DK163319B - Ekstrusionsfast indretning til taetning mellem to ud for hinanden beliggende flader. - Google Patents

Description

i

DK 163319B

Opfindelsen angår generelt elastomert aktiverbare tætninger til højtryksanvendelser. Mere specielt angår opfindelsen en forbedret tætningsindretning af den i krav 11 s indledning angivne art til modvirkning af de-5 formation ogekstrusion af tætningen eller kappetætningen ved drift under høje tryk.

Det er almindeligt at anvende elastomert aktiverende tætninger til at tilvejebringe tætning mellem forskellige, til hinanden passende overflader, som man 10 finder dem i en mangfoldighed af mekaniske indretninger. Elatomert virkende tætninger anvendes således i vid udstrækning i hydraulisk udstyr, såsom landingshjulophæng på flyvemaskiner, hydrauliske værktøjer, hydrauliske aktivatorer og en stor mangfoldighed af andre mekaniske 15 indretninger inklusive forbrændingsmotorer, vakuumpumper etc.

Den mest almindelige form for elastomert aktiverende tætninger er O-rings-tætningen, der anvendes til stempel eller stangtætningsformål for at tilvejebringe 20 tætning mellem to mod hinanden liggende cylindriske overflader. Den elastomert aktiverende tætning monteres i en notgang i en af overfladerne og strækker sig ringformet tværs over mellemrummet mellem de to overflader for at tilvejebringe tætning af disse i forhold til hin-25 anden. Den elastomert aktiverende tætning er en to-element- tætning, som typisk omfatter en kappetætning eller tætningsring af plast, der aktiveres imod den modliggende overflade eller tætningsfladen af en elastomer ekspansionsring. Ekspansionsringe fremstilles sædvanligvis 30 af et elastisk materiale, såsom gummi eller syntetiske materialer med lignende elastiske egenskaber som gummi. Kappetætningen fremstilles typisk af et plastmateriale med lav overfladespænding, såsom polytetrafluorethylen (PTFE), eller af et blødt metal.

35 Til højtryksanvendelser, f.eks. ved tryk på 3000 psi (ca. 211 ato) eller mere, er tætningen tilbøjelig

DK 163319 B

2 til at deformere og gradvis blive ekstruderet ud i et mellemrum mellem de mod hinanden liggende flader. Dette mellemrum er almindeligt kendt under betegnelsen "eks-trusionsåbningen". Problemer med ekstrusion af tætningen 5 er særligt store ved anvendelse under højtryk eller ved vakuumformål. Dette er særlig problematisk, når frem- og tilbagegående flader tætnes ved stempel, cylinder- eller stangboringstætningssystemer.

For at forebygge eller i det mindste reducere 10 ekstrusion af tætningen ind i ekstrusionsåbningen er der udviklet forskellige støtte- eller anti-ekstrusions-ringe, som anbringes på den ene eller den anden side af den elastomert aktiverbare tætningsindretning. Støtteringene er typisk ét-element-ringe, der fremstilles af 15 et forholdsvis hårdt materiale med et højt elasticitetsmodul. Støtteringene er udformet konventionelt, så de støder op både mod tætnings ringen og mod den elastomere aktiveringsring.

Selv om støtteringe af forholdsvis hårde materia-20 ler er effektive til at forebygge ekstrusion af tætningen ind i ekstrusionsåbningen, har der vist sig problemer med, at den elastomere aktiveringsring slides, eller der opstår gnavning ved kontakten med støtteringen. Anvendelse af blødere støtteringsmaterialer med henblik på 25 at reducere gnavningen af den elastomere aktiveringsring er ikke mulig, fordi de blødere materialer ikke er effektive til forebyggelse af ekstrusion af tætningen.

