Vad en ansiktstätning är, och när den väljs framför ett radiellt spår En ansiktstätning (face type seal) är ett O-ringsspår skuret i en PLAN yta, till skillnad från ett radiellt spår i en cylinder (bore eller rod, hane- eller honspår). Skillnaden är inte bara geometrisk utan monteringsteknisk: en ansiktstätning kläms ihop axiellt när de två flänsarna dras samman, medan en radiell tätning måste glidmonteras över en axel eller in i ett hål. Det är precis den skillnaden som gör att ansiktstätningen tål mer squeeze.

Parkers O-Ring Handbook ORD 5700 (2003), avsnitt 4.3 på handbokssida 4-3, säger det rakt ut: "Design Chart 4-2 is preferred over Design Chart 4-1 for static face seals because it calls for a heavier squeeze in all but the smallest (.070) cross-section rings, thus improving reliability at low temperatures." Motivet är detsamma som när handboken föredrar Design Chart 4-1 framför aerospace-diagrammet 5-1 för statiska tätningar: "it is the design rather than the fact of a static seal that permits the extra squeeze." Handboken varnar samtidigt för att kopiera Design Chart 4-2:s mått till ett radiellt spår, eftersom den squeeze som 4-2 kräver är "quite difficult to assemble" i ett male- eller female gland. Praktisk regel ur detta: välj ansiktstätning när du vill ha hög klämning och låg lågtemperaturrisk, och gå tillbaka till Design Chart 4-1 så snart konstruktionen måste monteras radiellt.

Observera att talen i hela detta dokument är Parkers rekommendationer ur ORD 5700, inte ISO 3601-2:s eller AS568B:s mått. De sammanfaller ofta men är inte samma sak. Utgåvan är från 2003, och vi har inte kunnat jämföra Parkers spårmått mot en nyare ISO-revision. Där ISO 3601 reviderats efter 2003 gäller standardens text, inte handbokens.

Tryckriktningen bestämmer vilken spårdiameter som är den primära Den vanligaste konstruktionsmissen i ett ansiktstätningsspår är att tolerera fel diameter. ORD 5700 ger regeln ordagrant på handbokssida 4-3: "Note that when the pressure is outward, the groove outside diameter (OD) is primary, and the groove width then determines the inside diameter. Conversely, when the pressure is inward, the groove inside diameter is primary." Skälet som handboken själv anger är att detta "minimizes movement of the O-ring in the groove due to pressure, thereby virtually eliminating wear and pumping leakage." Ringen ska med andra ord redan ligga an mot den vägg som trycket ändå kommer att trycka den mot, så att den inte pumpar fram och tillbaka vid varje tryckcykel.

Design Chart 4-2 kodifierar samma princip med toleranser. Vid inre tryck (utåtriktad tryckriktning) dimensioneras spåret via sin ytterdiameter, satt till O-ringens medel-OD, med toleransen "Minus 1% of Mean O.D., but not more than -.060" tum (−1,52 mm). Vid yttre tryck (inåtriktad tryckriktning) dimensioneras spåret i stället via sin innerdiameter, satt till O-ringens medel-ID, med toleransen "Plus 1% of Mean I.D., but not more than +.060" tum (+1,52 mm). Handboken tillåter uttryckligen avsteg från standarddiametrarna om principen följs: "If this principle is used, groove diameters larger or smaller than indicated may be used."

Design Chart 4-2: spårbredd för vätska mot vakuum och gas Detta är grundtabellen för statiska ansiktstätningsspår i ORD 5700, handbokssida 4-14. Tabellen har två skilda spårbredder G, en för vätskor och en för vakuum och gaser. Vakuum- och gasspåret är smalare i varje storleksklass, och handboken förklarar varför på sida 4-3: "Two possible groove widths are shown in this chart, one for liquids, and the other for vacuum and gases. The extra width for liquids allows for some minimal volume swell. In sealing a liquid that is known to cause no swelling of the O-ring elastomer, the narrower groove would be suitable." Den extra bredden på vätskesidan är alltså reservvolym för svällning, inget annat. Konsekvensen för konstruktören är konkret: tätar du en vätska som bevisligen inte sväller den valda elastomeren får du använda det smalare spåret, men gör du det utan att ha belägg för svällningsfriheten riskerar du att ringen fyller spåret helt och trycker isär flänsen.

