Ostre krawędzie blach, otworów technologicznych i elementów obudów są jednym z tych zagrożeń, które na etapie projektowania maszyny mogą wydawać się drugorzędne, a podczas eksploatacji prowadzą do poważnych awarii. Dotyczy to przede wszystkim szaf sterowniczych, maszyn przemysłowych, pojazdów specjalistycznych, urządzeń komunalnych oraz maszyn rolniczych, w których przez wycięcia w blasze prowadzone są przewody elektryczne, wiązki kablowe, przewody pneumatyczne lub elastyczne węże.
Drgania maszyny powodują mikroruchy przewodu względem metalowej krawędzi. Jeżeli przewód styka się bezpośrednio z ostrą lub niedostatecznie wykończoną blachą, z czasem może dojść do przetarcia izolacji, uszkodzenia oplotu albo nacięcia warstwy zewnętrznej. W instalacji elektrycznej oznacza to ryzyko zwarcia, przerwy w obwodzie lub kontaktu przewodnika z konstrukcją urządzenia. W układach pneumatycznych i hydraulicznych konsekwencją może być natomiast stopniowe osłabienie przewodu i jego nieszczelność.
Jednym z najprostszych sposobów ograniczenia tego ryzyka jest prawidłowo dobrana gumowa osłona krawędzi.
Osłona krawędzi pełni zwykle kilka funkcji jednocześnie. Oddziela przewód od ostrego metalu, zmniejsza miejscowy nacisk na izolację, ogranicza ścieranie podczas drgań oraz poprawia bezpieczeństwo obsługi podczas prac montażowych i serwisowych.
Znaczenie ma to również z punktu widzenia wymagań dotyczących konstrukcji maszyn. Dyrektywa maszynowa 2006/42/WE w załączniku I, pkt 1.3.4 wskazuje, że dostępne części maszyny, w zakresie, w jakim pozwala na to ich przeznaczenie, nie powinny mieć ostrych krawędzi, ostrych naroży ani powierzchni mogących powodować obrażenia.
Nie oznacza to oczywiście, że założenie gumowego profilu automatycznie zapewnia zgodność całej maszyny z wymaganiami bezpieczeństwa. Zabezpieczenie krawędzi jest jednym z elementów projektowania konstrukcji, który powinien wynikać z oceny ryzyka, warunków pracy maszyny oraz sposobu dostępu operatora i personelu utrzymania ruchu.
W przypadku modernizowanych urządzeń zastosowanie profilu krawędziowego bywa również praktycznym rozwiązaniem w miejscach, w których wykonanie dodatkowego zawinięcia blachy, gratowanie lub zmiana konstrukcji obudowy są trudne albo ekonomicznie nieuzasadnione.
Nie każdy profil zakładany na krawędź blachy ma taką samą konstrukcję. Dobór odpowiedniego rozwiązania zależy od tego, czy profil ma wyłącznie zabezpieczać krawędź, czy dodatkowo uszczelniać zamknięcie obudowy, drzwi, klapy lub pokrywy.
W zastosowaniach przemysłowych często stosowane są profile zawierające wewnętrzne zbrojenie metalowe. Może ono mieć formę odpowiednio ukształtowanej taśmy, klipsów lub elastycznego rdzenia wzmacniającego.
Metalowe zbrojenie odpowiada przede wszystkim za utrzymanie profilu na krawędzi. Po wciśnięciu uszczelki na blachę profil wywiera nacisk na jej powierzchnię, dzięki czemu możliwy jest montaż bez dodatkowych śrub czy nitów, a w wielu przypadkach również bez klejenia.
Takie rozwiązanie sprawdza się szczególnie wtedy, gdy osłona pracuje w warunkach drgań, wibracji lub częstych zmian temperatury.
Dobrze dobrany profil powinien zachowywać odpowiednią siłę zacisku, ale jednocześnie nie może wymagać tak dużej siły montażowej, aby powodowała deformację cienkiej blachy lub uszkodzenie powłoki lakierniczej.
Prostsze osłony mogą być wykonywane jako jednolite profile gumowe lub z tworzywa elastomerowego, bez metalowego rdzenia.
Ich zaletą jest bardzo duża elastyczność. Dobrze dopasowują się do nieregularnych kształtów, niewielkich promieni oraz skomplikowanych prowadzeń krawędzi.