Det ville være ønskeligt at tilvejebringe en støttering, der yder tilstrækkelig beskyttelse mod tæt-30 ningsekstrusion ved høje tryk eller kraftige vakuum, samtidig med at der opnås beskyttelse af den elastomere aktiveringsring mod slid.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et tætningssystem med et forbedret støtte- eller anti-35 ekstrusionselement, der forebygger ekstrusion af kappetætningen i den elastomert aktiverende tætning under hø-

DK 163319B

3 je tryk, samtidig med at sliddet på den elastomere del af den elastomert aktiverende tætning reduceres eller elimineres. Med henblik herpå er tætningsindretningen udformet med de i den kendetegnende del af krav 1 angiv-5 ne træk.

Som et særligt træk ved opfindelsen frembringes der med støtteelementets to-delte konstruktion med yderelementet af et forholdsvis hårdt, holdbart materiale og inderelementet af et forholdsvis blødt materiale et 10 særligt holdbart system, hvor slitage af den elastomert aktiverede tætning er reduceret. Selv om støtteelementer af et enkelt, forholdsvis hårdt, uelastisk tætningsmateriale kan tilvejebringe en tilstrækkelig beskyttelse mod ekstrusion, må sådanne støtteelementer i ét stykke på-15 regnes at forårsage et ganske stort slid og gnavning af den bløde, elastomere del af tætningsindretningen. Det reducerede slid og kompatibiliteten hos de flerdelte støtteelementer ifølge opfindelsen tilvejebringer et system med reduceret slid, hvilket øger levetiden for den 20 elastomert aktiverede tætning, hvorved også tidsrummene mellem adskillelse og eftersyn af udstyret bliver længere. En sådan forøget holdbarhed af den elastomert aktiverede tætning og den resulterende forlængelse af tiden mellem reparation og udskiftning er særlig vigtig i om-25 fattende, komplekse hydrauliske udstyr, hvor udskiftning og eftersyn af disse tætninger kan være en tidskrævende og dyr operation.

Ovennævnte og mange andre træk og medfølgende fordele ved nærværende opfindelse vil fremgå, og opfin-30 delsen blive bedre forstået ved hjælp af den efterfølgende, mere detaljerede beskrivelse med henvisning til den ledsagende tegning, hvor fig. 1 er et sidebillede af et tætningsstøtteelement i en foretrukket udførelse ifølge opfindelsen, 35 fig. 2 er et perspektivisk billede af et adskilt tætningsstøtteelement,

DK 163319B

4 fig. 3 er et tværsnitsbillede af en elastomert aktiveret tætning anbragt mellem tætningsstøtteindretninger ifølge opfindelsen, fig. 4 er et forstørret tværsnitsbillede af et 5 snitbillede af støtteringen 14 i fig. 3, fig. 5 er et snitbillede af en alternativ, foretrukket udførelse ifølge opfindelsen, fig. 6 er et billede af en anden alternativ, foretrukket udførelse ifølge opfindelsen, 10 fig. 7 er et snitbillede af en tredje alternativ, foretrukket udførelse ifølge opfindelsen, og fig. 8 er et snitbillede af yderligere et alternativt, foretrukket eksempel ifølge opfindelsen, som kan anvendes med en O-ring.

15 En elastomert aktiveret tætningsindretning iføl ge opfindelsen er vist i sin helhed ved 10 i fig. 3. Tætningsindretningen omfatter en elastomert aktiveret tætning 12, en første støttering 14 og en anden støttering 16. Tætningsindretningen er beregnet til at til-20 vejebringe tætning mellem to til hinanden passende flader som f.eks. en cylindervæg 18 og en stempelvæg 20. Tætnings ind retningen 10 kan anvendes til en lang række formål, hvor der ønskes en tætning mellem to til hinanden passende flader. Tætningsindretningen er særlig vel-25 egnet til til høj tryks formål, hvor man opererer med trykforskelle på 3.000 psi (ca. 211 ato) eller mere. Tætningsindretningen er navnlig velegnet i hydrauliske højtryksudstyr ved kraftigt vakuum, i kompressorsystemer og i højtrykssystemer i almindelighed, hvor stationære, 30 svingende, roterende eller frem- og tilbagegående flader skal tætnes i forhold til hinanden.

