DK146050B - Taetningselement til taetning imellem to maskinelementer og anvendelse af samme - Google Patents

Description

i 146050

Opfindelsen angår et tætningselement til tætning imellem to maskinelementer og med en første ring med en til anbringelse imod bunden af en not i det ene maskinelement bestemt anlægsflade og en 5 anden ring, som ligger an imod den bort fra anlægsfladen vendende flade af den første ring og på sin bort fra den første ring vendende side er forsynet med en ringnot, i hvilken der er anbragt en tredje ring, hvorhos den første ring og den tredje ring består af et gummielastisk 10 materiale.

Ved hydrauliske og pneumatiske maskiner og apparater findes der en mængde tætningsproblemer. Konstruktøren stiller alt efter den tilstræbe anvendelse forskellige krav til tætningen. Eksempelvis må tætningsorganer-15 ne ofte kun optage ringe plads og være lette at montere.

Desuden skal tætningsorganerne kunne tilvejebringe tæthed i forudbestemte tryk- og temperaturområder og have en lang levetid.

Hvis tætningsorganerne skal tjene som tætning af 20 et mellemrum mellem to i forhold til hinanden bevægelige dele, skal de ved bevægelsen kun forårsage den mindst mulige friktion og den mindst mulige hæftning. Endvidere består f.eks. ved hydraulikcylindre den fare, at stemplet ved bevægelse bort fra hvilestillingen ikke bevæger sig 25 regelmæssigt men rykvis, hvilket i fagsprog betegnes som "stick slip".

Hvis en tætningsindretning skal anvendes til tætning af et stempel i en hydraulikcylinder for et større trykområde på f.eks. 0-500 Bar, skal den have delvis 30 indbyrdes modstridende egenskaber. På den ene side skal den være let deformerbar, således at den kan tætne også ved små tryk og ubevægelige dele, men samtidigt kan glide let ved stemplets bevægelse. På den anden side må den ved store tryk ikke kunne trykkes ind i de af det nødvenr 35 dige spillerum betingede spalter mellem de to maskindele, som skal aftættes.

146050 2

Der findes forskellige kendte arter af tætnings-elementer, som imidlertid kun delvis kan opfylde de stillede krav. F.eks. kendes der et tætningselement med to ringe til anbringelse i en ringnot i et i en hy-5 draulikcylinder lejret stempel. Den ene, indre ring i tætningsindretningen består af en elastomer og ligger med sin inderflade an mod bunden af ringnoten. Den anden, ydre ring består af polytetrafluorethylen og ligger med sin indre flade an på yderfladen af elastomerringen. Den 10 ydre flade af den ydre ring ligger an imod inderfladen i hydraulikcylinderen. Dette kendte tætningselement er ret godt egnet til hydraulikcylindre med stort tryk. Ved mindre tryk og især ved luftformet strømningsmediura giver den dog på grund af den ringe elasticitet af poly-15 tetrafluorethylen en ufuldkommen tætning.

Til brug ved forholdsvis lave tryk kendes bl.a. fra DE-patentskrift nr. 862.989 og FR-patentskrifterne nr. 1.066.708 og 1.292.024 tætninger, ved hvilke de to ringe af elastomert materiale f.eks. gummi er anbragt på 20 den indvendige og udvendige side af en stiv metallisk bærering, som ikke i sig selv har nogen tætningsfunktion.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et tætningselement af den angivne art, som kan anvendes såvel ved store som ved små tryk og såvel til væsker som 25 til luftarter.

Udgående fra det i det foregående beskrevne kendte tætningselement opnås dette formål ved, at den anden ring er en tætningsring og består af elastisk deformerbart materiale, hvis elasticitetsmodul er større end de 2 30 to andre ringes og andrager 3000-25000 kp/cm .

