DK144251B

DK144251B - LOW SOCKET FOR A ROTOR-SHAFT

Info

Publication number: DK144251B
Application number: DK360073AA
Authority: DK
Inventors: D E Johnston; P J Russell
Original assignee: Angus & Co Ltd
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1982-01-25
Also published as: ZA734168B; CA993004A; AU5715273A; ES416417A1; IT986235B; DK144251C; DE2333182B2; JPS5650147B2; FR2191685A5; JPS4963852A; NL7309066A; GB1429939A; SE397398B; BE801651A; IN139148B; DE2333182A1

Description

f 4» f ^f 4 »f ^

(19) DANMARK(19) DENMARK

r^lr ^ l

'ø < 2) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 144251 B'ø <2) PUBLICATION WRITING (11) 144251 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENETDIRECTORATE OF THE PATENT AND TRADEMARKET SYSTEM

(21) Ansøgning nr. 3600/73 (51) Int.CI.3 F 16 J 15/32 (22) Indleveringsdag 28. jun. 1973 (24) Løbedag 28. jun. 1973 (41) Aim. tilgængelig 30. dec. 1973 (44) Fremlagt 25- jan. 1982 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -(21) Application No. 3600/73 (51) Int.CI.3 F 16 J 15/32 (22) Filing Date 28 Jun. 1973 (24) Running day 28 Jun. 1973 (41) Aim. available Dec. 30; 1973 (44) Posted Jan 25 1982 (86) International application # - (86) International filing day - (85) Continuation day - (62) Master application no -

(30) Prioritet 29- jun. 1972, 3041 7/72, GB(30) Priority 29-Jun. 1972, 3041 7/72, GB

(71) Ansøger GEORGE ANGUS & COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne 1, GB.(71) Applicant GEORGE ANGUS & COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne 1, GB.

(72) Opfinder David Ernest Johnston, GB: Peter John Russell, GB.(72) Inventor David Ernest Johnston, GB: Peter John Russell, GB.

(74) Fuldmægtig Internationalt -Patent-Bureau.(74) Plenipotentiary International Patent Office.

(54)læbetætning til en roterende aksel.(54) lip seal for a rotating shaft.

Opfindelsen angår en læbetætning til en roterende aksel, med en støbt gum-miring eller tilsvarende elastomer ring, som anvendes til at tætne et ringformet rum rundt om akselen eller en tilsvarende maskindel, således at olien hindres i at lække ud fra det ringformede rum, og støv og snavs hindres i at trænge ind i rummet.The invention relates to a lip seal for a rotating shaft, with a molded rubber ring or equivalent elastomeric ring used to seal an annular space around the shaft or a corresponding machine part, so that the oil is prevented from leaking from the annular space, and dust and dirt are prevented from entering the room.

Tætninger af denne type anvendes i vid udstrækning inden for industrien, jq særlig automobilindustrien. 1 det følgende gøres der brug af den fra sådanne tæt- ,_ ninger velkendte terminologi.Seals of this type are widely used in the industry, especially the automotive industry. In the following, the terminology well known from such seals is used.

Opfindelsen beskæftiger sig med formen af tætningens støbte flade i umid- CM „ j- delbar nærhed af tætningskanten, idet der tilsigtes at fa den såkaldte "tætnings- ^ slidflade1', der også betegnes "tætningsbåndet"eller "kontaktbåndet", afgrænset skarpt bagtil, dvs. ved forbindelsesstedet mellem slidfladen og den støbte flade * □ 2 M4 251 ved tætningens luftside.The invention relates to the shape of the sealed molded surface in the immediate area of the sealable proximity of the sealing edge, with the aim of obtaining the so-called "sealing wear surface", also referred to as the "sealing band" or "contact band", defined sharply at the rear. ie at the point of connection between the wear surface and the molded surface * □ 2 M4 251 at the air side of the seal.

Undersøgelser af sådanne tætningers effektivitet har vistj at optrædende lækage er forbundet med en ubestemt eller gradvis divergering af den støbte flade fra den tætnede flade, og navnlig - især ved anvendelse af forholdsvis bløde elastomerer, såsom silikongummi - udbuling af den støbte flade, således at denne sammen med den tætnede flade danner en gradvis voksende radial spalte af et noget tilspidset tværsnit.Studies on the effectiveness of such seals have shown that leakage is associated with an undetermined or gradual divergence of the molded surface from the sealed surface, and in particular - using relatively soft elastomers such as silicone rubber - bulging of the molded surface, such that together with the sealed surface, a progressively increasing radial gap of a somewhat tapered cross section forms.

