DK162793B - Stangtaetning - Google Patents

Description

DK 162793 B

Opfindelsen angår en indretning til tætning af det sted, hvor et hydraulisk apparats aksialt bevægelige stang genneratrænger dets husvæg, og med en tætningsring af et sejelastisk kunststof eller et hårdere elas-5 tomer-materiale og en spændring af et blødere elastomer-materiale, hvilke ringe er således anbragt fælles i en not i husvæggen, at deres fælles berøringsflade har en ende, som vender mod det rum, der skal tætnes, og hvor spændringen med en ved hjælp af overmål frembragt 10 radial forspænding er tætnende indspændt mellem notens omkredsflade og tætningsringens yderside, og tætningsringen på sin mod stangen vendende inderside har to aksialt i forhold til hinanden forsatte, ringformede tætnekanter med hvilke den berører stangen på tætnende 15 vis.

En sådan tætningsindretning med en såkaldt "dob-beltkantring" virker som en forenklet realisering af tandemprincippet, der gør brug af to aksialt efter hinanden anbragte tætninger, der hver kun har én tætne-20 kant. Tandemprincippet er eksempelvis beskrevet i H.K.

Mililer: "Tandem-Stangendichtungen in der Hydraulik- technik", VIII. internationale Dichtungstagung, Dresden 1986 (KdT). Fordelen ved en tætnings indretning med en dobbeltkantring i forhold til en tandemtætning består i 25 et mindre behov for indbygnings rum og i lavere fremstillings- og montageomkostninger.

Ved stangens bevægelse ud af det væskefyldte rum udsættes den mod dette rum vendende tætnekant hos en dobbeltkantring ligesom hos en tandemtætning for en 30 ringe af løftning som følge af den af den bevægede stang frembragte slæbestrømning. Derved danner der sig en spalte mellem denne tætnekant og stangoverfladen. I dobbeltkantringens ringrum samler der sig væske, eftersom den gennem spalten slæbte væske afstryges af den 35 anden tætnekant. Den således fremkomne akkumulering af væske i ringrummet mellem de to tætnekanter er ønsket, 2

DK 162793 B

idet den i princippet gør det muligt med en i og for sig kendt, gunstig udformning af de til tætnekanten stødende flader at få en umiddelbar tilbageslæbning af akkumuleret væske til det væskefyldte rum, når stangen 5 igen bevæges ind i dette. En særlig stor tykkelse af den smørefilm, der afløfter tætnekanten, opstår ved stangens bevægelse ud af et oliefyldt rum, navnlig i det tilfælde at olien er meget kold og dermed ekstremt tyktflydende. Også af denne grund er det fordelagtigt 10 at anbringe mindst to tætnekanter efter hinanden. Den i smørefilmen af den første tætnekant frembragte væskegnidning opvarmer den kolde olie, og afstrygningsvirk-ningen af den anden tætnekant bliver forbedret. Alligevel er virkningen af tætningsindretninger med dob-15 beltkantringe ikke så gunstig, som de nævnte betragtninger antyder. Dette skyldes, at ved en dobbeltkantring har det af de to kanter begrænsede ringrum kun et forholdsvis lille volumen, så at ringrummet efter forholdsvis kort tid under ugunstige driftsbetingelser kan 20 fyldes helt med indtrukket væske. Slippes der derefter yderligere væske ind i ringrummet, dannes der heri u-middelbart et mellemtryk Pz, der kan være væsentlig større end trykket P af den væske, der skal tætnes overfor. Dette skyldes dels den tætnende afstrygevirk-25 ning af den ydre tætnekant på lavtryks s id en, dels den høje strømningsmodstand af spalten mellem den bevægede stang og den indre tætnekant, som den indslæbte væskestrøm igen skal strømme forbi mod slæberetningen og tilbage i det rum, der skal tætnes. Et på denne måde 30 opstået højt mellemtryk bevirker nu på uønsket vis en hydraulisk aflastning og derméd en mindskning af tætnekantens tryk på stangen. Derved kan den ydre tætnekant blive drastisk aflastet, hvilket fører til at også tykkelsen af den under den ydre tætnekant og ud i de tryk-35 løse omgivelser.slæbte væskefilm stiger voldsomt. Da ringrummet ved stangens bevægelse tilbage i det rum, 3

DK 162793 B

der skal tætnes, igen af slæbevirkningen pumpes delvis tomt, er mellemtrykket i løbet af denne bevægelsesfase lille, og den ydre tætnekant står igen under stort pres. Som følge heraf bliver den udenfor tætningen til 5 stangoverfladen klæbende, tykke væskefilm afstrøget af den ydre tætnekant, og der opstår lækage.

Opfindelsen har til formål at forbedre en tætningsindretning med en dobbeltkantring af den i indledningen nævnte art på en sådan måde, at faren for af-10 løftning af den ydre tætnekant og dermed lækage på grund af den lille akkumuleringsevne af ringrummet undgås.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at tætningsringen har mindst én kanal, der forbinder det mellem 15 tætnekanterne værende ringrum med tætningsringens yderside, og at hver åbning dannet af en kanals udmunding i ydersiden er dækket af spændringen og er beliggende mellem enden mod højtrykssiden og midten af den fælles berøringsflade mellem tætnings ringen og spændringen.

20 Den kanal ifølge opfindelsen, der forbinder ringrummet med tætningsringens yderside og ved sin udmunding er dækket af spændringen, virker som en slags overtryksventil. Så snart mellemtrykket Pz i ringrummet og dermed også ved kanalens udmunding overskri-25 der det fladetryk, hvormed spændringen ligger an over kanalens udmunding, løftes spændringen bort fra åbningen, og den forbi den indre tætnekant og ind i mellemrummet slæbte væske kan gennem kanalen og spalten mellem den løftede spændring og tætningsringens yderside 30 strømme tilbage i det rum, der skal tætnes. Tætningsindretningen ifølge opfindelsen giver konstruktøren den mulighed, at indstille forskellen mellem mellemtrykket og trykket af den væske, der skal tætnes overfor, på en sådan værdi, at der under alle driftsforhold oprethol-35 des et tilstrækkeligt stort pres og dermed tætningsvirkningen af dobbeltkantringens ydre tætnekant. I den- 4

DK 162793 B

ne forbindelse afgør stedet for kanalens udmunding på tætningsringens yderside det fladetryk, hvormed spænd-ringen ligger an mod tætningsringen, og valget af det sted, hvor kanalen udmunder på tætningsringens yder-5 side, muliggør bestemmelse af det fladetryk, hvormed spændringen ligger an mod tætningsringen og dermed også dækker kanalens munding. Kanalens udmunding kan dermed anbringes på et sted, hvor fladetrykket kun er en smule større end det tryk, der skal tætnes over for. I 10 hvert tilfælde er det altid sikret, at fladetrykket er større end dette tryk, idet fladetrykket fremkommer som addition af det på spændringen virkende tryk, der skal tætnes overfor, og spændringens egenspænding.

Tætningsringen er fortrinsvis forsynet med flere 15 på omkredsen fordelte kanaler, så at strømningsmodstanden af den tilbagestrømmende væske er lille, hvilket endvidere bidrager til, at forskellen mellem det i ringrummet fremherskende mellemtryk og trykket af den væske, der skal tætnes overfor, kan holdes lille.

20 Ved en foretrukket udførelsesform ifølge opfin delsen er tætningens yderside forsynet med en ringnot, som kanalerne munder ud i, og som over sin fulde længde er dækket af spændringen. Også denne ringnot kan endvidere fortrinsvis være udformet nær ved den mod tryk-25 siden vendende ende af berøringsfladen mellem tætningsringen og spændringen, for at holde trykforskellen mellem mellemtrykket og det tryk, der skal tætnes over for, meget lille. Fordelen ved denne udførelsesform består i, at den gennem de enkelte kanaler tilbagestrøm- .

30 mende væske først samler sig i ringnoten, før end væsken ved trykbestemt afløftning af spændringen strømmer tilbage til det rum, der skal tætnes.

Ved en foretrukken udførelsesform for opfindelsen består tætningsringen af to delringe, der hver har 35 en tætnekant, og kanalen er dannet af en not, der er tildannet ind i den endevæg af en af de to delringe,' 5

DK 162793 B

hvormed denne delring ligger an mod den anden delring.

Ved denne udførelsesform bliver delringene af det medium, der skal tætnes over for, presset aksialt mod hinanden, de berører hinanden gennem plane eller kegle-5 stubformede sideflader, der tilsammen danner begge delringenes delfuge og har de kanaldannende noter. Denne udførelsesforms fordel består i den forenklede fremstilling af den radiale kanal og en bedre mulighed for en separat optimal dimensionering af de to delringe.

10 Opfindelsen finder ikke kun anvendelse i for bindelse med tætningsindretninger, hvor tætningsringen har en cylinderflade som anlægsflade for spændringen, men kan også anvendes til sådanne tætningsindretninger, hvor tætningsringen har en profileret yderside, der kan 15 tjene til på forudbestemt vis at fordele spændringens tryk på tætningsringen. Opfindelsen kan endog anvendes ved sådanne tætnings ind retninger, hvor tætnings ringen har et mellem spændringen og notens omkredsflade udformet afsnit, der sammen med afsnittet med tætnekanterne 20 danner en mod højtrykssiden åben not til optagelse af spændringen. I dette tilfælde støtter spændringen sig altså ikke umiddelbart, men derimod over et tilsvarende afsnit af tætningsringen, mod notens omkredsflade. Den grundlæggende virkemåde af tætningsindretningen forbli-25 ver derved uændret. Det åbner dog for et yderligere anvendelsesområde for tætningen ifølge opfindelsen, nemlig området for såkaldte notringe, der har en "påknap-pet" O-ring. Også her kan der hjælp af den af den elastomere o-ring dækkede kanal opnås en tydelig forbedring 30 af tætningsvirkningen.

En udførelsesform ifølge opfindelsen beskrives herefter nærmere med henvisning til tegningen. De i beskrivelsen og på tegningen omhandlede træk kan ved andre udførelsesformer ifølge opfindelsen finde anven-35 delse hver for sig eller flere ad gangen i vilkårlig kombination. På tegningen viser 6

DK 162793 B

fig. 1 et skematisk tværsnit gennem en ifølge opfindelsen udformet tætningsindretning til belysning af tætningens funktion i forbindelse med et diagram over trykforløbet ved den viste tætning, og 5 fig. 2 til 4 tværsnit svarende til det i fig. l gennem yderligere udførelsesformer ifølge opfindelsen.

En i fig. i vist tætnings indretning omfatter en tætningsring l og en spændring 2, der begge er således indsat koaksialt med hinanden i en not 35 i en 10 husvæg 3, at tætnings ringen 1 med de på sin inderside værende tætnekanter 11, 12 ligger an mod periferif laden af en gennem husvæggen 3 gående stang 4, mens spændringen 2 befinder sig mellem noten 35's omkredsflade 31 og ydersiden 21 af tætningsringen.

15 Tætningsringen 1 og spændringen 2 bliver belastet af en under et tryk P stående væske, der i fig. l befinder sig til venstre i forhold til tætningsindretningen, og bliver presset til højre mod siden af noten 35. Under stangen 4's udadgående bevægelse danner 20 der sig ved tætnekanten 11 på højtrykssiden en hydrodynamisk spalte, hvorigennem der som følge af en slæbestrømning føres væske ind i et ringrum 13 mellem de to tætnekanter 11, 12. På grund af afstrygningsvirkningen af tætnekanten 12 på lavtrykssiden fyldes så-25 vel ringrummet 13 som en kanal 14, der forbinder ringrummet 13 med tætnings ringen l's yderside 21, med væske. Ved yderligere indtrækning af væske sættes ringrummet 13 og kanalen 14 under et mellemtryk Pz. Spændringen 2 ligger som følge af overmål og 30 endvidere af indvirkningen fra det tryk P, der skal tætnes overfor, an mod hele tætningsringen l's yderside 21 med et forløb af fladetrykket, der afhænger af formen, af elasticitetsmodulet og af overmålet af spændringen 2. Dette forløb af fladetrykket er an-35 skueliggjort i det til fig. 1 hørende diagram ved hjælp af en kurve 5. Kanalen 14's munding 15 er til at 7

DK 162793 B

begynde med tæt lukket af spændringen 2. Men så snart mellemtrykket Pz i ringrummet 13 og i kanalen 14 overskrider værdien af spændringen 2's fladetryk Pf mod kanalen 14's udmunding 15, løfter væsken i ka-5 nalen 14 spændringen 2 lokalt, og dernæst flyder væsken tilbage til højtrykssiden i det under trykket P stående væskefyldte rum af noten 35. indretningen virker derved som en slags overtryksventil. Det i fig. l eksempelvis gennem kurven 5 viste forløb af flade-10 trykket mellem spændringen og tætnings ringen 1 svarer omtrent til de forhold, der forekommer ved anvendelsen af en O-ring som spændring 2. Det gennem kurven 5 viste maksimum for fladetrykket ligger her ca. ved midten af en berøringsflade 22 mellem spændrin-15 gen 2 og tætningsringen l. Med beliggenheden ifølge opfindelsen af kanalen 14's udmunding 15 mellem denne midte og den mod højtrykssiden vendte ende af berøringsfladen 22 opnås, at fladetrykket Pf ved udmundingen 15 kun er en smule højere end trykket P 20 af den væske, der skal tætnes overfor. Således opnås der, at det maksimale mellemtryk Pz under alle driftsbetingelser kun kan være lidt større end det tryk, der skal tætnes imod.

Fig. 2 viser en tætningsindretning med en i ét 25 stykke udformet tætningsring 201 og en spændring 202, der kun adskiller sig fra udførelsesformen i fig. l derved, at et ringrum 213 mellem en indre tætnekant 211 og en ydre tætnekant 212 har en notagtig udvidelse, og endvidere ved, at der ind i den mod det rum, 30 der skal tætnes, vendende sideflade af tætningsringen 21 er tildannet radiale noter 216, der i ethvert tilfælde sikrer, at det afsnit af noten 235, der optages af spændringen 22, er tilgængeligt for den under trykket P stående væske, der skal tætnes overfor.

35 Denne tætnings virkning svarer til virkningen af den i fig. 1 viste tætning.

DK 162793 B

8

Fig. 3 viser en udførelsesform for tætnings indretningen, hvor tætningsringen består af to delringe 31a og 3lb. Disse to delringe og spændringen 32 er indlagt fælles i en not 335 i hus væggen 33. Den 5 væske, der skal tætnes overfor, trænger gennem husudboringen 332 ind i noten 335.. Delringen 31a har en tætnekant 311 og en konveks, kegleagtig sideflade 316, hvormed den ligger an mod en dermed konform, kegleagtig sideflade 317 på den anden delring 31a, som 10 ligeledes har en tætnekant 312. Mellem de to tætnekanter 311 og 312 er der igen et ringrum 313, hvorfra der strækker sig en kanal 314 hen til en ved tætningsringens yderside 321 udformet ringnot 318, der er tildannet ved et trin i den første delring 15 31a's sideflade 316. Kanalerne 314's udmundinger 315 befinder sig i området af denne ringnot 318. Spændringen 32 er med overmål indspændt i rummet mellem noten 335's ydre omkredsflade 331 og ydersiden 321 af den af delringene 3la og 31b dannede tæt- 20 ningsring. Ringnoten 315 er beliggende mellem den på delringen 31a værende, mod højtrykssiden vendende ende 322 af den fælles berøringsflade mellem spændringen 32 og delringene 31a, 31b og midten af denne berøringsflade. I den mod det rum, der skal tætnes, 25 vendende sideflade af tætningsringen er der som ovenfor indarbejdet radiale noter 316.

Ved den i fig. 4 viste udførelsesform er den i en not 435 i husvæggen 43 indlagte tætningsring 41 udformet som en slags notring, der har et afsnit 437, 30 som ligger an mod omkredsfladen 431 af noten 435, hvilket afsnit sammen med den resterende del af tætningsringen 41 afgrænser en mod højtrykssiden åben not 418, hvori der er indtrykket en som spændring tjenende O-ring 42. Denne gummielastiske spændring 35 42 er indbygget i noten 418 under forspænding, så at den på den ene side på tætnende vis trykker tætnings- 9

DK 162793 B

ringens afsnit 437 an mod omkredsfladen 431 af noten 435 og på den anden side også presser den med to aksialt efter hinanden anbragte tætnekanter 411, 412 forsynede tætningsring mod den aksel 44, der skal 5 tætnes. Derved adskiller denne udførelsesform for tætningsindretningen sig i det væsentlige kun fra de tidligere beskrevne udførelsesformer ved, at spændringen 42 ikke umiddelbart, men derimod gennem det eftergi-velige afsnit 437 af tætningsringen 41, støtter sig 10 mod omkredsfladen 431 af noten 435.