Opfindelsen angår desuden en anvendelse af tætningselementet for at tilvejebringe tætning af mellemrummet mellem et første og et andet maskinelement, ved hvilken dimensionerne af ringene er således tilpasset af-35 standen imellem maskinelementerne, at anlægsfladen for den første ring ligger an imod bunden af noten under forspænding, og de bort fra den første ring vendende flader på den anden og den tredje ring ligger an imod det før- 3 146050 ste maskinelement, hvorhos den tredie ring ligedes er under forspænding.

I det følgende forklares opfindelsen under henvisning til tegningen, hvor 5 fig. 1 viser et snit igennem to maskinelementer, hvoraf det ene har en ringnot med en deri indsat tætningsindretning ifølge opfindelsen og fig. 2 det samme i en anden stilling af delene.

I fig. 1 ses dele af et første maskinelement 1 og 10 et andet maskinelement 2. Maskinelementet 1 har en flade la, som vender imod en flade 2e på maskinelementet 2. De to maskinelementer 1 og 2 er bevægelige i forhold til hinanden, og til opnåelse af det til bevægeligheden nødvendige spillerum imellem flader la og 2e 15 findes der et spalteformet mellemrum 6. De mellemrummet 6 begrænsende flader la og 2e kan være koaksiale cylinderflader. Maskinelementet 1 kan være en hydraulikcylinder og maskinelementet 2 et stempel deri. De to elementer kan dog også være en aksel og et leje eller 20 andre dele. Elementerne 1 og 2 består af metal, f.eks. stål, støbejern eller bronze alt efter deres anvendelse og udformning.

Maskinelementet 2 er forsynet med en med de to elementer koaksial ringnot 2a, som har en bund 2b og 25 sidevægge 2c og 2d. Noten 2a har et i hovedsagen retvinklet tværsnit, medens overgangene imellem bunden 2b og sidevæggene 2c og 2d er afrundede.

I ringnoten 2 er anbragt et tætningselement, som består af tre formstofringe. Den første ring 5 lig-30 ger med sin indvendige anlægsflade 5a an mod bunden 2b af ringnoten 2a. Den næstyderste anden ring 3 ligger med sin inderflade 3f an på den bort fra anlægsfladen 5a vendende yderflade 5b af ringen 5. Den anden ring 3 er på sin bort fra den første ring 5 vendende side 35 forsynet med en i tværsnit i hovedsagen rektangulær ringnot 3a, som er koaksial med ringnoten 2a og har en bund 3b samt sidevægge 3c og 3d. I ringnoten 3a er der anbragt en tredie ring 4, som med sin flade 4a lig- 4 146050 ger an imod bunden 3b af noten 3a. Den anden og den V tredie ring ligger med deres fra den første ring bortvendte flader 3e og 4b an imod det første maskinele-ment 1.

5 Den første og den tredie ring, henholdsvis 5 og 4, har en større elasticitet og elastisk deformerbarhed end den anden ring 3, dvs. elasticitetsmodul og hårdhed af den første og den tredie ring er mindre end af den anden ring.

10 Den første og den tredie ring 5 og 4 er gummi elastiske og har et træk-elasticitetsmodul fra ca. 1 kp/ 2 2 cm til højst ca. 2000 kp/cm og en hårdhed Shore A på ca. 30-90. Den første og den tredie ring består altså af en elastomer. Ved elastomer forstås her også sådanne 15 formstoffer, som i deres grundsammensætning ikke er gummielastiske, men ved tilsætning af blødgøringsmidler bliver gummielastiske. Et sådant stof er f.eks. en blød-gøringsstofindeholdende såkaldt halvfast polyamid.

Den anden ring 3 har et træk-elasticitetsmodul 2 2 20 fra mindst ca. 3000 kp/cm indtil højst 25000 kp/cm .

Den kan f.eks. bestå af en polyfluorcarbonhydrid, f.eks. poly- tetrafluorethylen med et elasticitetsmodul på ca. 7500 kp/cm og en hårdhed Shore D på 55-65. Den anden ring 3 kan f.eks. også bestå af en højmolekulær polyethylen, 25 som har en hårdhed Shore D på ca. 60-66 og et skubmodul 2 på ca. 10000 kp/cm .

