BE1015922A3 - Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature - Google Patents

Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature Download PDF

Info

Publication number
BE1015922A3
BE1015922A3 BE2004/0111A BE200400111A BE1015922A3 BE 1015922 A3 BE1015922 A3 BE 1015922A3 BE 2004/0111 A BE2004/0111 A BE 2004/0111A BE 200400111 A BE200400111 A BE 200400111A BE 1015922 A3 BE1015922 A3 BE 1015922A3
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
spring
plastic
seal
spring according
sealing element
Prior art date
Application number
BE2004/0111A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Eddy Louise Ghislain Vanswijgenhoven
Original Assignee
Advanced Products N V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Products N V filed Critical Advanced Products N V
Priority to BE2004/0111A priority Critical patent/BE1015922A3/en
Application granted granted Critical
Publication of BE1015922A3 publication Critical patent/BE1015922A3/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/36Special sealings, including sealings or guides for piston-rods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/021Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing
    • F16J15/022Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing characterised by structure or material
    • F16J15/024Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing characterised by structure or material the packing being locally weakened in order to increase elasticity
    • F16J15/025Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing characterised by structure or material the packing being locally weakened in order to increase elasticity and with at least one flexible lip
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3208Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3232Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips
    • F16J15/3236Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings

Abstract

The body of the spring at least partially comprises a plastic material which has a Young modulus which increases with a reduction in temperature. An independent claim is also included for a seal with at least one sealing part having one or more plastic springs mounted inside a cavity as splay elements.

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   POLYMEERVEER EN DICHTING OMVATTENDE EEN DERGELIJKE VEER 
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een veer met een lichaam waarvan de vorm en het materiaal de veerkracht bepalen, en op een dichting tussen twee elementen, omvattende tenminste één dichtingselement dat voorzien is van een holte, en een in deze holte aangebracht spreidingselement. 



   Een veer voor een polymeerdichting wordt doorgaans vervaardigd uit metaal, waardoor de veer een in hoofdzaak constante veerkracht vertoont over een groot temperatuurbereik en geen extra barrière vormt ter preventie van diffusie van gas door de polymeer dichting. Dergelijke veren worden bijvoorbeeld gebruikt in dichtingsringen tussen twee met een ruime spleet in elkaar stekende kanaalvormige elementen, waarbij het binnenste kanaalvormig element bijvoorbeeld een beweegbaar cilindrisch lichaam kan zijn, en het buitenste kanaalvormig element bijvoorbeeld een huis met een boring is of in dichtingen tussen twee andere elementen, zoals een deksel en een daarmee af te sluiten element. Een dergelijke inrichting kan bijvoorbeeld een dichtingsring met een in hoofdzaak U-vormige of V-vormige dwarsdoorsnede zijn die een ruimte tussen de twee elementen opvult.

   Door in de dichtingsring een ringvormige veer aan te brengen wordt deze enerzijds tegen een wand van een eerste element van de twee elementen, en anderzijds tegen een wand van het andere element gedrukt. 



  Een dergelijke dichting kan ontworpen zijn om goed te werken bij een bepaalde temperatuur, maar kan problemen opleveren bij lagere temperaturen, zoals hierna zal worden toegelicht. 



  Bij lage temperaturen zal de dichtingsring, die typisch vervaardigd is uit polymeren met een grote uitzettingscoëfficient en een stijfheid die toeneemt als de temperatuur zakt, zoals een fluoropolymeer, meer krimpen dan het metaal dat 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 gebruikt wordt voor de kanaalvormige elementen, waardoor de dichtingsring tegen het binnenste kanaalvormig element wordt gedrukt en lekkageproblemen kunnen ontstaan tussen de dichtingsring en het buitenste kanaalvormig element. 



   Merk op dat het tenminste één dichtingselement van de dichting in het beschreven voorbeeld een dichtingsring is, maar dat dit dichtingselement evengoed een andere vorm kan aannemen, afhankelijk van de af te dichten ruimte tussen de elementen. Het dichtingselement is vaak gemaakt uit een gevuld polymeer. Men vult dit polymeer om de weerstand tegen sleet en tijdsafhankelijke vervorming of spanningsrelaxatie te verhogen. Dit heeft echter het nadeel dat de weerstand van de vulling tegen diffusie van gas doorheen het gevuld materiaal veel lager wordt dan de weerstand tegen diffusie van gas doorheen het ongevulde materiaal. 



   De uitvinding heeft als doel een veer en een dichting van de in de eerste paragraaf genoemde soort voor te stellen, waarmee bovengenoemde problemen kunnen vermeden worden, en waarbij de veer een temperatuursafhankelijke veerkracht kan vertonen, en de dichting ook bij lagere temperaturen dan de normale bedrijfstemperatuur een goede afdichting verschaft. 



   Daartoe onderscheidt de veer met een lichaam waarvan de vorm en het materiaal de veerkracht bepalen, zich doordat het lichaam tenminste gedeeltelijk vervaardigd is uit een kunststof met een modulus van Young die toeneemt bij afnemende temperatuur. 



   De modulus van Young is een maat voor de kracht die uitgeoefend wordt door de veer, zodanig dat de veerkracht hoger is voor lagere temperaturen. 



   Volgens een mogelijke uitvoeringsvariant van de uitvinding heeft het lichaam een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede. Een dergelijke veer wordt typisch gebruikt om een bepaalde veerkracht te verkrijgen tussen twee in hoofdzaak 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 evenwijdige oppervlakken, waarbij gezien in een dwarsdoorsnede, de benen van de U tegen deze in hoofdzaak evenwijdige oppervlakken drukken. 



   Volgens een andere variant heeft het lichaam van de veer een in hoofdzaak O-vormige dwarsdoorsnede. Een dergelijke veer kan eveneens gebruikt worden om een bepaalde veerkracht uit te oefenen tussen twee drukvlakken. 



   Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de veer volgens de uitvinding, wordt de veer gebruikt voor het aandrukken van elementen van een dichting, en in het bijzonder voor het spreiden van een dichtingselement dat een U-vormige dwarsdoorsnede heeft. Door de temperatuursafhankelijke werking van de veer, wordt bij lagere temperaturen een grotere veerkracht verkregen, welke de krimp van het dichtingselement kan compenseren. 



   De kunststof die gebruikt wordt voor het lichaam is bij voorkeur een harde kunststof, zoals polyamideimide, polyetheretherketon, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide, polyimide en hun composietmaterialen. In het geval van een veer voor een dichting, kan de kunststof ook elke andere kunststof zijn die in vergelijking met het materiaal van het dichtingselement als hard, stijf en sterk kan bestempeld worden. 



   Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een veer die een extra barrière vormt tegen diffusie van gas doorheen de dichting. 



   Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm kan de veer uitgevoerd zijn met een lichaam in een in hoofdzaak niet-poreuze kunststof. Op die manier wordt vermeden dat fluïda doorheen de veer dringen. Dit is niet het geval bij metalen veren. Bij metalen veren wordt het overgrote deel van de polymeer mantel van het dichtingselement direct blootgesteld aan gas en is er dus geen extra barrière tegen het penetreren van gas doorheen 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 de vaak vrij poreuze mantel. In het geval van een veer voor een dichting, heeft de in hoofdzaak niet-poreuze kunststof bij voorkeur een beduidend hogere diffusieweerstand tegen gas dan de kunststof van het dichtingselement. 



   Teneinde een goede veerkrachtkarakteristiek te verkrijgen, is de modulus van Young bij kamertemperatuur van de kunststof bij voorkeur kleiner dan 15 GPa, in het bijzonder kleiner dan 5 GPa. Om een zo hoog mogelijke elastische vormveranderingsenergie te verkrijgen, is het immers wenselijk om een zo laag mogelijke modulus van Young te hebben, zoals volgt uit de formule: 
 EMI4.1 
 2 Ur 2E   waarbij #   de elektrische vormveranderingsenergie is,   #[gamma]   de vloeispanning is, en E de modulus van Young is. 



   Het geniet tevens de voorkeur dat de vloeispanning van de gebruikte polymeren voor de veer vrij hoog is. De minimumwaarde van de vloeispanning bij kamertemperatuur is bij voorkeur groter dan 50 MPa, en nog meer bij voorkeur groter dan 100 MPa. 



   Het lichaam van de veer kan bijvoorbeeld vervaardigd worden door spuitgieten, of door een verspanende bewerking, of door andere in de polymeerwereld gebruikelijke technieken. 



   Dit houdt in dat de sectie van de veer makkelijk kan aangepast worden aan de opgelegde vervormingen en belastingen. Dit is niet zo makkelijk voor traditionele metalen veren die voornamelijk uit plaatmateriaal met een constante dikte gefabriceerd worden. 



   Verder kan het lichaam opgebouwd zijn uit een aantal lagen voor het verhogen van de elasticiteit van het lichaam. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   De uitvinding heeft verder betrekking op een dichting tussen twee elementen omvattende tenminste één dichtingselement dat voorzien is van een holte, en een in deze holte aangebracht spreidingselement, welke dichting zich onderscheidt doordat het spreidingselement een veer is die in hoofdzaak vervaardigd is uit kunststof. 



   Doordat kunststof een modulus van Young heeft die toeneemt met afnemende temperatuur, zal de spreidingskracht eveneens toenemen met afnemende temperatuur, zodanig dat bij lagere temperaturen, wanneer het dichtingselement dat typisch vervaardigd is uit een materiaal met een relatief hoge thermische expansiecoëfficiënt, krimpt, het spreidingselement uit kunststof door het verschaffen van een hogere spreidingskracht, deze krimp compenseert. Op die manier wordt ook bij lagere temperaturen dan de bedrijfstemperatuur een goede afdichting verkregen tussen de twee elementen. 



   Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de dichting is het spreidingselement uitgevoerd als een veer volgens een van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. 



   In een mogelijke uitvoeringsvorm van de dichting zijn de holte en de veer ringvormig. Op die manier wordt een gelijkmatig over de omtrek verdeelde spreidingskracht en dus een goede afdichting verkregen. Andere mogelijke vormgevingen zullen toegelicht worden aan de hand van de figuren. 



   De veer heeft bij voorkeur een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede waarvan de afmetingen aangepast zijn aan de holte, zodanig dat de veer tegen de wanden van de holte aandrukt. 



   Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding neemt de dikte van de benen van de in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede geleidelijk af in de richting van de uiteinden van de benen van de U. Hierdoor wordt een in hoofdzaak constante belasting van het materiaal van de veer verkregen. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



   Volgens een typische uitvoeringsvorm is het dichtingselement vervaardigd uit een poreuze kunststof met goede slijteigenschappen, zoals hooggevuld polytetrafluorethyleen met een geringe weerstand tegen de diffusie van gas, en is het spreidingselement vervaardigd uit een minder of niet-poreuze harde kunststof, zoals een polyamideimide, een polyimide, polyetheretherketon, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide, polyimide en hun composietmaterialen. 



   De uitvinding zal nu nader toegelicht worden aan de hand van een niet beperkend uitvoeringsvoorbeeld van de dichting volgens de uitvinding, dat beschreven wordt aan de hand van de figuren in bijlage, waarin:
Fig. 1 is een bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een veer volgens de uitvinding;
Fig. 1A is een dwarsdoorsnede volgens lijn A-A van figuur 1;
Fig. 2 is een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van een dichting met dichtingsring volgens de uitvinding ;
Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van een derde uitvoeringsvorm van een dichting met dichtingsring volgens de uitvinding ;
Fig. 4 is een bovenaanzicht van een vierde uitvoeringsvorm van een dichting volgens de uitvinding;
Fig. 4A is een dwarsdoorsnede volgens lijn A-A van figuur 4 ;

  
Fig. 5 is een axiale doorsnede van een vijfde uitvoeringsvorm van een dichting volgens de uitvinding tussen twee kanaalvormige elementen, op vergrote schaal. 



   Fig. 6 is een doorsnede van een zesde uitvoeringsvorm van een dichting volgens de uitvinding tussen een vat en een deksel. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



   Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een veer 1 met een lichaam dat hier lusvormig is met een in hoofdzaak U- vormige dwarsdoorsnede, welke bijvoorbeeld gebruik kan worden in kleppen (figuur 1A). De vorm van een dwarsdoorsnede wordt berekend voor het verkrijgen van een goed veergedrag, en heeft in de getoonde uitvoeringsvorm taps verlopende benen die dunner zijn aan hun uiteinde 3 in vergelijking met het middendeel 2. Het lichaam van de veer 1 is hier volledig vervaardigd is uit een kunststof. 



   De veer 1 kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit een poly-    meer van de groep : polyetheretherketon, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide of een polyimide ; uit   een composietmateriaal daarvan. De veer wordt bijvoorbeeld vervaardigd door draaien en frezen, of door spuitgieten. 



   Figuur 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van een veer 1 die gebruikt wordt in een dichtingselement, hier een dich- tingsring 4 met een holte 12 waarin de veer 1 is aangebracht voor het spreiden van de dichtingsring 4 die hier in dwars- doorsnede een in hoofdzaak U-vormige doorsnede heeft. 



   De kunststof van de veer 1 is typisch een harde kunststof die beduidend harder is dan de kunststof van de dichtingsring 4, en die in hoofdzaak niet-poreuze is met een beduidend hogere diffusieweerstand tegen gas heeft dan de kunststof van de dichtingsring 4. Verder wordt de kunststof bij voorkeur zodanig gekozen dat de modulus van Young van de kunststof kleiner is dan 5 GPa en de vloeispanning kleiner is dan 100 MPa. 



   Figuur 3 toont een derde uitvoeringsvorm van een dichting volgens de uitvinding. Hier is de opening van de dichtings- ring 4 radiaal naar buiten gericht i. p.v. axiaal gericht te zijn zoals in figuur 2. 



   Figuur 4 is een vierde uitvoeringsvorm van een dichting volgens de uitvinding. Hier heeft het dichtingselement 4 een 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 in hoofdzaak recht lichaam met een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede. 



   Verder toont figuur 5 een dichting tussen twee kanaalvormige elementen 10,11. De twee kanaalvormige elementen 10, 11 zijn in elkaar geschoven waarbij de ruimte tussen de in elkaar stekende delen door een dichting volgens de uitvinding kan worden afgesloten. 



   Het uiteinde van het element 11 is gevuld een daarbinnen gelegen dichtingsring 4. De dichtingsring 4 is voorzien van een holte 12 waarin een veer 1 is opgenomen. Teneinde de in dwarsdoorsnede U-vormige dichtingsring 4 te spreiden, waardoor de buitenwand stevig aansluit op de binnenwand van het element 11 (dichtingspunt B), en de binnenwand van de dichtingsring 4 stevig aansluit op het binnenste kanaalvormig element 10 (dichtingspunt A). 



   In een typische configuratie kan de druk aan de linkerzijde van de dichtingsring 4 aanzienlijk oplopen waardoor een naar rechts gerichte kracht Pl tegen de dichtingsring 4 drukt die wordt afgesteund door de achterwand 17 van het element 11. 



   Merk op dat fig. 5 slechts een mogelijke uitvoeringsvorm van een dichting toont, en dat extra dichtingselementen kunnen worden toegevoegd. 



   De thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal dat gebruikt wordt voor de dichtingsring, bijvoorbeeld een fluoropolymeer, is typisch een groot aantal maal hoger dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal dat gebruikt wordt voor de kanaalvormige elementen 10,11. Bij lage temperaturen zal dus enerzijds de dichtingsring 4 meer krimpen dan de kanaalvormige elementen 10 en 11, maar zal anderzijds meer elastische vervormingsenergie opgeslagen zijn in de veer. Hierdoor wordt een bijkomende veerkracht verkregen die de buitenwand en de binnenwand van de dichtingsring 4 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 extra uit elkaar duwt zodat toch een goede afdichting wordt verkregen. 



   Tenslotte toont figuur 5 nog een ander voorbeeld van elementen waartussen een dichting volgens de uitvinding bruikbaar is. Hier is een dichtingselement 4 aangebracht tussen een deksel 14 en de rand 16 van een vat 13. Het deksel is m. b.v. bouten 15 op de rand 16 van het vat 13 bevestigd, en de dichtingselement 4 zorgt voor een dichte sluiting van het vat. 



   De vakman zal begrijpen dat de uitvinding niet beperkt is tot het hierboven gegeven uitvoeringsvoorbeeld en dat veel modificaties mogelijk zijn zonder het kader van de uitvinding te verlaten, welk kader enkel bepaald wordt door de conclusies in bijlage.



   <Desc / Clms Page number 1>
 



   POLYMER SPRING AND SEAL COMPRISING SUCH A FEATHER
The present invention relates to a spring with a body whose shape and material determine the spring force, and to a seal between two elements, comprising at least one seal element provided with a cavity, and a spreading element arranged in this cavity.



   A spring for a polymer seal is generally made of metal, whereby the spring exhibits a substantially constant spring force over a large temperature range and does not form an additional barrier to prevent diffusion of gas through the polymer seal. Such springs are used, for example, in sealing rings between two channel-shaped elements projecting into one another with a large gap, the inner channel-shaped element being, for example, a movable cylindrical body, and the outer channel-shaped element being, for example, a bore housing or in seals between two elements, such as a lid and an element to be sealed therewith. Such a device can for instance be a sealing ring with a substantially U-shaped or V-shaped cross-section that fills a space between the two elements.

   By arranging an annular spring in the sealing ring, it is pressed on the one hand against a wall of a first element of the two elements and on the other hand against a wall of the other element.



  Such a seal may be designed to work well at a certain temperature, but may cause problems at lower temperatures, as will be explained below.



  At low temperatures, the sealing ring, which is typically made of polymers with a large expansion coefficient and a rigidity that increases as the temperature drops, such as a fluoropolymer, will shrink more than the metal that

 <Desc / Clms Page number 2>

 is used for the channel-shaped elements, whereby the sealing ring is pressed against the inner channel-shaped element and leakage problems can arise between the sealing ring and the outer channel-shaped element.



   Note that the at least one sealing element of the seal in the described example is a sealing ring, but that this sealing element can just as well take on a different shape, depending on the space to be sealed between the elements. The sealing element is often made from a filled polymer. This polymer is filled to increase the resistance to wear and time-dependent deformation or stress relaxation. However, this has the disadvantage that the resistance of the filling to diffusion of gas through the filled material becomes much lower than the resistance to diffusion of gas through the unfilled material.



   The invention has for its object to propose a spring and a seal of the type mentioned in the first paragraph, with which the above problems can be avoided, and wherein the spring can exhibit a temperature-dependent spring force, and the seal also at lower temperatures than the normal operating temperature. provides a good seal.



   To that end, the spring with a body whose shape and material determine the spring force is distinguished in that the body is at least partially made from a plastic with a Young modulus that increases with decreasing temperature.



   Young's modulus is a measure of the force exerted by the spring such that the spring force is higher for lower temperatures.



   According to a possible embodiment of the invention, the body has a substantially U-shaped cross-section. Such a spring is typically used to obtain a certain spring force between two substantially

 <Desc / Clms Page number 3>

 parallel surfaces, wherein viewed in a cross-section, the legs of the U press against these substantially parallel surfaces.



   According to another variant, the body of the spring has a substantially O-shaped cross-section. Such a spring can also be used to exert a certain spring force between two pressure surfaces.



   According to a preferred embodiment of the spring according to the invention, the spring is used for pressing elements of a seal, and in particular for spreading a seal element that has a U-shaped cross section. Due to the temperature-dependent action of the spring, a higher spring force is obtained at lower temperatures, which can compensate for the shrinkage of the sealing element.



   The plastic used for the body is preferably a hard plastic such as polyamide imide, polyether ether ketone, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide, polyimide and their composite materials. In the case of a spring for a seal, the plastic can also be any other plastic that can be labeled as hard, stiff and strong compared to the material of the seal element.



   A further object of the invention is to provide a spring that forms an additional barrier against diffusion of gas through the seal.



   According to a possible embodiment, the spring can be designed with a body in a substantially non-porous plastic. In this way, fluids are prevented from penetrating the spring. This is not the case with metal springs. With metal springs, the vast majority of the polymer sheath of the sealing element is directly exposed to gas and therefore there is no additional barrier against gas penetration through it

 <Desc / Clms Page number 4>

 the often fairly porous cloak. In the case of a spring for a seal, the substantially non-porous plastic preferably has a significantly higher gas diffusion resistance than the plastic of the seal element.



   In order to obtain a good resilience characteristic, the Young's modulus at room temperature of the plastic is preferably less than 15 GPa, in particular less than 5 GPa. In order to obtain the highest possible elastic shape change energy, it is indeed desirable to have the lowest possible modulus of Young, as follows from the formula:
 EMI4.1
 2 Ur 2E where # is the electrical shape change energy, # [gamma] is the yield stress, and E is Young's modulus.



   It is also preferred that the yield stress of the polymers used for the spring is quite high. The minimum value of the yield stress at room temperature is preferably greater than 50 MPa, and even more preferably greater than 100 MPa.



   The body of the spring can be manufactured, for example, by injection molding, or by machining, or by other techniques customary in the polymer world.



   This means that the section of the spring can easily be adapted to the imposed deformations and loads. This is not so easy for traditional metal springs that are mainly manufactured from sheet material with a constant thickness.



   Furthermore, the body may be composed of a number of layers for increasing the elasticity of the body.

 <Desc / Clms Page number 5>

 



   The invention further relates to a seal between two elements comprising at least one seal element which is provided with a cavity, and a spreading element arranged in this cavity, which seal is distinguished in that the spreading element is a spring which is substantially made of plastic.



   Because plastic has a Young modulus that increases with decreasing temperature, the spreading force will also increase with decreasing temperature, such that at lower temperatures, when the sealing element typically made from a material with a relatively high thermal expansion coefficient, the spreading element shrinks from plastic by providing a higher spreading force, compensates for this shrinkage. In this way a good seal is obtained between the two elements even at temperatures lower than the operating temperature.



   According to a preferred embodiment of the seal, the spreading element is designed as a spring according to one of the embodiments described above.



   In a possible embodiment of the seal, the cavity and the spring are annular. In this way an evenly distributed spreading force is distributed over the circumference and thus a good seal is obtained. Other possible designs will be explained with reference to the figures.



   The spring preferably has a substantially U-shaped cross-section, the dimensions of which are adapted to the cavity, such that the spring presses against the walls of the cavity.



   According to a preferred embodiment of the invention, the thickness of the legs of the substantially U-shaped cross-section gradually decreases in the direction of the ends of the legs of the U. This results in a substantially constant load on the material of the spring.

 <Desc / Clms Page number 6>

 



   According to a typical embodiment, the sealing element is made of a porous plastic with good abrasive properties, such as highly filled polytetrafluoroethylene with a low resistance to gas diffusion, and the spreading element is made of a less or non-porous hard plastic, such as a polyamideimide, a polyimide , polyetheretherketone, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide, polyimide and their composite materials.



