Vad extrusion är och hur du känner igen den Extrusion definieras i Parkers O-Ring Handbook ORD 5700 (2003), Glossary of Seal and Rubber Terms på handbokssida 10-10, som "distortion or flow, under pressure, of portion of seal into clearance between mating metal parts". Tätningen pressas alltså av systemtrycket in i det mekaniska spelet mellan de sammanfogande metalldelarna, och nöts där sönder. Handbokens avsnitt 4.6 skriver rakt ut att "by far the most common type of failure in static O-ring seals is extrusion" (handbokssida 4-3). Observera inskränkningen: påståendet gäller uttryckligen STATISKA O-ringstätningar. För tätningar i allmänhet säger samma handbok något annat i avsnitt 10.1.1.1, nämligen att "probably the most common cause of O-ring failure is compression set".

För dynamiska tillämpningar formulerar sig handboken svagare än man ofta hör den återgiven: avsnitt 10.1.1.2 anger extrusion och nibbling som EN primär felorsak ("a primary cause of seal failure in dynamic applications"), inte som den primära. Extrusion förekommer också i statiska tätningar som utsätts för högtryckspulsering, där glappet mellan flänsarna öppnar och stänger och klämmer O-ringen.

Igenkänningsbilden är konkret och står i avsnitt 10.1.1.2, handbokssida 10-2/10-3: ett typiskt extruderingsfall är att ringens kanter på LÅGTRYCKSSIDAN (nedströms i spåret) har ett "chewed" eller "chipped" utseende, alltså tuggat eller flisat. Har felet gått via nibbling ser det ut som om många små bitar tagits bort från lågtryckssidan. Handboken varnar samtidigt för att felet är tyst länge: "in some forms of extrusion, more than 50% of the O-ring may be destroyed before catastrophic leakage is observed." En O-ring som fortfarande tätar kan alltså redan vara till hälften förstörd. Skadans läge på lågtryckssidan är det diagnostiskt bärande: det är där spelet finns och där materialet trycks ut. ORD 5700 skiljer i denna text mellan extrusion (en samlad, tuggad kant) och nibbling (många små bortnötta bitar) som två uttryck för samma grundmekanism. Handboken ger däremot ingen sida-vid-sida-jämförelse mellan extrusion och renodlat nötningsbrott; abrasion behandlas som ett eget felläge i avsnitt 10.1.1.5 på handbokssida 10-4.

Figure 3-2: hur mycket spel som tål vilket tryck Gränsen mellan "inget extrusionsproblem" och "extrusionsproblem" är inte ett tryck, utan en kombination av tryck, spel och hårdhet. ORD 5700 avsnitt 3.1.4, handbokssida 3-4, ger denna kombination som ett diagram, Figure 3-2 "Limits for Extrusion", med tre kurvor för 70, 80 och 90 Shore A. Y-axeln är fluidtryck, 6,9 till 690 bar (100 till 10 000 PSI). X-axeln är totalt diametralt spel, 0 till 1,0 mm (0 till 0,040 tum). Området under varje kurva är märkt "No Extrusion", området ovanför "Extrusion". Kurvorna förskjuts åt höger med ökande hårdhet, vilket i praktiken betyder att en 90 Shore A-blandning tål ett större diametralt spel än en 70 Shore A-blandning vid samma tryck. Diagrammets underrubrik preciserar vad x-axeln är: "Total Diametral Clearance* (Radial Clearance if Concentricity Between Piston and Cylinder is Rigidly Maintained)". Talen läses alltså som diametralt spel, men får läsas som radiellt spel om koncentriciteten mellan kolv och cylinder hålls strikt.

Kurvorna gäller bara under de fem villkor handboken själv anger under rubriken "Basis for Curves", och de villkoren är hårdare än de flesta verkliga tillämpningar: 100 000 tryckcykler i takten 60 per minut från noll till angivet tryck; maximal temperatur (tillika testtemperatur) 71 °C (160 °F); INGA stödringar; det totala diametrala spelet måste inkludera cylinderns expansion under tryck; och man ska lägga på en rimlig säkerhetsfaktor i praktiska tillämpningar för att täcka skarpa kanter, andra ojämnheter och högre temperaturer. Punkten om cylinderexpansion upprepas och skärps i löptexten: "when using the data, include in the diametral clearance any 'breathing,' or expansion of the cylinder bore that may be anticipated due to pressure." Det spel du dimensionerar efter är alltså inte spelet i det trycklösa, kalla tillståndet.

