Oringi w hydraulice siłowej – gdzie i dlaczego się je stosuje?

Hydraulika siłowa wykorzystuje ciecz pod ciśnieniem do przenoszenia energii i wykonywania pracy. W takich układach nawet niewielka nieszczelność może prowadzić do spadku ciśnienia, pogorszenia sprawności urządzenia, zanieczyszczenia otoczenia, a w skrajnych przypadkach także do poważnej awarii. Jednym z podstawowych elementów odpowiadających za szczelność instalacji są Oringi, czyli elastyczne pierścienie uszczelniające o przekroju kołowym.

Oringi stosuje się między innymi w siłownikach, rozdzielaczach, pompach, silnikach hydraulicznych, zaworach, szybkozłączach, filtrach i blokach zaworowych. Ich popularność wynika z prostej konstrukcji, niewielkich wymiarów, dużej dostępności oraz możliwości dopasowania materiału do rodzaju oleju, temperatury i ciśnienia roboczego.

Prawidłowo dobrany Oring może pracować niezawodnie przez długi czas. Nie wystarczy jednak wybrać pierścienia o odpowiedniej średnicy. Trzeba uwzględnić również materiał, twardość, konstrukcję rowka, szczelinę montażową, rodzaj ruchu oraz maksymalne i chwilowe ciśnienie w układzie.

 

Oring zostaje umieszczony w odpowiednio wykonanym rowku, a następnie ściśnięty pomiędzy dwiema współpracującymi powierzchniami. Już początkowe odkształcenie elastomeru powoduje powstanie nacisku kontaktowego, który zamyka drogę przepływu medium.

Po uruchomieniu układu ciśnienie oleju hydraulicznego dodatkowo dociska Oring do powierzchni uszczelnianych. Uszczelnienie ma więc charakter samowzmacniający – wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie siła docisku po stronie, z której działa medium. Zasada ta pozwala stosować Oringi zarówno w połączeniach statycznych, jak i w wybranych połączeniach dynamicznych.

Skuteczność uszczelnienia zależy jednak nie tylko od samego ciśnienia. Bardzo ważne są:

• stopień ściśnięcia przekroju Oringa,
• prawidłowe wypełnienie rowka,
• szerokość szczeliny pomiędzy elementami,
• twardość i materiał elastomeru,
• jakość powierzchni współpracujących,
• temperatura oleju,
• prędkość i rodzaj ruchu,
• czystość medium hydraulicznego.

Dlatego dopuszczalnego ciśnienia dla Oringa nie należy określać wyłącznie na podstawie materiału. O odporności całego uszczelnienia decyduje również konstrukcja gniazda oraz wielkość szczeliny, do której elastomer może zostać wtłoczony.

Połączenia przewodów i przyłączy hydraulicznych

Jednym z najczęstszych zastosowań są przyłącza przewodów, króćce, korki, adaptery oraz złącza gwintowane. Oring umieszczony w przygotowanym gnieździe uszczelnia połączenie czołowo albo promieniowo.

W takim miejscu części po montażu pozostają nieruchome względem siebie, dlatego mamy do czynienia z uszczelnieniem statycznym. Oringi bardzo dobrze sprawdzają się w tym zastosowaniu, pod warunkiem że:

• rowek ma prawidłowe wymiary,
• powierzchnia uszczelniająca nie jest zarysowana,
• pierścień nie został przecięty przez gwint,
• połączenie zostało dokręcone zgodnie z wymaganiami producenta,
• materiał Oringa jest odporny na zastosowany płyn hydrauliczny.

W porównaniu z uszczelnianiem samego gwintu Oring pozwala uzyskać bardziej kontrolowaną i powtarzalną szczelność.

W blokach hydraulicznych Oringi oddzielają od siebie kanały olejowe i zapobiegają zarówno wyciekom zewnętrznym, jak i niekontrolowanemu przepływowi pomiędzy obwodami. Są montowane pod płytami, pokrywami, zaworami nabojowymi, korkami technologicznymi oraz elementami sterującymi.

