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May 26, 2023

Questo nuovo sigillo in PTFE potrebbe migliorare le pompe per insulina e altri dispositivi medici

26 aprile 2018 Di Chris Newmarker Nelle applicazioni dinamiche che richiedono tenuta a velocità e pressioni da basse a moderate, gli ingegneri progettisti stanno sostituendo gli O-ring elastomerici poco performanti con

26 aprile 2018 Di Chris Newmarker

Nelle applicazioni dinamiche che richiedono tenuta a velocità e pressioni da basse a moderate, i progettisti stanno sostituendo gli O-ring elastomerici poco performanti con guarnizioni "C-ring" in PTFE energizzate a molla.

David Wang, Ingegneria delle tenute Bal

Quando gli O-ring e altri metodi di tenuta tradizionali falliscono, gli ingegneri delle apparecchiature diagnostiche e per la somministrazione di farmaci stanno adottando un modo nuovo e più conveniente per migliorare le prestazioni dei loro progetti hardware esistenti: la guarnizione "C-ring" in PTFE energizzata a molla.

La guarnizione C-ring è stata sviluppata inizialmente per uno strumento diagnostico che impiega un pistone funzionante in un bagnomaria a circa 100°F, con movimento alternativo a una velocità di 5 piedi al minuto. Le condizioni operative erano miti, ma le tolleranze erano ampie. Il progetto originale prevedeva un O-ring elastomerico per sigillare il pistone, ma l'O-ring non era in grado di mantenere una tenuta uniforme e l'attrezzatura perdeva.

Con i prototipi già costruiti, gli ingegneri iniziarono a cercare un'alternativa. Le coppe a U o le guarnizioni a labbro standard, che normalmente verrebbero utilizzate in un'applicazione su pistone, non erano un'opzione praticabile a causa delle ampie tolleranze radiali. Inoltre, installarli su una scanalatura a passo intero non era pratico. L'installazione richiederebbe uno stiramento eccessivo, con conseguente deformazione della guarnizione e guasto prematuro.

Nel 2016, Bal Seal Engineering, progettista di guarnizioni con sede a Foothill Ranch, in California, ha proposto una soluzione sperimentale: una molla elicoidale inclinata avvolta in un anello in PTFE a forma di C. Il sigillo ha funzionato esattamente come previsto. Combinando le proprietà di basso attrito del PTFE con una geometria della camicia aerodinamica, il "C-ring" ha fornito una tenuta affidabile e uniforme oltre a un funzionamento più fluido e silenzioso rispetto a un O-ring. Inoltre, il C-ring può essere installato nel premistoppa O-ring a passo intero, cosa normalmente sconsigliata con materiali non elastomerici. Di conseguenza, l'anello a C è stato installato senza modifiche al design dell'hardware originale e senza l'uso di strumenti specializzati.

Quella guarnizione originale con anello a C è in uso da due anni. L'uso dell'anello a C ha portato a migliori prestazioni del prodotto e a una maggiore durata delle apparecchiature, riducendo i tempi di inattività e i costi di manutenzione.

Le unità di imaging medicale, le pompe per insulina, i ventilatori e i dispositivi per la somministrazione di farmaci si affidano generalmente agli O-ring per sigillare gli spazi assiali brevi. Ma quando è richiesta una capacità di deflessione radiale estrema, gli O-ring non sono in grado di compensare, provocando spesso usura, deformazione permanente e perdite. Nonostante queste carenze, gli ingegneri hanno continuato a utilizzare gli O-ring perché altre soluzioni (ad esempio, coppe a U, guarnizioni a labbro) non sono in grado di gestire i requisiti di deflessione radiale e normalmente richiedono più spazio assiale rispetto a un O-ring.

Il C-ring è diverso perché può adattarsi al piccolo spazio assiale tipicamente concesso agli O-ring, mentre le configurazioni di tenuta standard non possono farlo. Inoltre, il C-ring è completamente personalizzabile, in base alle esigenze dell'applicazione. Può essere configurata con labbra ultrasottili e flessibili per applicazioni criogeniche o con un labbro spesso per applicazioni dinamiche dove la tenuta richiede maggiore resistenza all'usura.

Poiché l'anello a C consente movimenti rotatori e alternativi, è una soluzione versatile potenzialmente utile in una varietà di prodotti che richiedono una sigillatura a velocità da lenta a moderata, inclusi robot medici, apparecchiature mediche portatili e connettori sonda/tubo. L'anello a C può accogliere un grado di tolleranza radiale insolitamente ampio, almeno cinque volte superiore a quello di una configurazione di tenuta standard di sezione trasversale simile. Gli intervalli di tolleranza dipendono dalla pressione ambiente, dal tipo di fluido e dalle condizioni di finitura superficiale. L'anello a C funziona bene anche nelle applicazioni statiche, dove i componenti richiedono protezione da contaminanti ambientali.

Rimuovendo il materiale PTFE dal design iniziale della camicia dell'anello a C, gli ingegneri sono stati in grado di migliorarne l'elasticità e la flessibilità. Di conseguenza, l'anello a C si è dimostrato più elastico e flessibile di quanto originariamente previsto, rendendolo utile per applicazioni non rotonde. L'anello a C è già utilizzato in una pompa per la somministrazione di farmaci con pistone ovale. E poiché la camicia di tenuta può essere realizzata in PTFE vergine o caricato, il C-ring è una tenuta estremamente versatile, compatibile con hardware realizzato con metalli e plastica di uso comune.