DK143667B - Taetningselement til hydraulisk drevne stempler eller stempelstaenger - Google Patents

Description

(19) DANMARK ié&\ l S®! 1

(12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 1J+3667 B

Dl REKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2693/74 (51) IntCl.3 F 16 J 9/06 (22) Indleveringsdag 1 6. maj 1974 (24) Løbedag 1 6. maj 1974 (41) Aim. tilgængelig 18. nov. 1974 (44) Fremlagt 21. sep. 1981 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 17. maj 1973, 232500C, DE 12. jul. 1973, 23354-52, DE

(71) Ansøger BUSAK + LUYKEN GMBH. & CO., 7000 Stuttgart 80, DE.

(72) Opfinder Roy Edlund, DE.

(74) Fuldmægtig ingeniørfirmaet Lehmann & Ree.

(54) Tastnings element til hydraulisk drevne stempler eller stempel= stænger.

Opfindelsen angår et tætningselement til hydraulisk drevne stempler eller stempelstænger med en tætningsring af formstof, fortrinsvis på basis af polytetrafluorethylen, til tætning mellem en ubevægelig og en bevægelig maskindel samt med en gummielastisk spændring, som trykker tætningsringen radialt indad.

^ Ved sådanne tætningselementer til stempler og stempelstæn- ger er det påkrævet, at der ved den frem- og tilbagegående bevægel-Ό se kun forekommer minimal lækage. Ved frem- og tilbagebevægede ^j· stempler og s tempel s tænger anvendes som tætningselementer med ringe friktionsmodstand bl.a. todelte tætninger bestående af en formstof-ring med i det væsentlige firkantet tværsnit til tætning af spalten ^ mellem de i forhold til hinanden bevægelige maskindele, samt en 2 143667 gummielastisk ring til sekundær tætning og forspænding af formstof-ringen. Af hensyn til en klarere skelnen mellem de to dele anvendes i det følgende betegnelsen tætningsring for den formstofring, der tætter spalten mellem de i forhold til hinanden bevægelige maskin-dele/ og betegnelsen spændring for den gummielastiske ring, der som følge af sammenpresning og en ved overmål tilvejebragt forspænding udøver et radialt indadrettet tryk på tætningsringen.

Tætningsringen og spændringen anbringes sædvanligvis sammen i en not eller en udsparing, der ved et tætningselement til en stempelstang er udformet i huset eller ved et tætningselement til et stempel er udformet i stemplet. Spændringen består sædvanligvis af en gummielastisk ring med cirkulært eller rektangulært tværsnit, og dens radiale symmetriakse ligger i forlængelse af den i tværsnit rektangulære tætningsrings radiale symmetriakse. Som følge af spændringens radiale forspænding mellem notbunden og den mod spændringen vendende side af tætningsringen tættes de sekundære lækveje mellem tætningsringen og spændringen og spændringen og notbunden.

Det har i praksis vist sig, at sådanne kombinerede tætningselementers friktionsværdier, navnlig ved start og ved små stempelhastigheder, er væsentligt mindre end ved sædvanlige tætningselementer med gummielastiske berøringsflader mod den bevægede maskindel.

Det er imidlertid også konstateret, at der ved kombination af en tætningsring med i det væsentlige rektangulært tværsnit og en spændring optræder tilnærmelsesvis det samme lækforhold som ved sædvanlige gummielastiske tætningselementer. Også her danner der sig ved frem- og tilbagegående bevægelse som følge af sejheden af den væske, mod hvilken der skal aftættes, en slæbestrømning, der fører til dannelse af en smørefilm med periodisk adskillelse af de tættende berøringsflader fra hinanden. Som følge af den asymmetriske trykfordeling i berøringsfladen dannes der sædvanligvis under den frem- og tilbagegående bevægelse en forskellig tyk smørefilm, hvilket medfører ansamling af det fluid, der skal pakkes for, ved lavtryksenden af tætningsspalten og dermed lækage.

