak ruch, tarcie i przewidywane zużycie. Dlatego ten sam typ konstrukcji może wymagać innego materiału w zależności od zastosowania.

Elastomery, czyli materiały gumowe, są stosowane tam, gdzie potrzebna jest elastyczność i dopasowanie do powierzchni. NBR wykazuje dobrą odporność na oleje. EPDM, silikon oraz inne elastomery mają odmienne właściwości, dlatego ich przydatność należy odnosić do konkretnego medium i temperatury. Viton, określany także jako FPM lub FKM, jest kauczukiem fluorowym o odporności chemicznej i temperaturowej. Nie oznacza to jednak, że każdy wariant elastomeru będzie odpowiedni dla dowolnego płynu, gazu lub obciążenia.

PTFE i elastomery fluorowe są kojarzone z wysoką odpornością chemiczną i temperaturową. PTFE może być brany pod uwagę także wtedy, gdy istotne są wymagania dotyczące tarcia, jednak jego zastosowanie zależy od konstrukcji uszczelnienia i warunków ruchu. Materiały włókniste oraz komponenty wzmacniające, takie jak elementy metalowe, stosuje się w rozwiązaniach, w których znaczenie ma wytrzymałość konstrukcji i odporność mechaniczna. Elementy metalowe mogą pełnić funkcję samodzielnego uszczelnienia albo wzmacniać konstrukcję wyrobu.

Przy ocenie materiału trzeba sprawdzić jednocześnie jego zachowanie w temperaturze roboczej, zdolność do utrzymania szczelności pod ciśnieniem oraz kontakt z medium. Konkretna odporność zależy od materiału, jego wariantu i warunków pracy, dlatego nie istnieje jeden uniwersalny materiał odpowiedni do każdego zastosowania.

Elastomery: NBR, EPDM, FKM i silikon

Wybór elastomeru nie powinien opierać się na samej nazwie materiału. Trzeba sprawdzić jego odporność chemiczną i temperaturową, elastyczność oraz wymagania związane z ruchem i utrzymaniem szczelności. Istotny jest także konkretny wariant mieszanki, jej twardość oraz konstrukcja uszczelnienia.

Materiał	Właściwość istotna przy doborze	Co wymaga potwierdzenia
NBR	Dobra odporność na oleje; elastyczność przydatna w uszczelnieniach	Kompatybilność z konkretnym medium, temperatura i warunki pracy
EPDM	Przydatność zależna od odporności na dane medium i temperaturę	Zachowanie wobec konkretnego płynu oraz właściwości wybranej mieszanki
FKM/FPM	Kauczuk fluorowy o odporności chemicznej i temperaturowej	Kompatybilność z konkretną substancją, temperaturą i obciążeniem
Silikon	Wysoka odporność chemiczna i temperaturowa oraz elastyczność	Odporność w danym zastosowaniu i wymagania dotyczące pracy

NBR jest często stosowany przy kontakcie z olejami, jednak nie oznacza to automatycznej zgodności z każdym olejem, paliwem lub smarem. EPDM należy oceniać przez pryzmat konkretnego medium i temperatury. FKM, znany również jako FPM lub Viton, może być wybierany tam, gdzie znaczenie ma podwyższona odporność chemiczna i temperaturowa. W przypadku silikonu trzeba sprawdzić, czy dany wariant odpowiada wymaganiom kontaktu z medium oraz pracy uszczelnienia. Niektóre uszczelnienia silikonowe są oferowane z atestami do kontaktu z żywnością, ale dotyczy to określonych wyrobów, a nie całej grupy materiałowej.

PTFE, materiały włókniste oraz uszczelnienia metalowe

Poza elastomerami w uszczelnieniach technicznych stosuje się także tworzywa, materiały uszczelkarskie i metale. Ich przydatność zależy również od geometrii połączenia, docisku oraz warunków pracy.

