DK144197B - Taetningsorgan til taetning mellem to indbyrdes bevaegelige cylindriske dele - Google Patents

Description

(19) DANMARK (W I

* \Ra/

|p (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 1441 97 B

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET ' (21) Ansøgning nr. 4554/74 (51) IntCI·3 F 16 J 15/50 (22) Indlevermgsdag 27· aug. 1974 (24) Løbedag 27· aug. 1974 (41) Aim. tilgængelig 1 · tnar. 1975 (44) Fremlagt 11 · jan. 1982 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 28. EUg. 1975* 7511651* SE

(71) Ansøger SKEGA AKTIEBOLAG* S-950 40 Ersmark, SE.

(72) Opfinder Stig Stenlund, SE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Sehou & Cc.

(54) Tætnings organ til tætning mellem to indbyrdes bevægelige cylindris= ke dele.

Opfindelsen angår et tætningsorgan af den i indledningen til krav 1 angivne art.

I hydraulikken er der en almindelig tendens til at tilstræbe stadig højere arbejdstryk i hydrauliske cylindre og lignende anord-gg ninger, hvilket stiller store krav til de tætninger, som skal anvendes i sådanne anordninger. I dag forekommer der normalt arbejdstryk på ^ ca. 170 kp/cm2, men i mange maskiner endog tryk på 200-500 kp/cm2, og J- ct \— *

O

„ 144197 2 dette har medført, at de konventionelle gummitætninger i U-form eller i form af O-ringe, får stadig sværere ved at opfylde de stillede krav.

I hydrauliske cylindre og andre steder, hvor høje hydrauliktryk kan tænkes at forekomme, anvender man derfor fortrinsvis U-tætninger af polyurethan eller de såkaldte kompakttætninger af forskellig art, både som stempeltætning og stempelstangstætning. Kendte kompakttætninger, der findes i såvel enkeltvirkende som dobbeltvirkende udførelser, ligesom de af hensyn til let montage findes i delt som udelt udførelse, består som regel af en tætningsdel af et relativt blødt materiale, fortrinsvis nitrilgummi, et udtrængningsværn i form af en ring af et hårdt materiale, fortrinsvis polyacetalplast, hvis vigtigste opgave det er at forhindre udtrængning i spalten mellem tætningsrille og tætningsdel, samt et vævarmeret lag, der er forenet med tætningsdelen, og som har til opgave at forhindre det blødere materiale i at trænge ud mellem den udtrængningsvæcnende plastring og den del, der skal tætnes mod.

Ulemperne ved kompakttætningerne i vævarmeret gummi, består først og fremmest i dårlige slitageegenskaber og stor følsomhed over for skader på stempelstangen. Ved de hyppigt forekommende lange tætningstyper opstår let temperaturer, der ligger over det tilladte, således at der opstår tætningsskader. Fordelene ligger i muligheden for at dele tætningerne og i en god tætningsvirkning selv ved lave tryk og lav temperatur.

Ulemperne ved U-tætningerne af polyurethan består først og fremmest i tætningsegenskaberne ved lave tryk og ved lav temperatur, samt at det formentlig er umuligt at dele en sådan tætning. Polyurethan-tætningerne kan dog gøres tætte ved normale tryk og temperaturer og fremviser klart bedre slitageegenskaber end kompakttætningerne.

I dag anvendes kompakttætninger i stor udstrækning som stempelstangstætning, fordi de har en kort indbygningslængde, og fordi det med disse er lykkedes at opnå en acceptabel tætning.

Ulemperne ved de i dag kendte stempelstangstætninger af kompakttypen består deri, at de har en betydelig kortere levetid end tilsvarende stempeltætninger, hvorfor de må udskiftes oftere, hvorved påmonteret udstyr må demonteres i forbindelse med udskiftningen.

For at undgå en sådan demontering, der som oftest er meget besværlig og kostbar, kan tætningen som et alternativ udføres delt. Den konstruktion, der i dag anvendes ved delte stempelstangstætninger og i 3 144197 særdeleshed ved dem med de korte indbygningslængder, er dårlig og opfylder ikke de stillede krav i tilstrækkelig -grad,' hvorfor løsningen af dette problem, sammen med en eliminering af de· øvrige nævnte svagheder hos de forskellige tætningstyper, i dag er et af de største mål i hydraulikken.