Som ved de foregående udførelsesformer er ringrummet 413, der befinder sig mellem de to tætnekanter 411 og 412, også her gennem en kanal 414 forbundet med ydersiden 421 af det afsnit af tætnings-15 ringen 41, der er belastet af spændringen 42, der dækker udmundingsåbningen 415 af denne kanal. Denne kanals udmunding er ligeledes beliggende i et område af berøringsfladen 422 mellem spændringen 42 og tætningsringen 41, der befinder sig mellem midten og den 20 mod højtrykssiden vendende ende 422 af denne berøringsflade. Således er det også ved denne udførelsesform ifølge opfindelsen sikret, at væske, der er slæbt ind i ringrummet 413, kan strømme bort fra dette ringrum gennem kanalen 414, når mellemtrykket Pz i 25 dette ringrum overskrider det af spændringen 42 udøvede fladetryk Pf på udmundingen af kanalen 414.

Også her kan der ved hjælp af udmundingen 415's placering i forhold til den fælles berøringsflade opnås, at fladetrykket Pf og dermed det selvindstillende 30 mellemtryk Pz kun er en smule større end trykket P af væsken, der skal tætnes overfor.

De ovennævnte udførelsesformer viser tydeligt, at opfindelsen kan finde anvendelse ved tætningsindretninger af forskellig art, og at der for fagmanden er 35 mange muligheder for ved hjælp af en spændring at udforme en med en slags sikkerhedventil forsynet kanal,

Claims (4)

10 DK 162793 B når det gælder om at aflaste et af tætnekanter begrænset rum, hvori den væske, der skal tætnes mod, kan samle sig under overtryk, ved at føre denne væske ind i høj tryksrummet. 5

1. Indretning til tætning af det sted, hvor et hydraulisk apparats aksialt bevægelige stang (4) gen-nemtrænger dets husvæg (3), og med en tætningsring (i) 10 af et sej elastisk kunststof eller et hårdere elastomermateriale og en spændring (2) af et blødere elastomermateriale, hvilke ringe er således anbragt fælles i en not (35) i husvæggen (3), at deres fælles berøringsflade har en ende (22), som vender mod det rum, der skal 15 tætnes, og hvor spændringen (2) med en ved hjælp af overmål frembragt radial forspænding er tætnende indspændt mellem notens (35) omkredsflade (31) og tætningsringens (1) yderside (21), og tætningsringen på sin mod stangen (4) vendende inderside har to aksialt i 20 forhold til hinanden forsatte, ringformede tætnekanter (11,12) med hvilke den berører stangen (4) på tætnende vis, kendetegnet ved, at tætningsringen (1) har mindst én kanal (14), der forbinder det mellem tætnekanterne (11,12) værende ringrum (13) med tætnings-25 ringens yderside (21), og at hver åbning (15) dannet af en kanals (14) udmunding i ydersiden (21) er dækket af spændringen og er beliggende mellem enden (22) mod højtrykssiden og midten af den fælles berøringsflade mellem tætningsringen (1) og spændringen (2).

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tætningsringens (31a, 31b) yderside (321) er udformet med en ringnot (318), som kanalerne (314) udmunder i, og som over sin fulde længde er dækket af spændringen (32).

3. Indretning ifølge krav i eller 2, kende tegnet ved, at tætnings ringen består af to del- 11 DK 162793 B ringe (31a, 31b), der hver har en tætnekant (311; 312), og at kanalen er udformet som en not, der er tildannet ind i den endevæg (316) af en af de to delringe (3la), hvormed denne delring ligger an mod den anden delring 5 (31b).

4. Indretning ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at tætningsringen (41) har et mellem spændringen (42) og notens (435) omkredsflade (431) udformet afsnit (417), der sammen med afsnittet 10 med tætnekanterne (411, 412) danner en mod højtrykssiden åben not (418) til optagelse af spændringen (42).