백업 링은 저압 측에서 엘라스토머 씰 옆에 위치하는 평평하고 단단한 링으로, 씰이 금속 부품 사이의 틈새로 밀려 들어가는 것을 막아줍니다. 그 자체로는 씰링 기능을 하지 않습니다. 압착률도, 립도, 탄성 기억도 없습니다. 그 역할은 오직 압출 틈새를 막아서 뒤에 있는 O-링이 자기보다 작은 공간으로 흘러 들어가지 않도록 하는 것입니다.
대부분의 엔지니어가 이 부품을 처음 접하는 것은 고장 이후입니다. 한쪽 가장자리가 뜯겨 나간 O-링, 고무 부스러기로 가득한 글랜드, 그리고 몇 주마다 같은 씰을 교체하는 정비팀을 보게 됩니다. 해결책은 보통 보호 대상인 O-링보다 저렴한 링 하나입니다.
압출이란 실제로 무엇인가
압력을 받는 엘라스토머는 부분적으로 액체처럼 거동합니다. 200 bar의 압력이 O-링을 피스톤과 보어 사이의 틈새 쪽으로 밀면, 재료는 단순히 압축되는 것이 아니라 저항이 가장 적은 경로, 즉 틈새 쪽으로 흘러갑니다. 새 실린더의 틈새는 0.15 mm일 수 있습니다. 마모된 실린더에서는 0.5 mm에 이를 수 있습니다. 그 정도 크기라면 200 bar에서 80 °C의 NBR O-링은 몇 시간 안에 눈에 띄는 고무 혀를 틈새로 밀어냅니다.
혀가 한 번 형성되면 움직이는 부품이 그것을 전단해 떼어냅니다. 찢어진 가장자리는 누설 경로가 되고, 누설은 국부 온도를 높이며, 손상은 원주를 따라 전파됩니다. 최종 상태는 갉아 먹히고 납작해진 링과, 아무리 조여도 멈추지 않는 누설입니다.
백업 링은 작동 온도에서 흐르지 않는 재료로 틈새를 차지함으로써 이 연쇄를 차단합니다. 이것은 씰이 아니라 기계적 스톱입니다.
링이 위치하는 곳
위치는 협상 불가입니다. 백업 링은 1차 씰의 압력 반대쪽, 즉 압출 틈새를 향하는 면에 위치합니다. 보어 측에서 가압되는 로드 글랜드의 경우, O-링은 글랜드 외곽 가장자리 쪽으로 하중을 받고 백업 링은 O-링과 그 가장자리 사이에 위치합니다.
복동 실린더에서는 압력이 교대로 작용하므로 백업 링 하나는 한 방향만 보호합니다. 두 개를 장착하되 O-링의 양쪽 면에 각각 하나씩 두십시오. 링 두 개는 홈이 충분히 넓어야 한다는 것도 의미합니다. O-링만을 기준으로 설계된 표준 O-링 홈은 압착률을 저압에서 씰이 누설될 정도로 줄이지 않고서는 두 번째 링을 수용할 수 없습니다. 개조 옵션을 제약하는 것은 링 두께가 아니라 홈 너비입니다.
다섯 가지 표준 구성
ISO 3601-4는 압출 방지 링을 다섯 가지 형상으로 분류합니다. 차이는 링을 절단하지 않고 로드에 끼우거나 홈에 넣는 방법, 그리고 설치 후 얼마나 연속적인 지지를 제공하는지에 관한 것입니다.