Talen är dessutom internt självkonsistenta: för storleksgruppen 004–050 ger W = .070 ±.003 och gland depth .050–.054 exakt den tryckta squeezen .013–.023 tum och 19–32 %. Millimetervärdena är omräknade från tum och avrundade.

| O-Ring Size (Parker 2-serien) | W nominell (tum) | W aktuell (tum, tol.) | W aktuell (mm) | L Gland Depth (tum) | L Gland Depth (mm) | Squeeze (tum) | Squeeze (%) | G Liquids (tum) | G Liquids (mm) | G Vacuum/Gases (tum) | G Vacuum/Gases (mm) | R (tum) | R (mm) | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 004–050 | 1/16 | .070 ±.003 | 1,78 | .050–.054 | 1,27–1,37 | .013–.023 | 19–32 | .101–.107 | 2,57–2,72 | .084–.089 | 2,13–2,26 | .005–.015 | 0,13–0,38 | | 102–178 | 3/32 | .103 ±.003 | 2,62 | .074–.080 | 1,88–2,03 | .020–.032 | 20–30 | .136–.142 | 3,45–3,61 | .120–.125 | 3,05–3,18 | .005–.015 | 0,13–0,38 | | 201–284 | 1/8 | .139 ±.004 | 3,53 | .101–.107 | 2,57–2,72 | .028–.042 | 20–30 | .177–.187 | 4,50–4,75 | .158–.164 | 4,01–4,17 | .010–.025 | 0,25–0,64 | | 309–395 | 3/16 | .210 ±.005 | 5,33 | .152–.162 | 3,86–4,11 | .043–.063 | 21–30 | .270–.290 | 6,86–7,37 | .239–.244 | 6,07–6,20 | .020–.035 | 0,51–0,89 | | 425–475 | 1/4 | .275 ±.006 | 6,99 | .201–.211 | 5,11–5,36 | .058–.080 | 21–29 | .342–.362 | 8,69–9,19 | .309–.314 | 7,85–7,98 | .020–.035 | 0,51–0,89 | | Special | 3/8 | .375 ±.007 | 9,53 | .276–.286 | 7,01–7,26 | .082–.108 | 22–28 | .475–.485 | 12,07–12,32 | .419–.424 | 10,64–10,77 | .030–.045 | 0,76–1,14 | | Special | 1/2 | .500 ±.008 | 12,70 | .370–.380 | 9,40–9,65 | .112–.138 | 22–27 | .638–.645 | 16,21–16,38 | .560–.565 | 14,22–14,35 | .030–.045 | 0,76–1,14 |

Design Chart 4-2:s ritning hänvisar i en textrad till "Design Chart A4-2", en beteckning som förekommer exakt en gång i hela handboken och som vi inte kunnat spåra till något diagram. Det kan vara en felskriven självreferens till Design Chart 4-2 eller en hänvisning till ett appendix som saknas i denna utgåva. Vi gissar inte: den som behöver referensen får söka den i en senare utgåva.

Ytfinhet och hörnradie i rektangulära ansiktsspår ORD 5700 anger på handbokssida 4-2 att designdiagrammen kräver en ytjämnhet på högst 32 mikrotum (32 rms) på tätningsytorna för statiska tätningar, "with a maximum of 16 rms recommended for face-type gas seals". Samma regel står en gång till i Design Chart 4-2:s egen gland-detalj, som anger "Surface finish X: 32 for liquids, 16 for vacuum and gases". Det är alltså samma krav återgivet på två ställen och inte en konflikt mellan två uppgifter. Praktiskt: en ansiktstätning som ska hålla gas eller vakuum ska bearbetas till 16 rms, inte till 32.

