UmPTFE-O-Ringeund federbelastetes PTFE-Verlauf wie folgt:
Bei dynamischen Anwendungen, die eine Abdichtung bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten und Drücken erfordern, ersetzen Konstrukteure leistungsschwache ElastomereO-Ringemit federbelasteten PTFE-C-Ring-Dichtungen.
Wenn O-Ringe und andere herkömmliche Dichtungsmethoden nicht funktionieren, wählen Ingenieure von Diagnose- und Arzneimittelverabreichungsgeräten einen neuen, kostengünstigeren Ansatz zur Leistungssteigerung ihrer vorhandenen Gerätekonstruktionen: PTFE-„C-Ring“-Federdichtungen.
C-Dichtungen wurden ursprünglich für Diagnosegeräte entwickelt, deren Kolben sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Metern pro Minute in einem Wasserbad bei ca. 38 °C hin- und herbewegt. Die Betriebsbedingungen sind mild, die Toleranzen jedoch groß. Die ursprüngliche Konstruktion sah einen elastomeren O-Ring zur Abdichtung des Kolbens vor. Dieser O-Ring konnte jedoch keine dauerhafte Abdichtung gewährleisten, was zu Undichtigkeiten des Geräts führte.
Nach dem Bau des Prototyps suchten die Ingenieure nach Alternativen. Nutringe oder Standard-Lippendichtungen, wie sie üblicherweise in Kolben verwendet werden, sind aufgrund großer radialer Toleranzen nicht geeignet. Auch der Einbau in vollstufige Aussparungen ist unpraktisch. Der Einbau erfordert eine zu starke Dehnung, was zu Verformungen und vorzeitigem Versagen der Dichtung führt.
Im Jahr 2006 entwickelte NINGBO BODI SEALS., LTD. eine experimentelle Lösung: eine schräge Schraubenfeder, umhüllt von einem PTFE-C-Ring. Der Druck funktionierte genau wie erwartet. Durch die Kombination der reibungsarmen Eigenschaften von PTFE mit einer stromlinienförmigen Manschettengeometrie bieten C-Ringe eine zuverlässige, dauerhafte Abdichtung und sind dabei sanfter und leiser als O-Ringe. Darüber hinaus eignen sich C-Ringe für Vollstufen-O-Ringe, die für unelastische Materialien generell nicht empfohlen werden. Somit kann der C-Ring ohne Änderung des Originaldesigns oder Verwendung von Spezialwerkzeugen installiert werden.
Die ursprüngliche C-Dichtung war zwei Jahre alt. Der Einsatz von C-Ringen verbessert die Produktleistung und verlängert die Lebensdauer der Geräte durch Reduzierung von Ausfallzeiten und Wartungskosten.
Medizinische Bildgebungsgeräte, Insulinpumpen, Beatmungsgeräte und Medikamentenverabreichungsgeräte verwenden häufig O-Ringe, um kurze axiale Räume abzudichten. Wenn jedoch extreme radiale Ablenkungsfähigkeiten erforderlich sind, können O-Ringe dies nicht ausgleichen, was häufig zu Verschleiß, bleibender Verformung und Leckagen führt. Trotz dieser Mängel setzen Ingenieure weiterhin O-Ringe ein, da andere Lösungen (z. B. Nutringe oder Lippendichtungen) die Anforderungen an die radiale Ablenkung nicht erfüllen und typischerweise mehr axialen Raum benötigen als O-Ringe.
Der C-Ring unterscheidet sich dadurch, dass er in den kleineren axialen Raum passt, der normalerweise für O-Ringe vorgesehen ist, während Standarddichtungen dies nicht können. Darüber hinaus können C-Ringe vollständig an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden. Sie können mit einer ultradünnen und flexiblen Lippe für kryogene Anwendungen oder einer dicken Lippe für dynamische Anwendungen konfiguriert werden, bei denen die Dichtung eine höhere Verschleißfestigkeit erfordert.
