FI71396B

FI71396B - Glidringstaetning

Info

Publication number: FI71396B
Application number: FI850190A
Authority: FI
Inventors: Antti-Jussi Heilala
Original assignee: Safematic Ltd Oy
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1985-01-16
Publication date: 1986-09-09
Also published as: FI71396C; US4613142A; FR2576077A1; DE3544872A1; FI850190A0; SE8505698L; SE8505698D0; DE3544872C2; FR2576077B1; SE458471B

Description

, 71396

Liukurengastiiviste

Keksinnön kohteena on liukurengastiiviste seinämän suhteen pyörivän akselin tiivistämiseksi, joka käsittää 5 tiivistenesteyhteillä varustetun runko-osan ja liukuren- kailla varustetut tiivisterenkaat, jotka on sovitettu toisiinsa nähden niin, että liukurenkaiden tiivistävät liukupinnat painautuvat toisiaan vasten ja pyörivät toistensa suhteen, jolloin kukin liukurengas on kiinnitetty tiiviste-10 renkaaseensa kutistusliitoksen avulla niin, että kutistus-liitoksen radiaalinen puristusvoima on tiivisterenkaan ak-siaalisuuntaiseen kehämäiseen vastinpintaan muodostetun rivan avulla kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liuku-renkaan poikkipinnan massakeskipisteeseen.

15 Tällaiset tiivisteet ovat erittäin tunnettuja eri tekniikan aloilla. Liukurengastiivisteet sopivat erityisen hyvin esimerkiksi prosessiteollisuuden pumppuihin, joiden avulla pumpataan kiintoaineita ja epäpuhtauksia sisältäviä nesteitä.

20 Kuluttavissa olosuhteissa liukurengastiivisteiden valmistusmateriaalina käytetään yleisesti itse liukurenkaiden osalla esimerkiksi kovametalleja, oksidikeraameja tai piikarbideja. Em. kulutusta hyvin kestävien materiaalien käytön syynä on se, että pyöriessään toisiaan vasten 25 liukurenkaat joutuvat alttiiksi sekä adhesiiviselle että abrasiiviselle kulumiselle. Tiivisteiden runko-osat valmistetaan normaalisti esimerkiksi haponkestävästä teräksestä. On selvää, että materiaalit kuitenkin valitaan aina kulloisenkin käyttötilanteen mukaan.

30 Aiemmin käytetyissä ratkaisuissa on liukurengas- tiivisteen kulutusta kestävät liukurenkaat istutettu tii-visterenkaaseensa kutistusliitoksella niin, että tiiviste-rengasta on ensin lämmitetty, jolloin se on laajentunut niin paljon, että liukurengas on mahtunut tiivisterenkaa-35 seen työstettyyn syvennykseen. Tiivisterenkaan jäähtyessä liukurengas jää puristuksiin ja kiinnittyy näin paikalleen.

2 71396 Tämän kiinnitystavan huonona puolena on liukurenkaan liukupinnan vääristyminen, joka on seurausta radiaalisuuntaan vaikuttavasta puristusvoimasta. On selvää, että vääristymistä voidaan korjata valmistusvaiheessa tapahtuvalla liu-5 kupinnan työstöllä, mutta käyttötilanteessa, jolloin lämpötila saattaa poiketa huomattavastikin em. liukupinnan työstön lämpötilasta, saattaa esiintyä huomattaviakin liukupinnan vääristymiä alkuperäisestä tasomaisesta pinnasta. On selvää, että tällaisen vääristyneen pinnan avulla ei 10 voida aikaansaada tehokasta tiivistystä. Käytännössä on lisäksi todettu, että em. tavalla kiinnitetyt liukurenkaat kuluvat nopeasti, koska liukurenkaiden käytön aikana vastakkain olevat liukupinnat eivät olekaan yhdensuuntaisia koko liukupintojensa alalta, vaan toiset reunaosat ovat 15 lähellä toisiaan ja toiset reunaosat vastaavasti kauempana toisistaan. Liukupinnat ovat siis kulmassa toisiinsa nähden. Tätä ongelmaa lisää vielä se, että tiivisterengas pyrkii käytössä vääristymään. Tämä tapahtuu esimerkiksi lämpölaajenemisen vaikutuksesta niin, että tiivisterenkaan 20 ulkokehä laajenee lämpimän tuotteen ansiosta enemmän kuin tiivistenesteen tai ilman jäähdyttämä sisäkehä. Tuotteen paine aiheuttaa myös vääristymistä samaan suuntaan.