Ett ansiktstätningsspår behöver inte vara ett rundat spår. Handboken noterar att "Face type seals are sometimes rectangular", och för just den konstruktionen ger den en egen regel: "the inside corner radii of the groove should be at least three times the cross-section diameter of the O-ring to avoid over-stressing the ring or causing corner creases that would potentially leak." Regeln gäller alltså de inre hörnradierna i ett rektangulärt ansiktsspår sett uppifrån, inte bottenradien R i tabellen ovan. En för snäv hörnradie ger antingen överbelastat gummi i hörnet eller veck i ringen, och veck läcker. Åtgärden är given i regeln själv: dimensionera hörnradien till minst tre gånger ringens tvärsnittsdiameter, alltså minst .210 tum (5,3 mm) för en 1/16-tumsring och minst .630 tum (16,0 mm) för en 3/16-tumsring.

Vakuum och gas: handboken rekommenderar uttryckligen ansiktstätning För statisk vakuumtätning är ORD 5700 ovanligt direkt. På handbokssida 3-20, i kapitlet om O-ringstillämpningar, står: "It is recommended, therefore, that face type O-ring grooves be used whenever possible for static vacuum seals, using a silicone grease as a seating lubricant and surface coating in addition to a heavy squeeze of the O-ring cross section." Rekommendationen är alltså tredelad och alla tre delarna hör ihop: ansiktsspår, silikonfett som sättnings- och ytsmörjning, och hög squeeze.

Går det inte att uppfylla, ger handboken följdanvisningen på samma ställe: "When a radial seal is required, or when a heavy squeeze is not possible for some other reason, it becomes more important to use a vacuum grease." Med andra ord, den som tvingas till radiell tätning eller låg klämning ska kompensera med vakuumfett, inte bara acceptera sämre täthet.

Vilket spårmått som gäller är också utpekat: "For most purposes, the gland design shown for vacuum and gasses in Design Chart 4-2 is a reasonable compromise in a face seal situation. The squeeze recommended in that design chart, however, is sufficiently heavy that a male or female gland assembly with the same dimensions may be very difficult to assemble. For these, then, Design Chart 4-1 and Design Table 4-1 are generally followed." Kolumnen G Vacuum and Gases i Design Chart 4-2 är alltså den avsedda vakuumbredden, men den får inte kopieras rakt av till ett radiellt spår, eftersom monteringen då blir orimligt svår.

Dovetailspåret: vad det löser, och varför ORD 5700 avråder från det Ett dovetailspår (undercut- eller svalstjärtsspår) är ett ansiktstätningsspår vars väggar lutar inåt så att spåröppningen är smalare än spårets botten. Överhänget håller mekaniskt kvar O-ringen. Handbokens egen motivering, Design Chart 4-3 på handbokssida 4-15: "It is often necessary to provide some mechanical means for holding an O-ring in a face seal groove during assembly and maintenance of equipment. An undercut or dovetail groove has proven beneficial in many applications to keep the O-ring in place." Löptexten i avsnitt 4.4 säger samma sak kortare: "It is sometimes necessary to mount an O-ring in a face type groove in such a way that it cannot fall out." Den vanliga branschtolkningen är att detta framför allt gäller montering i vertikalt eller hängande läge, där tyngdkraften annars drar ur ringen. Den tolkningen är rimlig men vi har inte kunnat belägga den: ORD 5700 använder bara orden "cannot fall out" och "keep the O-ring in place", och nämner varken vertikal montering, hängande läge eller gravitation, varken i löptexten eller i ritningarna.

Handboken avråder samtidigt från konstruktionen, och det på två ställen. Design Chart 4-3: "This is an expensive groove to machine, however, and thus should be used only when absolutely necessary." Och vidare: "It should be noted that although this method has been used successfully, it is not generally recommended. The inherent characteristics of the groove design limit the amount of void area. Normally acceptable tolerance extremes, wide service temperature ranges, and fluid media that cause high swell of the elastomer are conditions that cannot be tolerated in this type of groove design." Löptexten i avsnitt 4.4 upprepar det med andra ord: "This groove is difficult and expensive to machine, and the tolerances are especially critical. It should be used only when it is absolutely necessary."