Grupa materiałowa	Charakterystyka	Co uwzględnić
PTFE (teflon)	Tworzywo o wysokiej odporności chemicznej i temperaturowej	Dopasowanie do geometrii uszczelnienia, docisku i warunków pracy
Materiały włókniste	Grupa obejmująca między innymi klingeryt i filc techniczny	Rodzaj konkretnego materiału oraz wymagania połączenia
Uszczelnienia metalowe	Przykładowo wykonywane z miedzi; stosowane między innymi w hydraulice siłowej	Geometria połączenia, docisk i warunki pracy

PTFE, nazywany także teflonem, stosuje się przede wszystkim wtedy, gdy istotna jest wysoka odporność chemiczna i temperaturowa. Sam wybór tworzywa nie zastępuje jednak oceny konstrukcji połączenia. Uszczelnienie musi odpowiadać jego geometrii, a uzyskana szczelność zależy również od prawidłowego docisku.

Materiały włókniste obejmują różne rozwiązania, między innymi klingeryt i filc techniczny. Nie tworzą jednolitej grupy o identycznych właściwościach, dlatego materiał powinien być oceniany jako konkretny wyrób, a nie wyłącznie według ogólnej kategorii. Podobna ostrożność dotyczy metali. Miedź może być wykorzystywana w uszczelnieniach metalowych, także w hydraulice siłowej, lecz o przydatności danego elementu decydują jego wykonanie, sposób osadzenia i warunki pracy.

Jak dobrać uszczelnienie do warunków pracy maszyny

Dobór uszczelnienia warto zacząć od opisania rzeczywistych warunków pracy. Najpierw trzeba określić medium robocze i jego agresywność, a następnie zestawić je z temperaturą występującą w medium i otoczeniu. Kolejnym kryterium jest ciśnienie robocze, ponieważ uszczelnienie musi zachować szczelność przy obciążeniu właściwym dla danej aplikacji.

Istotny jest również rodzaj ruchu: statyczny, obrotowy albo posuwisty. W przypadku elementów poruszających się trzeba określić także prędkość ruchu, ponieważ wpływa ona na tarcie i przewidywane zużycie. Te informacje są ważne między innymi przy doborze uszczelnienia siłownika do pracy tłoka lub tłoczyska. Sama informacja o typie maszyny nie zastępuje danych o jej konkretnym układzie.

Drugi etap obejmuje kwestie konstrukcyjne i eksploatacyjne. Trzeba sprawdzić geometrię powierzchni uszczelnianych, wymiary zabudowy oraz dostępne miejsce na element. Znaczenie ma także sposób montażu, w tym to, czy uszczelnienie jest dzielone czy bezkońcowe, ponieważ wpływa to na możliwość osadzenia i późniejszą trwałość rozwiązania. W ocenie trzeba uwzględnić również wymagany poziom tarcia oraz oczekiwane zużycie.

Przed zamówieniem warto przygotować zestaw danych obejmujący medium, temperaturę, ciśnienie, rodzaj i prędkość ruchu, wymiary zabudowy, geometrię, sposób montażu oraz wymagania dotyczące trwałości. Jeśli brakuje któregoś z tych parametrów albo warunki pracy są zmienne, ostateczny wybór powinien zostać zweryfikowany na podstawie dokumentacji technicznej lub z producentem konkretnego rozwiązania.

Medium, temperatura, ciśnienie i parametry ruchu

Przy ocenie warunków pracy nie należy rozpatrywać medium, temperatury ani ciśnienia osobno. Ich znaczenie zależy również od konstrukcji uszczelnienia i rodzaju ruchu, dlatego pojedyncza deklarowana właściwość materiału nie przesądza o przydatności w konkretnej aplikacji.

• Medium robocze: trzeba określić jego rodzaj oraz sprawdzić kompatybilność z materiałem uszczelnienia. Znaczenie mogą mieć także warunki otoczenia, takie jak wilgoć, pył lub kontakt z innymi substancjami.
• Temperatura pracy: trzeba określić temperaturę medium oraz otoczenia. Obie wartości powinny odpowiadać odporności termicznej konkretnego materiału i wariantu uszczelnienia.
• Ciśnienie robocze: trzeba określić rzeczywiste obciążenie układu, ponieważ uszczelnienie musi zachować szczelność przy warunkach właściwych dla danej konstrukcji. Sam typ urządzenia nie wystarcza do takiej oceny.
• Rodzaj ruchu: w zabudowie statycznej elementy pozostają względem siebie nieruchome. W układzie dynamicznym uszczelnienie współpracuje z przemieszczającą się częścią; ruch może być obrotowy albo posuwisto-zwrotny.
• Prędkość ruchu: przy elementach ruchomych trzeba ją zestawić z konstrukcją i materiałem uszczelnienia, ponieważ wpływa na tarcie oraz przewidywane zużycie.