Em. epäkohdat ovat olleet jo kauan tunnettuja ja olemassa on useita ratkaisuja, jotka on kehitetty poista-25 maan näitä epäkohtia. Esimerkkeinä näistä ratkaisuista voidaan mainita US-patenttijulkaisussa 4 261 581 esitetyt ratkaisut. Tämän US-julkaisun mukaan on tunnettua suunnata kutistusliitoksen radiaalinen puristusvoima liukurenkaan poikkipinnan keskipisteeseen. Kuten julkaisussakin on to-30 dettu, ei tällainen ratkaisu kuitenkaan ole riittävän hyvä, sillä aksiaaliset muodonmuutokset tiivisterenkaassa vää- ristävät edelleen liukurenkaan liukupintaa. US-julkaisussa 4 261 581 onkin keksintönä esitetty aksiaalisen välyksen aikaansaaminen liukurenkaan ja tiivisterenkaan välille, 35 jolloin liukurengas on tuettu tiivisterenkaaseen yksinomaan säteittäisen liukurenkaan poikkipinnan keskipisteen kautta 3 71396 kulkevan tukivoiman avulla. Tämän ratkaisun huonona puolena on se, että aksiaalisen tuen puuttumisesta johtuen on liu-kurenkaan oltava erittäin jäykkä. Edelleen, koska liuku-renkaan tuenta-ala on pieni, niin lämmön siirtyminen liu-5 kurenkaasta tiivisterenkaaseen on huomattavan vaikeata.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan liukurengastii-viste, jolla ei ole aiempien ratkaisujen epäkohtia. Tähän on päästy keksinnön mukaisen liukurengastiivisteen avulla, joka on tunnettu siitä, että tiivisterenkaan muodonmuutok-10 sista syntyvä aksiaalisuuntainen voima on tiivisterenkaan radiaalisuuntaiseen vastinpintaan muodostetun rivan avulla kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liukurenkaan poikkileikkauksen massakeskipisteeseen.

Keksinnön etuna on se, että liukurengas on erittäin 15 hyvin tuettu sekä radiaalisesti että aksiaalisesti niin, että liukupinta ei vääristy. Keksinnön mukainen rakenne on lisäksi yksinkertainen, jolloin valmistuskustannukset ovat hyvin edulliset. Liukurenkaan edullisesta tuennasta johtuen muodostuvat myös käyttökustannukset hyvin edulli-20 siksi. Käyttökustannusten edullisuus johtuu mm. siitä, että vastakkain sovitetut liukupinnat ovat käyttötilanteessa tarkasti yhdensuuntaiset, jolloin tiivistys on hyvä ja epätasaista kulumista ei esiinny.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa kuvaamaan tarkemmin 25 oheisissa piirustuksissa esitetyn tunnetun tekniikan ja keksinnön erään edullisen suoritusesimerkin avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatekuvantona esimerkkiä tunnetusta liukurengastiivisterakenteesta, 30 kuvio 2 esittää suurennetussa mittakaavassa kuvion 1 mukaisen tunnetun rakenteen yhteydessä käytettyä liukurenkaan kiinnitysrakennetta ja kuvio 3 esittää periaatekuvantona keksinnön mukaista liukurenkaan kiinnitysrakennetta.

35 Kuviossa 1 on periaatteellisesti esitetty alalla tunnettu liukurengastiivisterakenne. Kuviossa on tiiviste-rakenteen runko-osaa merkitty yleisesti viitenumerolla 1.