Det gör urvalskriteriet konkret. Dovetailspåret har litet fritt volymutrymme, och tre driftförhållanden diskvalificerar det direkt enligt handboken: toleransutfall som annars vore fullt acceptabla, brett arbetstemperaturintervall, och medier som ger hög svällning av elastomeren. Har konstruktionen något av dessa, välj ett vanligt ansiktsspår enligt Design Chart 4-2 och lös fasthållningen på annat sätt. Handboken hänvisar för fördjupning till en annan Parker-skrift: "For additional information on dovetail and hald-dovetail grooves, consult the Parker Vacuum Seal Design Guide, ORD5705." (Stavfelet "hald" står så i originalet.) Vi har inte haft tillgång till ORD5705 och kan alltså inte komplettera eller korrigera ORD 5700:s dovetail-uppgifter mot den.

Design Chart 4-3: hela tabellen för fulla dovetailspår Måtten nedan är ORD 5700:s, Design Chart 4-3 på handbokssida 4-15, för AS568A-serien, kontrollerade mot originalet med tre oberoende avläsningsmetoder inklusive okulär avläsning av sidan renderad som bild. G är gland-bredden mätt till det skarpa hörnet. R1 är bottenradien angiven som bråkdel av tum i originalet. Millimetervärdena är omräknade och avrundade.

| O-Ring Size | W nominell (tum) | W aktuell (tum, tol.) | L Gland Depth (tum) | L Gland Depth (mm) | Squeeze (%) | G Gland Width till skarpt hörn (tum) | G (mm) | R (tum) | R (mm) | R1 (tum) | R1 (mm) | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 004–050 | 1/16 | .070 ±.003 | .050–.052 | 1,27–1,32 | 27 | .055–.059 | 1,40–1,50 | .005 | 0,13 | 1/64 | 0,40 | | 102–178 | 3/32 | .103 ±.003 | .081–.083 | 2,06–2,11 | 21 | .083–.087 | 2,11–2,21 | .010 | 0,25 | 1/64 | 0,40 | | 201–284 | 1/8 | .139 ±.004 | .111–.113 | 2,82–2,87 | 20 | .113–.117 | 2,87–2,97 | .010 | 0,25 | 1/32 | 0,79 | | 309–395 | 3/16 | .210 ±.005 | .171–.173 | 4,34–4,39 | 18 | .171–.175 | 4,34–4,45 | .015 | 0,38 | 1/32 | 0,79 | | 425–475 | 1/4 | .275 ±.006 | .231–.234 | 5,87–5,94 | 16 | .231–.235 | 5,87–5,97 | .015 | 0,38 | 1/16 | 1,59 | | Special | 3/8 | .375 ±.007 | .315–.319 | 8,00–8,10 | 16 | .315–.319 | 8,00–8,10 | .020 | 0,51 | 3/32 | 2,38 |

Två skillnader mot Design Chart 4-2 är värda att notera direkt. Squeeze anges här som ett ENDA värde per storlek, inte som ett intervall. Värdet är den nominella squeezen räknad ur nominellt tvärsnitt och nominellt gland depth: (.070 − .051)/.070 ger 27 %, och (.210 − .172)/.210 ger 18 %, vilket reproducerar tabellens siffror inom en procentenhet genomgående. Toleransutfallet finns alltså inte inbakat i procenttalet som i Design Chart 4-2, vilket är en av anledningarna till att handboken kallar dovetailspårets toleranser "especially critical". Ritningen anger vidare "Mean Groove Diameter Coincides With Mean O-ring Diameter", alltså att spårets medeldiameter sätts lika med O-ringens medeldiameter, utan det tryckriktningsberoende OD- eller ID-val som gäller för Design Chart 4-2. Handboken anger inget skäl till den skillnaden.

Flankvinkeln i dovetailspåret är 66°. Någon tolerans på vinkeln anges inte: ritningarna på både handbokssida 4-15 och 4-16 visar "66°" utan angivet ±, kontrollerat genom att läsa sidorna som bild. Handboken anger alltså ingen vinkeltolerans för dovetail-flanken.

Fotnoten under tabellen gäller ordagrant likalydande för både Design Chart 4-3 och 4-4: "These design recommendations assume metal-to-metal contact. In special applications, for example in the semiconductor industry, deviation from these recommendations may be necessary. When designing with Parofluor™ elastomers, one should take into consideration that perfluorinated elastomers may require more squeeze than an FKM material to obtain optimum sealing performance. To increase squeeze, modifications of the design recommendations shown above are necessary." Två operativa punkter ligger i den: måtten förutsätter att flänsarna går metall mot metall, och en perfluorelastomer (FFKM) kan behöva mer squeeze än FKM, vilket kräver att du ändrar tabellens mått i stället för att följa dem.

Design Chart 4-4: halva dovetailspår, och tryckfelet i raden för 3/16 tum Måtten nedan är ORD 5700:s, Design Chart 4-4 på handbokssida 4-16, för AS568A-serien. VARNING för raden 309–395 (3/16 tum): den tryckta gland-bredden .171–.175 tum är med hög sannolikhet ett tryckfel i originalet, och den som fräser efter den får ett spår omkring .015 tum (0,4 mm) för smalt. Skälet är att half-dovetail-bredden är monotont större än full-dovetail-bredden i alla övriga fem rader (+.007/+.009, +.010/+.012, +.011, +.022/+.024, +.035/+.039 tum), men i just denna rad anger Design Chart 4-4 exakt samma intervall som Design Chart 4-3 gör på föregående sida. Interpolerat ur grannraderna borde värdet ligga kring .186–.190 tum (4,72–4,83 mm). Värdet är kontrollerat med tre oberoende avläsningar av originalsidan, så det är inte ett avskrivnings- eller extraktionsfel utan står så i handboken, på samma sida som ett dokumenterat rubrikfel (se nedan). Konflikten är OLÖST: vi kan inte visa vad det avsedda värdet är. Använd inte .171–.175 tum för ett halvt dovetailspår i 3/16 tum utan att först kontrollera mot en senare utgåva av ORD 5700 eller mot Parkers Vacuum Seal Design Guide ORD5705. Övriga rader i tabellen är kontrollerade och konsistenta.

| O-Ring Size | W nominell (tum) | W aktuell (tum, tol.) | L Gland Depth (tum) | L Gland Depth (mm) | Squeeze (%) | G Gland Width till skarpt hörn (tum) | G (mm) | R (tum) | R (mm) | R1 (tum) | R1 (mm) | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 004–050 | 1/16 | .070 ±.003 | .052–.054 | 1,32–1,37 | 25 | .064–.066 | 1,63–1,68 | .005 | 0,13 | 1/64 | 0,40 | | 102–178 | 3/32 | .103 ±.003 | .083–.085 | 2,11–2,16 | 19 | .095–.097 | 2,41–2,46 | .010 | 0,25 | 1/64 | 0,40 | | 201–284 | 1/8 | .139 ±.004 | .113–.115 | 2,87–2,92 | 18 | .124–.128 | 3,15–3,25 | .010 | 0,25 | 1/32 | 0,79 | | 309–395 | 3/16 | .210 ±.005 | .173–.176 | 4,39–4,47 | 17 | .171–.175 (sannolikt tryckfel, se stycket ovan) | 4,34–4,45 | .015 | 0,38 | 1/32 | 0,79 | | 425–475 | 1/4 | .275 ±.006 | .234–.238 | 5,94–6,05 | 15 | .255–.257 | 6,48–6,53 | .015 | 0,38 | 1/16 | 1,59 | | Special | 3/8 | .375 ±.007 | .319–.323 | 8,10–8,20 | 14 | .350–.358 | 8,89–9,09 | .020 | 0,51 | 3/32 | 2,38 |

Flankvinkeln är 66° även här, utan angiven tolerans, och samma fotnot om metal-to-metal-kontakt och om att Parofluor-elastomerer kan kräva mer squeeze än FKM gäller ordagrant för denna tabell.

Skillnaden mellan helt och halvt dovetailspår Den geometriska skillnaden framgår av ritningarna i ORD 5700, inte av löptexten. Design Chart 4-3:s profil på handbokssida 4-15 är en trapets med snedställda 66°-flanker på BÅDA sidor om ringen. Design Chart 4-4:s profil på sida 4-16 har EN 66°-flank och en rak, vertikal motstående vägg, med R1 i botten på den snedställda sidan och R på den raka. Det halva dovetailspåret har alltså överhäng bara på ena sidan. Detta är avläst direkt ur ritningarna på de två sidorna, renderade som bild.