| 유형 | 절단 방식 | 설치 | 사용처 |
|---|---|---|---|
| T1 | 나선 절단(연속 코일) | 조립체를 분해하지 않고 로드 위로 감거나 홈에 넣음 | 현장 수리, 대구경, 조립된 실린더의 개조 |
| T2 | 각도 절단(스카프) | 벌려서 로드 위로 끼움; 압력 하에서 끝단이 겹침 | 일반 유압 서비스, 정적 및 동적 모두 |
| T3 | 고체, 절단 없음 | 완전한 접근 필요; 로드 또는 피스톤 끝단 위로 끼움 | 최고의 압출 저항성, 항공우주 및 고압 정적 조인트 |
| T4 | 오목 각도 절단 | 내면이 프로파일된 스카프 절단 | 링이 O-링 곡선과 밀접하게 맞물려야 하는 정밀 글랜드 |
| T5 | 오목 고체 | 완전한 접근 필요; 프로파일된 내면 | 축 방향 공간이 좁은 고압 글랜드 |
실제로 T2는 대부분의 산업용 실린더가 사용하는 방식이고, T1은 정비 부서가 비상용으로 보관하는 방식이며, T3는 글랜드를 완전히 분해할 수 있고 압력이 조립 난이도를 정당화하는 곳에서 지정됩니다. 드라이버로 로드 위에 억지로 끼운 T3 링은 폐기된 링입니다. 절단 방식이 존재하는 이유가 바로 그러한 작업을 피하기 위해서입니다. 다음과 같은 유통업체 카탈로그에서 Seal Sales 백업 링 재고 사이즈와 함께 동일한 다섯 가지 제품군을 확인할 수 있으며, 이는 가공 부품을 주문하기 전에 즉시 구매 가능한 품목을 빠르게 확인하는 방법입니다.
재료 선택
링은 작동 온도에서 O-링보다 단단해야 하지만, 보어를 긁을 정도로 단단해서는 안 됩니다. 세 가지 제품군이 거의 모든 응용 분야를 커버합니다.
| 재질 | 온도 | 압력 성능 | 장점 | 한계 |
|---|---|---|---|---|
| 순수 PTFE | −200 ~ +260 °C | 틈새가 좁으면 약 250 bar까지 양호 | 최저 마찰, 폭넓은 내화학성, 최저 비용 | 지속 하중 하에서 냉간 유동; 큰 틈새로 변형됨 |
| 충전 PTFE(유리, 카본, 브론즈) | −200 ~ +260 °C | 약 400 bar까지 양호 | 더 높은 압축 강도, 더 나은 내마모성, 적은 크리프 | 브론즈 충전재는 일부 매체에서 부식될 수 있음; 약간 더 연마성 |
| PEEK(무충전 또는 카본/흑연 충전) | −60 ~ +250 °C 연속 | 600 bar 이상까지 | 최고의 강성과 내크리프성, 큰 간극 유지 | 높은 비용, 낮은 순응성, 양호한 표면 조도 필요 |
| 나일론 / POM | −40 ~ +100 °C | 약 250 bar까지 | 저렴하고, 강성이 있으며, 가공이 용이함 | 물 및 일부 글리콜에서 팽윤; 제한적인 화학적 범위 |
| PU(고경도) | −30 ~ +80 °C | 약 300 bar까지 | 내마모성, 불량한 표면 조도에 대한 내성 | 고온에서 취약; 공격적인 유체에는 부적합 |
두 가지 선택상의 함정을 언급할 가치가 있습니다. 순수 PTFE 백업 링은 크리프가 발생합니다. 80 °C에서 300 bar의 지속적인 정하중을 받으면 링이 서서히 얇아지고 간극이 다시 벌어집니다. 충전 PTFE 또는 PEEK가 이를 해결하지만 비용이 듭니다. 다른 함정은 수계 유체에서의 나일론입니다. 나일론은 물을 흡수하여 팽창하고 홈에서 고착될 수 있으므로, 수압 시스템과 물-글리콜 시스템에서는 대신 PTFE 또는 PEEK를 사용합니다.
보호되는 엘라스토머는 링만큼이나 중요합니다. 70 Shore A 컴파운드로 ASTM D2000 라인 표기된 것은 동일한 홈에서 90 Shore A 컴파운드와는 다른 압출 위험을 가지며, 링 두께는 둘 중 더 부드러운 쪽을 따라야 합니다.
