Introduction to Backup Rings

Backup rings, also known as anti-extrusion rings or support rings, are precision-engineered components that prevent elastomer O-rings and other seals from extruding into the clearance gap between mating hardware surfaces under high-pressure conditions. Without backup ring protection, high system pressures force the soft elastomer seal material into the gap between the piston and cylinder bore (or rod and gland), causing the seal to develop a characteristic nibbled or chewed appearance that qu...

When Are Backup Rings Needed?

The decision to use backup rings depends on the relationship between system pressure, clearance gap, O-ring hardness, and whether the application is static or dynamic. General guidelines for backup ring usage include: Below 1,500 psi (100 bar): Backup rings are generally not required for standard 70 Shore A O-rings with normal clearance gaps 1,500-3,000 psi (100-200 bar): Single backup ring recommended on the low-pressure side of the O-ring 3,000-5,000 psi (200-350 bar): Backup rings on both ...

PTFE (Polytetrafluoroethylene)

PTFE is the most widely used backup ring material due to its combination of low friction, chemical inertness, and excellent dimensional stability. Virgin (unfilled) PTFE provides universal chemical compatibility and very low friction but has relatively high cold flow (creep) under sustained loading. Filled PTFE compounds offer improved mechanical properties: Virgin PTFE: Universal chemical resistance, lowest friction, suitable for most applications up to 5,000 psi Glass-filled PTFE (15-25% gl...

Nylon backup rings offer higher mechanical strength and better extrusion resistance than PTFE at a lower cost. Nylon is commonly used in hydraulic systems with petroleum-based fluids where its higher stiffness provides effective gap bridging. However, nylon has limited chemical resistance compared to PTFE and is not suitable for applications involving aggressive chemicals or fluids outside its compatibility range. Nylon backup rings are typically used in standard hydraulic applications up to ...

PEEK (Polyetheretherketone): Premium high-performance material for extreme pressure and temperature applications Acetal (Delrin/POM): Good dimensional stability and machinability for moderate-pressure applications Leather: Traditional backup ring material still used in some legacy hydraulic cylinder designs Elastomer backup rings: Softer backup rings for low-pressure applications or as secondary support elements

Solid (Continuous) Backup Rings

Solid backup rings are machined or molded as complete rings without any gap or split. They provide the maximum gap-bridging capability and are the preferred choice for the highest-pressure applications. However, solid backup rings can only be installed over the end of a shaft or piston, which limits their use to applications where the hardware allows end installation. Solid rings must be sized precisely to the groove diameter, as they cannot expand or contract to accommodate assembly.

Spiral (Wound) Backup Rings

Spiral backup rings are manufactured by winding a flat strip of PTFE or other material into a multi-turn spiral that can be expanded for installation into internal grooves or compressed for installation onto shafts. The spiral construction allows installation without disassembly, making them ideal for field maintenance and applications where solid rings cannot be installed. Spiral backup rings typically have two to four turns of material, providing effective gap bridging with the flexibility ...

Split (Cut) Backup Rings

Split backup rings are solid rings with a single cut (gap) that allows them to be opened for installation around a shaft or into a bore. The gap must be properly oriented relative to any pressure ports or features that could cause the gap to open and allow extrusion. Split rings are simpler and less expensive than spiral rings but provide less effective gap bridging at the split location. They are suitable for moderate-pressure applications where the gap can be positioned away from the highes...

Gap Configuration and Orientation

The gap in split and spiral backup rings must be properly configured and oriented for effective extrusion prevention. For split rings, the gap is typically cut at a straight angle (butt cut) or a diagonal angle (scarf cut). Scarf cuts provide better gap coverage than butt cuts by creating an overlapping joint. Spiral rings inherently provide overlap coverage through their multi-turn construction, eliminating the single-point gap weakness of split rings. When installing split backup rings, the...

Installation and Sizing

Backup rings must be properly sized and installed to provide effective extrusion prevention without interfering with O-ring function. The backup ring is installed in the O-ring groove on the low-pressure side of the O-ring (the side away from system pressure). The combined cross-section of the O-ring and backup ring must fit within the groove without excessive compression of the O-ring, which would increase friction and accelerate wear. Standard groove design guides from O-ring manufacturers ...

PEEK (Polyétheréthercétone) : Matériau hautes performances premium pour des applications de pression et de température extrêmes Acétal (Delrin/POM) : Bonne stabilité dimensionnelle et usinabilité pour des applications à pression modérée Cuir : Matériau traditionnel d'anneau de secours encore utilisé dans certains designs de cylindres hydrauliques anciens Anneaux de secours en élastomère : Anneaux de secours plus souples pour des applications à basse pression ou comme éléments de support secon...

Anneaux de secours : Prévenir l'extrusion dans les systèmes à haute pression

Guide technique sur les anneaux de secours (anneaux anti-extrusion) couvrant les matériaux PTFE et nylon, les conceptions spiralées et solides, les configurations d'écart et leur rôle critique dans les systèmes d'étanchéité à haute pression.

