Ytans betydelse 32

5.1.2.1 Ytparametrarna

Ra-parametern är genom tiderna den allra vanligast använda parametern vad gäller kravsättning för tätningsytor. Dock har denna parameter sina brister, som kan ses i Figur 5.1 kan samma Ra- värde ge helt olika ytojämnheter. För att få en mer riktig bild av hur ytan egentligen ser ut, räcker inte endast ett Ra-värde utan behöver kompletteras med ytterligare parametrar. Parametrarna Rz och Rp är vanligtvis tillräckliga ur den synpunkten. Då Rz och Rmax behandlar ytans toppar och dalar, använts den nu mer frekvent för kravsättning inom tätningsterminologin. Med dessa parametrar kan den maximala amplituden reduceras hos tätningsytor, där tätningar annars inte skulle fylla de allra lägsta dalarna.

Figur 5.2 visar ett tydligt exempel på när Rz- eller Rmax-värdet är för högt för tätningsmaterialet. I sådana fall krävs ett mjukare, eller flytande tätningsmaterial för att fylla luckorna i ytan.

Figur 5.2 Tätningsyta med för stora luckor för tätningen.[7]

Ytans betydelse är helt beroende på tätningstyp och som nämnts tidigare tätningsmaterialets egenskaper. Mjuka tätningar klarar generellt grövre ytfinhet det vill säga höga Rz-värden, och hårda tätningar kräver naturligt en finare yta alltså låga Rz-värden. De flytande tätningstyperna (FIPG) är en mycket förlåtande tätningstyp, där tätningen på grund av sitt flytande tillstånd innan härdning enkelt fyller ut ytojämnheter inom ett brett värdesintervall.

En så fin ytjämnhet som möjligt ger generellt bäst tätningsförmåga och är att föredra för att motverka nötning då vibrationer uppstår mellan tätningsytorna. Viktigt är dock att komma ihåg för tätningar som inte ligger i något spår, kan inte ytan vara för fin, eftersom en viss friktion krävs från de motgående ytorna för att hålla tätningen på plats. För de tätningar som ligger i spår eller i tätningsförband där skruvar går igenom tätningen, behöver ej stor omtanke läggas på friktion, i och med att skruvarna i förbandet redan håller tätningen på plats.

Intervallen för ytparametrarna i matrisen för val av tätningskoncept är rekommendationer för respektive tätningstyp. Dessa tätningstyper kommer under rätt förutsättningar även fungera väl då en finare eller grövre yta nyttjas. Som tidigare nämnts ger dock en grövre yta större upphov till nötning på tätningen och större luckor i ytan för medier att tränga igenom, och en för fin yta kan ge negativa effekter för vissa tätningstyper och ger en högre tillverkningskostnad. Kostnadens påverkan inom detta område diskuteras ytterligare under kapitel 5.1.4 och 5.1.5.

Ytkrav är någonting som bör tas med försiktighet och kräver mängder med tester för att helt kunna säkerhetsställa tillförlitliga värden för de olika ytparametrarna.

5.1.2.2 Ytfunktion

Låga krav

I skruvförband där ytorna har låga funktionskrav, räcker generellt ett Ra-värde. Dock har oftast ytor höga funktionskrav, vilket gör att ytterligare ytparametrar krävs. [44]

Tätande ytfunktion

För ytor som ställer höga krav på täta förband krävs vanligen extremvärden för att undvika läckage. Detta i och med att dessa ytor är känsliga för enskilt höga ytavvikelser. De ytparametrar som finns att tillgå för att undvika överdrivet höga amplituder är bland annat Rz, Rt, Pt och Wt.

Rz och Rt beskriver den maximala höjden från topp till dal hos profilen, men det som skiljer dem åt är referenslängden de mäts över. Rz är ett medelvärde av flera referenslängder vilket gör den mindre känslig för enstaka toppar, medan Rt läser för en referenslängd(utvärderingslängd). En så fin och jämn ytjämnhet är alltså att föredra, och fås med bland annat låga Rz- och Wt-värden. [45]

Bärande ytfunktion

När en yta ska ha som funktion att klara hög bärighet, krävs bland annat en reducering av amplituden hos ytjämnheten. På ritning används då ett Rz- eller Rt-värde för att begränsa denna höjd. Rp-värdet bör vara lägre än halva Rz-värdet för att få lägre toppar än dalar i ytan, och på så vis få en hög kontaktyta. Höga Rmr-värden för att ge hög andel kontaktmaterial hos flänsen är därför att eftersträva för att ge god bärighet hos ytan. För att uppnå ett robust förband med god bärighet bör även de motgående flänsytorna mötas diktan, och i situationer där detta ej är möjligt utrusta tätningen med till exempel metallhylsor. [41]