Hensigten med den foreliggende opfindelse er derfor at løse· ovenstående problem og således skabe et tætningsorgan specielt til stempelstænger og lignende organer, og som samtidigt opfylder alle de krav, man stiller til en god stempelstangstætning, som skal kunne udføres delt såvel som i ét stykke, og som har kort indbygningslængde, samtidig med at den giver tilstrækkelig god sikkerhed for ringe lækage, har lang levetid og mindre friktionstab end kendte stempelstangstætninger af den adskillelige art. Samtidig skal den også være let at montere, og den skal sikre tætning ved høje og lave temperaturer samt høje tryk, og dermed altså eliminere udtrængningsskader. Dette opnås ifølge opfindelsen ved at udforme den omhandlede tætning som angivet i krav l's kendetegnende del.

Ved kombinationen af en forholdsvis blød tætningsdel og en trykfjeder til tætnende indpresning af tætningsdelen mod den til tætningbestemte flade fås en effektiv tætning såvel ved forholds- , vis lave som forholdsvis høje tryk- (f,eks. større end 300 kp/cm2).

Ud fra friktionssynspunkter har det vist sig at være fordelagtigt, at anvende en forspændt O-ring af elastisk materiale, fortrinsvis nitrilgummi som trykfjeder, og at udforme tætningsdelen og fligen i ét stykke af polyurethan og stopringen fortrinsvis af en termoplastisk polyester.

For at opnå linieanlæg er tætningsdelens overflade savtak-formet med forholdsvis stejl flanke mod tryksiden og aftagende i højde i modsat retning, fortrinsvis lineært under en spids vinkel-på mellem 1 og 15°C, fortrinsvis 7°C, hvorved der opnås en vis fordelagtig skrabevirkning. For at hindre relativ bevægelse mellem stopringen og tætningsringen er det ifølge opfindelsen fordelagtigt- at udforme fligen med et vortelignende fremspring, der er indrettet til låsesamvirke med en komplementær formet fordybning i stopringen for indbyrdes fiksering af disse dele.

For at lette påsætningen af tætningsorganet på en stempelstang, hvor tætningsdelen, ligesom også stopringen og trykfjederen er delt, kan tætningsdelen og fligen være delt med et gennem disse dele lagt delesnit, som på en ud fra tætningssynspunkter fordelagtig måde udgøres .af to aksi-ale, mod hinanden rettede og i afstand fra hinanden anbragte delsnit, og et disse snit forbindende delsnit beliggende mellem to tænder.

4 UA 197

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under Henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et snit gennem et stempel og en cylinder, der er forsynet med en udførelsesform for et tætningsorgan ifølge opfindelsen, fig. 2 i større målestok et tværsnit gennem selve tætningsorganet, fig. 3 et snit gennem en i tætningsorganet ifølge opfindelsen indgående tætningsring, som er noget modificeret i forhold til den i fig. 2 viste tætningsring, og fig. 4 og fig. 5 viser, hvorledes tætningsringen skal deles. På fig. 1 vises en cylinder 1 med tilhørende stempel og stempelstang 2, til hvilken der findes en gennemføring i cylinderens endevæg 3, der er forsynet med et dæksel 4, der f,eks, kan være udført i to halvdele, og som holdes på plads ved hjælp af skruer, der blot er angivet ved stiplede linier. I et spor 5 i endevæggen 3 er anbragt et tætningsorgan ifølge opfindelsen, som under ét er betegnet med 6, og som altså i den viste udførelsesform danner en stempelstangstætning, med ikke er begrænset til denne anvendelse, idet det kan modificeres, således at det også kan benyttes i andre forbindelser, f.eks. i en situation hvor der er et tryk på begge sider af tætningen, hvilket turde fremgå af det følgende.