W zastosowaniach narażonych na silne drgania trzeba jednak zwrócić większą uwagę na sposób mocowania. Jeśli geometria profilu nie zapewnia odpowiedniego zacisku, może być konieczne użycie kleju technicznego albo zastosowanie profilu o innej konstrukcji.
Profil krawędziowy może posiadać dodatkowy element uszczelniający. Najczęściej spotykane są dwa rozwiązania: elastyczne piórko oraz profil komorowy, potocznie nazywany balonikiem.
Piórko jest cienkim, elastycznym elementem dociskanym po zamknięciu obudowy do drugiej powierzchni.
Rozwiązanie sprawdza się tam, gdzie trzeba ograniczyć przedostawanie się kurzu, zamknąć niewielką szczelinę, skompensować niewielkie nierówności, ograniczyć przepływ powietrza albo zabezpieczyć styk dwóch elementów obudowy.
Piórko wymaga stosunkowo niewielkiej siły docisku, dlatego dobrze sprawdza się w lekkich klapach, obudowach oraz drzwiach technicznych.
Profil balonowy posiada pustą, elastyczną komorę. Po zamknięciu drzwi lub klapy komora ulega kontrolowanemu odkształceniu i tworzy powierzchnię uszczelniającą.
Takie rozwiązanie pozwala kompensować większe różnice wymiarowe oraz nierówności niż cienkie piórko.
Profile tego typu są stosowane między innymi w obudowach urządzeń, pojazdach, maszynach rolniczych, szafach technicznych oraz konstrukcjach wymagających ograniczenia dostępu wody, pyłu lub powietrza.
W wielu takich zastosowaniach wykorzystuje się EPDM. Materiał ten charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na starzenie, ozon i warunki atmosferyczne. Dla przykładowych mieszanek technicznych EPDM producenci podają zakres pracy rzędu od -40°C do +120°C. Zakres należy jednak zawsze odnosić do konkretnej mieszanki, a nie wyłącznie do nazwy elastomeru.
Jednym z najważniejszych parametrów jest zakres grubości krawędzi, dla którego producent zaprojektował dany profil.
Jeżeli profil przeznaczony jest do blachy o określonej grubości, jego zastosowanie na znacznie cieńszym elemencie może spowodować zbyt małą siłę zacisku. Profil zacznie się przesuwać albo zsuwać podczas drgań.
Założenie go na krawędź znacząco grubszą niż dopuszczalna może z kolei powodować nadmierne rozwarcie części zaciskowej, trudności podczas montażu i trwałą deformację profilu.
Dlatego w praktyce warto analizować jednocześnie grubość blachy lub profilu, tolerancję grubości, rodzaj powłoki powierzchniowej, kształt krawędzi, minimalny promień gięcia uszczelki oraz wymaganą siłę mocowania.
W miejscach o małym promieniu szczególnie istotna jest elastyczność profilu. Za sztywny profil może marszczyć się po wewnętrznej stronie łuku albo odrywać po stronie zewnętrznej.
Przed zastosowaniem profilu seryjnie warto wykonać próbę na rzeczywistym fragmencie konstrukcji.
Częstym błędem montażowym jest dobranie osłony wyłącznie na podstawie grubości blachy.
Tymczasem profil zamontowany na długiej, prostej krawędzi może zachowywać się prawidłowo, ale na małym łuku zaczyna się odkształcać.
Im bardziej rozbudowany przekrój uszczelki i im sztywniejsze jej zbrojenie, tym większy może być wymagany minimalny promień gięcia.
Dotyczy to szczególnie profili z dodatkowym balonikiem. Przy zbyt ciasnym promieniu część uszczelniająca może się lokalnie marszczyć, przez co nacisk na powierzchnię przestaje być równomierny.
Jeżeli profil ma pracować wokół otworu w blasze, najlepiej sprawdzić minimalny promień gięcia w dokumentacji technicznej konkretnego produktu.
W maszynach przemysłowych profil krawędziowy jest często poddawany ciągłym drganiom. Sama elastyczność gumy może w takim przypadku nie wystarczyć.
Dlatego profile z metalowym rdzeniem są szczególnie przydatne w maszynach rolniczych, pojazdach, agregatach, urządzeniach produkcyjnych czy ruchomych obudowach.
Siła zacisku powinna być jednak dobrana do podłoża.