Handboken betonar själv att diagrammet är en vägledning, inte ett gränsvärde: "the exact point at which it becomes necessary to use anti-extrusion devices will depend on the pressure, type of elastomer being used, its Shore hardness, the size of the clearance gap, and the degree of 'breathing' of the metal parts which will be encountered." Ett användbart specialfall står i samma avsnitt: "although based on data obtained from O-rings, the ninety durometer curve can also be used as a guide to back-up ring performance." 90-durometerkurvan används alltså analogt för att bedöma stödringens egen förmåga att stå emot extrusion. Avsnitt 6.1 på handbokssida 6-2 utvecklar detta: kurvan får användas för att hitta maximalt rekommenderat spel vid givet tryck för temperaturer upp till 74 °C (165 °F) när standard Parbak-ringar i Parkers nitrilblandning N0300-90 skyddar O-ringen, och "the clearance that the Parbak will see is the clearance between the piston and the EXPANDED cylinder". Notera att 74 °C här skiljer sig från de 71 °C som anges som testvillkor för kurvornas framtagning. Handboken förklarar inte skillnaden. Det rör sannolikt två olika saker (testvillkor för kurvan kontra tillämpningsgräns för Parbak-materialet), men eftersom det inte sägs uttryckligen bör du inte behandla 74 °C som en generell höjning av kurvans giltighet.

Praktiskt går diagrammet att använda åt båda hållen, vilket avsnitt 6.1 påpekar: vid låga tryck visar kurvorna ofta större tillåtet spel än konstruktionstabellerna, och toleranserna kan då öppnas upp för billigare bearbetning, men man måste kontrollera att squeeze inte blir för hög eller för låg när toleranserna vidgas. Vid höga tryck visar kurvorna om en Parbak räcker för att kunna behålla katalogens standardspårmått, eller om spelet måste minskas ytterligare.

Handbokens motsägelse: 50 % eller 60 % reduktion för silikon och fluorsilikon Silikon och fluorsilikon är mjukare och mer extrusionskänsliga, och ORD 5700 kräver därför att spelet reduceras för dessa material. Handboken anger dock TVÅ olika tal för samma konstruktionsregel, och löser inte konflikten någonstans. Fotnoten till Figure 3-2 (handbokssida 3-4) säger: "Reduce the clearance shown by 60% when using silicone or fluorosilicone elastomers." Not (c) till Design Chart 4-1 (handbokssida 4-5) säger: "Reduce maximum diametral clearance 50% when using silicone or fluorosilicone O-rings." En tredje formulering, i löptexten i avsnitt 4.2 på handbokssida 4-2, säger: "When using silicone O-rings, the clearances given in the design charts and tables should be reduced 50%" (där nämns bara silikon, inte fluorsilikon uttryckligen). Det är alltså en och samma handbok, tre ställen, två olika procenttal: 60 % på ett ställe, 50 % på två.

En uttömmande genomsökning av hela ORD 5700 visar att dessa tre är de enda förekomsterna. Det finns ingen fjärde formulering som skulle kunna avgöra saken, och ingen av de tre förklarar skillnaden mot de andra. Konflikten är genuint olöslig inom handboken. Det går att gissa att 60 % hör ihop med just Figure 3-2:s hårda testvillkor (100 000 tryckcykler, inga stödringar, 71 °C) medan 50 % gäller konstruktionstabellernas spårmått, men handboken säger inte det. Vid dimensionering av silikon eller fluorsilikon i högtryck är det säkra valet den strängare siffran, alltså 60 procents reduktion, och skillnaden bör tas upp med tillverkaren innan den låses i en konstruktion. Section VI (Back-Up Rings) innehåller ingen egen klareringsprocent för silikon eller fluorsilikon; de enda procenttalen där gäller monteringssträckning av Parbak-ringar och är ett orelaterat mått som råkar dela siffran 50.