En sådan gradvis voksende radial spalte bidrager ikke til opretholdelsen af et stabilt menisk arrangement (meniscus) af en oliefilm mellem tætningen og den tætnede flade, som er af afgørende betydning for opnåelsen af en effektiv læbetætning.Such a gradually expanding radial gap does not contribute to the maintenance of a stable meniscus arrangement (meniscus) of an oil film between the seal and the sealed surface, which is essential for obtaining an effective lip seal.

Opfindelsen skaber en tætning, hvor den støbte flade divergerer velafgrænset og skarpt fra den tætnede flade, hvilket opnås ved en passende fleksibilitet af tætningens elastomere materiale, en passende akselvinkel, dvs. vinklen mellem den støbte flade og den tætnede flade, og en specificeret udformning af den støbte flade.The invention creates a seal in which the molded surface diverges well-defined and sharply from the sealed surface, which is achieved by an appropriate flexibility of the seal's elastomeric material, a suitable shaft angle, ie. the angle between the molded surface and the sealed surface, and a specified configuration of the molded surface.

Opfindelsen angår nærmere bestemt en læbetætning til en roterende aksel, med en støbt ring, der består af et elastomert materiale af forholdsvis lille stivhed og har en fleksibel tætningslæbe, som er udformet med en skarp tætningskant afgrænset af en konkav støbt flade ved tætningens luftside, og tætningen ifølge opfindelsen er kendetegnet ved, at ringens elastomere materiale har en elastici- 2 tetskoefficient på mellem 3, 5 og 8,5 MN/m , og at den konkave støbte flade støder op til tætningskanten under en tangentvinkel på mellem 5o° og 8o° inclusive.More particularly, the invention relates to a lip seal for a rotating shaft having a molded ring consisting of an elastomeric material of relatively low stiffness and having a flexible sealing lip formed with a sharp sealing edge bounded by a concave molded surface at the air side of the seal. the seal according to the invention is characterized in that the elastomeric material of the ring has a coefficient of elasticity of between 3, 5 and 8.5 MN / m and that the concave molded surface abuts the sealing edge at a tangent angle of between 5 ° and 8 ° inclusive.

Konkaviteten af den støbte flade har hensigtsmæssigt en cirkulær krumning, således at den støbte flade udgøres af et ringsegment af en sfærisk eller kugleformet flade. Dette letter bearbejdningen af den til støbematricen hørende centrale tap, som herved simpelthen kan fremstilles ved drejning.Conveniently, the concavity of the molded surface has a circular curvature such that the molded surface is constituted by a ring segment of a spherical or spherical surface. This facilitates the machining of the central die associated with the die, which can thereby simply be produced by turning.

Ved de fleste tætninger er den krævede radius ganske lille, f.eks. mellem 2 mm og 7 mm. Dette dækker tætninger for akseldiametre op til 200 mm, selv om radien bestemmes som en funktion af den aksiale dimension af tætningen, som betegnes "læbehøjden", i stedet for at bestemmes som en funktion af akseldiameteren.At most seals, the required radius is quite small, e.g. between 2 mm and 7 mm. This covers seals for shaft diameters up to 200 mm, although the radius is determined as a function of the axial dimension of the seal, which is referred to as the "lip height", rather than being determined as a function of the shaft diameter.

Konkaviteten behøver ikke at være cirkulær, idet der kan anvendes andre kurver af 2. grad til at give en tilsvarende konkavitet.The concavity need not be circular, as other second-degree curves can be used to give a corresponding concavity.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser halvdelen af et aksialsnit af en typisk læbetætning til en roterende aksel, for illustration af den relevante terminologi, fig. 2 et brudstykke af et aksialt tværsnit i større skala af en tætningslæbe, for illustration af den uheldige udbuling af tætningens støbte flade, som ødelægger den skarpe afgrænsning bagtil af tætningens slidflade, 3 144251 fig. 3 et brudstykke af et aksialt tværsnit i større skala af den til tætningen ifølge opfindelsen hørende læbe, for illustration af opfindelsens princip, og fig. 4 et aksialt tværsnit af den til tætningen ifølge opfindelsen hørende læbe, der er støbt, men endnu ikke tilrettet.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in which fig. Figure 1 shows half of an axial section of a typical lip seal for a rotating shaft, to illustrate the relevant terminology; 2 is a fragmentary view of a large-scale axial cross-section of a sealing lip, to illustrate the unfortunate bulge of the sealed molded surface, which destroys the sharp boundary at the rear of the sealing surface; 3 is a fragmentary view of a large-scale axial cross-section of the lip of the invention, illustrating the principle of the invention; and FIG. 4 is an axial cross-section of the lip of the present invention, which is molded but not yet aligned.

Den i fig. 1 viste tætning omfatter en støbt gummiring 1, der er forstærket af et metalindlæg 2, således at den kan monteres med prespasning i et akselhus, mod hvilket en ydre periferisk gummikappe 3 danner en statisk tætning.The FIG. 1, a molded rubber ring 1 is reinforced by a metal insert 2 so that it can be mounted with a press fit in a shaft housing against which an outer peripheral rubber jacket 3 forms a static seal.

Med henblik på at få tætnet periferisk med gnidende (wiping) kontakt rundt om akselen har tætningen en fleksibel læbe omfattende et ben 4 og et hoved 5, på hvilket der er udformet en tætningskant 6 ved forbindelsesstedet mellem en forreste eller inderste keglestubformet flade 7 - betegnet "tilretningsfladen” (trim face), idet den er dannet ved tilretning af den støbte ring 1, og en bageste eller yderste keglestubformet flade 8 - betegnet "den støbte flade" (moulded face), fordi den i modsætning til tilretningsfladen 7 altid formes under støbningen af ringen 1. Det skal i denne forbindelse bemærkes, at fladen 7 ikke behøver at formes ved tilretning, idet den kan støbes i hvert fald delvis til frembringelse af en tætning der betegnes "tætning med støbt kant" (so called "moulded-edge" seal). Vinklen 9 betegnes "tilretningsvinklen" (trim angle), medens vinklen 10 betegnes "støbevinklen" (moulded angle) eller "akselvinklen" (shaft angle).In order to be circumferentially sealed with wiping contact around the shaft, the seal has a flexible lip comprising a leg 4 and a head 5, on which is formed a sealing edge 6 at the junction between an anterior or inner cone-shaped surface 7 - designated "trim face", formed by aligning the molded ring 1, and a rear or outer cone-shaped surface 8 - designated "the molded face" because, unlike the alignment surface 7, it is always shaped below The molding of the ring 1. In this connection it should be noted that the surface 7 does not need to be molded by alignment, since it can be molded at least partially to produce a seal called "molded-edge seal". The angle 9 is called the "trim angle", while the angle 10 is called the "molded angle" or the "shaft angle".

Under brugen er fladen 7 rettet mod det tætnede fluidum, hvor den tilsvarende forreste del af tætningen også betegnes "oliesiden", medens fladen 8 er rettet bort fra det tætnede fluidum, hvor den tilsvarende bageste del af tætningen også betegnes "luftsiden".During use, the surface 7 is directed to the sealed fluid, the corresponding front portion of the seal also being designated the "oil side", while the surface 8 is directed away from the sealed fluid, the corresponding rear portion of the seal also being designated "air side".

For at bringe tætningskanten 6 til elastisk indgreb med akselen har tætningshovedet en i sig selv lukket, ringformet skruefjeder 11 anbragt i en rille 12, og den aksiale afstand mellem fjederrillens centerlinie og tætningskanten betegnes "R-værdien", der er positiv, hvis fjederrillen som vist befinder sig bag ved tætningskanten, eller negativ, hvis fjederrillen befinder sig foran tætningskanten.To bring the sealing edge 6 into elastic engagement with the shaft, the sealing head has a self-sealing, annular helical spring 11 disposed in a groove 12, and the axial distance between the center line of the spring groove and the sealing edge is designated the "R value", if the spring groove as shown is behind the sealing edge, or negative if the spring groove is in front of the sealing edge.

Tætningskanten 6 er i starten - i tilrettet eller støbt tilstand - en skarpt afgrænset kant (fine edge), men vil under brugen slides og blive bredere, selv om det kun drejer sig om en lille ændring, til dannelse af en smal cylindrisk flade, som betegnes "tætningsslidfladen" (seal wear land) - eller eventuelt "tætningsbåndet" eller "kontaktbåndet" - der er illustreret i fig. 2 i større skala som en cylindrisk flade 13, der erstatter kanten 6.The sealing edge 6 is initially - in the adjusted or molded state - a sharply delimited edge, but will wear and widen during use, even if only a small change, to form a narrow cylindrical surface, which are referred to as the "seal wear land" - or optionally the "sealing band" or "contact band" - illustrated in FIG. 2 on a larger scale as a cylindrical surface 13 replacing the edge 6.

Mellem fladen 13 og akselen 14 skal der hensigtsmæssigt opretholdes , 144251 en stabil oliefilm 15 for at hindre lækage fra oliesiden 16 til luftsiden 17 gennem tætningens ringformede rum rundt om akselen.Conveniently between the surface 13 and the shaft 14, a stable oil film 15 must be maintained to prevent leakage from the oil side 16 to the air side 17 through the annular space of the seal around the shaft.

Afhængig af den indvendige diameterpasning mellem tætningen og akseldiameteren, blødheden af gummiet og belastningen af skruefjederen 11 har (fen keglestub-formede støbte flade 8 i visse kendte læbetætninger en tendens til som vist ved 8a i fig. 2 at bule ud mod akselen i stedet for at bibeholde sin støbte form, således som det er vist med den punkterede linie 8b i fig. 2.Depending on the internal diameter fit between the seal and the shaft diameter, the softness of the rubber and the load of the coil spring 11 (fin cone-shaped molded surface 8 in certain known lip seals tend to bulge toward the shaft as shown by 8a in Fig. 2). retaining its molded shape, as shown by the dotted line 8b in Figure 2.

Når der sker udbuling er der en voksende sandsynlighed for, at tætningen vil lække, hvilket formodentlig skyldes, at oliefilmen 15 strækkes bagtil til et gradvis voksende tilspidset tværsnit, som medfører aksial ustabilitet i det ved 18 i fig. 2 viste meniske parti (meniscus), som da vil bryde sammen med deraf følgende lækage.When bulging occurs, there is a growing likelihood that the seal will leak, presumably because the oil film 15 is stretched to the rear to a gradually increasing tapered cross section, causing axial instability in the at 18 in FIG. 2 meniscus portion (meniscus) which will then break with the resulting leakage.

Ifølge opfindelsens princip, der er illustreret i fig. 3, er den støbte flade 8 konkav, således at den selv ved afbøjning eller deformering af tætningshovedet 5 altid vil støde skarpt op til tætningsslidfladen 13 og sikre, at denne fortsat opretholdes som en velafgrænset slidflade.According to the principle of the invention illustrated in FIG. 3, the molded surface 8 is concave, so that even when deflecting or deforming the sealing head 5, it will always abut sharply against the sealing wear surface 13 and ensure that it remains maintained as a well-defined wear surface.

Foranstående forklaring i forbindelse med fig. 2 af udbulingseffekten af den keglestubformede støbte flade 8 ved visse kendte læbetætninger skal ikke give udtryk for en eller anden afprøvet teori, men alene medvirke til at belyse fordelene ved den konkave udformning ifølge opfindelsen af den støbte flade.The foregoing explanation in connection with FIG. 2 of the bulging effect of the cone-shaped molded surface 8 at certain known lip seals should not express some tested theory, but merely help to elucidate the advantages of the concave configuration according to the invention of the molded surface.

Det er imidlertid en kendsgerning, at en passende konkav udformning af den støbte flade sikrer en præcis eller afgrænset akselkontakt, hvilket i høj grad virker til at forbedre tætningens pålidelighed.However, it is a fact that a suitably concave design of the molded surface ensures a precise or delimited shaft contact, which greatly works to improve the reliability of the seal.

Den konkave udformning af den støbte flade muliggør, at benet 4 og tætningshovedet 5 kan udformes således, at læben kan bøjes om forbindelsesstedet mellem benet og den radiale ribbe af den støbte ring 1, eller at den kan bøjes om et ækvivalent sted, hvis det drejer sig om en bundet læbetætning, dvs. en tætning, hvor læben er bundet til en radial flange af et metalhus.The concave configuration of the molded surface allows the leg 4 and the sealing head 5 to be shaped so that the lip can be bent about the point of connection between the leg and the radial rib of the molded ring 1, or it can be bent about an equivalent place if it rotates. say a bound lip seal, ie. a seal in which the lip is bonded to a radial flange of a metal housing.

En sådan vinkelbøjning af læben, set i aksialsnit, muliggør, at tætningskanten meget bedre kan ekspandere ensartet med henblik på at tilpasse sig forskellige akseldiametre. Der må dog regnes med, at der skal anvendes forskellige skruefjedre 11, for at arrangementet kan komme til at passe til forskellige akseldiametre. Når tætningen anvendes til en roterende aksel, vil den større læbefleksibilitet også forbedre tilpasningen til eventuelle akselfladeuregelmæssigheder og vibration.Such an angular bending of the lip, seen in axial section, allows the sealing edge to expand much better uniformly in order to adapt to different shaft diameters. However, it is to be expected that different screw springs 11 must be used in order for the arrangement to fit different shaft diameters. When the seal is applied to a rotating shaft, the greater lip flexibility will also improve the adaptation to any shaft surface irregularities and vibration.