Na grubej stalowej konstrukcji większy docisk najczęściej nie stanowi problemu. Na cienkiej obudowie wykonanej z blachy może natomiast dojść do miejscowego ugięcia krawędzi.
Przy powierzchniach lakierowanych proszkowo należy dodatkowo zwrócić uwagę, czy sposób montażu nie powoduje uszkadzania powłoki ochronnej.
Warunki środowiskowe mają bezpośredni wpływ na trwałość uszczelnienia.
W przypadku urządzeń stojących na zewnątrz istotne są między innymi promieniowanie słoneczne, wilgoć, ozon i duże dobowe zmiany temperatur.
EPDM jest powszechnie stosowany w takich warunkach ze względu na bardzo dobrą odporność na ozon i starzenie atmosferyczne. Dane techniczne przemysłowych mieszanek EPDM potwierdzają również możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur. Dla wybranych materiałów zakres ten może wynosić około -40°C do +120°C.
Nie oznacza to jednak, że każda uszczelka oznaczona jako EPDM automatycznie może pracować w takich warunkach.
Na własności gotowego profilu wpływają między innymi skład konkretnej mieszanki, twardość elastomeru, sposób sieciowania, obciążenie mechaniczne, czas działania wysokiej temperatury oraz kontakt z olejami, paliwami lub środkami chemicznymi.
W przypadku kontaktu z mediami technologicznymi należy zawsze sprawdzić kompatybilność chemiczną materiału.
W szafach sterowniczych i obudowach maszyn szczególnej uwagi wymagają miejsca przeprowadzenia wiązek przez wycięcia w blasze.
Przewód nie powinien opierać się bezpośrednio o ostrą krawędź. Nawet jeżeli podczas montażu instalacja jest nieruchoma, w czasie pracy maszyny mogą pojawić się wibracje wywoływane przez silniki elektryczne, wentylatory, przekładnie, pompy czy ruchome zespoły robocze.
Przy długotrwałej eksploatacji niewielkie przemieszczenia przewodu wystarczą do stopniowego ścierania jego izolacji.
W takich miejscach odpowiednio dobrana uszczelka krawędziowa dostępna pod adresem https://pol-gum.eu/p/produkt/23/uszczelki-i-podkladki tworzy pomiędzy przewodem a metalem elastyczną warstwę ochronną.
Należy przy tym pamiętać, że profil nie zastępuje prawidłowego mocowania instalacji. Wiązka powinna być odpowiednio podparta i odciążona tak, aby jej ciężar oraz drgania nie były przenoszone wyłącznie na miejsce przejścia przez blachę.
Osłony krawędziowe nie służą wyłącznie do zabezpieczania przewodów.
Profil z piórkiem lub balonikiem może jednocześnie zabezpieczać krawędź i wypełniać szczelinę pomiędzy dwoma elementami konstrukcji.
Rozwiązanie takie jest wykorzystywane między innymi w drzwiach szaf technicznych, klapach serwisowych, osłonach silników, kabinach maszyn rolniczych, skrzyniach pojazdów specjalistycznych, obudowach agregatów, elementach wentylacyjnych oraz urządzeniach przemysłowych.
Kluczowe jest prawidłowe dobranie stopnia ściśnięcia części uszczelniającej.
Zbyt słabe ściśnięcie powoduje brak ciągłego kontaktu z powierzchnią. Zbyt duże może zwiększyć siłę potrzebną do zamknięcia pokrywy i przyspieszyć trwałe odkształcenie elastomeru.
Dlatego uszczelkę warto dobierać na podstawie rzeczywistej szerokości szczeliny, tolerancji wykonania konstrukcji oraz przewidywanego przemieszczenia elementów.
W przypadku gumowych elementów technicznych należy pamiętać, że elastomerów nie produkuje się z tolerancjami charakterystycznymi dla precyzyjnie obrabianych elementów stalowych.
Rodzina norm DIN 7715 odnosiła się do dopuszczalnych odchyłek wymiarowych wyrobów gumowych. W praktyce przy określaniu wymagań wymiarowych trzeba zweryfikować, która część normy oraz jej aktualny odpowiednik mają zastosowanie do danego sposobu produkcji.
Przykładowo DIN 7715-2 dotycząca tolerancji formowanych elementów gumowych została zastąpiona przez DIN ISO 3302-1. Jednocześnie DIN 7715-5 odnosząca się do tolerancji gumowych płyt i wyrobów z płyt pozostaje wykorzystywana jako odniesienie dla odpowiedniej grupy produktów.