När stödring behövs: tryckgränsen och varför det egentligen är spelet som avgör ORD 5700 avsnitt 4.2, handbokssida 4-2, ger tröskeln: "The need for back-up rings should be investigated for pressures exceeding 103.5 Bar (1500 PSI) (true for all seal types)." Ordvalet är "bör utredas", inte "krävs". 103,5 bar är alltså en signal om att göra Figure 3-2-bedömningen, inte i sig en gräns.

Samma stycke förklarar varför trycket ensamt inte avgör: "If there is no extrusion gap, back-up rings are not required. Very high pressures can be sealed without back-up rings if metal-to-metal contact (practically zero clearance) of the gland parts can be maintained." Handboken lägger till ett exempel på 13 800 bar (200 100 PSI) tätat med en 70 Shore A-ring utan stödring, men formulerar det som "instances have been reported of" utan att ange varifrån mätningen kommer. Behandla det som en illustration av principen, inte som ett dimensionerande värde. Åt andra hållet gäller: "vibration or pressure fluctuation sometimes will produce 'breathing' which requires back-up rings at average pressures below 103.5 Bar (1500 PSI)." En konstruktion med vibration eller tryckpulsering kan alltså behöva stödring långt under tröskeln, eftersom spelet varierar under drift. Slutsatsen att dra av båda meningarna är att stödringsbeslutet ska tas på spelet under drift, inte på det nominella trycket.

Design Chart 4-1 visar också att tillåtet diametralt spel ökar med grövre tvärsnitt: 0,002-0,005 tum (0,05-0,13 mm) för 1/16-tums tvärsnitt mot 0,004-0,007 tum (0,10-0,18 mm) för 1/4-tums tvärsnitt. Observera att detta E-värde i handboken är EN kolumn som gäller oavsett antal stödringar. ORD 5700 anger inget separat, högre tillåtet spel för spår med Parbak; det som ändras med antalet stödringar är spårbredden (G, G1, G2), inte klareringen.

En stödring eller två ORD 5700 avsnitt 6.2 "Anti-Extrusion Device Design Hints", handbokssida 6-2, ger fem punkter. Använd om möjligt två stödringar, en på var sida om O-ringen. Om bara en används ska O-ringen ligga mellan stödringen och trycket, alltså stödringen på lågtryckssidan. Parbak-ringar får monteras med den konturerade sidan antingen mot O-ringen eller mot spårets sida; omvändning gör ingen skada. Parkers Parbak-ringar kollapsar inte och kallflyter inte om spårkonstruktionen är riktig. Och: använd de spårbredder som anges i avsnitten för statisk respektive dynamisk O-ringstätning, alltså G1 för en ring och G2 för två (se spårmåtten nedan).

Motiveringen för att ta två även när en räcker är i handboken ett monteringsargument, inte ett tryckargument. Avsnitt 6.1 skriver: "In double acting seal assemblies, a Parbak is required on both sides of the O-ring. It is cheap insurance to use two Parbaks even in single acting installations. At assembly, it is too easy to place a single Parbak on the wrong side of the O-ring. By specifying one on each side of the O-ring, there will be one on the low pressure side, where it is needed, and the extra Parbak does no harm." Dubbelverkande tätningar kräver alltså två. Enkelverkande klarar sig i princip med en, men en felvänd enda stödring ger noll skydd, och den överflödiga andra ringen kostar bara sitt inköpspris. Att valet är dimensionerat och inte en tumregel syns i att Design Chart 4-1 har tre separata spårbreddskolumner för noll, en respektive två Parbak.

Design Chart 4-1: spårmått för industriella statiska O-ringsspår Måtten nedan är Parkers egna rekommendationer ur ORD 5700 (2003), Design Chart 4-1 "For Industrial O-Ring Static Seal Glands", handbokssida 4-5. De sammanfaller ofta med, men är inte identiska med, ISO 3601-2 eller AS568B, och de har inte kontrollerats mot någon senare ISO 3601-2-utgåva.