W tym zastosowaniu szczególnie istotna jest dokładność wykonania rowków. Zbyt małe ściśnięcie może spowodować przeciek przy niskim ciśnieniu, natomiast zbyt duże utrudnia montaż, zwiększa naprężenia w elastomerze i może przyspieszać powstawanie odkształcenia trwałego.

Oringi w blokach zaworowych często pracują przy gwałtownych zmianach ciśnienia. W takich warunkach należy uwzględnić nie tylko nominalne ciśnienie pracy, ale również jego chwilowe skoki.

W siłownikach Oringi mogą występować w wielu miejscach, na przykład:

• pomiędzy tuleją cylindra a pokrywą,
• w połączeniach głowicy z korpusem,
• w przyłączach olejowych,
• przy zaworach amortyzujących,
• w tłoku lub na tłoczysku,
• jako element dociskający inne uszczelnienie.

W połączeniach obudowy są to zazwyczaj uszczelnienia statyczne. Oringi mogą również pracować dynamicznie przy ruchu posuwisto-zwrotnym, jednak takie rozwiązanie najlepiej sprawdza się przy odpowiednio dobranej prędkości, skoku, smarowaniu i jakości powierzchni.

W intensywnie pracujących siłownikach główną funkcję uszczelnienia tłoczyska i tłoka częściej pełnią specjalne uszczelnienia profilowe. Oring może wtedy działać jako element wstępnie dociskający, czyli energizer, znajdujący się pod pierścieniem wykonanym na przykład z PTFE.

W pompach oraz silnikach hydraulicznych Oringi uszczelniają między innymi:

• korpusy i pokrywy,
• kanały ciśnieniowe,
• płyty rozdzielające,
• przyłącza ssawne i tłoczne,
• regulatory oraz zawory sterujące,
• połączenia pomiędzy sekcjami urządzenia.

Nie należy natomiast automatycznie stosować zwykłego Oringa jako głównego uszczelnienia szybko obracającego się wału. W takich miejscach zazwyczaj wykorzystuje się uszczelnienia przeznaczone do ruchu obrotowego, ponieważ są one lepiej przystosowane do odprowadzania ciepła i długotrwałej pracy ślizgowej.

Oringi są powszechnie stosowane w zaworach przelewowych, zwrotnych, dławiących, proporcjonalnych oraz zaworach nabojowych. Uszczelniają korpus zaworu w gnieździe i oddzielają poszczególne strefy ciśnienia.

Szczególnego znaczenia nabiera tutaj odporność na ekstruzję. Niewielka średnica elementu nie oznacza niskiego obciążenia – przy wysokim ciśnieniu nawet mały Oring może być silnie wciskany w szczelinę pomiędzy współpracującymi częściami.

W szybkozłączach Oringi są wielokrotnie ściskane i odciążane. Mogą być również narażone na przesuwanie elementów podczas łączenia i rozłączania. Poza odpornością na olej ważne są więc:

• odporność na ścieranie,
• odporność na nacinanie,
• odpowiednia elastyczność,
• małe odkształcenie trwałe,
• prawidłowe smarowanie podczas montażu.

Uszkodzenia w szybkozłączach często wynikają z zabrudzeń, zadziorów lub łączenia elementów pod niewłaściwym kątem.

Oringi stosuje się również pod pokrywami filtrów, w przyłączach manometrów, czujników ciśnienia, akumulatorów hydraulicznych i przetworników. Najczęściej pracują tam statycznie, ale muszą zachować szczelność mimo drgań, zmian temperatury i pulsacji ciśnienia.

Oring zajmuje niewiele miejsca, a jego rowek jest stosunkowo prosty do wykonania. Dzięki temu można projektować zwarte bloki hydrauliczne oraz niewielkie przyłącza bez stosowania rozbudowanych systemów uszczelniających.

Prawidłowo ściśnięty Oring zapewnia uszczelnienie jeszcze przed pojawieniem się ciśnienia roboczego. Jest to ważne podczas rozruchu, postoju maszyny i pracy układów przy niewielkim obciążeniu.

Ciśnienie medium przemieszcza elastomer w stronę szczeliny i zwiększa jego docisk do powierzchni. Zjawisko to poprawia szczelność, ale przy zbyt dużej szczelinie może również doprowadzić do wyciskania i uszkodzenia Oringa.

Odpowiednio zaprojektowany Oring może uszczelniać połączenie przy ciśnieniu pojawiającym się naprzemiennie z dwóch stron. W takich przypadkach trzeba prawidłowo zaprojektować rowek i – jeżeli występuje ryzyko ekstruzji – zastosować pierścienie podporowe po obu stronach Oringa.

Oringi są produkowane z wielu mieszanek elastomerowych. Pozwala to dopasować uszczelnienie do olejów mineralnych, cieczy wodno-glikolowych, wysokiej temperatury, warunków zewnętrznych lub specjalnych cieczy trudnopalnych.

Wymiary, tolerancje i oznaczenia Oringów stosowanych w układach hydraulicznych opisuje między innymi norma ISO 3601-1. Wymiary gniazd dla zastosowań hydraulicznych i pneumatycznych określa ISO 3601-2:2025, obejmująca rozwiązania z pierścieniami podporowymi i bez nich.

Standaryzacja ułatwia dobór części zamiennych, ale sam zgodny wymiar nie gwarantuje poprawnej pracy. Oringi o identycznych rozmiarach mogą być wykonane z różnych mieszanek i mieć zupełnie inną odporność na temperaturę, olej oraz odkształcenie trwałe.

NBR, czyli kauczuk nitrylowy, jest najczęściej wybieranym materiałem do typowych układów wykorzystujących oleje hydrauliczne na bazie mineralnej. Charakteryzuje się dobrą odpornością na oleje, smary i paliwa oraz korzystnym stosunkiem właściwości do ceny.

Standardowe Oringi NBR najczęściej pracują w temperaturze od około −30°C do +100°C, a krótkotrwale mogą być stosowane w wyższej temperaturze, zależnie od konkretnej mieszanki. W ofercie ProPolimer dostępne są między innymi Oringi NBR o twardości 60, 70 i 90 ShA.

NBR nie jest najlepszym rozwiązaniem przy długiej ekspozycji na ozon, promieniowanie UV i warunki atmosferyczne. Nie powinien być również dobierany wyłącznie na podstawie ogólnego określenia „płyn hydrauliczny”, ponieważ nie każda ciecz robocza ma bazę mineralną.

HNBR jest uwodornioną odmianą kauczuku nitrylowego. Zachowuje odporność na wiele olejów, a jednocześnie oferuje lepszą odporność na wysoką temperaturę, starzenie, ozon i obciążenia mechaniczne niż standardowy NBR.

Oringi HNBR mogą być dobrym wyborem w maszynach mobilnych, układach pracujących na zewnątrz oraz w instalacjach, w których standardowy NBR zbyt szybko twardnieje lub pęka. Ostateczny dobór wymaga jednak sprawdzenia konkretnej mieszanki oraz rodzaju cieczy.

FKM, często określany nazwą Viton®, stosuje się w układach narażonych na podwyższoną temperaturę, gorące oleje, paliwa oraz wiele agresywnych substancji chemicznych. Typowy zakres pracy Oringów FKM dostępnych w ofercie ProPolimer wynosi około −20°C do +200°C.

FKM nie jest jednak automatycznie najlepszym rozwiązaniem do każdego układu hydraulicznego. Przy niskich temperaturach może mieć mniejszą elastyczność niż odpowiednio dobrany NBR lub HNBR. Kompatybilność z cieczami trudnopalnymi i płynami zawierającymi specjalne dodatki należy zawsze potwierdzić dla konkretnej mieszanki.

EPDM charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na wodę, parę wodną, roztwory glikoli, ozon oraz warunki atmosferyczne. Może być stosowany w wybranych układach wykorzystujących ciecze wodno-glikolowe lub płyny na bazie glikoli.