Tätande och bärande ytfunktion

För de fall där ytor både är tätande och bärande, krävs en kombination av en tätande ytstruktur med en bärande ytstruktur. Ytan ska vara tillräckligt fin för att lyckas täta mot mediet, det vill säga få luckor för mediet att tränga igenom, och samtidigt ha tillräckligt med bärande kontaktytor. Ett exempel för detta fall är cylinderväggarna, där ytan måste innehålla fickor där olja kan samlas och ge smörjning. Vid sådana komplexa ytbestämmelser utvecklades ytparametern Rk för att gå djupare på dessa problem. Denna parameter tas dock inte upp under arbetet, då låg vikt lagts för dynamiska fall. [46][47]

Då kravet är högre ställt för tätningsförmågan än bärigheten, tenderar tätningsytan oftast mer mot en tätande struktur än bärande. Detta är en övervägning konstruktören får ta vid val av tätningskoncept. [46]

Figur 5.3 Materialandel på 70 % bärighet, med Rz på 1 µm, är en lämplig ytfinhet för en dynamisk yta med tätande och bärande krav. [43][47]

5.1.3 Tryckets inverkan

5.1.3.1 Tätningstrycket

Generellt bör tätningstrycket från flänsen vara högre än det arbetstryck som förbandet tätar mot, detta för att kraften som uppstår från arbetstrycket annars tenderar att pressa ut tätningen samt separera tätningsflänsarna. Med en ökad klämkraft eller minskad tätningsyta ges ett högre tätningstryck, vilket vanligen ökar tätheten i förbandet. En viktig aspekt är dock att inte

överbelasta flänsarna eller att överskrida tätningsmaterialets maximalt tillåtna yttryck. Vid för stor kompression förlorar bland annat gummitätningar en stor del av sin elasticitet, och riskeras även att brytas samman. Genom att välja en tunnare tätning kan maximalt tillåtet yttryck höjas, samt minimera risken för momentförlust i skruvförbandet. [14]

Tätningstrycket påverkas även av antalet skruvar, avstånd mellan skruvarna samt åtdragningsmoment i skruvarna. För att uppnå bäst tätningsförmåga är det viktigt att

tryckfördelningen i förbandet uppnår kravet för det lägst tillåtna tätningstrycket, samt är relativt jämnt fördelat över hela tätningsytan. Detta i och med att yttrycket avtar avsevärt mellan skruvarna.

Att rita normallinjer mellan skruvhålen i ett förband, visar var på tätningsytan teoretisk klämkraft angriper, Figur 5.4.

Figur 5.4 Normallinjer i ett tätningsförband. [17]

Trots att förbandets normallinjer inte täcker hela tätningsflänsen, kan dock lägst rekommenderat tätningstryck ändå uppstå mellan skruvarna, så vida tillräckligt åtdragningsmoment och

flänsstyvhet erfordras. En rekommendation för oljesumpars maximala skruvavstånd är åtta gånger diametern hos skruven. [5]

Då skruvförbandet hålls samman av en elastisk förspänning, har klämlängden en betydande roll för hållfastheten. En relativt lång klämlängd bör därför väljas för att minimera risken för sättning hos tätningen, och samtidigt erhålla en låg koncentration av klämkraft runt skruvhålen med ett jämnt fördelat yttryck. En generell rekommendation för klämlängden, är att den bör vara minst två gånger skruvens gängdiameter. [37]

Figur 5.5 visar ett exempel på för en vattenpump, där en elastomerbelagd plåt används med olika flänstjocklekar och vridmoment för skruvarna i skruvförbandet. Som kan ses i figuren har flänstjockleken en stor betydelse för tätningsförmågan. [48]

Figur 5.5 Elastomerbelagd plåt vid olika flänstjocklekar och vridmoment. [48]

5.1.3.2 Arbetstrycket

Tätningsmaterialets hårdhet måste vara motståndskraftig mot det arbetstryck som råder. Har materialet för låg hårdhet och det maximalt tillåtna arbetstrycket överskrids, finns stor risk för spaltextrudering. För tätningar som monteras i flänsspår, har spårets konstruktion en avgörande betydelse för att hålla tätt. Överdimensioneras tätningsspåret sker för låg kompression av tätningen, och arbetstrycket övervinner tätningstrycket.