   The invention will now be further elucidated on the basis of a non-limiting exemplary embodiment of the seal according to the invention, which is described with reference to the figures in the appendix, in which:
FIG. 1 is a top view of a first embodiment of a spring according to the invention;
FIG. 1A is a cross-section according to line A-A of Figure 1;
FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment of a seal ring seal according to the invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment of a seal ring seal according to the invention;
FIG. 4 is a top view of a fourth embodiment of a seal according to the invention;
FIG. 4A is a cross-section along line A-A of Figure 4;

  
FIG. 5 is an axial section of a fifth embodiment of a seal according to the invention between two channel-shaped elements, on an enlarged scale.



   FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of a seal according to the invention between a vessel and a lid.

 <Desc / Clms Page number 7>

 



   Figure 1 shows a first embodiment of a spring 1 with a body here which is loop-shaped with a substantially U-shaped cross-section, which can be used, for example, in valves (Figure 1A). The shape of a cross-section is calculated to obtain good spring behavior, and in the embodiment shown has tapered legs which are thinner at their end 3 compared to the middle part 2. The body of the spring 1 is here completely made of a plastic.



   The spring 1 can be made, for example, from a polymer of the group: polyether ether ketone, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide or a polyimide; from a composite material thereof. The spring is manufactured, for example, by turning and milling, or by injection molding.



   Figure 2 shows a second embodiment of a spring 1 which is used in a sealing element, here a sealing ring 4 with a cavity 12 in which the spring 1 is arranged for spreading the sealing ring 4 which here in cross-section has a substantially U -shaped cross-section.



   The plastic of the spring 1 is typically a hard plastic that is significantly harder than the plastic of the sealing ring 4, and which is substantially non-porous with a significantly higher gas diffusion resistance than the plastic of the sealing ring 4. Further, the plastic plastic is preferably chosen such that the Young's modulus of the plastic is less than 5 GPa and the yield stress is less than 100 MPa.



   Figure 3 shows a third embodiment of a seal according to the invention. Here, the opening of the sealing ring 4 faces radially outwards. p.v. be axially oriented as in Figure 2.



   Figure 4 is a fourth embodiment of a seal according to the invention. Here the sealing element 4 has one

 <Desc / Clms Page number 8>

 substantially straight body with a substantially U-shaped cross-section.



   Furthermore, Figure 5 shows a seal between two channel-shaped elements 10, 11. The two channel-shaped elements 10, 11 are pushed into each other, whereby the space between the projecting parts can be closed off by a seal according to the invention.



   The end of the element 11 is filled with a sealing ring 4 located therein. The sealing ring 4 is provided with a cavity 12 in which a spring 1 is received. In order to spread the U-shaped sealing ring 4 in cross-section, whereby the outer wall connects tightly to the inner wall of the element 11 (sealing point B), and the inner wall of the sealing ring 4 firmly connects to the inner channel-shaped element 10 (sealing point A).



   In a typical configuration, the pressure on the left-hand side of the sealing ring 4 can increase considerably, so that a force P1 directed to the right presses against the sealing ring 4, which is supported by the rear wall 17 of the element 11.



   Note that Fig. 5 shows only one possible embodiment of a seal, and that additional seal elements can be added.



   The coefficient of thermal expansion of the material used for the sealing ring, for example a fluoropolymer, is typically many times higher than the coefficient of thermal expansion of the material used for the channel-shaped elements 10, 11. At low temperatures, on the one hand, the sealing ring 4 will shrink more than the channel-shaped elements 10 and 11, but on the other hand, more elastic deformation energy will be stored in the spring. Hereby an additional resilience is obtained which the outer wall and the inner wall of the sealing ring 4

 <Desc / Clms Page number 9>

 pushes apart so that a good seal is nevertheless obtained.



   Finally, figure 5 shows yet another example of elements between which a seal according to the invention can be used. A sealing element 4 is arranged here between a lid 14 and the rim 16 of a vessel 13. The lid is e.g. bolts 15 are fixed to the edge 16 of the vessel 13, and the sealing element 4 ensures a tight closure of the vessel.



   Those skilled in the art will understand that the invention is not limited to the embodiment given above and that many modifications are possible without departing from the scope of the invention, which scope is only determined by the appended claims.