EPDM nie jest natomiast odporny na standardowe oleje mineralne i paliwa. Zastosowanie Oringa EPDM w klasycznym układzie olejowym może doprowadzić do pęcznienia, utraty parametrów mechanicznych i szybkiej nieszczelności.

W specjalnych zastosowaniach hydraulicznych wykorzystuje się również Oringi poliuretanowe, PTFE, FFKM lub mieszanki opracowane do konkretnych cieczy trudnopalnych. W takich przypadkach nie należy opierać decyzji wyłącznie na nazwie bazowego polimeru. O odporności decyduje pełny skład mieszanki, temperatura, czas kontaktu, ciśnienie i stężenie dodatków.

Norma ISO 3601-5 zawiera specyfikacje wybranych elastomerów stosowanych w przemysłowych Oringach, ale wskazuje również, że wymagane właściwości i metody badań powinny być uzgodnione pomiędzy użytkownikiem, producentem urządzenia i dostawcą uszczelnienia.

W typowej hydraulice bardzo często stosuje się Oringi o twardości około 70 ShA. Materiał o tej twardości jest wystarczająco elastyczny, aby dobrze dopasować się do powierzchni, a jednocześnie zachowuje odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.

Oringi 90 ShA są twardsze i mniej podatne na wciskanie w szczelinę. Mogą być wykorzystywane przy wyższym ciśnieniu, większej szczelinie montażowej lub w połączeniach narażonych na impulsy ciśnienia. Nie oznacza to jednak, że twardszy Oring zawsze będzie lepszy.

Zbyt duża twardość może:

• pogorszyć uszczelnianie przy niskim ciśnieniu,
• utrudnić montaż,
• zmniejszyć zdolność kompensowania nierówności,
• zwiększyć ryzyko uszkodzenia na ostrych krawędziach.

W wielu przypadkach lepszym rozwiązaniem niż zwiększanie twardości jest zastosowanie Oringa 70–80 ShA razem z odpowiednim pierścieniem podporowym. Takie połączenie pozwala zachować dobre przyleganie elastomeru i jednocześnie ograniczyć ryzyko ekstruzji przy wysokim ciśnieniu.

Pierścień podporowy, nazywany również pierścieniem antyekstruzyjnym lub back-up ringiem, nie jest samodzielnym uszczelnieniem. Jego zadaniem jest zamknięcie szczeliny, do której pod wpływem ciśnienia mógłby zostać wtłoczony Oring.

Ryzyko ekstruzji wzrasta wraz z:

• ciśnieniem roboczym,
• szerokością szczeliny,
• temperaturą,
• miękkością elastomeru,
• zużyciem elementów,
• pulsacją ciśnienia,
• elastycznym odkształcaniem korpusu lub cylindra.

Przy ciśnieniu działającym z jednego kierunku pierścień podporowy umieszcza się po stronie przeciwnej do ciśnienia. Jeżeli kierunek ciśnienia zmienia się podczas pracy, zazwyczaj potrzebne są dwa pierścienie – po jednym z każdej strony Oringa.

Wymiary i tolerancje wybranych typów pierścieni antyekstruzyjnych opisuje ISO 3601-4.

Oring zostaje wciśnięty w szczelinę pomiędzy elementami, a następnie jego fragmenty są ścinane podczas zmian ciśnienia lub ruchu części. Na powierzchni pojawiają się charakterystyczne postrzępienia i ubytki.

Przyczyną może być zbyt duża szczelina, wysokie ciśnienie, zbyt miękki materiał albo brak pierścienia podporowego.

Po demontażu Oring nie odzyskuje okrągłego przekroju i pozostaje spłaszczony. Oznacza to, że elastomer utracił zdolność wytwarzania odpowiedniego nacisku na powierzchnie.

Powodem może być zbyt wysoka temperatura, starzenie materiału, nadmierne ściśnięcie lub niewłaściwa mieszanka.

Niekompatybilny płyn hydrauliczny może powodować pęcznienie Oringa, jego zmiękczenie albo wypłukiwanie składników mieszanki. Czasami występuje odwrotny efekt – uszczelnienie kurczy się, twardnieje i traci elastyczność.

Przy wymianie rodzaju oleju należy więc ponownie zweryfikować materiał wszystkich uszczelnień.

W aplikacjach dynamicznych powierzchnia Oringa może być stopniowo ścierana. Proces ten przyspieszają zanieczyszczenia w oleju, niedostateczne smarowanie, zbyt duża chropowatość powierzchni lub nieprawidłowe prowadzenie tłoczyska.

Podczas montażu lub ruchu posuwisto-zwrotnego Oring może się przetaczać i skręcać w rowku. Długotrwała praca w takim stanie prowadzi do spiralnych pęknięć.

Ryzyko zmniejsza odpowiednia geometria gniazda, prawidłowe smarowanie, dobra jakość powierzchni i montaż bez skręcania pierścienia.

Gwinty, ostre krawędzie, zadziory i niezaokrąglone otwory mogą przeciąć Oring jeszcze przed uruchomieniem urządzenia. Uszczelnienie należy chronić za pomocą tulei montażowych lub innych prowadnic, a krawędzie powinny być odpowiednio sfazowane.

Przed wyborem Oringa należy zebrać możliwie pełne dane dotyczące aplikacji.

Należy podać dokładną nazwę handlową lub specyfikację płynu, a nie tylko określenie „olej hydrauliczny”. Istotna jest baza cieczy, pakiet dodatków, możliwość kontaktu z wodą oraz planowane środki czyszczące.

Trzeba uwzględnić temperaturę oleju, elementów metalowych, otoczenia i rozruchu zimnej maszyny. Temperatura chwilowa również może wpływać na trwałość elastomeru.

Oprócz wartości nominalnej należy sprawdzić maksymalne ciśnienie chwilowe, pulsacje oraz kierunek jego działania.

W aplikacji dynamicznej znaczenie mają prędkość, długość skoku, częstotliwość ruchu, smarowanie i jakość powierzchni. Oring dobry do nieruchomej pokrywy nie musi być odpowiedni jako uszczelnienie szybko pracującego tłoczyska.

Najbezpieczniej dobierać Oring na podstawie dokumentacji urządzenia albo rzeczywistych wymiarów rowka. Pomiar zużytego pierścienia może być niedokładny, ponieważ stary Oring mógł się rozciągnąć, spłaszczyć lub spęcznieć.

Do typowych olejów mineralnych najczęściej wybiera się NBR. Przy podwyższonej temperaturze rozważa się HNBR lub FKM, natomiast do wybranych cieczy wodno-glikolowych może być potrzebny EPDM albo specjalna mieszanka NBR.

Jeżeli występuje wysokie ciśnienie, duża szczelina albo silne impulsy, należy sprawdzić ryzyko ekstruzji i przewidzieć odpowiedni back-up ring.

Przed montażem instalacja powinna być pozbawiona ciśnienia i zabezpieczona przed przypadkowym uruchomieniem. Następnie należy:

1. Oczyścić rowek i powierzchnie współpracujące.
2. Usunąć zadziory, opiłki i pozostałości starego uszczelnienia.
3. Sprawdzić, czy Oring ma właściwy wymiar, materiał i twardość.
4. Nałożyć cienką warstwę środka montażowego kompatybilnego z elastomerem i cieczą hydrauliczną.
5. Chronić uszczelnienie przed gwintami oraz ostrymi krawędziami.
6. Montować Oring bez skręcania i miejscowego rozciągania.
7. Sprawdzić, czy pierścień leży równomiernie w rowku.
8. Po złożeniu układu stopniowo zwiększać ciśnienie i kontrolować szczelność.

Nie należy ponownie montować Oringa, który został trwale spłaszczony, przecięty, spęczniał albo stwardniał. Koszt nowego uszczelnienia jest niewielki w porównaniu z kosztami ponownego demontażu lub awarii układu.