Tætnings indretningen 10 er monteret i en notgang 22 i stempelvæggen 20. Notgangen 22 omfatter sidevægge 24 og 26 og en bund 28. Den elastomert 35 aktiverede tætning 12 omfatter en tætning eller kappetætning 30 og et ekspansionselement 32. Kappetætnin-

DK 163319 B

5 gen 30 har en tætnings flade 34 til at etablere tætningskontakt med cylindervæggen 18. Kappetætningen 30 har endvidere en første kant 36, en anden kant 38 og en bæreflade 40. Kappetætningen er fremstillet af et af 5 de velkendte, forholdsvis hårde og uelastiske tætningsmaterialer, der er almindeligt anvendte i elastomert aktiverende tætninger. Disse materialer omfatter polyte-trafluorethylen (PTFE) og andre plastmaterialer, såsom polyetherketon, polyamid, polyimid, polyethersulfon og 10 andre højmodulære materialer med egenskaber svarende til de foran angivne plastmaterialer. Som nævnt er det et problem ved PTFE og lignende kappetætningsmaterialer, at de er tilbøjelige til at flyde ved kontinuerlig anvendelse under højtryk, og som følge heraf til at blive ek-15 struderet ind i ekstrusionsåbninger 56 og 70.

Ekspansionselementet 32 er anbragt under kappetætningen 30 i notgangen 22 og er udformet til anlæg mod cylindervæggen 18. Ekspansionselementet 32 omfatter en første kant 42, en anden kant 44, en topflade 20 46 og en bundflade 48. Ekspansionselementets topflade 46 og kappetætningens bæreflade 40 er fortrinsvis udformet til tilvejebringelse af tæt pasning mellem kappetætningen 30 og ekspansionselementet 32. Den særlige tilpasningskonfiguration, der er vist i fig. 3, fore-25 trækkes. Imidlertid kan enhver anden, passende tilpasningskonfiguration anvendes, så længe ekspansionselementet 32 frembringer en passende understøtning for kappetætningen 30 til opnåelse af den ønskede forspænding af kappetætningen 30 mod cylindervæggen 18.

30 Ekspansionselementet kan være fremstillet af ethvert af de forholdsvis bløde, elastiske materialer, der sædvanligvis anvendes i elastomert aktiverede tætninger. Naturgummi eller syntetisk gummi kan ligesom andre syntetiske elastomerer med elasticitetsegenskaber svarende 35 til naturgummis anvendes.

Ifølge opfindelsen er den første støttering 14 anbragt i notgangen 22 op imod kappetætningens og eks-

DK 163319 B

6 pansionselementets første kant henholdsvis 36 og 42.

Den anden støttering 16 er anbragt i notgangen 22 op mod den anden kant henholdsvis 38 og 44 på kappetætningen, henholdsvis ekspansionselementet. Et sidebillede 5 af den første støttering 14 er vist i fig. 1, medens fig. 2 viser et sprængbillede af støtteringen 14. Den anden støttering 16 er fortrinsvis identisk med støtteringen 14 med hensyn til både udformning og materialevalg. I visse situationer med stor trykforskel mellem 1 0 de forskellige sider af tætningsindretningen kan det dog være ønskeligt at variere størrelsen, formen og/eller materialet for de to støtteringe. F.eks. ved visse anvendelser med højere tryk ved den første støttering 14, kan det være ønskeligt at gøre støtteringen 14 tykkere . 15 end støtteringen 16. Det kan også være ønskeligt at ud forme den ene af støtteringene af et hårdere eller mere holdbart materiale end den anden. Den følgende beskrivelse af støtteringene refererer til begge ringene 14 og 16, selv om beskrivelsen alene henviser til ringen 20 14.