Observera hur handboken skiljer på tvärsnittets nominella bråkmått och dess faktiska mått: toleransen hör till det FAKTISKA måttet, inte till bråket.

| O-Ring 2-Size (AS568A-) | W tvärsnitt nominellt | W tvärsnitt faktiskt, tum (mm) | L spårdjup, tum (mm) | Squeeze, tum (mm) | Squeeze, % | E diametralt spel, tum (mm) | |---|---|---|---|---|---|---| | 004–050 | 1/16 | .070 ±.003 (1,78 ±0,08) | .050–.052 (1,27–1,32) | .015–.023 (0,38–0,58) | 22–32 | .002–.005 (0,05–0,13) | | 102–178 | 3/32 | .103 ±.003 (2,62 ±0,08) | .081–.083 (2,06–2,11) | .017–.025 (0,43–0,64) | 17–24 | .002–.005 (0,05–0,13) | | 201–284 | 1/8 | .139 ±.004 (3,53 ±0,10) | .111–.113 (2,82–2,87) | .022–.032 (0,56–0,81) | 16–23 | .003–.006 (0,08–0,15) | | 309–395 | 3/16 | .210 ±.005 (5,33 ±0,13) | .170–.173 (4,32–4,39) | .032–.045 (0,81–1,14) | 15–21 | .003–.006 (0,08–0,15) | | 425–475 | 1/4 | .275 ±.006 (6,99 ±0,15) | .226–.229 (5,74–5,82) | .040–.055 (1,02–1,40) | 15–20 | .004–.007 (0,10–0,18) |

Spårbredden G är den kolumngrupp som beror på antalet stödringar. G gäller utan Parbak-ring, G1 med en och G2 med två.

| O-Ring 2-Size (AS568A-) | G spårbredd utan Parbak, tum (mm) | G1 spårbredd, en Parbak, tum (mm) | G2 spårbredd, två Parbak, tum (mm) | R spårradie, tum (mm) | Max. excentricitet, tum (mm) | |---|---|---|---|---|---| | 004–050 | .093–.098 (2,36–2,49) | .138–.143 (3,51–3,63) | .205–.210 (5,21–5,33) | .005–.015 (0,13–0,38) | .002 (0,05) | | 102–178 | .140–.145 (3,56–3,68) | .171–.176 (4,34–4,47) | .238–.243 (6,05–6,17) | .005–.015 (0,13–0,38) | .002 (0,05) | | 201–284 | .187–.192 (4,75–4,88) | .208–.213 (5,28–5,41) | .275–.280 (6,99–7,11) | .010–.025 (0,25–0,64) | .003 (0,08) | | 309–395 | .281–.286 (7,14–7,26) | .311–.316 (7,90–8,03) | .410–.415 (10,41–10,54) | .020–.035 (0,51–0,89) | .004 (0,10) | | 425–475 | .375–.380 (9,53–9,65) | .408–.413 (10,36–10,49) | .538–.543 (13,67–13,79) | .020–.035 (0,51–0,89) | .005 (0,13) |

Handbokens fyra noter till tabellen: (a) spelet, alltså extrusionsgapet, ska hållas till ett minimum som är förenligt med konstruktionens krav på temperaturvariation; (b) maximal excentricitet är ett totalt indikatorutslag mellan spåret och den intilliggande bärytan; (c) reducera maximalt diametralt spel 50 % för silikon- eller fluorsilikon-O-ringar (se motsägelsen mot Figure 3-2:s 60 % ovan, som inte är löst i handboken); (d) för att underlätta montering får spårdjupet ökas upp till 5 % när Parbak-ringar används.

En sak till om denna sida är värd att veta för den som slår upp originalet: Gland Detail-figuren på samma sida bär en fotnotsmarkör (e) vid vinkelangivelsen "0° till 5° (typ.)", men sidan har bara noterna (a) till (d). Not (e) saknas alltså i handboken. Detta är bekräftat i tre oberoende renderingar av sidan, och innebär att vinkelangivelsen i figuren står utan den förklaring den hänvisar till.