Ma to praktyczne znaczenie podczas projektowania szczeliny. Nie należy zakładać, że rzeczywista wysokość balonika czy szerokość profilu będzie identyczna w każdej sztuce z dokładnością charakterystyczną dla komponentu obrabianego CNC.
Konstrukcja powinna uwzględniać tolerancje profilu, blachy oraz samego montażu.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa maszyn zabezpieczenie ostrych krawędzi pozostaje istotnym elementem konstrukcyjnym.
Dyrektywa 2006/42/WE wskazuje, że dostępne elementy maszyny, o ile pozwala na to ich funkcja, nie powinny posiadać ostrych krawędzi i naroży mogących powodować obrażenia.
Dodatkowo wymagania dotyczące osłon wskazują, że powinny mieć odpowiednio solidną konstrukcję, być pewnie zamocowane i nie mogą same powodować dodatkowego zagrożenia.
Należy również uwzględnić zmianę przepisów. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1230 w sprawie maszyn będzie stosowane zasadniczo od 20 stycznia 2027 roku i również przewiduje wymagania związane z eliminowaniem niebezpiecznych ostrych krawędzi, naroży i powierzchni dostępnych części maszyn.
Z punktu widzenia projektanta oznacza to, że zabezpieczenie niebezpiecznych krawędzi pozostaje istotnym elementem projektowania bezpiecznej konstrukcji.
Problemy z uszczelkami często wynikają nie z jakości samego profilu, lecz z błędnego dopasowania go do konstrukcji.
Do typowych błędów należy dobór profilu do niewłaściwej grubości blachy. W efekcie osłona jest za luźna albo jej montaż wymaga nadmiernej siły.
Drugim problemem jest nieuwzględnienie promienia gięcia. Profil dobrze trzymający się na prostej części konstrukcji może odchodzić na narożnikach.
Kolejnym błędem jest traktowanie każdej gumy jako materiału o jednakowej odporności. Profil pracujący wewnątrz hali nie musi mieć takich samych właściwości jak element zamontowany na zewnątrz maszyny rolniczej przez cały rok.
Nie powinno się również zakładać, że sama osłona krawędzi rozwiązuje problem prowadzenia przewodów. Kable i węże wymagają dodatkowego mocowania, odpowiedniego promienia zgięcia oraz zabezpieczenia przed naprężeniami.
Przed zamówieniem profilu warto zebrać kilka podstawowych informacji.
Najpierw należy zmierzyć rzeczywistą grubość krawędzi razem z lakierem lub inną powłoką. Następnie trzeba określić minimalny promień, przez który profil będzie prowadzony.
Jeżeli osłona ma również uszczelniać drzwi lub pokrywę, trzeba zmierzyć szczelinę zarówno w stanie otwartym, jak i po zamknięciu.
Należy również ustalić minimalną i maksymalną temperaturę pracy, warunki wewnętrzne lub zewnętrzne, kontakt z promieniowaniem UV i ozonem, obecność olejów lub środków chemicznych, częstotliwość otwierania obudowy oraz intensywność drgań.
Dopiero po zestawieniu tych parametrów można prawidłowo określić konstrukcję profilu, rodzaj elastomeru, sposób mocowania i geometrię części uszczelniającej.
Gumowa osłona krawędzi jest niewielkim elementem maszyny, ale może mieć duże znaczenie dla niezawodności instalacji elektrycznej, pneumatycznej oraz mechanicznej.
Odpowiednio dobrany profil chroni przewody przed przecieraniem, zabezpiecza operatora przed kontaktem z ostrą blachą, poprawia wykończenie obudowy i w przypadku profili z piórkiem lub balonikiem umożliwia także uszczelnienie szczelin.
Najważniejsze jest jednak dopasowanie profilu do rzeczywistych warunków pracy. Grubość blachy, promień prowadzenia, siła zacisku, temperatura, promieniowanie UV, ozon i kontakt z mediami powinny być analizowane jeszcze przed wyborem konkretnej uszczelki.
W maszynach pracujących przez wiele lat prawidłowo dobrana osłona krawędzi nie jest wyłącznie elementem estetycznym. Jest częścią trwałego i bezpiecznego sposobu prowadzenia instalacji oraz zabezpieczenia konstrukcji.