Som vist i fig. 1, 2 og 4 omfatter støtteringen 14 et yderelement 50 og et inderelement 52. Yderelementet 50 har en yderflade 54 beregnet til anlæg mod cylindervæggen 18 og til forebyggelse af ekstrusion af 25 kappetætningen 30 ind i ekstrusionsåbningen 56 mellem cylindervæggen 18 og stempel væggen 20 (se fig.

3). Yderelementet 50 har yderligere en første kant 58 og en anden kant 60. Yderelementet 50 har endvidere en konveks flade 62 på sin indvendige perimeter med 30 tæt anlægspasning over for en konkav yder flade 64 på inderelementet 52. De konkave og konvekse flader kan med fordel være vinkelskårne i profil for at opnå tæt anlæg, som det bedst ses i fig. 3.

Inderelementet 52 har en første kant 66, der 35 er beregnet til at blive anbragt nærmest ved og op til ekspansionselementets første kant 42. Inderelementet

DK 163319 B

7 52 har også en anden kant 68 beregnet til anbringelse ved og op mod notgangens sidevæg 24.

Som det bedst ses i fig. 3, er yderélementet 50 og inderelementet 52 udformet således, at yderelemen-5 tet 50 bringes i anlæg mod kappetætningens første kant 36, medens inderelementet 52 bringes i anlæg mod ekspansionselementets første kant 42. Et vigtigt træk ved opfindelsen er, at yderelementet 50 i radial retning skal være tilstrækkeligt tyndt eller på anden måde være 10 således udformet, at det ikke kommer i kontakt med ekspansionselementet 32. Som vist i fig. 3 er yderelementet 50 tyndere radialt end kappetætningen 30, således at inderelementet 52 overlapper kappetætningen 30 og hindrer kontakt mellem yderelementet 50 og 15 ekspansionselementet 32. Slitage eller gnavning af det forholdsvis bløde ekspansionselement 32 undgås således ved forhindringen af kontakt mellem yderelementet 50 og ekspansionselementet 32.

Som det skal beskrives nedenfor, er yderelementet 20 fremstillet af et forholdsvis hårdt uelastisk tætningsmateriale, der er tilstrækkelig modstandsdygtigt mod flydning eller krybning ved høje tryk, høje temperaturer og aggressive medier til at forhindre ekstrusion af kappetætningen 30 ind i ekstrusionsåbningerne 56 og 25 70. Derimod er inderelementet 52 fremstillet af et forholdsvis blødt plastmateriale, der er tilstrækkelig blødt og smidigt til at forhindre slitage eller gnavning af ekspansionselementet 32. Dette særlige træk ved opfindelsen, hvorefter støtteringen har en hård yderdel 30 og en blød inderdel, er fordelagtig til at reducere for stor slitage, som ville optræde, hvis man blot anvendte en enkeltelementsstøttering til at forebygge ekstrusion af kappetætningen ind i åbningen 56 eller 70.

Yderelementet 50 fremstilles fortrinsvis af et 35 forholdsvis hårdt, uelastisk tætningsmateriale med højere elasticitetsmodul end kappetætningsmaterialet. Som

DK 163319 B

8 egnede plastmaterialer til fremstilling af yderelementet 50 kan nævnes polyimider som de produkter, der markedsføres af E.I. DuPont under varebetegnelsen Vespel og af Dixon Corporation under varebetegnelsen Meldrin. Poly-5 imiderne kan om ønsket være tilsat forskellige fiber-materialer, såsom grafit eller molybdænsulfid for at formindske krybning og slid. Andre syntetiske plastprodukter med egenskaber svarende til polyimidernes kan også anvendes i det omfang, de sikrer et tilstrækkelig 10 stærkt yderelement 50, som er modstandsdygtigt imod deformation under højt tryk og høj temperatur, således at man derved forebygger ekstrusion af kappetætningen 30 ind i åbningerne 56 og/eller 70.

Inderelementet 52 er fortrinsvis fremstillet 15 af et plastmateriale, der er blødere end yderelementet 50, og som er tilstrækkelig elastisk og blødt til, at man undgår slid på eller gnavning i ekspansionselementet 32. Plastmaterialet må være tilstrækkelig elastisk til at sikre en passende placering og understøtning af yder-20 elementet 50 i anlæg mod cylindervæggen 18 for at forhindre ekstrusion af kappetætningen 30 ind i åbningerne 56 og 70. Inderelementet 52 fremstilles fortrinsvis af ethvert passende plastprodukt, der sikrer en passende understøtning og forspænding af yderelementet 25 50, når det samtidig er blødt nok til at forhindre for stor slitage på ekspansionselementet 32. Passende materialer til brug for inderelementet 52 omfatter blandt andet rent PFTE og samme stof med lettere tilsætninger samt andre naturlige eller syntetiske materialer med 30 lignende egenskaber.

Alternative udførelser af foretrukne eksempler på støtteringe i overensstemmelse med opfindelsen er vist i fig. 5-8. Den i fig. 6 som helhed med 80 betegnede støttering omfatter et yderelement 82 og et inderele-35 ment 84. Yderelementet 82 har en flade 86 til tæt anlæg mod en modsvarende skråflade 88 på inderelemen-

DK 163319 B

9 tet 84. Støtteringen 80 omfatter en første side 90, som er udformet til anbringelse nærmest ved kappetætningen og den elastomere aktivator. Støtteringen 80 har også en anden kant 92, der er udformet til anlæg mod 5 sidevæggen af den notgang, hvori tætningen er optaget.

Et vigtigt træk ved konstruktionen af støtteringen 80 er, at yderelementet 82 radialt er tilstrækkelig tyndt til, at det sted 94, hvor det møder inderelementet 84, ligger op til kappetætningen for at hindre kontakt mel-10 lem yderelementet 82 og den elastomere aktivator.

Den alternative støttering, der som helhed er betegnet med 100 i fig. 5, omfatter også et yderelement 102 og et inderelement 104. Yderelementet 102 har en plan anlægsflade 106, som hviler på en plan 15 understøtningsflade 108 på inderelementet 104. Det er vigtigt, at yderelementet 102 radialt er tyndt nok til, at det sted, hvor yderelementet 102 berører inderelementet 104, ligger op mod kappetætningen. Støtteringen 100 kan være monteret således, at den ene 20 eller den anden af siderne 112 og 114 er i kontakt med tætnings ind retningen.

Den alternative støtteringsudførelse, der generelt er betegnet 120 i fig. 7, omfatter et yderelement 122 og et inderelement 124. Yderelementet 122 25 har en indre, konveks overflade 126 passende til og båret af en konkav flade 128 på inderelementet 124. Støtteringen 120 kan være monteret op ad tætningsindretningen, således at den ene eller anden af kanterne 130 eller 132 er anbragt op mod tætningsindretningen.

30 Yderligere skal som før vist det sted 134, hvor yderelementet 122 er blotlagt langs kanten 130 eller 132, være placeret op mod kappetætningen for at hindre kontakt mellem yderelementet 122 og den elastomere aktivator.

35 Den alternative udførelse, der er betegnet gene relt med 140 i fig. 8, omfatter et yderelement 142

Claims (10)