Wymiary, sposób montażu, tarcie i przewidywane zużycie

Po określeniu rodzaju ruchu i warunków pracy trzeba sprawdzić geometrię zabudowy. Wymiary uszczelnienia powinny odpowiadać gniazdu oraz elementowi współpracującemu. Znaczenie ma także dostępne miejsce, ponieważ sposób montażu wpływa na dopasowanie uszczelnienia i ryzyko jego uszkodzenia podczas instalacji. Uszczelki płaskie występują w różnych kształtach i rozmiarach, dlatego należy dobrać je do konkretnej konstrukcji.

Przed zamówieniem lub montażem warto zebrać następujące dane:

• Wymiary gniazda: należy sprawdzić jego średnicę, szerokość, głębokość i kształt, a także powierzchnię, z którą uszczelnienie będzie współpracować.
• Element współpracujący: trzeba uwzględnić jego wymiary oraz rodzaj ruchu względem uszczelnienia. Inne wymagania może mieć część nieruchoma, a inne element poruszający się obrotowo lub posuwisto-zwrotnie.
• Sposób montażu: należy ustalić kierunek osadzania, dostęp do gniazda i możliwość bezpiecznego wprowadzenia elementu, aby ograniczyć ryzyko uszkodzenia uszczelnienia.
• Tarcie: przy uszczelnieniach dynamicznych trzeba uwzględnić kontakt z poruszającym się elementem oraz jego wpływ na opory ruchu i współpracę układu.
• Przewidywane zużycie: warto określić, jak zużycie będzie oceniane w eksploatacji, ponieważ jest ono jednym z elementów oceny przydatności uszczelnienia.

Sama nazwa elementu, na przykład uszczelniacz siłownika, nie określa geometrii gniazda ani warunków zabudowy. Uszczelnienia techniczne mogą być wykonywane w niestandardowych wymiarach, ale również wtedy trzeba sprawdzić konstrukcję i sposób montażu.

Specyfika uszczelnień do hydrauliki, pneumatyki i wałów obrotowych

Rodzaj maszyny nie wystarcza do wyboru elementu uszczelniającego — znaczenie mają przede wszystkim kierunek ruchu i konstrukcja miejsca zabudowy. W siłownikach hydraulicznych oraz pneumatycznych uszczelnienia współpracują z elementami wykonującymi ruch posuwisto-zwrotny. Wał obracający się względem korpusu wymaga natomiast rozwiązania przeznaczonego do ruchu obrotowego.

Obszar zastosowania	Charakter pracy	Przykładowe elementy
Siłowniki hydrauliczne	Ruch posuwisto-zwrotny	O-ringi, uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe, pierścienie prowadzące oraz zgarniacze
Siłowniki pneumatyczne	Ruch posuwisto-zwrotny	Uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe, pierścienie prowadzące, zgarniacze oraz taśmy prowadzące
Wały obrotowe	Ruch obrotowy względem korpusu	Simeringi i inne uszczelnienia przeznaczone do promieniowego uszczelniania wału

W siłownikach można stosować uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe, a także pierścienie prowadzące oraz zgarniacze. Taśmy prowadzące znajdują zastosowanie zarówno w siłownikach hydraulicznych, jak i pneumatycznych. Dobór elementu zależy od konstrukcji siłownika, medium, ciśnienia i charakteru ruchu.

Przy wale obrotowym stosuje się rozwiązania przeznaczone do promieniowego uszczelniania wału w miejscu jego przejścia przez korpus, w tym simeringi. Sama nazwa „uszczelniacz siłownika” nie wskazuje, czy potrzebny jest element tłokowy, tłoczyskowy czy prowadzący — rozstrzygają to konstrukcja oraz warunki pracy.

