Těsnicí kroužek Star Seal (X-Ring nebo Quad-Ring) je vysoce výkonný těsnicí prvek široce používaný pro vratný pohyb v moderních hydraulických a pneumatických systémech. Jeho jedinečná konstrukce poskytuje vynikající těsnicí výkon v mnoha aplikacích.
1. Analýza struktury jádra
Těsnicí kroužek Star Seal Ring je pojmenován podle charakteristik svého průřezu. Jak je znázorněno na obrázku 1, jeho průřez tvoří čtyři symetricky rozložené těsnicí břity, což vede k výraznému tvaru „hvězdy“ nebo „X“. Na rozdíl od jednoduchého kruhového průřezu O-kroužku patří jeho strukturální vlastnosti:
- Čtyřhranný design:Po instalaci do drážky vytvoří čtyři těsnicí břity (horní, spodní, levý, pravý).
- Vnitřní dutina:Uprostřed průřezu se nachází relativně uzavřená dutinová struktura.
- Kompatibilita s drážkami:Jeho konstrukce je kompatibilní se standardními drážkami pro O-kroužky, což často umožňuje přímou výměnu O-kroužků.
2. Hlavní výhody hvězdicové struktury
Tato sofistikovaná čtyřbřitá konstrukce poskytuje významné zlepšení výkonu:
- Výjimečná spolehlivost těsnění:
- Redundantní těsnění:Vytváří více těsnicích bariér; i když je poškozen jeden břit nebo se vytvoří malá netěsnost, ostatní břity si zachovávají těsnicí účinnost.
- Vynikající nízkotlaké těsnění:Unikátní průřez zajišťuje rovnoměrnější rozložení kontaktního napětí a snadnější dosažení počátečního kontaktního tlaku potřebného pro utěsnění, což vyniká v prostředí s nízkým tlakem a dokonce i vakuem.
- Vynikající nízká odolnost proti tření a kroucení:
- Rovnoměrné rozložení napětí:Čtyři břity sdílejí radiální zatížení, což má za následek nižší kontaktní napětí na jednotkové ploše než u těsnění s jedním břitem nebo O-kroužků. Vnitřní dutina absorbuje kompresi a zabraňuje nadměrnému stlačení.
- Vysoká odolnost proti kroucení:Symetrická konstrukce nabízí silnou odolnost proti kroucení za dynamických podmínek (např. nerovnoměrné zatížení nebo radiální vychýlení v hydraulických válcích), čímž snižuje riziko poruchy.
- Snížený efekt zasekávání a uklouzávání:Hladší třecí charakteristiky pomáhají zmírnit „stick-slip“ při pohybu nízkou rychlostí a zajišťují tak plynulejší pohyb.
- Dobrá mazací schopnost:
- Vnitřní dutina uchovává malé množství mazacího média, které zajišťuje nepřetržité mazání břitů, což je zásadní pro životnost dynamických těsnění.
- Vynikající odolnost proti opotřebení:
- Zatížení je rozděleno mezi více břitů, čímž se snižuje tlak na každý břit. V kombinaci s inherentně nízkými koeficienty tření je celková míra opotřebení nižší.
- Dobrá odolnost proti vytlačování:
- Kompaktní a robustní konstrukce odolává vytlačování do mezer (vytlačovacímu selhání) lépe než tradiční O-kroužky, a to i za vysokého tlaku nebo při větší vůli.
3. Srovnání s jinými těsnicími konstrukcemi
Klíčové srovnání výkonu mezi těsnicím kroužkem Star Seal a běžně používanými O-kroužky (statické/dynamické) a břitovými těsněními (primárně pro dynamické těsnění):
Tabulka 1: Těsnicí kroužek hvězdice (pístové těsnění) vs. O-kroužek a břitové těsnění (např. U-Cup)
| Ukazatel výkonnosti | Hvězdný těsnicí kroužek (X-kroužek) | O-kroužek | Typické břitové těsnění (např. U-kroužek, Y-kroužek) |
|---|---|---|---|
| Princip těsnění | Symetrický čtyřbřitý kontakt | Radiální kompresní čelní těsnění | Asymetrické jednobřité/dvoubřité těsnění |
| Odolnost proti tření | Nízká až střední(Symetrické sdílení zátěže) | Vysoký(Velká kontaktní plocha) | Nízký(Kontakt linky/pásma) |
| Odolnost proti kroucení | Vynikající(Symetrický) | Chudý(Náchylné ke spirálovému selhání) | Mírný(Lze převrátit/stříhat) |
| Spolehlivost těsnění | Vysoký(Vícebariérová, dobrá nízkotlaká) | Dobré (statické)/Střední (dynamické) | Vysoký(Vysoký kontaktní tlak) |
| Odolnost proti opotřebení | Vynikající(Sdílení zátěže) | Střední (statické)/Špatné (dynamické) | Dobrý(Koncentrované napětí) |
| Odolnost proti vytlačování | Dobrý | Chudý | Vynikající(Navrženo s záložním kroužkem) |
| Použitelný rozsah tlaku | Středně vysoká(Vyžaduje záložní kroužek pro VHP) | Nízká-Střední (Dyn)/Vysoká (Stat s BR) | Široký(Nízký až velmi vysoký tlak) |
| Použitelná rychlost | Středně vysoká | Nízký | Středně vysoká |
| Požadavek na prostor | Podobné jako O-kroužek | Nejmenší | Větší(Klíčový je design drážky) |
| Instalace | Péče o orientaci rtů(Obvykle nesměrové) | Jednoduchý | Kritická orientace |
| Náklady | Střední až vysoká | Nejnižší | Mírný |
Hlavní nevýhody:
- Vyšší cena než u O-kroužků:Složitá struktura zvyšuje výrobní náklady.
- Požadovaná péče při instalaci:I když nejsou citlivé na směr jako břitová těsnění, je třeba dbát na to, aby se břit nepoškodil během instalace přes ostré hrany (vyžaduje to vodítka).
- VHP vyžaduje zálohu:Stejně jako O-kroužky jsou i záložní kroužky nezbytné pro optimální odolnost proti vytlačování při velmi vysokých tlacích (např. > 70 MPa).
4. Běžné materiály a typické aplikace
Výběr materiálu je klíčový. Mezi běžné materiály, které se používají především v hydraulických/pneumatických médiích, patří:
- Nitrilový kaučuk (NBR):
- Vlastnosti:Vynikající odolnost vůči minerálnímu oleji a palivu; dobrá odolnost proti opotřebení a pevnost; cenově výhodné;Maximální teplota: ~100–120 °C (v závislosti na stupni);Minimální teplota: ~-30 až -40 °C (v závislosti na stupni); mírná odolnost vůči ozonu/povětrnostním vlivům.
- Aplikace: NejběžnějšíMateriál. Široce používaný v průmyslové hydraulice (stavební práce, vstřikování plastů, obráběcí stroje), automobilových brzdových systémech, pneumatických zařízeních s minerálním olejem, kapalinách HFA/HFB, směsi voda-glykol, palivech – tam, kde teplota není kritická. >70 % využití X-kroužků.
- Hydrogenovaný nitrilový kaučuk (HNBR):
- Vlastnosti:Lepší než NBR: vyšší tepelná odolnost (+140–150 °C), odolnost proti ozonu/chemickým látkám; lepší pevnost a opotřebení; zachovává si odolnost proti olejům; vyšší cena než NBR.
- Aplikace:Pro vyšší teploty, náročné oleje (maziva s vysokým obsahem aditiv) nebo potřeby delší životnosti. Např. těsnění automobilových motorů, vysoce výkonná hydraulika, systémy s horkým olejem.
- Fluoroelastomer (FKM, Viton®):
- Vlastnosti: Vynikající tepelná odolnost (+200–230 °C), vynikající chemická odolnost(oleje, paliva, minerální kyseliny, rozpouštědla); vynikající odolnost vůči ozonu/povětrnostním vlivům;špatné nízké teploty (-20 až -30 °C);vysoké náklady; rozkládá se v horké vodě/páře.
- Aplikace:Vysokoteplotní prostředí (motory, turbíny), agresivní paliva, syntetická esterová maziva (např. letecké kapaliny), kyseliny/zásady (nežíravé), speciální chemikálie. Standard pro vysokoteplotní kapaliny, jako jsou fosfátové estery.
- Polyuretanová pryž (AU/EU):
- Vlastnosti: Velmi vysoká mechanická pevnost, výjimečná odolnost proti opotřebení; dobrá odolnost proti vytlačování; dobrá odolnost proti olejům (minerálům/palivům);špatná odolnost proti hydrolýze, zejména v horkých/vlhkých podmínkách;Maximální teplota: ~80–110 °C (v závislosti na typu).
- Aplikace:Především provysoký tlak, velké mezery, nízkofrekvenční/rázové zatížení minerálním olejem/palivem.Např. těsnění velkých pístů válců, vysokotlaké vodní systémy (krátkodobě). V systému voda-glykol používejte opatrně kvůli hydrolýze.
- Monomer ethylenpropylendienu (EPDM):
- Vlastnosti: Vynikající odolnostproti horké vodě, páře, vodě-glykolu, kapalinám na bázi fosfátových esterů, kapalinám s HFC, zředěným kyselinám/zásadám; vynikající odolnost vůči ozonu/povětrnostním vlivům; dobrá odolnost proti polárním rozpouštědlům; špatná odolnost vůči minerálním olejům/palivům;Maximální teplota: ~150 °C.
- Aplikace:Těsnicí voda, voda-glykol, hydraulické kapaliny HFC, fosfátové estery, pára, chladiva, brzdová kapalina (DOT) – polární kapaliny. Např. zpracování potravin, lodní hydraulika, specifická průmyslová zařízení.
- Směsi PTFE:
- Vlastnosti:Využívá PTFEvynikající chemická inertnost, extrémně nízké tření, vynikající tepelná odolnost (>260 °C)Plniva (bronz, skleněná vlákna, grafit, uhlík) zvyšují pevnost/vodivost;špatná elasticita, obtížná instalace, náchylnost k tečení/roztékání za studena.
- Použití: Extrémní podmínky:Ultravysoké/nízké teploty/tlaky, agresivní chemikálie, vysoce čistá média (polovodiče, chemikálie), ultranízké tření (vysokorychlostní pneumatika). Často se používají jako záložní kroužky pro O-kroužky; čisté PTFE X-kroužky jsou vzácné/drahé.
Závěr
Unikátní symetrická čtyřbřitá struktura těsnicího kroužku Star Seal Ring dosahuje vynikající rovnováhy mezi třením, spolehlivostí těsnění a odolností proti kroucení u pístových těsnění. Zachovává kompaktnost a kompatibilitu O-kroužku s drážkou a zároveň jej výrazně překonává v oblasti tření, odolnosti proti kroucení a těsnění při nízkém tlaku. Ve srovnání se složitějšími asymetrickými břitovými těsněními (např. U/Y-kroužky) vyniká odolností proti kroucení při symetrickém zatížení a jednoduchostí instalace. Různorodé možnosti materiálů pokrývají aplikace od standardních průmyslových až po extrémní podmínky. Výběr vyžaduje zvážení kompatibility médií, teplotního rozsahu, tlaku, rychlosti a nákladů, aby bylo zajištěno spolehlivé a dlouhodobé těsnění.
Čas zveřejnění: 4. srpna 2025