Introduction aux anneaux de secours

Les anneaux de secours, également connus sous le nom d'anneaux anti-extrusion ou d'anneaux de support, sont des composants de précision conçus pour empêcher les joints toriques en élastomère et d'autres joints de s'extruder dans l'espace de jeu entre les surfaces de matériel appariées sous des conditions de haute pression. Sans protection par anneau de secours, les pressions élevées du système forcent le matériau d'étanchéité en élastomère doux dans l'espace entre le piston et le cylindre (ou la tige et la glande), provoquant l'apparition caractéristique de morsures ou de déchirures qui conduit rapidement à une défaillance du joint et à une fuite du système.

L'extrusion est l'un des modes de défaillance les plus courants pour les joints toriques dans les systèmes hydrauliques et pneumatiques fonctionnant au-dessus de 1 500 psi (100 bar). À mesure que les pressions du système augmentent, les tolérances de l'espace de jeu se resserrent et le besoin de protection par anneau de secours devient critique. Comprendre quand les anneaux de secours sont nécessaires, comment sélectionner le bon type et les pratiques d'installation appropriées est une connaissance essentielle pour quiconque impliqué dans la conception ou la maintenance de systèmes d'étanchéité à haute pression.

Quand les anneaux de secours sont-ils nécessaires ?

La décision d'utiliser des anneaux de secours dépend de la relation entre la pression du système, l'espace de jeu, la dureté du joint torique et si l'application est statique ou dynamique. Les directives générales pour l'utilisation des anneaux de secours incluent :

En dessous de 1 500 psi (100 bar) : Les anneaux de secours ne sont généralement pas nécessaires pour les joints toriques standard de 70 Shore A avec des espaces de jeu normaux
1 500-3 000 psi (100-200 bar) : Un anneau de secours unique recommandé du côté basse pression du joint torique
3 000-5 000 psi (200-350 bar) : Anneaux de secours des deux côtés du joint torique recommandés pour les applications dynamiques
Au-dessus de 5 000 psi (350 bar) : Anneaux de secours des deux côtés requis ; envisager des composés de joint torique plus durs (90 Shore A) et des tolérances d'usinage plus serrées
Une dureté de joint torique plus élevée (80-90 Shore A) augmente le seuil de pression avant que l'extrusion ne se produise
Des espaces de jeu plus grands réduisent le seuil de pression et augmentent le besoin d'anneaux de secours
Les applications dynamiques ont des seuils d'extrusion plus bas que les applications statiques en raison des pics de pression et des variations d'espace de jeu pendant le mouvement

Matériaux des anneaux de secours

PTFE (Polytétrafluoroéthylène)

Le PTFE est le matériau d'anneau de secours le plus largement utilisé en raison de sa combinaison de faible friction, d'inertie chimique et d'excellente stabilité dimensionnelle. Le PTFE vierge (non chargé) offre une compatibilité chimique universelle et une très faible friction mais a un fluage (creep) relativement élevé sous charge soutenue. Les composés de PTFE chargés offrent des propriétés mécaniques améliorées :

PTFE vierge : Résistance chimique universelle, friction la plus basse, adapté à la plupart des applications jusqu'à 5 000 psi
PTFE chargé en verre (15-25 % de fibre de verre) : Résistance à l'usure améliorée et réduction du fluage pour les applications dynamiques
PTFE chargé en carbone : Résistance à l'usure améliorée et conductivité thermique pour l'étanchéité dynamique à grande vitesse
PTFE chargé en bronze : Résistance maximale à l'usure et conductivité thermique pour les cylindres hydrauliques lourds
PTFE chargé en PEEK : Résistance au fluage supérieure et résistance mécanique pour des applications à ultra-haute pression

Nylon (Polyamide)

Les anneaux de secours en nylon offrent une résistance mécanique plus élevée et une meilleure résistance à l'extrusion que le PTFE à un coût inférieur. Le nylon est couramment utilisé dans les systèmes hydrauliques avec des fluides à base de pétrole où sa rigidité plus élevée permet un bon pontage de l'espace. Cependant, le nylon a une résistance chimique limitée par rapport au PTFE et n'est pas adapté aux applications impliquant des produits chimiques agressifs ou des fluides en dehors de sa plage de compatibilité. Les anneaux de secours en nylon sont généralement utilisés dans des applications hydrauliques standard jusqu'à 7 000 psi.

Autres matériaux

PEEK (Polyétheréthercétone) : Matériau hautes performances premium pour des applications de pression et de température extrêmes
Acétal (Delrin/POM) : Bonne stabilité dimensionnelle et usinabilité pour des applications à pression modérée
Cuir : Matériau traditionnel d'anneau de secours encore utilisé dans certains designs de cylindres hydrauliques anciens
Anneaux de secours en élastomère : Anneaux de secours plus souples pour des applications à basse pression ou comme éléments de support secondaires

Types et configurations d'anneaux de secours

Anneaux de secours solides (continus)

Les anneaux de secours solides sont usinés ou moulés en tant qu'anneaux complets sans aucun écart ou fente. Ils offrent la capacité de pontage d'espace maximale et sont le choix préféré pour les applications à très haute pression. Cependant, les anneaux de secours solides ne peuvent être installés que sur l'extrémité d'un arbre ou d'un piston, ce qui limite leur utilisation aux applications où le matériel permet une installation par l'extrémité. Les anneaux solides doivent être dimensionnés précisément au diamètre de la rainure, car ils ne peuvent pas s'étendre ou se contracter pour s'adapter à l'assemblage.