Der vil muligvis kunne opnås nogen forbedring ved at ændre aksellæbetætnin-ger til en udformning med en konkav støbt flade, som støder op til tætningskanten, eventuelt tætningsslidfladen, men dette vil sandsynligvis ikke have nogen betydning ved tætninger, som skal bestå af et hårdt materiale, f.eks. et mate- 144251 5 riale med mere end 90° I.R.H. (International gummihårdhed).Some improvement may be achieved by changing the shaft lip seals to a configuration with a concave molded surface adjacent to the sealing edge, possibly the sealing wear surface, but this is unlikely to be of significance for seals which must be made of a hard material. eg. a material having more than 90 ° I.R.H. (International Rubber Hardness).

Som allerede nævnt anvendes opfindelsen til tætninger med læbe af et elasto- 2 mert materiale med en elasticitetskoefficient på mellem 3,5 og 8,5 MN/m . Eksempler på passende materialer er olieresistent syntetisk gummi, såsom nitrilgummi og silikongummi, som har en hårdhed på mellem 55° og 90° I.R.H.As already mentioned, the invention is applied to lip seals of an elastomeric material having an elasticity coefficient of between 3.5 and 8.5 MN / m. Examples of suitable materials are oil resistant synthetic rubber such as nitrile rubber and silicone rubber having a hardness of between 55 ° and 90 ° I.R.H.

Et eksempel på udformningen af læben i tætningen ifølge opfindelsen er illustreret i fig. 4, der viser en støbt, men endnu ikke tilrettet læbe, med tilretning som angivet f.eks. efter linierne 7a og 7b, til dannelse af såvel tilretningsfladen ved den ønskede vinkel, som tætningskanten 6 ved den krævede nominelle diameter.An example of the shape of the lip in the seal of the invention is illustrated in FIG. 4, showing a molded but not yet adjusted lip, with alignment as indicated e.g. along the lines 7a and 7b, to form both the alignment surface at the desired angle and the sealing edge 6 at the required nominal diameter.

Den aksiale dimension L fra tætningskanten til forbindelsesstedet mellem benet 4 og den radiale ribbe eller tilsvarende del af den støbte ring betegnes "læbehøjden", og ud fra denne kan man bestemme netop den krumning af konkaviteten af den støbte flade 8, som giver en krævet tangentvinkel 0.The axial dimension L from the sealing edge to the point of connection between the leg 4 and the radial rib or similar part of the molded ring is referred to as the "lip height" and from this it is possible to determine precisely the curvature of the concavity of the molded surface 8 which gives a required tangent angle 0th

For en cirkulær konkavitet bestemmes radius C ud fra ligningen C = ~ "Lgi- sin 0For a circular concavity, radius C is determined from the equation C = ~ "Lgi- sin 0

Konkaviteten behøver ikke at være cirkulær, selv om dette formodentlig vil være den mest hensigtsmæssige form for fremstilling af støbeværktøjer. Der kan anvendes en ækvivalent parabel eller anden kurve af 2. grad, navnlig hvis man ønsker at opnå en given graduering af tykkelsen og dermed fleksibiliteten af benet 4.The concavity need not be circular, although this will probably be the most appropriate form of molding tool manufacture. An equivalent parabola or other curve of the second degree can be used, especially if one wishes to obtain a given modulation of the thickness and thus the flexibility of the leg 4.

Den støbte flade 8 behøver ikke at være konkav hele vejen, idet den kan have en konkav del, som støder op til tætningskanten 6 og udmunder i en retlinjet keglestubformet flade inden for læbehøjden L.The molded surface 8 need not be concave all the way in that it may have a concave portion which abuts the sealing edge 6 and opens into a rectilinear cone-shaped surface within the lip height L.

Opfindelsen er i det foregående forklaret i forbindelse med en indre tætning til tætning mod en akselflade, men kan naturligvis også anvendes ved en udvendig tætning, som tætner mod fladen af et omgivende hus.The invention has been explained above in connection with an inner seal for sealing against a shaft surface, but can of course also be used with an external seal which seals against the surface of an surrounding housing.