백업 링이 필요한 경우
어떤 표준에도 단일 압력 임계값은 없습니다. 압출은 압력, 간극, 온도 및 엘라스토머 경도의 조합에 따라 달라지기 때문입니다. 실행 가능한 결정 규칙은 네 가지를 모두 사용합니다.
| 조건 | 권장 사항 |
|---|---|
| 100 bar 미만, ISO 5597 한도 내 간극, 70 Shore A O-링 | 링 불필요 |
| 100–160 bar, 표준 간극 | 선택 사항; 충격 하중 시스템에서는 보험으로 압력 측에 하나 장착 |
| 160–250 bar, 또는 표준 초과 간극 | 저압 측에 링 하나, 충전 PTFE |
| 250 bar 초과 | 링 하나 표준; 400 bar 초과 또는 간극이 0.3 mm를 초과하는 경우 PEEK |
| 복동식, 160 bar 초과 | 링 두 개, O-링의 각 면에 하나씩 |
| 간극이 0.4 mm를 초과하는 모든 압력 | 먼저 간극을 수정하십시오; 링만으로는 마모된 보어를 보상할 수 없습니다 |
해당 표에서 간극 부분이 압력 부분보다 더 중요합니다. 0.5 mm 간극의 150 bar 실린더는 0.1 mm 간극의 300 bar 실린더보다 더 빨리 압출됩니다. 백업 링 추가와 마모된 가이드 부싱 교체 중에서 선택해야 한다면 부싱을 교체하십시오. 당사의 가이드 요소 는 바로 그 역할을 위해 존재합니다. 피스톤을 동심으로 유지하여 간극이 씰이 설계된 범위 내에 머물도록 합니다.
작동 여부를 결정하는 설계 세부 사항
홈 너비. 단일 백업 링은 링 두께에 따라 대략 1.2–1.5 mm의 추가 축방향 공간이 필요합니다. 두 개의 링은 그 두 배가 필요합니다. 홈이 O-링 전용으로 가공된 경우, 옵션은 더 얇은 링, O-링의 공간을 공유하는 가공 링, 또는 완전히 다른 씰 프로파일입니다. 이러한 수치 이면의 하우징 관례는 Hallite 가 유압 로드 및 피스톤 씰용으로 발표한 것이며, 대부분의 유럽 실린더 제조업체가 참조하는 기준입니다.
모서리 반경. 날카로운 홈 모서리는 설치 중 PTFE 링을 깎아 글랜드에 이물질을 남깁니다. 홈 입구의 0.2–0.4 mm 반경은 일반적인 관행이며 가공 단계에서 비용이 들지 않습니다.
표면 조도. 링 아래의 보어 또는 로드는 동적 사용 조건에서 약 Ra 0.4 µm보다 거칠지 않아야 합니다. PTFE는 PEEK보다 거친 표면을 견디지만, 스크래치가 있는 보어 위에서 작동하는 PEEK 링은 보어를 마모시킵니다.
열팽창. PTFE는 온도 1도당 강철의 약 10배 팽창합니다. 직경 200 mm를 초과하는 링은 그루브에 직경 방향 클리어런스 여유를 두어야 하며, 그렇지 않으면 80 °C에서 닫혀 로드를 물게 됩니다.
설치 점검
반품된 부품에서 확인되는 거의 모든 백업 링 설치 오류는 다음 네 가지 점검으로 잡아낼 수 있습니다:
- 링이 올바른 쪽에 있습니다. 단동 글랜드에서는 링의 평평한 면이 O-링을 향하고 O-링이 압력 방향을 향합니다.
- 절단부가 있는 경우, 그 절단부는 O-링 자체의 파팅 라인과 어긋나게 위치하며 0.3 mm 미만의 간극으로 닫혀 있습니다. 조립 시 벌어진 스카프 조인트는 계속 벌어진 채로 남습니다.
- 링이 그루브 안에서 손으로 자유롭게 회전합니다. 끼는 링은 잘못된 폭으로 가공되었거나 유체를 흡수한 것입니다.
- 조립체는 그리스가 아닌 시스템 유체로 윤활되었습니다. EPDM O-링에 리튬 그리스는 서서히 고장을 일으키지만, PTFE 링에는 무해합니다.