Formålet med opfindelsen er ved passende formgivning og anbringelse af tætningsringen at reducere lækage ved frem- og tilbagegående bevægelse af stempelstangen henholdsvis af stemplet uden at friktionsværdierne forhøjes.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at tætnings- 3 143667 ringen, når tætningselementet er monteret i arbejdsstillingen, tilnærmelsesvis i det midterste område af den fulde bredde ligger an mod den bevægede maskindel med en smal berøringsflade, og at tætningsringen sammen med den bevægede maskindel danner en spalte, der begynder ved den smalle berøringsflade og med lille åbningsvinkel åbner sig i retningen hen mod lavtrykssiden, og at berøringsfladen set i retningen mod højtrykssiden efterfølges af en med skarp afsatskant forsynet ringformet udsparing, der med konstant eller voksende diameter åbner sig hen imod højtrykssiden. Herved opnås en høj anlægstrykgradient ved anlægsfladens mod højtrykssiden vendende ende, hvilket giver en særlig god aftætning, og ved hjælp af den mod lavtrykssiden vendende kileformede ringspalte opnås, at eventuelle små lækoliemængder transporteres tilbage fra lavtrykssiden til højtrykssiden. Det er her af særlig betydning, at der er tilvejebragt en af det hydrauliske mediums tryk afhængig indstilling af kilespalten, idet mediets tryk i udsparingen medfører en vis kipning af tætningsringen om den smalle berøringsflade, hvorved kilespalten indsnævres, således at virkningen er større, jo højere mediets tryk er.

Den ringformede udsparing kan hensigtsmæssigt have form som i det mindste et skarpt trin.

Det beskrevne tætningselement kan med særlig stor fordel anvendes i kombination med et tilsvarende andet tætningselement.

De to tætningselementer er da anbragte med aksial afstand efter hinanden og begrænser et rum mellem den ubevægelige og den bevægede maskindel, som ved dets ene ende står i forbindelse med det første tætningselements kileformede ringspalte og ved den anden ende står i forbindelse med det andet tætningselements udsparing. Herved opnås, at den lækolie, som opsamles i rummet mellem tætningselementerne, ikke afstryges, men som følge af et i rummet under den fremadgående bevægelse opbygget trykpotential under stilstand og ved den bevægede maskindels tilbagegående bevægelse transporteres fra rummet tilbage til højtrykssiden. Forsøg har overraskende vist, at olietab som følge af lækage ved hjælp af denne anbringelse af de to tætninger aksialt efter hinanden er ca. 40 gange mindre end ved anvendelsen af en enkelt tætning.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til de på tegningen anskueliggjorte udførelsesformer. På tegningen viser: 4 143667 fig. 1 et snit gennem et tætningselement ifølge opfindelsen og bestående af en tætningsring og en spændring med skarpkantet udsparing ved højtrykssiden, fig. 2 et snit gennem et tætningselement som det i fig.

1 viste, med konveks udsparing, fig. 3 et snit gennem et tætningselement, som det i fig.

1 viste, med en trinformet udsparing, fig. 4-7 yderligere udførelsesformer for af §t stykke bestående, elastiske tætningselementer, fig. 8 et snit gennem en tætning, der består af en materialekombination, d.v.s. af to forskellige materialer, og fig. 9 en yderligere udførelsesform for en tætning, der består af to aksialt efter hinanden anbragte tætningselementer, som det i fig. 1 viste.

I samtlige figurer betegner PH det højere tryk, mod hvilket der skal aftættes og PN det sædvanligvis lavere tryk ved den anden side af tætningselementet. Som vist i fig. 1-3 berører tætningselementet 1 som følge af en af overdimensionering betinget egenspænding og som følge af den af spændringen 2's sammenpresning resulterende radialkraft overfladen 3 af den i forhold til tætningselementet bevægelige maskindel langs en fælles berøringsflade 4.

Dersom aksen I-I er en drejesymmetrisk akse, drejer det sig om enstempeltætning, hvorimod aksen II-II kendetegner en stangtætning.

Den aksiale længde B af berøringsfladen 4 er fortrinsvis valgt meget lille i forhold til tætningsringens fulde aksiale længde.

