Oringi w elektroinżynierii – gdzie i dlaczego stosuje się uszczelnienia elastomerowe?

Nowoczesne urządzenia elektryczne i elektroniczne coraz częściej pracują w warunkach, w których ich podzespoły wymagają skutecznej ochrony przed wpływem środowiska zewnętrznego. Wilgoć, woda, pył, oleje, chłodziwa czy znaczne zmiany temperatury mogą negatywnie oddziaływać na elektronikę, styki, przewody oraz inne elementy odpowiedzialne za prawidłowe funkcjonowanie urządzenia.

Jednym ze sposobów ograniczenia dostępu niepożądanych czynników do wnętrza konstrukcji jest zastosowanie odpowiednich uszczelnień. Oringi można spotkać między innymi w obudowach, złączach, czujnikach, aparaturze pomiarowej oraz różnego rodzaju urządzeniach elektromechanicznych. Niewielki elastomerowy pierścień może stanowić istotną część rozwiązania zabezpieczającego wrażliwe podzespoły przed kontaktem z wodą, zabrudzeniami lub medium występującym w danym procesie.

Wymagania stawiane takim uszczelnieniom mogą być jednak bardzo różne. Inne warunki występują wewnątrz zakładu przemysłowego, inne w urządzeniu zamontowanym na zewnątrz, a jeszcze inne w czujniku mającym bezpośredni kontakt z olejem czy chłodziwem. Dlatego znaczenie mają zarówno konstrukcja i wymiary oringa, jak i materiał, z którego został wykonany.

Warto więc przyjrzeć się bliżej, gdzie oringi znajdują zastosowanie w szeroko rozumianej elektroinżynierii i dlaczego prawidłowy dobór uszczelnienia może mieć znaczenie dla niezawodności całego urządzenia.

 

Dlaczego szczelność ma tak duże znaczenie w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych?

Woda i wilgoć należą do czynników, przed którymi często trzeba chronić podzespoły elektryczne oraz elektroniczne. Ich przedostanie się do wnętrza urządzenia może sprzyjać korozji styków i innych elementów metalowych, pogorszeniu parametrów połączeń, a w określonych warunkach prowadzić również do zakłóceń w działaniu lub awarii sprzętu.

Nie tylko wilgoć stanowi jednak potencjalny problem. W zakładach przemysłowych urządzenia mogą być narażone na pył, kurz, oleje, chłodziwa oraz inne zanieczyszczenia obecne w otoczeniu procesu technologicznego. Dlatego czujniki, moduły sterujące, złącza czy aparatura pomiarowa często wymagają konstrukcji ograniczającej możliwość przedostawania się takich czynników do ich wnętrza.

Jeszcze większym wyzwaniem mogą być urządzenia pracujące na zewnątrz. Oprócz deszczu i wilgoci oddziałują na nie zmiany temperatury, promieniowanie UV, ozon oraz sezonowe warunki atmosferyczne. Wieloletnia ekspozycja na takie środowisko stawia określone wymagania zarówno samej obudowie, jak i materiałom wykorzystanym do wykonania jej uszczelnień.

Szczelność należy przy tym rozpatrywać jako właściwość całej konstrukcji. Znaczenie mają obudowa, sposób jej zamknięcia, złącza, przepusty kablowe, powierzchnie styku oraz zastosowane elementy uszczelniające. Oring może być jednym z istotnych elementów takiego systemu, jednak jego skuteczność zależy od właściwego doboru materiału, wymiarów oraz sposobu montażu.

 

Jaką rolę pełni oring w konstrukcji urządzenia?

Oring jest pierścieniem o okrągłym przekroju, który montuje się najczęściej w odpowiednio zaprojektowanym rowku. Po połączeniu elementów konstrukcji uszczelnienie zostaje w kontrolowany sposób ściśnięte. Elastyczny materiał dopasowuje się do współpracujących powierzchni i tworzy barierę ograniczającą przedostawanie się cieczy, wilgoci lub innych zanieczyszczeń przez miejsce połączenia.

W urządzeniach elektrycznych i elektronicznych rozwiązanie to może być wykorzystywane wszędzie tam, gdzie występuje odpowiednia geometria połączenia wymagającego uszczelnienia. Zaletą oringów są niewielkie wymagania przestrzenne, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku kompaktowych czujników, złączy czy modułów elektronicznych.

Skuteczność takiego rozwiązania nie wynika jednak wyłącznie z obecności samego pierścienia. Znaczenie mają jego wymiary, właściwości elastomeru, geometria rowka, jakość współpracujących powierzchni oraz odpowiedni stopień ściśnięcia po zamontowaniu. Zbyt mały docisk może nie zapewnić oczekiwanej szczelności, natomiast nadmierne odkształcenie może przyspieszyć zużycie materiału.

Dlatego oring należy traktować jako element całego rozwiązania konstrukcyjnego, a nie samodzielną gwarancję ochrony urządzenia. Dopiero właściwe zaprojektowanie miejsca montażu i dopasowanie uszczelnienia do warunków eksploatacji pozwala w pełni wykorzystać jego właściwości.

 

Oringi w obudowach urządzeń elektrycznych i elektronicznych

Obudowa pełni funkcję fizycznej bariery oddzielającej wrażliwe podzespoły od środowiska zewnętrznego. Problemem pozostają jednak miejsca, w których poszczególne części konstrukcji łączą się ze sobą. Pokrywy, dekiele czy elementy umożliwiające dostęp serwisowy mogą wymagać dodatkowego uszczelnienia, jeśli do wnętrza urządzenia nie powinna przedostawać się woda, wilgoć lub pył.

W odpowiednio zaprojektowanych połączeniach do tego celu mogą być wykorzystywane oringi umieszczone pomiędzy elementami obudowy. Po jej zamknięciu pierścień zostaje ściśnięty, tworząc ciągłą barierę na styku współpracujących powierzchni. Takie rozwiązania spotyka się m.in. w wybranych czujnikach, aparaturze pomiarowej, modułach sterujących oraz innych urządzeniach elektronicznych przeznaczonych do pracy w wymagającym środowisku.

Duże znaczenie ma przy tym równomierny docisk na całym obwodzie uszczelnienia. Jeżeli elementy obudowy są odkształcone, powierzchnie nie zostały odpowiednio wykonane lub konstrukcja nie zapewnia właściwego ściśnięcia pierścienia, nawet dobrze dobrany materiał może nie zapewnić oczekiwanej ochrony.

Istotna jest również możliwość okresowego otwierania urządzenia. Podczas prac serwisowych warto kontrolować stan oringa, ponieważ wielokrotny demontaż, zabrudzenia lub uszkodzenia mechaniczne mogą pogorszyć jego właściwości. Jeżeli widoczne są pęknięcia, trwałe odkształcenia albo inne oznaki zużycia, uszczelnienie powinno zostać wymienione przed ponownym zamknięciem obudowy.

 

Uszczelnianie złączy i przepustów kablowych

Złącza oraz miejsca wprowadzania przewodów do obudowy należą do punktów, które wymagają szczególnej uwagi podczas projektowania ochrony urządzenia przed wpływem środowiska. Nawet szczelna obudowa nie spełni swojej funkcji, jeśli woda, wilgoć lub zanieczyszczenia będą mogły przedostawać się do jej wnętrza właśnie przez te połączenia.

W odpowiednio zaprojektowanych złączach oring może uszczelniać miejsce styku dwóch części korpusu, tworząc barierę po ich połączeniu. Rozwiązania tego rodzaju znajdują zastosowanie m.in. w automatyce przemysłowej, motoryzacji, aparaturze pomiarowej oraz urządzeniach przeznaczonych do pracy w wymagających warunkach środowiskowych.

Uszczelnienia mogą być wykorzystywane również jako element konstrukcji wybranych przepustów służących do wprowadzania przewodów do urządzenia. W takim przypadku szczególnego znaczenia nabiera dopasowanie uszczelnienia do geometrii połączenia oraz zapewnienie odpowiedniego docisku po zakończeniu montażu.

Dodatkowe wymagania pojawiają się w przypadku elementów, które są regularnie rozłączane podczas obsługi lub serwisowania urządzenia. Powtarzający się montaż może powodować tarcie i stopniowe zużywanie powierzchni elastomeru. Dlatego stan uszczelnienia powinien być kontrolowany, a jego materiał dobrany z uwzględnieniem rzeczywistego sposobu eksploatacji danego złącza lub przepustu.

 

Czujniki i aparatura pomiarowa – uszczelnienia w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem

Czujniki i aparatura pomiarowa często pracują bezpośrednio w miejscu, w którym występują wilgoć, pył, olej, chłodziwo lub inne media procesowe. Jednocześnie wewnątrz takich urządzeń znajdują się elementy elektroniczne, które wymagają odpowiedniej ochrony. Z tego względu szczelność poszczególnych połączeń może mieć istotne znaczenie dla niezawodności całego układu pomiarowego.

Oringi mogą być wykorzystywane m.in. na połączeniach elementów obudowy czujnika oraz w miejscach jego montażu w instalacji lub urządzeniu. W zależności od konstrukcji pomagają ograniczyć przedostawanie się medium do przestrzeni, która powinna pozostać od niego odizolowana.

Takie rozwiązania znajdują zastosowanie w różnych obszarach automatyki przemysłowej i systemów pomiarowych. Czujniki temperatury, ciśnienia czy poziomu mogą pracować w bardzo odmiennych warunkach, dlatego wymagania stawiane ich uszczelnieniom również nie są jednakowe.

Szczególnie istotny staje się w tym przypadku dobór materiału oringa do medium. Pierścień mający kontakt z wodą może wymagać innych właściwości niż uszczelnienie pracujące z olejem, chłodziwem lub substancją chemiczną. Należy uwzględnić także temperaturę oraz ciśnienie występujące w punkcie pomiarowym. Dzięki temu uszczelnienie może zachować swoje właściwości przez zakładany okres eksploatacji i skutecznie oddzielać chronione elementy urządzenia od środowiska pracy.

 

Oringi w silnikach, napędach i urządzeniach elektromechanicznych

Urządzenia elektromechaniczne łączą podzespoły elektryczne z elementami mechanicznymi, dlatego wymagania dotyczące ich uszczelnienia mogą być szczególnie zróżnicowane. Silniki, napędy, siłowniki elektryczne czy zespoły wyposażone w przekładnie mogą pracować w otoczeniu, w którym występują pył, wilgoć, oleje, smary oraz inne zanieczyszczenia przemysłowe.

Oringi mogą być stosowane w wybranych połączeniach korpusów, pokryw i innych elementów konstrukcyjnych. Ich zadaniem może być zarówno ograniczenie przedostawania się zanieczyszczeń z zewnątrz, jak i utrzymanie odpowiedniego medium wewnątrz określonej części urządzenia. Przykładem są zespoły napędowe zawierające przekładnie i elementy wymagające smarowania.

W takich zastosowaniach istotnym czynnikiem staje się temperatura. Silnik elektryczny, przekładnia czy układ sterowania podczas pracy mogą generować ciepło, dlatego uszczelnienie powinno zachowywać swoje właściwości w całym przewidywanym zakresie temperaturowym urządzenia. Znaczenie może mieć również odporność na oleje i środki smarne znajdujące się w bezpośrednim otoczeniu oringa.

Dobór uszczelnienia do napędu lub innego urządzenia elektromechanicznego powinien więc uwzględniać nie tylko ochronę przed środowiskiem zewnętrznym, ale również warunki występujące wewnątrz samego zespołu. Rodzaj medium, temperatura, sposób montażu oraz charakter pracy połączenia wspólnie decydują o wymaganiach stawianych zastosowanemu elastomerowi.

 

Urządzenia elektryczne pracujące na zewnątrz stawiają uszczelnieniom szczególne wymagania

Urządzenia montowane na zewnątrz są przez cały okres eksploatacji narażone na zmienne warunki środowiskowe. Deszcz, wysoka wilgotność, wahania temperatury, ozon czy promieniowanie UV mogą oddziaływać nie tylko na obudowę, lecz także na znajdujące się w niej elementy uszczelniające. W takich zastosowaniach trwałość materiału ma szczególnie duże znaczenie.

Dotyczy to m.in. elementów automatyki zewnętrznej, aparatury pomiarowej, urządzeń energetycznych, infrastruktury technicznej czy rozwiązań wykorzystywanych w elektromobilności. W zależności od konstrukcji oringi mogą być stosowane do uszczelniania wybranych połączeń obudów, złączy oraz innych miejsc wymagających ochrony przed wpływem środowiska.

Istotnym wyzwaniem są cykliczne zmiany temperatury. Materiały konstrukcyjne rozszerzają się i kurczą, a elastomer powinien zachować odpowiednią elastyczność oraz docisk w przewidywanym zakresie warunków pracy. Długotrwała ekspozycja na czynniki atmosferyczne może dodatkowo przyspieszać starzenie niektórych materiałów i stopniowo pogarszać ich właściwości.

Z tego względu przy wyborze oringa do urządzenia pracującego na zewnątrz nie wystarczy dopasować jego średnicy i grubości. Trzeba również uwzględnić odporność elastomeru na temperaturę, ozon, promieniowanie UV, wodę oraz pozostałe czynniki występujące w miejscu instalacji. Odpowiedni dobór materiału pozwala ograniczyć ryzyko przedwczesnej degradacji uszczelnienia podczas wieloletniej eksploatacji.

 

NBR, EPDM czy FKM – jaki materiał oringa sprawdzi się w elektroinżynierii?

Wybór materiału powinien wynikać przede wszystkim ze środowiska, w którym będzie pracowało urządzenie. W elektroinżynierii nie istnieje jeden uniwersalny elastomer odpowiedni do wszystkich obudów, czujników, złączy czy napędów. Innych właściwości wymaga uszczelnienie mające kontakt z olejem, a innych pierścień przez wiele lat narażony na wodę i warunki atmosferyczne.

NBR znajduje zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie występują oleje mineralne, smary i inne kompatybilne z nim media. Z tego względu może być wykorzystywany w określonych elementach napędów, urządzeń elektromechanicznych oraz maszyn przemysłowych.

EPDM warto natomiast rozważyć w aplikacjach narażonych na wodę, wilgoć, ozon i warunki atmosferyczne. Takie właściwości są szczególnie przydatne w przypadku odpowiednio zaprojektowanych urządzeń pracujących na zewnątrz. Należy jednocześnie pamiętać, że EPDM nie jest właściwym wyborem do kontaktu z olejami i paliwami mineralnymi.

W bardziej wymagających warunkach stosowany jest również FKM, który wyróżnia się odpornością na podwyższoną temperaturę, a także wiele olejów, paliw i substancji chemicznych. Może więc znaleźć zastosowanie tam, gdzie warunki pracy przekraczają możliwości popularniejszych materiałów.

Ostateczna decyzja powinna zawsze uwzględniać konkretną aplikację. Rodzaj medium, zakres temperatur, ekspozycja na czynniki atmosferyczne i wymagany okres eksploatacji są ważniejsze niż wybór materiału wyłącznie na podstawie jego ogólnej charakterystyki.

 

Oring a stopień ochrony IP – czego nie należy upraszczać?

W przypadku urządzeń elektrycznych i elektronicznych często spotykamy się z oznaczeniami stopnia ochrony IP, które informują o poziomie ochrony zapewnianym przez obudowę przed dostępem do części niebezpiecznych, wnikaniem ciał stałych oraz – zależnie od drugiej cyfry oznaczenia – wody. W praktyce można spotkać urządzenia oznaczone np. jako IP54, IP65, IP67 czy IP68.

Oring może być jednym z elementów konstrukcyjnych pomagających uzyskać wymaganą szczelność. Może uszczelniać pokrywę, złącze, korpus czujnika lub inne miejsce, przez które woda albo zanieczyszczenia mogłyby dostać się do wnętrza urządzenia. Samo zastosowanie oringa nie oznacza jednak automatycznie, że urządzenie spełnia wymagania określonego stopnia IP.

O skuteczności ochrony decyduje cała konstrukcja. Znaczenie mają m.in. sposób wykonania obudowy, jej połączenia, przepusty kablowe, złącza, elementy mocujące, geometria rowków oraz właściwy docisk zastosowanych uszczelnień. Nawet niewielka nieszczelność w jednym z tych miejsc może wpłynąć na ochronę całego urządzenia.

Dlatego stopnia IP nie powinno się przypisywać na podstawie obecności konkretnego rodzaju uszczelki. Konstrukcja musi zostać zaprojektowana z uwzględnieniem zakładanych warunków użytkowania, a osiągany poziom ochrony odpowiednio zweryfikowany. Oring jest w takim układzie ważnym elementem, ale pozostaje jedną z części kompletnego systemu zabezpieczenia urządzenia przed wpływem środowiska zewnętrznego.

 

Jak dobrać oring do urządzenia elektrycznego lub elektronicznego?

Dobór odpowiedniego oringa należy rozpocząć od określenia warunków, w których będzie pracowało urządzenie. Znaczenie mają zarówno wymiary i geometria miejsca montażu, jak i rodzaj czynników, przed którymi uszczelnienie ma chronić wnętrze konstrukcji. Inne wymagania będzie miała obudowa narażona głównie na wilgoć i pył, a inne czujnik pozostający w kontakcie z olejem lub chłodziwem.

Jednym z najważniejszych parametrów jest temperatura. Trzeba uwzględnić nie tylko warunki panujące w otoczeniu, ale również ciepło generowane przez samo urządzenie. W przypadku aparatury instalowanej na zewnątrz istotne mogą być dodatkowo duże sezonowe wahania temperatury, promieniowanie UV, ozon oraz długotrwała ekspozycja na wodę i wilgoć.

Kolejnym krokiem jest określenie charakteru połączenia. W przypadku obudowy zamykanej na stałe warunki pracy uszczelnienia będą inne niż w złączu regularnie rozłączanym podczas obsługi urządzenia. Należy również uwzględnić jakość współpracujących powierzchni, konstrukcję rowka oraz stopień ściśnięcia pierścienia po montażu.

Na podstawie tych informacji można dobrać odpowiedni materiał elastomerowy oraz wymiary oringa. Ważne jest przy tym, aby nie analizować poszczególnych parametrów w oderwaniu od siebie. Uszczelnienie powinno jednocześnie odpowiadać konstrukcji urządzenia, temperaturze, rodzajowi medium i rzeczywistemu środowisku eksploatacji.

Prawidłowo dobrany oring staje się dzięki temu integralną częścią rozwiązania konstrukcyjnego, pomagając zachować szczelność urządzenia przez zakładany okres jego użytkowania.

Zobacz także: Zestawy Oringów

 

 

Skuteczne uszczelnienie zaczyna się od właściwego doboru – sprawdź ofertę SuperSeal

Zastosowanie oringów w elektroinżynierii jest bardzo szerokie – od obudów i złączy, przez czujniki oraz aparaturę pomiarową, aż po napędy i urządzenia pracujące na zewnątrz. W każdym z tych przypadków warunki eksploatacji mogą być jednak zupełnie inne. Uszczelnienie obudowy narażonej na wodę i czynniki atmosferyczne będzie miało inne wymagania niż oring pracujący w kontakcie z olejem, chłodziwem czy podwyższoną temperaturą.

Dlatego podczas wyboru znaczenie mają nie tylko odpowiednie wymiary, ale również materiał wykonania, temperatura pracy, rodzaj medium oraz środowisko, w którym będzie funkcjonowało urządzenie. Dopiero uwzględnienie wszystkich tych parametrów pozwala dopasować rozwiązanie do konkretnej aplikacji.

W ofercie SuperSeal dostępny jest szeroki wybór oringów w wielu rozmiarach i wariantach materiałowych, obejmujących zarówno popularne elastomery, takie jak NBR, EPDM czy FKM, jak i rozwiązania przeznaczone do bardziej wymagających warunków. Pozwala to dobrać uszczelnienie odpowiednie zarówno do typowych zastosowań technicznych, jak i specjalistycznych urządzeń oraz instalacji.

Jeżeli poszukujesz uszczelnienia do obudowy, czujnika, złącza, napędu lub innego urządzenia, sprawdź ofertę oringów SuperSeal i wybierz produkt dopasowany do rzeczywistych warunków jego pracy. Właściwy dobór niewielkiego elementu uszczelniającego może mieć istotne znaczenie dla trwałości, szczelności i niezawodności całej konstrukcji.