1. Tætnings indretning (10) til tætning mellem to ud for hinanden liggende, samvirkende flader (18, 20), 30 hvilken tætningsindretning (10) er anbragt i en notgang (22) i en af fladerne (20) og rager ud derfra for tæt-nende anlæg mod den anden flade (18) samt omfatter dels en til anlæg mod den anden flade beliggende tætning (30) dels et fjedrende ekspansionselement (32) af elastisk 35 materiale, som er anbragt under tætningen (30) i notgangen (22) for forspænding af tætningen (30) mod den anden DK 163319 B flade (18), hvor et første støtteelement (14) er anbragt i notgangen på den ene side af tætningen (30), og et andet støtteelement (16) er bragt i notgangen (22) på den anden side af tætningen (30), kend etegnet ved, 5 at hvért støtteelement (14, 16) omfatter dels et yderelement (50) af et forholdsvis hårdt, uelastisk materiale, der er arrangeret til at rage ud af notgangen (22) til anlæg mod den anden flade (18) for at hindre tætningen (30) i at presses ind i spalten mellem de to samvir-10 kende flader (18, 20), dels et inderelement (52) af et forholdsvis blødt materiale, som er arrangeret til at ligge an mod ekspansionselementet, dels midler (62, 64) til sammenkobling af yderelementet (50) og inderelemen-tet (52). 15

2. Tætningsindretning ifølge krav 1, kende tegnet ved, at yderelementet (50) omfatter en første kant (58) til anbringelse nærmest ved og op mod tætningen (30) og en anden kant (60) til anbringelse mod notgangens sidevæg (24), og at inderelementet (52) om-20 fatter en første kant (66) til anbringelse nærmest ved og op mod ekspansionselementets kant (42) og en anden kant (68) til anbringelse mod notgangens sidevæg.

3. Tætningsindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte midler til forbindelse af 25 inderelementet (52; 124) med yderelementet (50; 122) omfatter en konveks flade (62; 126) på den indre perimeter af yderelementet og en konkav flade (64; 128) på den ydre perimeter af nævnte inderelement, hvilke konvekse og konkave flader er udformet til tætningspassende ind-30 greb mellem yder- og inderelementet.

4. Tætningsindretning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at nævnte konvekse (62) og konkave (64) overflader er vinkelskårne.

5. Tætnings ind retning ifølge krav 2, kende-35 tegnet ved, at nævnte midler til forbindelse af inderelementet (84, 104) med yderelementet (82; 102) om- DK 163319B fatter en plan flade (86; 106) på den indre perimeter på yderelementet og en plan flade (88; 108) på den ydre perimeter af inderelementet til tilvejebringelse af tæt indgreb mellem nævnte yder- og inderelementer. 5

6. Tætningsindretning ifølge krav 2, kende tegnet ved, at nævnte midler til forbindelse af inderelementet (104) med yderelementet (102) omfatter en skrå flade (106) på den indre perimeter af yderelementet og en skrå flade (108) på den ydre perimeter af inder-10 elementet, hvilke skrå flader er udformet til passende indgreb mellem yder- og inderelementet.

7. Tætningsindretning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at nævnte midler til forbindelse af inderelementet (144) med yderelementet (142) omfatter en 15 overflade med en notgang (146), som strækker sig rundt langs den ydre perimeter af inderelementet, hvilken notgang er udformet til tæt passende optagelse af yderelementet .

8. Tætningsindretning ifølge et af de foregående 20 krav, kendetegnet ved, at den elastomert aktiverede tætning er en ringtætning (30), og at det første og det andet støtteelement er ringelementer (14, 16) til tæt anlæg mod den elastomert aktiverede ringtætning.

9. Tætningsindretning ifølge et af de foregående 25 krav, kendetegnet ved, at tætningen (30) er af et plastmateriale, fortrinsvis polytetrafluorethylen, og at yderelementet (50; 82; 102; 122; 142) i støtteelementet er af et materiale, der er hårdere og mere modstandsdygtigt mod krympning end det materiale, hvoraf 30 tætningen (30) er fremstillet.

10 Tætningsindretning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at yderelementet (50; 82; 102; 122; 142. er fremstillet af polyimid eller af et andet plastmateriale med højt elasticitetsmodul, hvilket materiale 35 fortrinsvis er armeret med et fibermateriale, såsom grafit eller molybdænsulfid.