Przy projektowaniu i doborze Oringów warto uwzględnić serię norm ISO 3601:

• ISO 3601-1 – średnice wewnętrzne, przekroje, tolerancje i oznaczenia wymiarów,
• ISO 3601-2:2025 – wymiary gniazd dla zastosowań ogólnych, w tym hydraulicznych i pneumatycznych,
• ISO 3601-3 – kryteria jakości i dopuszczalne wady powierzchniowe,
• ISO 3601-4 – wymiary i tolerancje pierścieni antyekstruzyjnych,
• ISO 3601-5 – wymagania dotyczące wybranych elastomerów przemysłowych.

Zgodność wymiarowa z normą ułatwia wymianę Oringów, ale nie zastępuje sprawdzenia kompatybilności materiału z konkretnym medium i warunkami pracy.

Do typowych olejów hydraulicznych na bazie mineralnej najczęściej stosuje się Oringi NBR. Przy wyższej temperaturze lub bardziej wymagającym środowisku można rozważyć HNBR albo FKM. Ostateczny wybór powinien uwzględniać dokładny rodzaj oleju i jego dodatki.

Nie. NBR jest bardzo uniwersalny, ale nie jest odporny na wszystkie ciecze hydrauliczne. W przypadku płynów wodnych, estrów syntetycznych, cieczy trudnopalnych lub specjalnych dodatków konieczne jest sprawdzenie kompatybilności konkretnej mieszanki.

Twardszy materiał jest mniej podatny na ekstruzję, ale dopuszczalne ciśnienie zależy także od szczeliny, temperatury, rowka i rodzaju ruchu. Często skuteczniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie Oringa o standardowej twardości razem z pierścieniem podporowym.

Pierścień podporowy jest zalecany, gdy wysokie ciśnienie może wtłoczyć Oring w szczelinę montażową. Potrzeba jego zastosowania zależy od ciśnienia, wielkości szczeliny, twardości elastomeru, temperatury i kierunku działania medium.

Można wykonać pomiar orientacyjny, ale zużyty Oring może być rozciągnięty, spłaszczony lub spęczniały. Większą pewność daje dokumentacja urządzenia albo pomiar rowka i elementów współpracujących.

Najczęstsze przyczyny to niewłaściwy wymiar, błędny materiał, przecięcie podczas montażu, skręcenie pierścienia, zabrudzony rowek, zarysowana powierzchnia, nieprawidłowe ściśnięcie lub ekstruzja spowodowana zbyt dużą szczeliną.

Oringi są jednymi z najważniejszych i najczęściej stosowanych uszczelnień w hydraulice siłowej. Można je znaleźć w przyłączach, blokach zaworowych, rozdzielaczach, siłownikach, pompach, silnikach hydraulicznych, filtrach i aparaturze pomiarowej.

Ich skuteczność wynika z prostego sposobu działania: początkowe ściśnięcie zapewnia szczelność przy niskim ciśnieniu, a ciśnienie cieczy dodatkowo zwiększa docisk elastomeru do powierzchni. Ta sama siła może jednak spowodować wyciśnięcie Oringa w szczelinę, jeżeli gniazdo zostało nieprawidłowo zaprojektowane.

Dlatego dobór Oringa powinien obejmować nie tylko średnicę i grubość przekroju, ale również materiał, twardość, temperaturę, rodzaj cieczy, ciśnienie, konstrukcję rowka oraz charakter ruchu.

ProPolimer oferuje Oringi NBR, HNBR, FKM, EPDM oraz inne specjalistyczne uszczelnienia przeznaczone do różnych warunków pracy. Dostępne są wymiary metryczne i calowe, a także różne warianty twardości.

Zobacz ofertę Oringów i dobierz uszczelnienie odpowiednie do rodzaju płynu, temperatury oraz ciśnienia w Twoim układzie hydraulicznym. W przypadku niestandardowego zastosowania skontaktuj się z ProPolimer – pomożemy dobrać materiał, wymiar i twardość Oringa.