Stödringsmaterialen: hård elastomer, PTFE, läder, metall Principen står i avsnitt 3.1.4, handbokssida 3-4: "Extrusion of O-rings may also be prevented by the use of anti-extrusion (back-up) devices. These are thin rings of much harder material fitted into the gland between the seal and the clearance gaps, which essentially provide zero clearance. They are available in hard elastomer compounds, leather, PTFE, Nylon and other similar materials." Stödringen tätar alltså inte, den fyller spelet så att O-ringen inte har någonstans att flyta.

Hård gummi (Parkers Parbak) beskrivs i avsnitt 6.3, handbokssida 6-2: "Hard rubber back-up rings combine most of the best features of both leather and PTFE anti-extrusion devices. Although no industrial or military standards have been issued for rubber back-up rings, they have been in use for a number of years." Frånvaron av standard är handbokens eget påpekande och är relevant vid upphandling: det finns ingen standardbeteckning att skriva i en ritningsanvisning, bara tillverkarens. Standardblandningen är N0300-90 (nitril). Parbak-ringar är kontinuerliga, alltså osnittade, och kan sträckas över en kolvände vid montering; handboken anger att de sträcks upp till 50 % (avsnitt 6.6, Parker Parbak 8-Series Dimensions). Kontureringen på ena sidan minskar O-ringens deformation under tryck, men orienteringen är enligt handboken funktionsmässigt likgiltig.

PTFE-stödringar (avsnitt 6.4.1, handbokssida 6-3) är "impervious to oils and solvents. Acids and inorganic salts have very little effect on PTFE resin", och temperaturområdet är brett, "from below -73 °C to over 204 °C (-100 °F to over 400 °F)". Två nackdelar anges. De levereras skarvsnittade ("scarf cut") eller spiralsnittade, och snittkanten kan orsaka "biting and pinching"-skador på O-ringen. Och PTFE kan plätera glidytan med ett hartsskikt som hindrar smörjmedlet från att fästa, så att returslaget går torrt, vilket enligt handboken kraftigt förkortar tätningens livslängd vid dynamisk drift. Det senare resonemanget står i handbokens Parbak-avsnitt (6.5) där det fungerar som argument för gummiringen, vilket är värt att veta när man värderar det.

Läder (avsnitt 6.4.3, handbokssida 6-3) har varit standardmaterial i många år och finns med olika bearbetnings- och impregneringsmetoder för olika tillämpningar. Läderringar tillverkas kontinuerliga och måste ofta sträckas vid montering. Blötläggning i olja före montering minskar monteringsskador, och en kort värmeexponering efter montering krymper ringen tillbaka. Handboken är kategorisk på en punkt: "Leather back-up rings should never be cut to facilitate installation."

Metall (avsnitt 6.4.2 "Metal Non-Extrusion Rings", handbokssida 6-3) gäller INTE ringar i vanliga O-ringsspår utan specifikt bult- och nithuvudtätningar vid mycket höga tryck. Handboken skriver att det i de flesta fall är opraktiskt och onödigt under 1380 bar (20 000 PSI) att konstruera självspännande bult- och nitspår, och visar i Figure 6-2 två lösningar för ultrahöga tryck: en tunn metallsektion som expanderar under tryck och håller metall-mot-metall-passning, samt en mjuk metall-kilring ("Soft Metal Anti-Extrusion Wedge Ring"). Generalisera alltså inte dessa till kolv- eller stångtätningar.

Nylon nämns i ORD 5700 som stödringsmaterial på exakt ett ställe, i uppräkningen i avsnitt 3.1.4 ovan. Handbokens Section VI, som beskriver stödringsmaterialen i detalj, behandlar hård gummi, PTFE, metall och läder, men INTE nylon. ORD 5700 anger alltså inga egenskaper, temperaturgränser eller monteringsanvisningar för nylonstödringar. Vill du använda nylon får underlaget hämtas någon annanstans.