4 71 396

Pyörivää akselia, esimerkiksi pumpun akselia on merkitty viitenumerolla 2. Pumpattavaa tuotetta on puolestaan merkitty viitenumerolla 3. Liukurengastiivisteen tiivisteren-kaita on merkitty viitenumerolla 4 ja tiivisterenkaisiin 5 kiinnitettyjä liukurenkaita vastaavasti viitenumerolla 5. Liukurenkaiden 5 liukupintojen väliin voitelukalvon muodostavaa tiivistenestettä on kuviossa 1 merkitty viitenumerolla 6. Kuvioon on lisäksi periaatteellisesti merkitty nuolten M ja N avulla tiivistenesteen sisäänmeno- ja 10 vastaavasti ulostulokohdat. Em. seikat ovat alan ammattimiehelle täysin tunnettua tekniikkaa, joten kuvion 1 mukaista rakennetta ei selvitetä tässä yhteydessä tarkemmin.

Kuvioon 1 on ympyrän avulla merkitty kohta, joka on kuviossa 2 esitetty periaatteellisesti suuremmassa 15 mittakaavassa. On kuitenkin selvää, että kuvio 2 voi esittää mitä tahansa kuvioon 1 merkittyä liukurengasta. Kuviossa 2 on käytetty vastaavissa kohdin samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1. Kuvion 2 mukaisessa tunnetussa rakenteessa liukurengas 5 on kiinnitetty tiivisterenkaaseen 20 4 radiaalisesti vaikuttavan kutistusliitoksen avulla. Em.

kutistusliitos on muodostettu tunnetulla tavalla lämmittämällä tiivisterengasta 4, jolloin se laajenee. Liukurengas 5 on seuraavaksi sijoitettu laajentuneeseen tiivisterenkaaseen, joka jäähtyessään kutistuu, jolloin liukurengas 25 5 kiinnittyy tiivisterenkaaseen 4. Kuviossa 2 on yhtenäi sin viivoin esitetty tilanne, jossa liukurengas 5 on sovitettu lämmitettyyn tiivisterenkaaseen 4 ja katkoviivoin tilanne, joka syntyy tiivisterenkaan jäähtymisen jälkeen. Kuvioon 2 on lisäksi nuolten avulla merkitty periaatteel-30 lisesti radiaalisen kutistusvoiman vaikutus. On selvää, että kuvion 2 katkoviivoin merkitty tilanne on voimakkaasti liioteltu, todellisuudessa ei tätä suuruusluokkaa olevia vääristymiä synny. Tosiasia on kuitenkin, että liukurenkaan 5 liukupinta, jota kuviossa 2 esittää oikeanpuoleinen va-35 paa pinta, vääristyy periaatteessa kuviossa 2 esitetyllä 5 71396 tavalla. Jäähtymisen jälkeen liukurenkaaseen 5 syntynyt kartiomaisuus saadaan poistettua hiomalla liukupinta tasomaiseksi. Ongelma ei kuitenkaan poistu em. hiomisen avulla, sillä käytännössä liukurengas 5 toimiessaan hiontaläm-5 pötilaa korkeammissa lämpötiloissa vääristyy kuppimaiseksi, koska tiivisterengas 4 laajenee ja liukurenkaaseen 5 kohdistuva puristusvoima vähenee. Termillä kuppimainen tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että liukurenkaan liukupinta muodostaa kuppimaisen pinnan, ts. liukupinnan 10 sisäkehä on syvemmällä kuin ulkokehä. Em, ilmiöt ja toimenpiteet ovat alalla täysin tunnettuja seikkoja.

Aiemmin mainitut epäkohdat on pystytty eliminoimaan kuviossa 3 esitetyn keksinnön avulla. Kuvio 3 esittää periaatekuvantona vastaavaa yksityiskohtaa, joka on esi-15 tetty kuviossa 2. Kuviossa 3 on tiivisterengasta ja liu- kurengasta merkitty samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 2. