Oil Seals Index - Gapi Sealing System
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Index Oil Seals w w w. g ap i g ro u p. c o m
Index
Gapi Group
Nato nel 1962, GAPI Group ha Established in 1962, the GAPI
sede in Italia, a Castelli Calepio, Group is based in Castelli
Bergamo. Calepio, Bergamo, Italy.
Specializzato nella realizzazione, GAPI Group specializes in the
distribuzione e vendita di una manufacturing, distribution
gamma completa di soluzioni di and sale of a complete range
tenuta, GAPI Group oltrepassa of sealing solutions. The
i 100 milioni di Euro di fatturato group has an annual turnover
annuo e impiega oltre 700 of more than 100 million Euros
addetti distribuiti su 12 siti and employs over 700 people,
produttivi e 6 unità logistiche. working in 11 production
Grazie al coordinamento plants and 6 logistical facilities.
di 11 divisioni interne Ten divisions coordinate the
specializzate nella progettazione design and manufacture of
e realizzazione di differenti technical products in rubber,
articoli tecnici in materiali rubber-metal, thermoplastics,
quali gomma, gomma metallo, polyurethanes, PTFE and
termoplastici, poliuretani, other technical polymers. R&D
PTFE e tecnopolimeri, e alla centres support the diversified
disponibilità di differenti manufacturing technologies with
tecnologie produttive, di vanguard analysis, and product
sofisticati laboratori di analisi e and material development
centri di ricerca e sviluppo, laboratories. Through the
GAPI Group è in grado di offrire business concept of “Total
soluzioni per tutte le principali Sealing”, the GAPI Group
esigenze applicative con un provides value by offering
concetto di total sealing. a broad range of technical
solutions through localized
logistical support and service.
Index
Index Indice
Index Indice Contents 1 Generalità 5 1 General 5 2 Componenti fondamentali 6 2 Basic components 6 2.1 Materiali costituenti il labbro di tenuta 6 2.1 Materials for the sealing lips 6 2.2 Armatura metallica 11 2.2 Metal case 11 2.3 Molla elicoidale 12 2.3 Garter spring 12 3 Principio di funzionamento 14 3 Operating principle 14 3.1 Interferenza 14 3.1 Interference 14 3.2 Forza radiale 14 3.2 Radial force 14 3.3 Forma del labbro 15 3.3 Shape of the lip 15 3.4 Posizione della molla 16 3.4 Position of the spring 16 4 Criteri identificativi 17 4 Identifying criteria of a shaft seal 17 4.1 Dimensioni 17 4.1 Dimensions 17 4.2 Tipologie 17 4.2 Types 17
Index 4 1 - Generalità
Index
Generalità
General
Il presente capitolo tratta della tenuta ai fluidi su alberi This chapter deals with the sealing of fluids on rotating
rotanti, delicato problema che oggi trova pressochè univer- shafts, a delicate problem that now finds its almost univer-
sale soluzione con l'impiego del prodotto definito "anello sal solution in the application of a product known as a
di tenuta per albero rotante". L'assieme della trattazione è "rotary shaft seal". The entire discussion is destined for
destinata ai progettisti ed agli utilizzatori, come valido designers and users, as a valid support and guidance for
supporto e guida per la scelta del tipo più appropriato ai selecting the most appropriate type for their specific uses.
loro specifici impieghi. The shape of the "rotary shaft seal" is shown in the fig. 1,
La forma "dell'anello di tenuta per albero rotante" è rap- which also supplies the recurrent nomenclature for the
presentata nella fig. 1, che riporta anche la nomenclatura component parts of the ring.
ricorrente delle parti costituenti l'anello.
Fig. 1
Parti costituenti l’anello.
Component parts of the ring.
Superficie esterna Parte esterna
Outer surface Outer part
Smusso frontale Smusso sul retro
Front chamfer Rear chamfer
Superficie frontale Superficie del retro
Front face Rear face
Superficie esterna della membrana Rivestimento del fondo
Outer diaphram face Bottom lining
Molla elicoidale Armatura metallica
Spring Metal case
Bordo di appoggio molla Membrana
Spring retaining lip Diaphragm
Cavità della molla Superficie interna della membrana
Spring groove Internal face of diaphgram
Superficie di contatto Labbro parapolvere
Contact surface (front face) Dust lip
Spigolo di tenuta Labbro parapolvere (superficie frontale)
Sealing edge Dust lip (Front face)
Piano dello spigolo di tenuta Superficie di contatto (retro)
Sealing edge plane Rear contact face
Labbro di tenuta
Sealing lip
Lato frontale Retro (lato aria) Piano della molla
Front side Rear side/ air side Spring plane
1 - General 5Index
Componenti fondamentali
Fundamental components
Elementi caratteristici fondamentali di un anello di tenuta The typical fundamental components of a shaft seal are:
sono:
The sealing lip, consisting of a flexible membrane ending in
Labbro di tenuta, costituito da una membrana flessibile an edge, made of elastomeric material, designed to wrap
terminante a spigolo, in materiale elastomerico, destinata around the shaft and thus exert a sealing action (Par. 2.1)
ad avvolgere l'albero ed esercitare così la tenuta. (Par.
2.1) The metal case, designed to provide the shaft seal with the
necessary rigidity for a stable coupling with the relative
Armatura metallica, destinata a conferire all'anello la rigidi- housing bore. (Par. 2.2)
tà necessaria per uno stabile accoppiamento con la relativa
sede di alloggiamento. (Par. 2.2) The Garter spring, acting as a complement to the funda-
mental action of the sealing lip (Par. 2.3).
Molla elicoidale, con funzione complementare all'azione
fondamentale del labbro di tenuta. (Par. 2.3)
2.1 Materiali costituenti il labbro di tenuta 2.1 Materials used for the sealing lip
Il materiale di cui è costituito il labbro di tenuta è una The material used for the sealing lip is a mixture of one or
mescolanza tra uno o più elastomeri di base e una serie di more basic elastomers and a variety of ingredients, such as:
vari ingredienti, come: cariche rinforzanti, plastificanti, reinforcing fillers, plasticizers, antioxidants, accelerators,
antiossidanti, acceleranti, ecc.. Ciò allo scopo di conferirgli etc. This is for the purpose of providing it with certain pro-
determinate caratteristiche, quali: perties, such as:
- stabilità al fluido con cui viene a contatto - Compatibility with the fluid contacted
- alto grado di elasticità - High degree of elasticity
- resistenza all'usura - Wear resistance
- basso coefficiente d'attrito - Low friction coefficient
La conoscenza dei materiali è indispensabile al tecnico A familiarity with the materials is essential to help the desi-
progettista per la scelta corretta di quello più idoneo all'ap- gning specialist make the proper selection of the most sui-
plicazione di suo interesse. table materials for the application of interest. The main
Le principali qualità di mescole impiegate dalla ROLF per la qualities of the compounds ROLF uses for producing its
produzione degli anelli di tenuta sono: shaft seals are:
NBR nitrilica (Acrilonitrile-butadiene) NBR nitrile rubber (acrylonitrile-butadiene)
ACM poliacrilica (Poliacrilato) ACM polyacrilic rubber (polyacrylate)
MVQ siliconica (Polisilossano) MVQ silicon rubber (polysiloxane)
FPM fluorurata (Vinilidenfluoruro FPM fluorinated rubber (vynilidene-fluoride
esafluoropropilene) hexafluoropropene)
HNBR nitrilica idrogenata (Acrilonitrile-butadiene HNBR hydrogenated nitrile rubber (acrylonitrile-
-idrogenato) hydrogenated butadiene)
EPDM etilene-propilenica (Etilene-propilene) EPDM ethylene-propylene rubber (ethylene-propylene)
(Identificazione secondo ISO R 1629 del marzo 1971) (Identification according to the ISO R 1629 standard of March, 1971)
Modifiche alla struttura di tali mescole o studi di nuove The structure of these compounds can be modified or stu-
mescole possono essere effettuate dalla Rolf per meglio dies on new compounds can be pursued by ROLF to meet
soddisfare esigenze particolari dei clienti. or exceed the specific customer requirements.
6 2 - Componenti fondamentaliIndex
NBR - Gomma nitrilica NBR - Nitrile rubber
E' l'elastomero impiegato nella maggior parte delle appli- The most widely used elastomer in most current applica-
cazioni correnti. In particolare è indicato a contatto con: tions. It is particularly recommended in case of contact
- olii a base paraffinica (alifatici) with:
- olii e grassi minerali (oli motore, oli per cambi, differenzia- - Paraffin-based (aliphatic) oils
li, ecc...) - Mineral oils and fats (oils for engines, gearboxes, differen-
- olii idraulici tials, etc.)
- acqua e soluzioni acquose (liscive) - Hydraulic oils
Il campo di temperatura varia tra -30°C e +120°C. - Water and aqueous solutions (lyes)
The temperature range varies from -30°C to + 120°C.
ACM -Gomma poliacrilica ACM - Polyacrylic rubber
Questo elastomero è indicato per l'impiego con: This elastomer is recommend for use with:
- olii motore anche se additivati e contenenti zolfo - engine oils even if containing additives and sulfur
- olii trasmissione - transmission oils
- olii idraulici - hydraulic oils
Il campo di temperatura varia tra -25°C e +150°C. The temperature range varies from -25°C to + 150°C.
MVQ - Gomma siliconica MVQ - Siliconic rubber
Per la sua composizione chimica (catene ad alto peso Due to its chemical composition (high molecular weight
molecolare di polisilossani opportunamente modificate), chains of appropriately modified polysiloxanes), this series
presenta una notevole resistenza agli agenti atmosferici, is particularly resistant toward atmospheric agents, light
alla luce e all'ozono. Mostra inoltre un'eccellente resisten- and ozone. It also exhibits an excellent high- and low tem-
za alle basse ed alle alte temperature tanto che il suo perature resistance, so that its field of application covers a
campo di utilizzo ne copre una vasta fascia e, sebbene la broad range. Despite its less than fully satisfactory tear and
sua resistenza alla lacerazione e all'abrasione non siano abrasion strength, its low friction coefficient amply com-
completamente soddisfacenti, il suo basso coefficiente di pensates for the relative effect. It is recommended for:
attrito ne compensa ampiamente l'effetto. E' indicato per: - resistance to atmospheric agents, ozone, etc.
- resistenza agli agenti atmosferici, ozono, ecc... - mineral oils
- oli minerali - glycol-based fluids
- fluidi a base glicolica Never use with petrols.
Non utilizzare mai con le benzine The temperature range varies from -55°C to + 180°C.
Il campo di temperatura varia tra -55°C e +180°C.
FPM - Gomma fluorurata FPM - Fluorinated rubber
Questo elastomero possiede un'eccezionale resistenza al This elastomer has exceptional heat and chemical resistan-
calore ed agli agenti chimici. Le sue proprietà rimangono ce. Its properties remain indefinitely stable up to about
inalterate indefinitamente fino a 200°C circa. Offre ottime 200°C. It offers excellent performances in contact with:
prestazioni a contatto con: - aliphatic hydrocarbons
- idrocarburi alifatici - aromatic hydrocarbons (toluene, benzene, xylene)
- idrocarburi aromatici (toluolo, benzolo, xilolo) - vegetable and mineral oils and fats, even if containing
- oli e grassi vegetali e minerali anche additivati additives
- solventi clorurati - chlorinated solvents
- ozono - ozone
- luce ed agenti atmosferici - light and atmospheric agents
Il campo di temperatura varia tra -30°C e + 200°C. The temperature range is from -30°C to + 200°C.
2 - Fundamental components 7Index
HNBR - Gomma nitrilica idrogenata HNBR - Hydrogenated nitrile rubber
La struttura chimica di questo elastomero (ottenuta idroge- The chemical structure of this elastomer (obtained by
nando un tipo opportuno di gomma nitrilica NBR) consen- hydrogenating an appropriate type of NBR nitrile rubber)
te, specialmente se vulcanizzato con un sistema perossidi- allows achieving, especially if vulcanized with a peroxide
co, una resistenza alla temperatura mediamente di 30°C system, an average heat resistance 30°C above that of nitri-
superiore alla gomma nitrilica e un'ottima resistenza le rubber, and an excellent abrasion resistance.
all'abrasione. Its resistance to oils and solvents is on average slightly
La resistenza agli olii e solventi risulta in media di poco superior to that of nitrile rubber, except for special cases. It
superiore alla gomma nitrilica, salvo casi particolari. Risulta is therefore recommended for:
quindi indicato per: - heat resistance
- resistenza al calore - ozone resistance
- resistenza all'ozono - abrasion resistance
- resistenza all'abrasione The temperature range is from -40°C to + 150°C.
Il campo di temperatura varia tra -40°C e +150°C.
EPDM - Gomma etilene-propilene EPDM - Ethylene-propylene rubber
E' una gomma a base etilene propilene più un terzo mono- This rubber is based on ethylene-propylene plus a third
mero (diene) che consente la reticolazione a zolfo. (diene) monomer which allows its reticulation with sul-
Per la sua struttura chimica ha una peculiare resistenza a phur.
fluidi come acqua e vapore e ad ambienti come ozono che Due to its chemical structure, it has a peculiar resistance to
la rendono indicata per: fluids such as water and steam and environments such as
- acqua fino all'ebollizione ozone, which recommends its use for:
- vapore - water, up to boiling point
- sistemi idraulici particolari come impianti frenanti - steam
- ozono - particular hydraulic systems, such as braking systems
- agenti atmosferici - ozone
- basi - atmospheric agents
- solventi polari a temperatura ambiente - bases
Il campo di temperatura varia da -50°C a + 150°C. - polar solvents at ambient temperature
The temperature range is from -50°C to + 150°C.
8 2 - Componenti fondamentaliIndex
Le seguenti tabelle indicano i principali tipi di elastomeri The following tables describe the main types of elasto-
impiegati da Rolf e la loro compatibilità ai vari tipi di fluido mers used by ROLF and their compatibility with various
con relativa temperatura massima ammessa, in °C. types of fluids, showing their relative maximum allowable
temperatures in °C.
Tab. 1
Compatibilità con i fluidi e max temperatura ammessa (°C).
Fluid compatibility and max. allowable temperature (°C).
73 NBR 004
Tipo di elastomero Rolf / ROLF elastomer type 73 NBR 005 70 ACM 301 80 MVQ 501 73 FPM 401 75 HNBR 103 70 EPDM 601
80 NBR 007
Qualità elastomerica Nitrilica Poliacrilica Siliconica Fluorurata Nitrilica Etilene
idrogenata propilenica
Elastomer quality Nitrile Polyacrilic Siliconic Fluorinated Hidrogenated Ethylene
nitrile propylene
Limiti generali di temperatura rilevata allo spigolo di tenuta
General temperature limits measured at the sealing edge -30 +120 -25 +150 -55 +180 -30 +200 -40 +150 -50 +150
Oli a base minerale / Mineral-base oils
Oli motore / Engine oils 100 130 150 170 150
Oli cambi differenziali / Gearbox and differential oils 80 120 150 130
Oli ipoidi (EP) / Hypoid (EP) oils 80 120 150 130
Oli ATF / ATF oils 100 130 130 170 150
Oli idraulici (VDMA 24318) / Hydraulic oils (VDMA 24318) 90 120 130 150 90
Oli combustibili EL + L / Fuel oils EL + L 90 150 NS
Grassi / Greases 90 150
Fluidi idraulici ininfiammabili / Non-flammable hydraulic oils
HFB; Emulsioni invertite acqua - olio / HFB; invert water-oil emulsions 70 60 NS
HFC; Soluzioni di poliglicoli in acqua / HFC; aqueous polglycol solutions 70 130 70
HFD; Fluidi non contenenti acqua / HFD; water-free fluids 150
Altri fluidi / Other fluids
Acqua / Water 90 100 100
Soluzioni acquose (liscive) / Aqueous solutions (lyes) 90 100 100
Vapore / Steam 150 150
compatibile, ma generalmente non impiegato / compatible, but generally not used
limitatamente compatibile / of limited compatibility non compatibile / not compatible NS=non sperimentata / untested
2 - Fundamental components 9Index
Tab. 2
Limiti di temperatura di alcuni titpi di elastomeri (°C).
Temperature limits of a few elastomer types (°C).
Fluorurata / Fluorinated (FKM or FPM)
-40/-30 +200/+275
Siliconica / Siliconic (MVQ)
-80/-55 +190/+225
Nitrilica idrogenata / Hidrogenated nitrile (HNBR)
-50/-40 +150/+165
Poliacrilica / Plyacrylic (ACM)
-30/-25 +150/+170
Nitrilica / Nitrile (NBR)
-40/-30 +120/+135
Etilene propilene / Ethylene -propylene (EPDM)
-65/-50 +150/+170
-100 -50 0 +50 +100 +150 +200 +250 +300
2.1.1 - Dilatazioni termiche degli elastomeri 2.1.1 - Thermal expansion of elastomers
I coefficienti di dilatazione termica degli elastomeri sono The thermal expansion coefficients of elastomers are deci-
decisamente superiori a quelli dei metalli (vedi Tab. 3). dedly superior to those of metals (see Table 3).
Non bisogna perciò tenere in considerazione solo la forma It is impossible, therefore, to merely consider the geometric
geometrica di un anello di tenuta ed il suo carico radiale a shape of a shaft seal and its total radial load at ambient
temperatura ambiente, poichè le condizioni di funziona- temperature, because its operating conditions and lifetime
mento e la durata della guarnizione possono mutare sensi- may substantially vary, depending on the change of the
bilmente in funzione della variazione del modulo d'elastici- modulus of elasticity induced by a temperature change.
tà causata da una variazione di temperatura.
Materiale Coefficente di dilatazione termica m/m°C-1 Material Thermal expansion coefficient in m/m°C -1
Acciaio 12 •10-6 Steel 12 •10-6
Alluminio 24 •10-6 Aluminium 24 •10-6
Ottone 18 •10-6 Brass 18 •10-6
73 NBR 004 110 •10-6 73 NBR 004 110 •10-6
70 ACM 301 100 •10-6 70 ACM 301 100 •10-6
70 EPDM 601 170 •10-6 70 EPDM 601 170 •10-6
75 HNBR 103 115 •10-6 75 HNBR 103 115 •10-6
80 MVQ 501 180 •10-6 80 MVQ 501 180 •10-6
73 FPM 401 150 •10-6 73 FPM 401 150 •10-6
10 2 - Componenti fondamentaliIndex
2.2 Armatura metallica 2.2 Metal case
Ha la funzione di conferire all'anello la rigidità necessaria Its function is to offer the shaft seal the necessary rigidity to
per uno stabile accoppiamento con la relativa sede di enable a stable coupling with its relative housing seating.
alloggiamento. Può essere, con riferimento all'elastomero, With reference to the elastomer, it may be of an inner (see
interna (vedi par. 2.2.1), esterna (vedi par. 2.2.2) o semiri- par. 2.2.1), an outer (see par. 2.2.2) or a part-coated type (see
coperta (vedi par. 2.2.3). par. 2.2.3.)
2.2.1 - Armatura metallica interna 2.2.1 - Inner metal case
Questa soluzione comporta i seguenti vantaggi: This solution includes the following advantages:
- elimina il pericolo di corrosione - It eliminates the risk of corrosion
- non danneggia la sede, anche se questa è in lega leggera, - It avoids damaging the seating, even if made of a light
assicurando maggior possibilità di ricambi senza danni. alloy, thus affording a better opportunity of substitutions
without damages.
2.2.2 - Armatura metallica esterna 2.2.2 - Outer metal case
Questo tipo di armatura era stata ideata per impieghi che This type of case was designed for applications requiring
richiedevano forze di spiantaggio elevate e movimentazio- high pulling forces and automated motions based on
ni automatizzate con sistemi magnetici. Nel tempo si è magnetic systems. In time, it has also been shown that in
dimostrato che, per avere una tenuta affidabile, necessita- order to achieve a reliable seal, a ground outer finish and a
va di una finitura esterna rettificata e di una sede lavorata finely machined seating was needed in addition to the use
fine, oltre all'impiego di materiali sigillanti. Il costo era of sealing materials. Its cost was considerably higher than
notevolmente più elevato di quella ricoperta. Si decise that of a coated type. It was therefore decided to use it only
pertanto di utilizzarla solo con le mescole pregiate dove la in combination with high-quality compounds, where most
maggiorazione di costo veniva compensata dal risparmio of the cost increase is compensated by the savings in ela-
di materiale elastomerico. stomer materials.
La ROLF ha comunque risolto il problema producendo le At any rate, ROLF solved the problem by producing its seals
sue tenute con l'esterno ricoperto solo per metà della sua with their outer surface coated only up to half of its height,
altezza, come dettagliatamente riportato qui di seguito. as detailed below.
2 - Fundamental components 11Index 2.2.3 - Armatura metallica semiricoperta 2.2.3 - Part-coated metal case Questa soluzione prevede la ricopertura dell'armatura This solution involves coating the outer case up to about esterna per circa metà della sua altezza. Tale ricopertura è half of its height. This coating is a result of vulcanization prodotto di vulcanizzazione e può essere liscia od ondulata and can be plain or corrugated to better fit the assembly per meglio adattarsi alle esigenze di piantaggio dei nostri forces required by the customers. clienti. The resulting advantages are: I vantaggi che ne derivano sono: - excellent locking-in in the housing - ottimo bloccaggio in sede - savings of high-quality materials - risparmio sui materiali pregiati - ease of assembly - facilità di montaggio - safety in operation - sicurezza di funzionamento This type of locking is advisable for future projects requi- Questa tipologia di bloccaggio è consigliabile per progetti ring a particularly challenging application. futuri che richiedono un impiego particolarmente gravoso. 2.2.4 - Natura dei materiali costituenti l’armatura 2.2.4 - Nature of the materials used for the case Nella versione standard l'armatura metallica è costituita da In its standard version the metal case consists of a medium/ lamiera d'acciaio da medio/profondo stampaggio, secon- deep draw steel sheet according to the UNI EN10130 or DIN do norme UNI EN10130 o DIN 1624, con uno spessore 1624 standards, of a thickness commensurate with the size adeguato alle dimensioni dell'anello. Nei casi in cui sia of the shaft seal. Where a resistance to corrosive fluids is richiesta la resistenza ai fluidi corrosivi, può essere previ- required, it can be supplied as made from sta in: - Stainless steel, to DIN 17440/tab. 1.54401 or AFNOR Z6 - acciaio inossidabile, secondo norme DIN 17440/tab. CND 17.11 standards (ex AISI 316) 1.4401 o AFNOR Z6 CND 17.11 (ex AISI 316) - Brass, to UNI 4894 standards. - ottone, secondo norma UNI 4894. 2.3 Molla elicoidale 2.3 Spring Ha una funzione complementare all'azione fondamentale The spring has a function that is complementary to the esercitata dal labbro di tenuta. Difatti, il calore, le deforma- fundamental action provided by the sealing lips. In fact, zioni meccaniche e l'azione chimica dei fluidi modificano le heat, mechanical deformation and chemical action of the caratteristiche originali della gomma. La forza radiale origi- fluids affect the original properties of the rubber. As a nale, esercitata dall'elemento di tenuta, tende quindi a result, the original radial force exerted by the sealing ele- diminuire. La funzione della molla è quella di contrastare ment tends to decrease. The function of the spring is to questa tendenza. La molla è strettamente avvolta a spirale counteract this tendency. The spring is a closely wound e possiede un pretensionamento iniziale calcolato. A ciò si helical spring in toric form and possesses a calculated ini- aggiunge un trattamento termico di stabilizzazione esegui- tial pre-loadinging force. This is supplemented by a stabili- to a temperatura più elevata di quella di funzionamento, zing heat treatment performed at a higher temperature mediante il quale è possibile ottenere: than the operating one, which makes it possible to achie- - in fase di progettazione: la sicurezza di utilizzare la forza ve: radiale più i ndicata al tipo di funzionamento previsto. - at the design stage: the safety of using the most suitable - in fase di utilizzo in servizio: una garanzia della stabilità radial force for the expected application, della forza radiale stessa. Infatti l'effetto temperatura pro- - at the operating stage: a guaranteed stability of the radial voca, nel tempo, non soltanto una variazione delle caratte- force itself. The temperature effect actually determines, in ristiche originali della gomma, ma anche una diminuzione the course of time, not merely an alteration of the rubber's delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio costituente la original characteristics, but also a decrease of the mecha- molla. nical properties of the steel constituting the spring. 12 2 - Componenti fondamentali
Index
Diag. 1
Il diagramma mostra
il cambiamento della tensione iniziale
di molle stabilizzate e non.