Dybden af de to ringnoter 2a og 3a og dimensio-.Anerne af de tre ringe 5, 3 og 4 er således tilpasset hinanden og til afstanden imellem de to maskinelementer 30 1 og 2, at de to gummielastiske ringe 5 og 4 bliver sammentrykket noget, dvs. den vinkelret på notbunden 3b målte tykkelse af ringen 4 er større end dybden af noten 3a, således at ringen 4, før sammenbygningen af maskinelementerne 1 og 2 rager ud af noten 4a og så-35 ledes strækker sig i det mindste til fladen 2e. Ligeledes er summen af de vinkelret på notbunden 2b målte tykkelser af ringene 3 og 5 større end dybden af noten 2a, således at den anden ring 3 rager ud af noten 2a, 5 146050 dvs. over fladen 2e. Den første ring 5 ligger derfor under forspænding imod bunden 2b af noten 2a og trykker den anden ring 3 imod maskinelementet 1. Ydersiderne af de på begge sider af noten 3a liggende afsnit 5 af den anden ring 3 ligger derfor an imod fladen la. Tilsvarende ligger også ringen 4 under forspænding an imod fladen la.

Hvis maskinelementerne 1 og 2 er dele, der som et stempel og en cylinder bevæger sig imod hinanden vin-10 kelret på ringnoterne, anvendes som første og tredie ring hensigtsmæssigt ringe, som oprindeligt, dvs. før sammentrykningen, allerede har et ikke-cirkelrundt tværsnit.

Når deres dimension i noternes tværretning er større end vinkelret på notbunden, undgås, at de ruller frem og til-15 bage på tværs af noten på notbunden. Den første og tredde ring kan f.eks. før sammentrykningen have ellipseformet eller ovalt tværsnit. De imod og bort fra maskinelementet l's vendende flader 3e og 3f af den anden ring 3 er hensigtsmæssigt parallel henholdsvis koaksial med fladen 20 la.

Fig. 2 viser stillingen af ringene, når der på den højre side af tætnings elementet findes et under tryk stående strømningsmedium 8, f.eks. hydraulikolie. Den første ring 5 og den anden ring 3 bliver nu af strøm-25 ningsmediet trykket imod den venstre sidevæg 2c i ringnoten 2a. Samtidig bliver den tredie ring 4 trykket imod sidevæggen 3c af ringnoten 3a. Den første og den tredie ring tilvejebringer ved deres gode deformerbarhed en tilfredsstillende aftætning. Da den første ring 5 30 trykker den anden ring 3 imod fladen la på det første maskinelement 1, er der imellem den anden ring 3 og fladen la praktisk taget ingen mellemrum. Den tredie ring kan imidlertid ikke trykkes ud af ringnoten 3a og kan således ikke beskadiges ved extrusion. Da den anden 35 ring 3 ligger an imod notsidevæggen 3c uden mellemrum, kan heller ikke den første ring 5 blive extrude-ret og beskadiget.

146050 6

Forspændingen af den første ring 5 er således fastlagt, at den anden ring 3 kun trykkes imod fladen la af en forholdsvis lille kraft, således at extrusion af den tredie ring 4 netop kan undgås. Derved kan frik-5 tionen holdes tilsvarende lille. Hvis maskinelementerne 1 og 2 er en cylinder og et stempel, har den lille friktion især den fordel, at stemplet allerede ved påvirkning af en mindre kraft eller en trykforskel udfører en langsom og rolig bevægelse. Den med "stick slip" betegnede 10 rykvise bevægelsesart, ved hvilken stemplet først bliver sat i bevægelse ved påvirkning af en forholdsvis stor kraft og derefter på grund af det ikke tilstrækkelige hydraulikmediums efterskub atter bliver stående, kan altså vidtgående undgås ved hjælp af denne tætnings indretning.

15 Det beskrevne tætningselement giver i et meget stort trykområde f.eks. 0-500 Bar en tilfredsstillende tætning. Den øvre trykgrænse er i første linie bestemt ved størrelsen af mellemrummet 6 og flydemodstanden af den anden ring 3, hvorimod hårdheden af den første og 20 den tredie ring ikke har nogen betydning. Derimod er deformerbarheden af de to gummielastiske ringe 5 og 4, især den tredie ring 4, afgørende for tætheden ved små tryk. Da den anden ring 3 til formindskelse af friktionen som nævnt kun trækkes forholdsvis svagt imod fladen 25 la, kan den nemlig ikke afbryde strømmen langs med den på overfladen la hæftende væskefilm, eller såfremt det drejer sig om et luftformet strømningsmedium, luftlag.

Derimod yder den tredie ring 4 en "aftørring" af væskefilmen og en tilfredsstilende tætning, uden at den ruller 30 på fladen la ved forskydning af stemplet.

Da tætningselementet er udformet spejlsymmetris^ tilvejebringer den såvel ved flydende som luftformede strømningsmedier ved trykpåvirkning på begge sider en god tæthed.

35 Maskindelene 1 og 2 kan rotere i forhold til hinanden om tætningselementets symmetriakse eller udføre såvel en rotationsbevægelse som en translationsbevægelse. Materialer og overflader er således beskafne, at frikti- 7 146050 onskoeffecienten imellem maskinelementet 1 og den anden ring 3 er mindre end imellem ringene 3 og 5 og også mindre end imellem ringene 5 og maskinelementet 2.

Ringene 3 og 5 bliver derved ubevægelige ved en rota-5 tion i forhold til maskinelementet 2. Friktionen imellem den tredie ring 4 og det første maskinelement 1 er større end mellem den anden og tredie ring.

Når de to maskinelementer roterer i forhold til hinanden, ligger den tredie ring 4 fast i forhold til 10 det første maskinelement 1 og glider langs bunden 3b af noten 3a. Bevægelsesfladerne af noten 3a er glatte, således at den tredie ring 4 ved rotationen på ingen måde bliver beskadiget.

Tætnings elementet kan også anvendes til at til-15 vejebringe tæthed imellem maskinelementer, som udfører en translations- og/eller en rotationsbevægelse i forhold til hinanden. Også i forhold til hinanden hvilende elementer kan aftættes. Materialerne kan vælges svarende til det forhåndenværende tryk- og temperaturområde samt sva-20 rende til de kemiske og fysiske egenskaber hos strømningsmediet, således at der opnås optimale egenskaber.

Tætningselementet optager forholdsvis lidt plads.

Ved montagen kan de gummielastiske ringe 5 og 3 indsættes i de tilsvarende noter ved en forudgående udvidelse.

25 Den mindre udvidelige ring 2 kan ved en ringdiameter på mere end ca, 60 mm indsættes i ringnoten 2a ved en kortvarende udvidelse. Ved mindre diameter kan maskinelementet 2 være dannet af to udløseligt med hinanden forbundne dele, som tilsammen danner noten 2a. Endvidere 30 består der den mulighed at dele den anden ring på et eller andet sted af dens omkreds. Hvis der ingen rotation finder sted, er det tilstrækkeligt, at de to skilleflader af ringen støder frit imod hinanden.

Endelig skal det bemærkes, at fladerne la og 2e på de to 35 maskinelementer ikke behøver at være koaksiale. De to maskinelsnen-ter 1 og 2 kan f.éks. være to flanger med imod hinanden vendende plane flader la og 2e. Nogen 2a og de tre ringe 3, 4 og 5 behøver i så fald ikke at forløbe langs en cirkellinie, men kan f.eks. forløbe efter en oval eller et rektangel med afrundede hjørner.