N0300-90:s temperaturområde: tre olika uppgifter i samma handbok Parkers standardblandning för Parbak-ringar, nitrilen N0300-90, får tre olika temperaturangivelser på tre ställen i ORD 5700, och handboken förklarar inte skillnaden. Avsnitt 6.3 (handbokssida 6-2) anger -55 °C till 120 °C (-65 °F till 250 °F). Avsnitt 6.5 Parbak Compound Information (handbokssida 6-3) anger "the recommended temperature range for N0300-90 is from -40 °C to 121 °C (-40 °F to 250 °F)". Avsnitt 6.6 anger "4 °C to 121 °C (-40 °F to 250 °F)", där +4 °C uppenbart är fel eftersom -40 °F motsvarar -40 °C; den tredje uppgiften är alltså med all sannolikhet ett tryck- eller konverteringsfel i originalet och bör inte användas. Kvar står två uppgifter som verkligen skiljer sig: -55 °C och -40 °C som undre gräns. Det är möjligt att -55 °C avser en absolut lägsta gräns och -40 °C en rekommenderad driftgräns, men handboken säger inte det. Vid köldkonstruktion under -40 °C bör den lägre siffran bekräftas mot tillverkaren innan den läggs till grund, eftersom bara ett av de två talen kan vara den rekommenderade gränsen.

Den övre gränsen är däremot samstämmig i praktiken: 120-121 °C (250 °F). Notera att detta ligger klart över de 74 °C (165 °F) som avsnitt 6.1 anger som giltighetsgräns när Figure 3-2:s 90-durometerkurva används för att dimensionera spelet med Parbak. Materialets temperaturtålighet och kurvans giltighetsområde är alltså två skilda saker.

Orsaker och åtgärder vid extrusionsbrott ORD 5700 avsnitt 10.1.1.2, handbokssida 10-2/10-3, listar åtta orsaker till extrusion och nibbling: för stora spel; högt tryck, antingen över systemets konstruktionstryck eller som högtryckstoppar; för mjukt O-ringsmaterial; nedbrytning av O-ringsmaterialet av systemvätskan (svällning, mjuknande, krympning, sprickbildning); ojämna spel orsakade av excentricitet; ökade spel till följd av för högt systemtryck; felaktig bearbetning av spåret, särskilt skarpa kanter; och fel O-ringsstorlek, för stor, så att spåret överfylls.

Åtgärdslistan i samma avsnitt svarar punkt för punkt mot orsakerna. Minska spelet genom snävare bearbetningstoleranser. Använd stödringar (handboken hänvisar till Section VI, Parbak). Kontrollera O-ringsmaterialets förenlighet med systemvätskan. Öka styvheten hos metallkomponenterna, vilket är åtgärden mot "breathing". Byt till en hårdare O-ring. Bryt spårets skarpa kanter till en radie av minst 0,002 tum (0,05 mm). Säkerställ att rätt O-ringsstorlek monteras. Och som sista punkt: överväg en annan tätningsform, exempelvis Parker T-Seal med sina inbyggda stödringar, som handboken anger kan förhindra extrusion och spiralbrott i vissa tillämpningar med långa kolv- eller stångslag (denna sista punkt är återgiven i sammanfattning, inte ordagrant).

Lägg märke till att fem av de åtta åtgärderna handlar om geometri och styvhet, inte om materialval. Den vanliga reflexen att gå till en hårdare blandning är bara en av dem, och den är verkningslös om spelet öppnar sig under tryck.

Vad ORD 5700 inte svarar på Handboken avgör inte själv vilket av talen 50 % och 60 % som gäller för silikon och fluorsilikon; en uttömmande genomsökning visar tre förekomster och ingen förklaring. Var exemplet med 13 800 bar utan stödring kommer ifrån framgår inte. Den beskriver inte nylon som stödringsmaterial trots att nylon nämns i uppräkningen. Den ger ingen checklista för att skilja extrusionsbrott från renodlat nötningsbrott, bara mellan extrusion och nibbling inbördes. Och den förklarar inte varför N0300-90 får två olika undre temperaturgränser.

Till detta kommer två avgränsningar för texten ovan. Spårmåtten i Design Chart 4-1 har inte jämförts med senaste utgåvan av ISO 3601-2; ORD 5700 är daterad 2003 och dess mått ska inte presenteras som identiska med standardens.