The diagram illustrates
the change in the initial tension of the springs
with and without stabilization.
2.3.1 - Natura dei materiali costituenti la molla 2.3.1 - Nature of the materials constituting the spring
La scelta del materiale costituente la molla dipende dal The choice of the materials constituting the spring depen-
tipo di fluido con cui le molle elicoidali vengono a contatto. ds on the type of fluid the Garter spring comes in contact
Nella versione standard sono costituite da un filo d'acciaio with. In the standard version it consist of a phosphatized,
armonico fosfatato, ad alta resistenza, secondo norme UNI high strength piano wire steel to UNI 3823 or DIN 17223
3823 o DIN 17223. standards.
Le molle standard subiscono un assestamento program- The standard springs undergo a programmed bedding-in
mato che, in fase di progetto, permette un'esatta valuta- process which allows a precise evaluation of the radial
zione della forza radiale. force at the design stage. The use of springs of different
Per applicazioni particolari si può prevedere l'impiego di material may be considered for particular applications.
molle in altro materiale. For instance, in cases requiring a seal against corrosive
Ad esempio, nei casi in cui si debba fare tenuta a fluidi liquids such as seawater, detergent or acid solutions, a
corrosivi,come acqua marina, detersivi in soluzione, solu- stainless steel spring can be employed, conforming to the
zioni acide, può essere impiegata una molla in acciaio following standards:
inossidabile, rispondente a norme:
- DIN 17007 tab. 2: 1.4300 o AFNOR Z10 CN 18.09 - DIN 17007, Table 2: 1,4300 or AFNOR Z10 CN 18.09
(ex AISI 302) (ex AISI 302)
- DIN 17007 tab. 2: 1.4401 o AFNOR Z6 CND 17.11 - DIN 17007, Table 2: 1,4401 or AFNOR Z6 CND17.11
(ex AISI 316) (ex AISI 316)
- DIN 17007 tab. 2: 1.4571 o AFNOR Z8 CNDT 17.12 - DIN 17007 Table 2: 1,4571 or AFNOR Z8 CNDT 17.12
L'impiego di molle in bronzo fosforoso, pur avendo la stes- The use of phosphorous bronze springs, while having the
sa resistenza degli acciai inossidabili agli agenti chimici, è same chemical resistance as stainless steels, is not recom-
sconsigliato a causa della instabilità delle caratteristiche mended because of the instability of its dimensional cha-
dimensionali e per l’incostante decadimento del carico. racteristics and the uneven decay of its load capacity
2 - Fundamental components 13Index
Principio di funzionamento
Operating principle
L'anello di tenuta a prima vista potrebbe sembrare un pro- At first sight, the shaft seal may appear to be an article of
dotto della massima semplicità. Esso nasconde invece una utmost simplicity. However, it conceals a complex techno-
tecnologia complessa e comprende una serie di parametri logy and encompasses a series of extremely delicate fun-
funzionali estremamente delicati. Ora si tratta di capire ctional parameters. It must at this point be understood
come questi elementi operino separatamente e congiunta- how these elements operate separately and jointly in order
mente per fornire alla tenuta la massima affidabilità. to provide a seal of top reliability.
3.1 Interferenza 3.1 Interference
E' la differenza aritmetica tra il Ø dell'albero ed il Ø interno This term indicates the arithmetic difference between the
del labbro di tenuta libero. La sua funzione è quella di man- shaft diameter and the inner diameter of the free sealing
tenere il labbro a contatto con l'albero esercitando su di lip. Its function is to maintain the lip in contact with the
esso una tensione tale da garantire la tenuta con il minimo shaft, while exerting such a force on it as to guarantee a
dell'usura e del dispendio d'energia. sealing action with a minimum of wear and wasted ener-
gy.
3.2 Forza radiale
3.2 Radial force
Chiamasi forza radiale la forza che il labbro di tenuta eser-
cita sull'albero. This terms indicates the force exerted by the sealing lip on
E' normalmente rappresentata dall'unione delle forze the shaft. It is normally represented by the joint action of
generate dalla molla e dall'interferenza. La misura di que- the forces generated by the Garter spring and by the inter-
sto parametro definisce con precisione la capacità di tenu- ference. The measure of this parameter precisely defines
ta di un anello. Durante il funzionamento, infatti, la forza the sealing capacity of a shaft seal. During its operation,
radiale diminuisce in funzione dei parametri operativi the radial force actually decreases depending on the ope-
(velocità, temperatura, pressione, qualità del fluido da rating parameters (speed, temperature, pressure, quality
ritenere) che provocano usura del labbro e cambiamenti of the fluid to be retained) which cause wear on the lip and
fisico-chimici della mescola. physical-chemical changes in the compound.
Il diagramma sottostante ne visualizza la funzione nel The diagram shown below illustrates this process as a fun-
tempo. ction of time.
L'espressione matematica è data dalla formula:
∫
2π The mathematical expression is given by the formula:
∫
FR = . f . r . dϕ = f . 2π . r 2π
0 R R
FR = . f . r . dϕ = f . 2π . r
0 R R
Diag. 2
f = forza;
t = tempo;
a = curva della gomma;
b = curva della molla stabilizzata;
c = curva della forza radiale.
f = force;
t = time;
a = rubber curve;
b = stabilized spring curve;
c = radial force curve.
14 3 - Principio di funzionamentoIndex
3.3 Forma del labbro 3.3 Shape of the lip
Un altro parametro determinante ai fini della tenuta è Another essential parameter from a sealing viewpoint is
costituito dalla forma del labbro di tenuta. the shape of the sealing lip.
Gli elementi principali da prendere qui in considerazione The main elements to be taken into account in this case
sono: are:
- la posizione del fulcro - the position of the fulcrum
- gli angoli del labbro (lato olio e lato aria) - the angles of the lip (on the oil side and air side)
- la lunghezza della membrana - the length of the diaphragm
3.3.1 - Posizione del fulcro 3.3.1 - Position of the fulcrum
Il fulcro è il punto attorno al quale il labbro può compiere The fulcrum is the point around which the lip may perform
un movimento di flessione. Variando la forma del labbro a flexing motion. Changing the shape of the lip allows one
possiamo variare la posizione del suo fulcro e, di conse- to vary the position of its fulcrum and consequently its fle-
guenza modificarne la flessibilità così come il raggio di xibility as well as its range of action.
azione. These changes are fixed at the design stage and are
Queste variazioni sono fissate in fase di progettazione ed based on the operating requirements.
in funzione delle esigenze d'impiego.
3.3.2 - Angoli del labbro 3.3.2 - Lip angles
Gli angoli lato olio e lato aria sono notevolmente diversi The angles on the oil side and air side differ substantially,
perchè le loro funzioni sono praticamente opposte: due to their practically opposite functions:
- angolo lato olio da 40° a 60° - angle on the oil side: from 40° to 60°
- angolo lato aria da 12° a 30° - angle on the air side: from 12° to 30°
L'angolo lato olio ha due funzioni: The angle on the oil side serves two purposes:
A) Tagliare il flusso dell'olio facilitandone la centrifuga- A) To cut off the flow of oil, by easing its centrifugation
zione B) To facilitate the installation of the shaft fitted with an
B) Facilitare il montaggio dell'albero avente smusso d'im- acceptance chamfer, according to the DIN 3760 standard.
bocco secondo norma DIN 3760. The angle on the air side serves the purpose of a capillary
L'angolo lato aria ha la funzione di trattenere per effetto sealing against the permeated oil that would tend to drip
capillare l'olio del meato che a fermo macchina tenderebbe off when shutting down the machine. This detail also
a colare. Questo accorgimento aiuta ad avere una buona helps to provide a good seal during operation.
tenuta anche durante il funzionamento.
3.3.3 - Lunghezza del labbro 3.3.3 - Length of the lip
La capacità di assorbimento delle oscillazioni di un albero The absorption capacity for the vibrations of a rotating
rotante dipende, oltre che da tutti i parametri già esamina- shaft also and above all depends, in addition to the para-
ti, anche e soprattutto dalla lunghezza del labbro. meters hereto examined, on the length of the lip.
Entro certi limiti, per determinate velocità e in assenza di Within certain limits, for certain speeds and in the absen-
pressione, la capacità di assorbimento delle oscillazioni ce of pressure, its absorption capacity for radial vibrations
radiali è direttamente proporzionale alla sua lunghezza. is directly proportional to its length.
Al contrario, in presenza di pressione viene ridotto al valore On the contrary, the presence of pressure reduces its mini-
minimo in modo da offrire meno superficie possibile mum value so as to offer less available surface to the
all'azione della pressione stessa (vedi anche par. 5.3.2). pressure itself (also refer to the par. 5.3.2).
3 - Operating principle 15Index
3.4 Posizione della molla 3.4 Position of the spring
Per gli impieghi standard la distanza tra lo spigolo di tenu- For standard applications the distance between the sealing
ta e l'asse orizzontale della molla può variare da un minimo edge and the horizontal axis of the spring may vary betwe-
di 0,1 mm ad un massimo di 1,2 mm nella direzione della en a minimum of 0.1 mm and a maximum of 1.2 mm in the
parete di fondo (vedi Fig. 2). direction of the base face (see Fig. 2).
La posizione esatta viene definita in fase di progettazione, The exact position is defined at the design stage, depen-
in funzione delle esigenze tecniche, del materiale impiega- ding on the technical requirements, the material employed,
to, delle dimensioni della tenuta e del suo profilo. the dimensions of the shaft seal and its configuration.
Fig. 2
Posizione della molla.
Positioning of the spring.
- hF: distanza tra spigolo e asse della molla.
distance between edge and spring axis.
- hD: distanza tra spigolo e faccia esterna.
distance between edge and outer surface.
16 3 - Principio di funzionamentoIndex
Criteri identificativi
di un anello di tenuta
Identifying criteria of a shaft seal
"L'anello di tenuta per alberi rotanti" descritto nella sua The "rotary shaft seal", as described in its basic form, can
forma di base, viene diversificato sia per la forma geome- be diversified in both its geometric shape and the nature of
trica che per la natura dei materiali, al fine di meglio ade- its materials in order to better adapt it to the different sea-
guarlo alle differenti problematiche di tenuta che è chiama- ling tasks it must fulfill. The system utilized by ROLF for
to a risolvere. Il sistema utilizzato dalla ROLF per l'identifi- identifying its rotary shaft seals consists of the following
cazione dei suoi anelli è costituito dai seguenti parametri: parameters:
- Dimensioni (4.1) - Dimensions (4.1)
- Tipologia (4.2) - Type (4.2)
- Qualità elastomerica (4.3). - Elastomer quality (4.3)
Schema di designazione di un anello di tenuta Esempi di designazione
Coding system for rotary shaft seals Example of coding
- AT 5 X 16 X 7:
anello di tenuta normale, adatto per albero Ø 5 mm, alloggiamento Ø 16 mm
diametro diametro altezza e altezza 7 mm, standard
albero alloggiamento anello qualità normal shaft seal, suitable for a shaft of 0.5 mm diameter, a housing of 16 mm
in mm in mm in mm tipologia elastomerica diameter and a height of 7 mm, standard type
d x D x h .......... ......... - AT 5 X 16 X 7 70 ACM 301:
stesso anello di cui sopra ma in materiale poliacrilico (ACM)
shaft housing shaft seal type elastomer same shaft seal as above, but made of a polyacrylic material
diameter diameter height quality
- AT 30 X 47 X 7 RP rsx 70 ACM 301:
in mm in mm in mm anello di tenuta, adatto per albero Ø 30 mm. alloggiamento Ø 47 mm e altezza
7 mm, con labbro parapolvere ausiliario, rigatura monodirezionale sinistra in
materiale poliacrilico (ACM)
shaft seal suitable for a shaft of 30 mm diameter, a housing of 47 mm diameter
and a height of 7 mm, with an auxiliary dust lip, monodirectional left side
grooving, made of a polyacrylic material (ACM).
4.1 - Dimensioni 4.1 - Dimensions
Definite dalle sole 3 dimensioni fondamentali, nell'ordine: These are defined only by the following three fundamental
- diametro dell'albero measures, in this order:
- diametro dell'alloggiamento - the shaft diameter
- altezza dell'anello di tenuta. - the housing diameter
- the shaft seal height
4.2 - Tipologie 4.2 - Types
Gli anelli di tenuta sono suddivisi in funzione di: The shaft seals are classified according to:
- Conformazione esterna - their outer configuration
- Geometria del labbro di tenuta. - geometry of their sealing lip.
4 - Identifying criteria of a shaft seal 17Index
4.2.1 - Conformazione esterna 4.2.1 - Outer configuration
Comprende i seguenti modelli: It includes the following models:
ST: Rivestimento in gomma a profilo ST: Plain rubber-coated profile
Fig. 3 liscio. This type is in almost universal use.
ST Di uso pressochè generale. It guarantees a perfect seal even if
Garantisce la perfetta tenuta anche installed in seats with a high surface
montato in sedi con elevata rugosità roughness and in the presence of
superficiale ed in presenza di fluidi low viscosity fluids. It provides an
a bassa viscosità. Ottima compen- excellent compensating action
sazione delle dilatazioni termiche against the thermal expansion of
dei metalli. metals.
RT: Rivestimento in gomma a profi- RT: Corrugated rubber-coated profi-
Fig. 4 lo ondulato. le It varies with respect to the stan-
RT Varia rispetto al tipo standard per la dard type by the presence of a cor-
presenza di un'ondulazione sulla rugation on the outer surface. It
superficie esterna. Offre il vantaggio offers the advantage of being more
di una maggior facilità di montag- easily installed.
gio.
RM: Armatura metallica scoperta, RM: Bare metal case, rectified or
Fig. 5 rettificata o calibrata. calibrated
RM Impiegato normalmente ove siano It is normally used where the fol-
richiestI: lowing is required:
- alti carichi di spiantaggio - high pulling loads
- differenze molto piccole tra il dia- - very small differences between the
metro della sede ed il diametro housing diameter and the shaft dia-
dell'albero meter.
- necessità di economizzare sull'uso -need to economize on the use of
di elastomeri molto pregiati. high-quality elastomers.
Richiede particolare cura e precisio- It demands particular care and pre-
ne nella realizzazione delle sedi di cision making the housing seats.
alloggiamento.
CRM: Armatura metallica rivestita CRM: Partially rubber-coated metal
Fig. 6 parzialmente in gomma con profilo case with a corrugated face
CRM ondulato. This type combines the advantages
Unisce i vantaggi dei modelli RT e of the RT and RM models: it guaran-
RM: garanzia di tenuta ai fluidi e di tees a fluid seal and compensates
compensazione delle dilatazioni ter- for the thermal expansion of the
miche dei metalli, con alti carichi di metals, at high pulling loads.
spiantaggio.
4.2.2 - Geometria del labbro di tenu- 4.2.2 - Geometry of the sealing lip
18 4 - Criteri identificativi di un anello di tenutaIndex
ta
ST: Lip loaded by a Garter spring:
ST: Labbro caricato con molla elicoi- suitable for most applications.
Fig. 7 dale: è adatto nella maggioranza
ST dei casi.
RP: Lip loaded by a Garter spring
RP: Labbro caricato con molla eli- and equipped with an additional
Fig. 8 coidale e dotato di un parapolvere dust cover.
RP supplementare. It is suitable for all those applica-
E' adatto per impieghi nei quali, tions where it is necessary, in addi-
oltre alla funzione principale di tion to the main sealing function, to
tenuta, è necessario impedire l'infil- prevent the infiltration of dust, mud
trazione dall'esterno di polvere, or other impurities from the outside.
fango od impurità. Prima di proce- Before starting to install this ring it
dere al montaggio di quest'anello è is advisable to grease the space
Fig. 9 consigliabile ingrassare lo spazio between the sealing lip and the dust
RP doppio tra il labbro di tenuta ed il labbro cover lip. The grease fulfills the dou-
RP double parapolvere. Il grasso svolge la ble duty of lubricating the dust cover
duplice funzione di lubrificante del and protecting the shaft from any
parapolvere e di protezione dell'al- corrosion induced by humidity. It
bero dalla corrosione provocata can be supplied in a version inclu-
dall'umidità. Può essere fornito in ding several dust cover lips.
versione a più labbri parapolvere.
RD: Two opposing lips with their
RD: Due labbri contrapposti con relative Garter springs.
Fig. 10 relative molle elicoidali. It is suitable for ensuring the seal
RD E' adatto per assicurare la tenuta between two different liquids. As for
tra due fluidi diversi. Anche in que- the RP model, it is also advisable to
sto caso, come per il modello RP, è grease the space between the sea-
consigliabile ingrassare lo spazio ling lips in this case.
tra i labbri di tenuta.
RDS: It has the same characteristics
4 - Identifying criteria of a shaft seal 19Index
RDS: Stesse caratteristiche del pre- as the previous model, but is recom-
Fig. 11 cedente, ma è indicato per funzio- mended for operating on rotary
RDS nare su alberi rotanti ad alti regimi shafts with high rotary speeds,
di rotazione, in condizioni di scarsa under poor lubricating conditions.
lubrificazione. Garantisce una per- It guarantees a perfect seal against
fetta tenuta alle depressioni interne internal vacuum conditions and
ed alle impurità esterne. Trova parti- external impurities. It finds particu-
colare impiego sui motori a due lar application on two-stroke engi-
tempi e sui motori da competizione. nes and racing engines. It can be
Può essere fornito in versione RPS supplied in a RPS version (equip-
Fig. 12 (con labbro parapolvere speciale). ped with a special dust cover lip).
RPS
LSM: Lip without spring.
It is recommended in case of space
LSM: Labbro senza molla. limitations and where performance
Fig. 13 E' consigliato quando esistono limi- is not demanding (for instance, a
LSM tazioni di ingombro e prestazioni grease seal and a low rotary speed)
poco gravose (Es.: tenuta grasso e
basso regime di rotazione).
Type "R" with a hydrodynamic
effect
Tipo "R" ad effetto idrodinamico. Its rear contact face is fitted with
Fig. 14 Presenta nella superficie di contatto relief grooves of a variable geometry
posteriore rigature in rilievo a geo- (generally obtained by pressing) and
metria variabile (ricavate general- helical arrangement, whose purpo-
mente mediante pressatura) e se is to aspirate small quantities of
disposte ad elica, il cui scopo è quel- oil, if these should pass through as a
lo di aspirare piccole quantità d'olio, result of high rotary speeds. This
qualora dovessero trafilare per effet- type of shaft seal is in fact suitable
to degli alti regimi di rotazione. for solving sealing problems arising
Questo tipo di anello è infatti adatto under conditions of high surface
A B C per risolvere i problemi di tenuta che speed and high shaft eccentricity
si presentano in condizioni di eleva- and/or knocking.
te velocità periferiche e di forti
A= rigatura elicoidale destra
eccentricità e/o battimenti degli
B= rigatura bielicoidale
C= rigatura elicoidale sinistra
alberi.
A= right-hand helical grooving
B= twin helical grooving
C= left-hand helical grooving
20 4 - Criteri identificativi di un anello di tenutaIndex
Le versioni fondamentali del tipo The fundamental versions of the
"R" sono: "R" type are:
Rigati monodirezionali: Monodirectional grooved:
RDX: Labbro, caricato con molla, a RDX: Garter spring-loaded lip with
Fig. 15 rigatura elicoidale ad orientamento helical grooving and right-hand
RDX destrorso orientation.
Adatto a funzionare su alberi con Suitable for operating on shafts
rotazione in senso orario. having a clockwise rotation.
RSX: Labbro, caricato con molla, a RSX: Garter spring-loaded lip with
Fig. 16 rigatura elicoidale ad orientamento helical grooving and left-hand orien-
RSX sinistrorso. tation.
Adatto a funzionare su alberi con Suitable for operating on shafts
rotazione in senso antiorario. having a counterclockwise rotation.
Per assicurare il loro corretto impie- To ensure their proper application,
go, questi anelli portano inciso sul these shaft seals carry an arrow
fondo (superficie del retro) una frec- etched on the bottom (rear surface)
cia orientata nel senso di rotazione and pointing in the shaft's compul-
obbligatoria dell'albero. sory sense of rotation.
Rigati bidirezionali: Bidirectional grooved:
RBD: Labbro, caricato con molla eli- RBD: Garter spring-loaded lip with a
Fig. 17 coidale, a rigatura bielicoidale: twin helical grooving.
RBD Adatto a funzionare su alberi con It is suitable for operating on shafts
rotazione oraria ed antioraria. with a clockwise and counter-
Approfondite esperienze di labora- clockwise rotation. Thorough lab
torio hanno accertato che l'indice di tests have shown that the hydrody-
idrodinamicità dell'anello monodi- namic index of the monodirectional
rezionale è superiore a quello shaft seal is superior to that of a
dell'analogo anello bidirezionale. similar bidirectional shaft seal.
Pertanto con alberi rotanti in un On shafts rotating in only one direc-
solo senso è sempre preferibile tion, it is therefore always prefera-
ricorrere alla versione monodirezio- ble to resort to the monodirectional
nale. Si ricorrerà all'anello bidirezio- version. The bi-directional shaft seal
nale con alberi rotanti nei due sensi, should be used on shafts rotating in
qualora l'anello a labbro liscio non both directions whenever the plain
offra sufficienti garanzie di corretta lip shaft seal cannot offer adequate
prestazione. guarantees of proper performance.
4 - Identifying criteria of a shaft seal 21Index
Index
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