    

Claims (23)

CONCLUSIES 1. Veer met een lichaam waarvan de vorm en het materiaal de veerkracht bepalen, met het kenmerk, dat het lichaam tenminste gedeeltelijk vervaardigd is uit een kunststof met een modulus van Young die toeneemt bij afnemende temperatuur.  CONCLUSIONS A spring with a body whose shape and material determine the resilience, characterized in that the body is at least partially made of a plastic with a Young modulus that increases with decreasing temperature. 2. Veer volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lichaam een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede heeft.  A spring according to claim 1, characterized in that the body has a substantially U-shaped cross-section. 3. Veer volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lichaam een in hoofdzaak O-vormige dwarsdoorsnede heeft.  3. Spring according to claim 1, characterized in that the body has a substantially O-shaped cross-section. 4. Veer volgens een der voorgaande conclusies voor het aandrukken van tenminste één dichtingselement.  4. Spring as claimed in any of the foregoing claims for pressing at least one sealing element. 5. Veer volgens conclusie 5 voor het spreiden van een dichtingselement dat een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsnede heeft.  5. Spring as claimed in claim 5 for spreading a sealing element that has a substantially U-shaped cross-section. 6. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof een harde, stijve en sterke kunststof is.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the plastic is a hard, rigid and strong plastic. 7. Veer volgens conclusies 6 en 4, met het kenmerk, dat de harde kunststof beduidend harder, stijver en sterker is dan de kunststof van het dichtingselement.  7. Spring according to claims 6 and 4, characterized in that the hard plastic is considerably harder, stiffer and stronger than the plastic of the sealing element. 8. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof een in hoofdzaak niet-poreuze kunststof is.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the plastic is a substantially non-porous plastic. 9. Veer volgens conclusies 8 en 4, met het kenmerk, dat de in hoofdzaak niet-poreuze kunststof een beduidend hogere diffusieweerstand tegen gas heeft dan de kunststof van het dichtingselement.  9. Spring as claimed in claims 8 and 4, characterized in that the substantially non-porous plastic has a significantly higher gas diffusion resistance than the plastic of the sealing element. 10. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de modulus van Young bij kamertemperatuur van de kunststof kleiner is dan 15 GPa, i. h.b. kleiner is dan 5 GPa. <Desc/Clms Page number 11>  10. A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the Young's modulus at room temperature of the plastic is less than 15 GPa, i. h.b. is less than 5 GPa.  <Desc / Clms Page number 11>   11. Veer volgens een der voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de vloeispanning bij kamertemperatuur groter is dan 50 MPa, i. h.b. groter is dan 100 MPa.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the yield stress at room temperature is greater than 50 MPa, i. h.b. greater than 100 MPa. 12. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof een element is uit de groep : mideimide, polyetheretherketon, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide of een polyimide ; een composiet van de elemen- ten van deze groep.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the plastic is an element from the group: midimide, polyetherether ketone, polybenzimidazole, polyphenylenesulfide or a polyimide; a composite of the elements of this group. 13. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het lichaam vervaardigd is door spuitgieten.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the body is made by injection molding. 14. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het lichaam vervaardigd is door een verspanende bewerking.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the body is manufactured by machining. 15. Veer volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het lichaam opgebouwd is uit een aantal lagen voor het verhogen van de elasticiteit van het lichaam.  A spring according to any one of the preceding claims, characterized in that the body is composed of a number of layers for increasing the elasticity of the body. 16. Dichting tussen twee elementen, omvattende tenminste één dichtingselement dat voorzien is van een holte, en ten- minste één in deze holte aangebracht spreidingselement, met het kenmerk, dat het spreidingselement een veer is die in hoofdzaak vervaardigd is uit kunststof.  16. Seal between two elements, comprising at least one sealing element provided with a cavity, and at least one spreading element arranged in this cavity, characterized in that the spreading element is a spring which is substantially made of plastic. 17. Dichting volgens conclusie 16, waarbij het sprei- dingselement uitgevoerd is als een veer volgens een der con- clusies 1-4.  A seal according to claim 16, wherein the spreading element is designed as a spring according to any one of claims 1-4. 18. Dichting volgens een der conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat het dichtingselement en het spreidingselement ringvormig zijn.  A seal as claimed in any one of claims 16 or 17, characterized in that the sealing element and the spreading element are annular. 19. Dichting volgens een der conclusie 16-18, met het kenmerk, dat de veer een in hoofdzaak U-vormige dwarsdoorsne- de heeft waarvan de afmetingen aangepast zijn aan de holte, zodanig dat de veer tegen de wanden van de holte drukt.  A seal according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the spring has a substantially U-shaped cross-section, the dimensions of which are adapted to the cavity, such that the spring presses against the walls of the cavity. 20. Dichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de dikte van de benen van de in hoofdzaak U-vormige dwars- <Desc/Clms Page number 12> doorsnede geleidelijk afneemt in de richting van de uiteinden van de benen van de U.  A seal as claimed in claim 19, characterized in that the thickness of the legs of the substantially U-shaped transverse  <Desc / Clms Page number 12>  cross-section gradually decreases toward the ends of the legs of the U. 21. Dichting volgens een der conclusie 16-20, met het kenmerk, dat het dichtingselement vervaardigd is uit een poreuse kunststof met goede slijteigenschappen.  A seal as claimed in any one of claims 16-20, characterized in that the seal element is made from a porous plastic with good wear properties. 22. Dichting volgens een der conclusie 16-21, met het kenmerk, dat de veer vervaardigd is uit een niet-poreuze harde kunststof.  A seal according to any one of claims 16 to 21, characterized in that the spring is made from a non-porous hard plastic. 23. Dichtingselement volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de veer vervaardigd is uit een chemisch resistente kunststof, zoals PEEK (Polyetheretherketon).  Sealing element according to claim 22, characterized in that the spring is made from a chemically resistant plastic, such as PEEK (polyether ether ketone).
BE2004/0111A 2004-03-01 2004-03-01 Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature BE1015922A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2004/0111A BE1015922A3 (en) 2004-03-01 2004-03-01 Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2004/0111A BE1015922A3 (en) 2004-03-01 2004-03-01 Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BE1015922A3 true BE1015922A3 (en) 2005-11-08