Da C-Ringe sowohl Dreh- als auch Hin- und Herbewegungen ermöglichen, sind sie eine vielseitige Lösung für eine Vielzahl von Produkten, die eine Abdichtung bei niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit erfordern, darunter Medizinroboter, tragbare medizinische Geräte und Sonden-/Schlauchverbinder. C-Ringe ermöglichen ungewöhnlich große radiale Toleranzen – mindestens fünfmal größer als Standarddichtungen gleichen Querschnitts. Der Toleranzbereich hängt vom Umgebungsdruck, der Art des Mediums und den Bedingungen der Oberflächenbehandlung ab. C-Ringe eignen sich auch gut für statische Anwendungen, bei denen Komponenten vor Umweltschadstoffen geschützt werden müssen.
Durch den Verzicht auf PTFE im ursprünglichen C-Ring-Design konnten die Ingenieure dessen Elastizität und Flexibilität erhöhen. Dadurch erwiesen sich C-Ringe als dehnbarer und flexibler als ursprünglich erwartet und eignen sich daher auch für nicht-runde Anwendungen. C-Ringe wurden beispielsweise in Medikamentenpumpen mit ovalen Kolben eingesetzt. Da die Dichtlippe aus reinem PTFE oder gefülltem PTFE gefertigt werden kann, ist der C-Ring eine äußerst vielseitige Dichtung, die mit Metall- und Kunststoffteilen kompatibel ist.
C-Ringe, die ursprünglich für den Einsatz mit wasserbasierten Diagnosegeräten entwickelt wurden, bestehen aus PTFE-ummantelten Schraubenfedern. C-Ringe können aber auch mit Schraubenbandfedern als Aktivatoren hergestellt werden. Durch den Ersatz von schrägen Schraubenfedern durch Schraubenbandfedern können C-Ringe einen sehr hohen Dichtkontaktdruck erzeugen – ideal für kryogene oder statische Anwendungen.
Bal Seal Engineering bezeichnet seinen C-Ring als „die perfekte Dichtung für eine unvollkommene Welt“, da er eine lange Lebensdauer in Umgebungen mit stark unterschiedlichen Spaltmaßen, Oberflächenbeschaffenheiten und anderen Konstruktionsmerkmalen bietet. Zwar gibt es keine perfekte Dichtung, doch ihre Vielseitigkeit und Anpassbarkeit machen C-Ringe zu einer interessanten und potenziell nützlichen Option für einige medizinische und diagnostische Geräte. Es handelt sich um eine relativ leichte Dichtung, die sich ideal für Anwendungen mit niedrigem Druck (<500 psi) und niedriger Geschwindigkeit (<100 ft/min) eignet, bei denen geringe Reibung erforderlich ist. In diesen Umgebungen können C-Ringe eine bessere Dichtungslösung bieten als elastomere O-Ringe oder andere Standarddichtungstypen. Sie bieten Konstrukteuren die Möglichkeit, die Lebensdauer zu verlängern und den Geräuschpegel zu senken, ohne kostspielige Gerätemodifikationen vornehmen zu müssen.
David Wang ist Global Marketing Manager für Medizinprodukte bei Bal Seal Engineering. Als Ingenieur mit über 10 Jahren Designerfahrung arbeitet er mit OEMs und Tier-1-Zulieferern zusammen, um Lösungen für Dichtung, Verbindung, elektrische Leitfähigkeit und elektromagnetische Störungen zu entwickeln, die neue Maßstäbe in der Geräteleistung setzen.
Die in diesem Blogbeitrag geäußerten Meinungen sind ausschließlich die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von MedicalDesignandOutsource.com oder seinen Mitarbeitern wider.
Chris Newmarker ist leitender Redakteur der Life-Science-Nachrichtenseiten und -Publikationen von WTWH Media, darunter MassDevice, Medical Design & Outcommerce und weitere. Der 18-jährige Berufsjournalist, der bereits bei UBM (jetzt Informa) und Associated Press tätig war, führte seine Karriere von Ohio über Virginia und New Jersey bis nach Minnesota. Das Themenspektrum ist breit gefächert, der Schwerpunkt lag in den letzten zehn Jahren jedoch auf Wirtschaft und Technologie. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Journalismus und Politikwissenschaft von der Ohio State University. Sie erreichen ihn über LinkedIn oder per E-Mail an cnewmarke.
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Veröffentlichungszeit: 10. August 2023