백업 링과 혼동되는 인접 부품
청구서에서 세 가지 부품이 혼동되며, 잘못 주문하면 한 사이클을 낭비하게 됩니다.
웨어 링 (가이드 링 또는 가이드 밴드라고도 함)은 반경 방향 하중을 받고 측면 하중을 지지하며, 보통 백업 링보다 넓고 두껍습니다. 이들은 씰 립 옆이 아닌 자체 그루브에 위치합니다. 가스켓 은 압출 방지 기능이 전혀 없는 평면 정적 씰입니다. 리테이닝 링 은 금속 재질로 부품을 제자리에 고정하며 유체를 밀봉하지 않습니다.
충전 PTFE 마모 링과 충전 PTFE 백업 링이 동일한 컴파운드로 같은 프레스에서 나올 수 있기 때문에 혼동은 이해할 만합니다. 이들은 단면, 공차 및 그루브에서 다릅니다. 마모 링으로 사용된 백업 링은 전단 파괴로 고장 나고, 백업 링으로 사용된 마모 링은 간극을 닫지 못합니다. Darcoid 와 같은 유통업체는 두 제품군을 나란히 게시하므로 주문 전에 단면 차이를 쉽게 비교할 수 있습니다.
조립체의 밀봉 측면에 대해서는, 저희의 가스켓, 와셔 및 백업 링 제품군 이 PTFE, 충전 PTFE 및 PEEK의 표준 단면을 다루며, O-링 및 X-링 제품군 은 이 링들이 보호하는 엘라스토머를 다룹니다. 표준 단면을 벗어난 가공 PEEK 및 PTFE 부품은 저희 엔지니어링 플라스틱 라인을 통해 제공되며, 이는 일반적으로 구형 장비의 개조용 링에 더 빠른 경로입니다.
자주 묻는 질문
기존 그루브에 가공 없이 백업 링을 장착할 수 있습니까?
경우에 따라 가능합니다. 그루브에 O-링 너머로 1.2 mm 이상의 축 방향 공간이 이미 있으면 얇은 링이 맞습니다. 그렇지 않으면 단면을 줄인 가공 링이 그루브를 공유할 수 있지만, 확정하기 전에 O-링 압착률이 약 8% 이상 유지되는지 확인하십시오. 그 이하에서는 조립체가 저압에서 누설되며 링은 무의미합니다.
백업 링이 마찰을 증가시킵니까?
압력 측에서 약간의 마찰을 추가하며, 압력이 가해지는 동안에만 그렇습니다. 대부분의 실린더에서는 증가량이 로드 씰 자체의 마찰에 비해 측정할 수 없을 정도입니다. 저속 서보 응용에서는 중요하며, 저마찰 충전 PTFE 링이 일반적인 해답입니다.
제 PTFE 백업 링이 몇 주 후에 갈라진 이유는 무엇입니까?
빈도 순으로 세 가지 원인이 있습니다: 링이 잘못된 쪽에 설치되어 전체 압출 하중을 스스로 받은 경우; 그루브가 너무 좁아 링이 팽창할 공간이 없었던 경우; 또는 링이 연속 고하중 정적 조인트에서 순수 PTFE로 사용되어 크랙이 생길 때까지 크리프 변형된 경우입니다.
백업 링은 T-씰과 같습니까?
아니요. T-씰은 일체형 압출 방지 프로파일을 가진 단일 부품으로, O-링과 두 개의 링을 넣기에는 축 방향 공간이 너무 좁은 곳에 사용됩니다. 동일한 문제를 다른 방식으로 해결합니다.
PTFE와 PEEK 링의 비용 차이는 얼마입니까?
50 mm 링의 경우, PEEK는 충전 PTFE 링 가격의 약 2~4배로 예상하십시오. 보어가 잘 관리된 상태에서 250 bar로 작동하는 실린더에서는 충전 PTFE가 올바른 선택이며 PEEK는 사용하지 않을 성능에 돈을 쓰는 것입니다. 400 bar를 초과하거나 클리어런스를 좁힐 수 없는 경우에는 PEEK 링이 예방하는 고장보다 저렴합니다.