Två mättrender följer av det och syns i tabellerna. Gland-bredden G är genomgående större i Design Chart 4-4 än i 4-3 för samma tvärsnitt, vilket är väntat när den ena snedställda flanken ersatts av en rak vägg som flyttar det skarpa hörnet utåt (enda undantaget är raden 309–395, som med hög sannolikhet är ett tryckfel, se avsnittet om Design Chart 4-4). Och squeeze-procenten är genomgående LÄGRE i det halva dovetailspåret: 25 mot 27 för 1/16 tum, 19 mot 21 för 3/32, 18 mot 20 för 1/8, 17 mot 18 för 3/16, 15 mot 16 för 1/4 och 14 mot 16 för 3/8. Handbokens löptext ger ingen förklaring till varför squeezen är lägre i den halva varianten, och vi anger ingen egen. Den som behöver skälet får hämta det ur Parker Vacuum Seal Design Guide ORD5705, som ORD 5700 hänvisar till och som vi inte haft tillgång till.

Radien R är dovetailspårets kritiska tolerans Design Chart 4-3 bär ett eget varningsstycke om radien, ordagrant: "Radius 'R' is CRITICAL. Insufficient radius will potentially cause damage to the O-ring during installation, while excessive radius may contribute to extrusion." Detta är den enda parametern i hela dovetail-kapitlet som handboken versaliserar. Handboken säger ATT en för liten radie skadar ringen vid montering och ATT en för stor radie bidrar till extrusion, men den anger inte mekanismen bakom någotdera, och vi lägger inte till någon egen förklaring.

Åtgärden är därmed rent tillverkningsteknisk och står i tabellerna: håll R på .005 tum (0,13 mm) för 1/16-tumsringar, .010 tum (0,25 mm) för 3/32 och 1/8, .015 tum (0,38 mm) för 3/16 och 1/4, och .020 tum (0,51 mm) för 3/8, i både hela och halva dovetailspår. Notera att R i dessa tabeller anges som ett enda värde utan tolerans, till skillnad från R i Design Chart 4-2 som anges som ett intervall. Kombinerat med att handboken kallar dovetailspårets toleranser "especially critical" innebär det att verktygsradien behöver mätas in och följas upp, inte antas.

Ett tryckfel i tabellrubriken på handbokssida 4-16 Handbokssida 4-16 i ORD 5700 bär mitt på sidan raden "Design Chart 4-3, For O-Ring Dovetail Grooves", trots att sidans rubrik och bildtext entydigt säger Design Chart 4-4, Half Dovetail Grooves, och trots att tabellens siffror är half-dovetail-tabellens. Praktisk konsekvens: den som söker upp tabellen via den mittersta rubrikraden kan tro sig ha slagit upp Design Chart 4-3 och läsa half-dovetail-mått som om de vore full dovetail. Kontrollera alltid mot sidfoten och mot sidans huvudrubrik. Samma sida bär också ett andra sannolikt tryckfel, i gland-bredden för storleksgruppen 309–395, beskrivet i avsnittet om Design Chart 4-4.

Silikon och fluorsilikon: två olika tal för hur mycket spelet ska reduceras ORD 5700 anger på handbokssida 4-2, i avsnitt 4.1, att "When using silicone O-rings, the clearances given in the design charts and tables should be reduced 50%". Regeln gäller alltså extrusionsspelet i spåret, inte krympning och inte spårets mått i övrigt. Samma 50 %-siffra står också i not (c) till Design Chart 4-1.

Här finns en OLÖST konflikt inom samma handbok, och den ska vägas in innan talet används: fotnoten till Figure 3-2 i ORD 5700 anger i stället att spelet ska reduceras 60 % för silikon och fluorsilikon. Samma handbok, samma regel, två olika tal, 50 % på två ställen i kapitel 4 och 60 % på ett ställe i kapitel 3. Vi kan inte avgöra vilket som är avsett. Den konservativa vägen för en konstruktion där extrusion är en verklig risk är att räkna med den större reduktionen, alltså 60 %, eftersom det ger det mindre spelet, men det är vår slutledning och inte handbokens anvisning.