I fig. 1 har tætningsringen ved højtrykssiden en skarpkantet, op mod berøringsfladen 4 liggende, radial endeflade 5, således at der over en længde D dannes en (i forhold til tykkelsen af smørefilmen mellem berøringsfladerne ved bevægelse) forholdsvis stor udsparing mellem tætningsringen 1's cylindriske kappeflade 6 og overfladen 3 af den maskindel, der skal aftættes.

Trykket P^ trænger udrøvlet ind i denne udsparing og aflaster hen til endefladen 5 i radial retning tætningsringen 1's og spændringen 2's mod trykket P virkende, radiale kræfter, der be- ri stemmer tilholdertrykket i berøringsfladen 4. Den ønskede størrelse af aflastningen kan fastlægges ved ændring af længden D. Denne 5 143667 fastlæggelse er et kompromis mellem lækagen på den ene side og tætningselementets slid og friktion på den anden side og afhænger dermed af tætningselementets anvendelsesformål. Mellem berøringsfladen 4 og den mod det lavere tryk vendende endeflade 7 er der på tætningsringen 1 anbragt en flade 13 på en sådan måde, at der mellem fladen 13 og overfladen 3 dannes en i retningen hen mod endefladen 7 gabende, kileformet ringspalte 8. Vinklen af ringspalten 8 er af hensyn til det ved lavtrykssiden tilstræbt, blødt aftagende fladetryk i berøringsfladen, der øges ved højere tryk som følge af tætningsringens vippebevægelse, lille og er ved tætningsringe af formstof fortrinsvis 5 - 10°.

I fig. 2 er konturen 9c af udsparingen 5, 6 konveks, og derved dannes der også her en til reducering af smørefilmens tykkelse ved overfladen 3's bevægelse i retningen V (fremadgående bevægelse) hensigtsmæssig skarpkantet afsats 5a ved den mod det højere tryk vendende ende af berøringsfladen 4.

Endelig kan f.eks. af fremstillingsmæssige årsager konturen ved højtrykssiden, således som vist i fig. 3, bestå af to cylindriske afsatser, henholdsvis udsparinger, 9d og 9e eller simpelthen af flere delstykker med bratte eller jævne overgange.

Ved de i fig. 4-8 viste udførelsesformer består tætningsringen af en flerlaget formstofring, hvis i en optagelsesnot 27 liggende spændeafsnit 1a er højelastisk, og hvis mod en stang 10's yderflade 3 glidende tætningsafsnit 1b er sejelastisk. Spændeaf-snittet 1a udøver som følge af dets egenelasticitet en radial forspænding på tætningsafsnittet, der med dets cylinderringformede berøringsflade 4 ligger an mod stangen 10's yderflade 3.

I fig. 4 er desuden mulighederne for henholdsvis en stang- og en stempeltætning vist. Dersom linien I-I danner midteraksen, drejer det sig om en stempeltætning. Dersom linien ΪΙ-ΙΪ danner midteraksen, drejer det sig om en stangtætning.

Den aksiale længde af berøringsfladen 4 er fortrinsvis meget lille i forhold til tætningsringen 1's fulde længde og er sædvanligvis ca. 0,5 mm.

I fig. 4 er tætningsringen 1 ved højtrykssiden forsynet med en trinformet udsparing 9, der har en fra berøringsfladen 4 skarpkantet udgående endeflade 5. Denne udsparing 9 danner over længden D en forholdsvis stor spalte mellem udsparingen 9's inder-flade 6 og stangen 10's yderflade 3. Mellem berøringsfladen 4 og den mod det lavere tryk vendende endeflade 7 er der udformet en fla 143667 6 de 13 på tætningsringen, der sammen med stangen 10 danner en kileformet ringspalte 8, der gaber i retningen hen mod sidefladen 7. Vinklen af fladen 13 henholdsvis ringspalten 8 er af hensyn til det ved lavtrykssiden tilstræbte, blødt aftagende fladetryk i berøringsfladen, der øges ved højere tryk som følge af tætningsringens vippebevægelse, meget lille og er ved tætningsringe af formstof fortrinsvis 5 - 10°.