Family

ID=34973521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE2004/0111A BE1015922A3 (en) 2004-03-01 2004-03-01 Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature

Country Status (1)

Country Link
BE (1) BE1015922A3 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008060754A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Asm America, Inc. Valve with high temperature rating
CN107002881A (en) * 2014-11-28 2017-08-01 爱尔铃克铃尔股份公司 Seal and the method for manufacturing seal
EP2331855B1 (en) * 2008-09-24 2021-03-31 James Walker&Co. Ltd Energised seal

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3901517A (en) * 1972-10-11 1975-08-26 Utex Ind Inc Dynamic seal
FR2476538A1 (en) * 1980-02-27 1981-08-28 Hutchinson Mapa Hollow rubber gaiter seals reinforced by internal springs - to sustain seal pressures or enhance mechanical support
US6648337B1 (en) * 1998-11-14 2003-11-18 Polymer Sealing Solutions, Inc. Backup ring with controlled spacing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3901517A (en) * 1972-10-11 1975-08-26 Utex Ind Inc Dynamic seal
FR2476538A1 (en) * 1980-02-27 1981-08-28 Hutchinson Mapa Hollow rubber gaiter seals reinforced by internal springs - to sustain seal pressures or enhance mechanical support
US6648337B1 (en) * 1998-11-14 2003-11-18 Polymer Sealing Solutions, Inc. Backup ring with controlled spacing

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008060754A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Asm America, Inc. Valve with high temperature rating
US7571893B2 (en) 2006-11-16 2009-08-11 Asm America, Inc. Valve with high temperature rating
EP2331855B1 (en) * 2008-09-24 2021-03-31 James Walker&Co. Ltd Energised seal
CN107002881A (en) * 2014-11-28 2017-08-01 爱尔铃克铃尔股份公司 Seal and the method for manufacturing seal
US10774932B2 (en) 2014-11-28 2020-09-15 Elringklinger Ag Sealing element and method for producing a sealing element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6267383B1 (en) V-shaped seal with anti-extrusion section
US20060022414A1 (en) Rotary cartridge seals with composite retainer
US4930791A (en) Plastic bore seal
TW305915B (en)
US7240904B2 (en) Secondary sealing element
KR102499145B1 (en) Piston rings for piston compressors and piston compressors
JP2002310303A (en) Primary seal portion of rod or piston
RU2684064C1 (en) Sealing device
EP3118493B1 (en) Sealing device
US5551703A (en) Pack off seal
US10337617B2 (en) Canned seal assembly
BE1015922A3 (en) Spring for e.g. seals, has body comprising plastic having Young modulus increasing at lower temperature
JP2006509160A (en) Seal ring
US5568983A (en) Peek bearing with trapped PTFE bearing liner
WO1995030851A1 (en) Gland packing
CA2904300C (en) Seal element for isolation gasket
US6367808B1 (en) Sealing ring for a dry running piston rod
CN109312726B (en) Assembly for producing a thermostatic element
CN110462160A (en) Spraying-preventing system including sealing shear ram entirely
CN110462162A (en) Spraying-preventing system including sealing shear ram entirely
KR20170000076U (en) Multi kammprofile gasket
JP6491885B2 (en) Seal ring
US20150076770A1 (en) Insulated high temperature composite seal
JP5126462B2 (en) Fuel cell seal structure
US3284047A (en) Static seal

Legal Events

Date Code Title Description
RE Patent lapsed

Effective date: 20060331