Uszczelnienia niestandardowe: kiedy potrzebne jest wykonanie według wzoru

Standardowy element może nie odpowiadać aplikacji, gdy problemem jest nietypowa geometria, wymiar albo sposób zabudowy. Dotyczy to między innymi uszczelnień o niestandardowym kształcie lub przekroju, których nie da się zastąpić typowym rozmiarem bez zmiany konstrukcji. Uszczelki płaskie mogą mieć różne kształty i rozmiary, dlatego w takich przypadkach wykonuje się je zgodnie z rzeczywistą geometrią połączenia.

Wykonanie według wzoru jest zasadne także wtedy, gdy nie ma dostępnej dokumentacji technicznej, ale istniejący element można dostarczyć do odwzorowania. Przydatny będzie również dokładny komplet wymiarów. Jeżeli uszczelnienie ma współpracować z ruchem posuwisto-zwrotnym, sam ogólny opis zastosowania, taki jak uszczelniacz siłownika, nie wystarczy do określenia właściwego kształtu i zabudowy.

• Nietypowy kształt lub wymiar – gdy standardowy asortyment nie odpowiada obrysowi, grubości albo średnicy elementu.
• Specjalny przekrój – gdy uszczelnienie musi mieć formę inną niż typowa dla dostępnych elementów.
• Niestandardowa zabudowa – gdy występują ograniczenia przestrzenne, nietypowe gniazdo lub układ otworów.
• Uszczelka zakuwana – gdy otwory są wzmacniane blachą stalową lub miedzianą.

Do weryfikacji rozwiązania należy przygotować rysunek techniczny, wzór albo komplet wymiarów, a także opisać miejsce zabudowy i wymagania aplikacji. Sama geometria nie przesądza bowiem o poprawności rozwiązania, jeśli nie wiadomo, w jakich warunkach uszczelnienie będzie pracować. Produkcja niestandardowa umożliwia dostosowanie elementu do specyficznych wymagań aplikacji, ale wymaga wcześniejszego sprawdzenia dokumentacji i założeń pracy.

Jak zweryfikować jakość, dopasowanie i bezpieczeństwo uszczelnienia

Weryfikację uszczelnienia najlepiej przeprowadzić przed zamówieniem i po otrzymaniu elementu. Punktem wyjścia jest porównanie jego oznaczenia, materiału i wymiarów z rysunkiem technicznym, kartą produktu lub wymaganiami konstrukcji. Trzeba też potwierdzić, czy element przeznaczono do pracy statycznej, czy dynamicznej. Sam wygląd ani ogólna nazwa zastosowania, na przykład uszczelniacz siłownika, nie wystarczą do oceny dopasowania.

• Materiał i wymiary – sprawdź oznaczenie materiału, średnice, przekrój, grubość oraz zgodność z gniazdem i współpracującymi powierzchniami.
• Warunki pracy – porównaj przeznaczenie uszczelnienia z medium roboczym, temperaturą, ciśnieniem oraz rodzajem i parametrami ruchu.
• Stan wykonania – obejrzyj element pod kątem pęknięć, nacięć, deformacji, zadziorów, porowatości i innych uszkodzeń mechanicznych.
• Dokumentacja – zweryfikuj kartę produktu, rysunek, oznaczenie partii oraz informacje dotyczące montażu i zastosowania. Dokumentacja powinna pozwalać powiązać produkt z wymaganiami konkretnej aplikacji.
• Certyfikaty i dopuszczenia – jeżeli są wymagane, sprawdź aktualność i zakres dokumentów, takich jak ISO 9001, atesty FDA, dopuszczenia UDT lub dokumenty Polskiego Rejestru Statków.

Certyfikat lub norma mogą potwierdzać określony poziom jakości albo bezpieczeństwa, lecz nie zastępują oceny kompatybilności z konkretnym medium, temperaturą, ciśnieniem i konstrukcją. W trudnych warunkach dodatkowe informacje może dostarczyć diagnostyka przemysłowa, w tym diagnostyka ultradźwiękowa i analiza oleju. Ich wynik warto zestawić z dokumentacją oraz oględzinami miejsca zabudowy.