I fig. 5 er den trinformede udsparing 9's længde holdt kortere, således at tætningsringen 1 får en større stabilitet. Den i optagelsesnoten 2 liggende yderflade af tætningsringen 1's spænde-afsnit 1a er på lignende måde som en O-ring udformet afrundet. Tætningsringen 1 arbejder også efter samme princip som en O-ring, idet den under påvirkning af trykket P^. trykkes mod den højre væg, og dens afrundede yderside samtidig trykkes mod bunden af optagelsesnoten 2 for at lukke den sekundære lækvej mellem tætningsringen 1 og notbunden.

I fig. 6 og 7 er der i tætningsringen 1's mod højtrykssiden Pjj vendende side udformet en åben, omløbende udvidelse 11. I denne udvidelse 11 kan der anbringes yderligere spændemidler til forøgelse af tilholdertrykket på tætningsafsnittet 1b, dersom materialets egenelasticitet ikke er kraftig nok, eller som ved teflon helt mangler. Indlæggene kan bestå af en højelastisk O-ring eller af en fjeder. Ved hjælp af denne udvidelse 11 opnås samtidig, at spænde- afsnittet 1a som følge af det højere tryk P„ trykkes ensartet mod £1 optagelsesnoten 27's højre væg og aftættende trykkes mod notbunden.

Til reducering af det på tætningsringen indvirkende kipmoment, der forårsages af trykket P__ under den bevægelige maskindels tilbagegående bevægelse, er den mod bunden af optagelsesnoten 2 vendende yderside forsynet med en omløbende rille 12. Kipmomentet kan yderligere reduceres ved, at berøringsfladen 4 fortrinsvis anbringes tilnærmelsesvis i det midterste område af tætningsringen 1 1 s fulde længde (fig. 8).

Ved den i fig. 9 viste udførelsesform er der aksialt efter hinanden anbragt to tætningselementer 21 og 22, som det i fig.

1 viste. Der kan dog også anbringes sådanne tætningselementer, som vist i fig. 2-8, efter hinanden, hvorved der opnås samme virkning. Hvert tætningselement 21 og 22 består af en tætningsring 1, der i radial retning mod den maskindel, der skal aftættes, er under forspænding af en som O-ring udformet spændring 2. Medens tætningsringen 1 fortrinsvis består af et formstof på basis af polytetra- 143667 7 fluorethylen, anvendes der som materiale til spændringen 2 fortrinsvis gummi. Hvert af tætningselementerne 21 og 22 sidder i en i den faste maskindel 26 udformet, omkringløbende optagelsesnot 27.

Hver tætningsring 1 er ved højtrykssiden forsynet med en trinformet udsparing 9, der har en fra en berøringsflade 4 skarpkantet udgående endeflade 5. Denne udsparing 9 danner en forholdsvis stor spalte mellem udsparingen 9's inderflade 6 og stangen 10's yder-flade 3. Berøringsfladen 4 kan dog også være udformet skarpkantet og danne en linieberøring med den bevægelige maskindel.

På tætningselementerne 21’s og 22's tætningsringa 1 er der ligeledes udformet flader 13, der sammen med stangen 10 danner en kileformet ringspalte 8. Det første tætningselement 21's ringspalte 8 og udsparingen 9 begrænser et rum 28 mellem det andet tætningselement 22, stangen 10 og den ubevægelige maskindel 26. Herved opnås, at lækolie, der under stangens fremadgående bevægelse samles i rummet 28, ikke afstryges under stangen 10's tilbagegående bevægelse og dermed spildes. Endvidere opbygges der i rummet 28 et trykpotential, hvorved den i rummet 28 værende olie under stangen 10's stilstand henholdsvis dens tilbagegående bevægelse over den kileformede ringspalte 8 transporteres tilbage til højtrykssiden PH i arbejdsrummet.

På denne måde kan lækolietab gøres ca. 40 gange mindre end ved et enkelt tætningselement af den beskrevne udformning, uden at friktionstabene mellem tætningselementet og den bevægelige maskindel forøges nævneværdigt.