Den som en stempelstangstætning viste udførelsesform omfatter en tætningsring 7, som består af en tætningsdel 8 med aksial udstrækning og af en flig 9, der har en radial udstrækning, som nogenlunde svarer til rillen 5's dybde. Tætningsdelen 8's tætnende flade 10 er udformet således, at den blot har linieanlæg mod stempelstangen 2 i mindst to radialplaner. Dette linieanlæg fremkommer ved, at tætningsdelen 8 er forsynet med flere rundtgående åser ægge eller tænder 11, som mod tryksiden har en forholdsvis stejl flange 12, der falder ned mod den mere eller mindre trykløse side langs en spids vinkel, sådan "at der dannes et rum mellem tætningsdelens åse 11. På fig. 2 angives vinklen mellem åsenes flanger og stempelstangen at være ea. 90°, men i andre udførelsesformer kan denne vinkel gøres mindre, således som det er vist på fig, 3, hvor nævnte vinkel når ned på ca. 70°, eller ‘ mere, dvs. flangen gøres underskåret. Vinkelen α bør vælges mellem 1 og 15°, fortrinsvis oa. 7°. Antallet af åse kan varieres, ligesom afstanden mellem åsene, og er således ikke begrænset til det på figuren viste antal.

5 U4197 Tætningsringen 7, hvis tætningsdel 8 og flig 9 hensigtsmæssigt udføres i fet stykke, består af et gummi- eller andet forholdsvis blødt plastmateriale og fortrinsvis polyurethan, der giver den bedste kombination af elasticitet og slidstyrke i tætningsdelen, hvorved æggene vedvarende holdes skarpe.

Polyurethan er imidlertid uegnet ved lave temperaturer, idet materialet her taber sine ønskværdige egenskaber, hvorfor man for at kompensere for denne svaghed har forsynet tætningen ifølge opfindelsen med et trykfjeder 13, der er vist i form af en mellem tætningsdelen 8 og rillen 5' s bund liggende forspændt O-ring, som er af elastisk materiale, fortrinsvis nitrilgummi, som afhjælper lavtemperaturproblemerne, og som samtidigt giver tætningen meget fine egenskaber, eftersom det meget overraskende har vist sig, at O-ringen på grund af sin forspænding henholdsvis kompression, sammen med de oliefilmsgennembrydende åse eller tænder 11 på tætningsdelen 8, selv ved meget lave tryk, giver meget ringe lækage. Man har på den måde i ret vid udstrækning haft held med at forene O-ringens kendte evne til at kunne følge med ved store hastigheder samt dens store slidstyrke, med de kendte kompressionstætningers evne til at tætne ved lave tryk, tyktflydende olie og lave temperaturer.

Por at forhindre udtrængning ved meget høje tryk samt for at forenkle adskillelsen, omfatter tætningsorganet ifølge opfindelsen, ligeledes en stopring 14, der er placeret på samme side som tætningsringens støttedel 9 for at den kan virke sammen med denne. Stopringen 14, der har omtrent samme radiale udstrækning som tætningsringens støttedel 9 og en til denne svarende anlægsflade, består af et relativt hårdt og elastisk materiale, som også bør være plastisk, således at den kan kompensere for nedslidning og defekter af forskellig art, og det i stopringen anvendte materiale udgøres af termoplastisk polyester, f.eks. af-det materiale, der findes indregistreret under varemærket "Hytrel". Dette materiale løser på en meget fin måde udtrængningsopga-ven i samvirken med den i den viste udførelsesform L-formede tætningsring 7 af polyurethan.

En af fordelene ved de oliefilmsgennembrydende tætningsåse 11, foruden den at de på grund af linieanlægget giver anledning til meget lav friktion samtidig med, at de understøttet af trykfjederen 13 tætner på en tilfredsstillende måde, er at tætningsorganet ifølge opfindelsen kan deles, uden at den derfor giver større lækage end i dens udelte form. Delingen skal for at sikre dette ske på en sådan måde, at delingssnittet består af to aksiale delsnit 15 og l6 i nogen afstand fra hin- 144197 6 anden, og således at disse to delsnit forbindes med et radialt delsnit 17, der skal være beliggende mellem to åse 11 og nærmere ved den forreste end den bageste ås, således som det er vist på fig. 4 og 5· Principielt kan delingssnittet have en næsten hvilken som helst længde, men ved monteringen af tætningsorganet i rillen bør man sikre sig at stopringens delingssnit ligger forskudt i forhold til tætningsringens delingssnit. Med henblik herpå er tætningsringen ifølge den viste udførelsesform forsynet med en vorte 18 på støttedelen 9' s mod stopringen vendte flade, ligesom der i stopringen er anbragt en fordybning 19, der er placeret sådan i forhold til delingssnittet, at tætningsringens og stopringens delingssnit ligger forskudt i tilstrækkelig afstand fra hinanden, når vorten ved monteringen af tætningen anbringes i fordybningen, og ved hjælp af fordybningen og vorten opnår man en styring af ringenes indbyrdes stilling. Det er imidlertid muligt at udelukke nævnte vorte og fordybning ved andre udførelsesformer.

På tegningen er tætningsorganet ifølge opfindelsen vist son en stempelstangstætning, dvs. tætningen er vist enkeltvirkende, men den kan også gøres dobbeltvirkende simplest ved, at man anbringer to tætnings-organer spejlvendt i forhold til hinanden. Dette muliggøres ved. at tænderne på den ene tætningshalvdel lader olie slippe forbi i den ene retning frem til næste tætningshalvdel, men derimod ikke i modsat retning. Et på denne måde frembragt dobbeltvirkende tætningsorgan får selvfølgelig en forholdsvis lang indbygningslængde, men denne kan reduceres ved, at man udformer tætningsringen som et U med plads til eller flere trykfjedre i form af O-ringe og med tætningsåse eller tænder i den tidligere beskrevne udførelsesform anbragt på tætningsdelenes halvdele, således at tænderne på den ene halvdel er rettet mod tænderne på den anden halvdel.

Claims (6)

7 '44197 PATENTKRAV.

1. Tætningsorgan til tilvejebringelse af en tætning mellem to indbyrdes bevægelige cylindriske dele, navnlig en stempelstang (2) og en cylinderflade (3), hvilket tætningsorgan er indrettet til anbringelse i et i den ene del (3) udformet spor (5),kendetegnet ved, at det består af en tætningsdel (8) af forholdsvis blødt materiale og udformet med en tætneflade (10) og mindst én fra tætnefladen i hovedsagen radialt indad forløbende flig (9) samt af en mellem sporets (5) bund og tætningsdelen (8) anbragt trykfjeder (13), der er indrettet til at trykke tætningsdelens (8) tætneflade (10) i anlæg mod tætnefladen i den anden del (2), og en til anlæg mod den radiale flig indrettet stopring (14).

2. Tætningsorgan ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tætningsdelen (8) og den eller de radialt indadforløbende flig(e) (9) er et i ét stykke formet polyurethanemne, at trykfjederen (13) er en forspændt O-ring af elastisk materiale, fortrinsvis nitril-gummi, og at stopringen (14) er af et hårdt, plastisk eftergiveligt materiale, fortrinsvis en termoplastisk polyester.

3. Tætningsorgan ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at tætningsdelens (8) tætneflade (10) er savtak- formet i tværsnit for linieanlæg mod den anden dels tætneflade.

4. Tætningsorgan ifølge krav 3, kendetegnet ved, at tænderne (11) i det savtakformede tværsnit har en forholdsvis stejl flanke (12) mod tryksiden (stigningsvinkel i området 45 til 135°, fortrinsvis 90 eller 70°) og en forholdsvis flad fortrinsvis plan flanke på sin bort fra tryksiden vendende side (hældningsvinkel i området fra 1 til 15°, fortrinsvis 7°).

5. Tætningsorgan ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fligen (9) er forsynet med et vortelignende fremspring (18), der er indrettet til låsesamvirke med en komplementært formet fordybning (19) i stopringen (14) for indbyrdes fiksering af disse dele.

6. Tætningsorgan ifølge ethvert af de foregående krav, ved hvilken tætningsdelen (8), stopringen (14) og trykfjederen (13) er delte, kendetegnet ved, at delesnittet gennem tætningsdelen (8) og fligen (9) er to aksialt forløbende delsnit (15,16) der er anbragt med indbyrdes afstand i omkredsretningen og forbundet med et tredje, i omkredsretningen forløbende delsnit (17) i området mellem to tænder (11).