Quando si usa un O-Ring? Le applicazioni statiche.

Nell’immenso e variegato panorama dei possibili utilizzi di un O-Ring è bene fare una prima macro distinzione tra i due tipi di applicazione basica (ma fondamentale per quanto riguarda la progettazione e il dimensionamento di cave e anello stesso): applicazioni statiche e dinamiche.

Scopriamo insieme quello che concerne le applicazioni statiche.

Definizione di tenuta statica.

Iniziamo col definire tenuta statica quella in cui le guarnizioni sigillano due o più elementi garantendo la separazione dei fluidi.

Gli elementi accoppiati non hanno movimento tra di loro se non per impercettibili movimenti assestanti.

L’elastomero, quando viene compresso, tende ad opporre una forza contraria allo schiacciamento.

Tale reazione crea l’azione di tenuta che è sempre raggiunta mediante deformazione o schiacciamento della guarnizione interposta tra le superfici affiancate (ne parliamo in maniera più approfondita in questo articolo, a riguardo delle proprietà fondamentali degli elastomeri).

Affermato questo, le tenute statiche devono poi essere suddivise in assiali e radiali.

Tenute statiche assiali

Nel caso della tenuta statica assiale, la tenuta non avviene sulla linea di giunzione stampo ma è esercitata perpendicolarmente al piano dell’O-ring.

Dimensionamento dell’O-Ring per tenuta assiale

Per un corretto dimensionamento dell’O-ring con una tenuta statica assiale, dobbiamo considerare la direzione di provenienza della pressione all’interno degli elementi da sigillare. Questo aspetto va considerato per evitare eventuali movimenti e deformazioni della sezione dell’O-Ring.

Figura A

Figura B

Nelle immagini sopra sono evidenziati due sistemi di elementi con O-Rings a garantire la tenuta. Nella figura A la pressione proviene dall’interno mentre in quella B la pressione proviene dall’esterno.

Le dimensioni delle cave rettangolari sono studiate per comprimere la sezione dell’O-Ring dove c’è bisogno della tenuta e di lasciare la sezione libera di espandersi nelle altre direzioni. E’ proprio questo “spazio libero” all’interno della sede che permette all'O-Ring di muoversi se sollecitato da una pressione.

Durante il dimensionamento è bene perciò cercare di “appoggiare” l’O-ring al lato della sede opposta alla provenienza della pressione.

+ PLUS +
Se la pressione non è presente o è molto bassa, è conveniente dimensionare l’O-Ring in modo tale che il diametro medio corrisponda al diametro medio della cava. In questo modo eventuali dimensioni del diametro interno al limite delle tolleranze verranno “assorbite” dalla larghezza della sede.

Per garantire la tenuta, la sezione dell’O-ring deve essere compressa con uno schiacciamento iniziale compreso tra il 9% e il 34%.

Nel grafico sotto viene illustrata la percentuale di schiacciamento iniziale da applicare all’O-ring in base alla misura della sezione (corda).

Tenute statiche radiali

Quando invece ci troviamo di fronte al caso di una tenuta statica radiale?

Al contrario di quella assiale, la tenuta radiale avviene sulla linea di giunzione stampo (esclusi O-Rings con linea di giunzione stampo obliqua) ed è esercitata parallelamente al piano dell’O-ring.

La figura sopra è di riferimento. Solitamente la tenuta statica radiale si definisce “b” quando la sede è ricavata nell’albero o “tenuta cilindro” quando la sede è ricavata, appunto, nella parte esterna.

Dimensionamento dell’O-Ring per tenuta radiale

Il dimensionamento dell’O-Ring per una tenuta radiale necessità di qualche accorgimento in più della tenuta assiale. Un articolo in gomma ha tolleranze ben più ampie di un prodotto in plastica o acciaio. E’ assolutamente necessario considerare questa caratteristica per il calcolo delle corrette dimensioni altrimenti si corre il rischio di avere degli O-Rings (solitamente) più larghi del necessario.

Figura C

Figura D

In figura C è rappresentata una “tenuta cilindro” con la sede ricavata nella parte esterna.

In questo caso l’O-Ring viene posizionato all’interno della sede prima di inserire l’albero. E’ necessario perciò dimensionare l’O-Ring tenendo in considerazione che il suo diametro esterno (De) deve “spingere” sulla parete esterna della sede. In questo modo il rischio che l’O-ring venga espulso durante l’inserimento dell’albero è minore ed inoltre si vanno a compensare le tolleranze negative del diametro.

In figura D è rappresentata una “tenuta pistone”. In questo caso l’O-Ring va calzato nella sede ricavata nell’albero.

Si dovrà fare in modo che l’O-Ring abbia un diametro interno minore rispetto al diametro della sede per farlo aderire meglio e fare in modo che l’inserimento del cilindro non danneggi la guarnizione e per annullare eventuale tolleranze positive di produzione.

E’ da considerare una riduzione del diametro interno dell’O-Ring rispetto a quello della sede in quest’ultimo caso è meglio ridurre il diametro dell’O-Ring pari al 2% – 4% a secondo della durezza del materiale e del diametro della sezione.

+ PLUS +
Il dimensionamento radiale di un O-Ring è un processo abbastanza semplice ma, soprattutto con grandi diametri, è molto facile sbagliare perché si considera il diametro interno della sede al pari del diametro interno dell’O-Ring. Considerate quanto specificato prima per la figura D per evitare di dimensionare O-Rings con diametri troppo grandi rispetto alla cava.

Nel grafico sotto viene illustrata la percentuale di schiacciamento iniziale da applicare all’O-Ring in base alla misura della sezione (corda).

Solitamente lo schiacciamento iniziale della corda dell’O-Ring diminuisce all’aumentare del diametro della corda ed è più accentuato nelle applicazioni idrauliche (a causa delle pressioni più elevate).

Lo schiacciamento in questo caso ha il compito di:

• Raggiungere il corretto stato di tenuta per evitare perdite;
• Compensare le tolleranze di produzione.

Tutto ciò fa ovviamente parte del nostro lavoro quotidiano e la buona progettazione di un O-Ring, seppur più semplice e veloce rispetto ai sistemi in cui andrà montato, è il primo fondamentale passo per la buona riuscita dell’intero progetto.

Non esitare a chiederci qualsiasi chiarimento o aiuto a riguardo, scrivici, il nostro Staff Tecnico sarà in grado di rispondere alle tue esigenze.