Anneaux de secours spiralés (enroulés)

Les anneaux de secours spiralés sont fabriqués en enroulant une bande plate de PTFE ou d'autre matériau en une spirale multi-tours qui peut être étendue pour l'installation dans des rainures internes ou comprimée pour l'installation sur des arbres. La construction en spirale permet une installation sans démontage, ce qui les rend idéaux pour la maintenance sur le terrain et les applications où les anneaux solides ne peuvent pas être installés. Les anneaux de secours spiralés ont généralement deux à quatre tours de matériau, offrant un pontage efficace de l'espace avec la flexibilité d'une installation extensible.

Anneaux de secours fendus (coupés)

Les anneaux de secours fendus sont des anneaux solides avec une seule coupe (écart) qui leur permet d'être ouverts pour l'installation autour d'un arbre ou dans un alésage. L'écart doit être correctement orienté par rapport à tout port de pression ou caractéristique qui pourrait provoquer l'ouverture de l'écart et permettre l'extrusion. Les anneaux fendus sont plus simples et moins coûteux que les anneaux spiralés mais offrent un pontage d'espace moins efficace à l'emplacement de la fente. Ils sont adaptés aux applications à pression modérée où l'écart peut être positionné loin de la zone de pression la plus élevée.

Configuration et orientation de l'écart

L'écart dans les anneaux de secours fendus et spiralés doit être correctement configuré et orienté pour une prévention efficace de l'extrusion. Pour les anneaux fendus, l'écart est généralement coupé à un angle droit (coupe à plat) ou à un angle diagonal (coupe en biais). Les coupes en biais offrent une meilleure couverture de l'écart que les coupes à plat en créant un joint qui se chevauche. Les anneaux spiralés fournissent intrinsèquement une couverture de chevauchement grâce à leur construction multi-tours, éliminant la faiblesse de l'écart à point unique des anneaux fendus.

Lors de l'installation des anneaux de secours fendus, l'écart doit être positionné en haut de la rainure (position de 12 heures) dans les applications de cylindres horizontaux, ou tourné de 90 degrés par rapport à tout port de pression ou caractéristique qui pourrait provoquer des pics de pression localisés à l'écart. Dans les applications où deux anneaux de secours sont utilisés (un de chaque côté du joint torique), les écarts doivent être décalés de 180 degrés pour garantir qu'aucun emplacement circonférentiel unique n'a d'écarts sur les deux anneaux simultanément.

Installation et dimensionnement

Les anneaux de secours doivent être correctement dimensionnés et installés pour fournir une prévention efficace de l'extrusion sans interférer avec la fonction du joint torique. L'anneau de secours est installé dans la rainure du joint torique du côté basse pression du joint torique (le côté éloigné de la pression du système). La section transversale combinée du joint torique et de l'anneau de secours doit s'adapter à l'intérieur de la rainure sans compression excessive du joint torique, ce qui augmenterait la friction et accélérerait l'usure. Les guides de conception de rainures standard des fabricants de joints toriques fournissent des dimensions de rainure recommandées pour les combinaisons de joints toriques et d'anneaux de secours.

L'anneau de secours doit remplir l'écart entre le joint torique et le mur de la rainure du côté basse pression
La largeur de la rainure doit être augmentée par rapport à la largeur de rainure standard du joint torique pour accommoder l'épaisseur de l'anneau de secours
Pour les installations à double anneau de secours, la largeur de la rainure doit accommoder les deux anneaux de secours plus le joint torique
Le diamètre intérieur de l'anneau de secours doit correspondre de près au diamètre du fond de la rainure pour minimiser tout écart résiduel

Tereefek Solutions : Fournisseur d'anneaux de secours

Tereefek Solutions stocke une gamme complète d'anneaux de secours en PTFE (grades vierges et chargés), nylon et matériaux spéciaux. Notre inventaire couvre les tailles AS568, métriques et personnalisées dans des configurations solides, spiralées et fendues. Que vous ayez besoin d'anneaux de secours standard pour l'entretien routinier des cylindres hydrauliques ou de solutions anti-extrusion spéciales pour des systèmes à ultra-haute pression, notre gamme de produits et notre expertise technique peuvent soutenir vos exigences. Notre équipe fournit des conseils sur la sélection des anneaux de secours, la conception de rainures et les procédures d'installation pour garantir des performances d'étanchéité à haute pression optimales. Contactez Tereefek Solutions pour vos besoins en anneaux de secours.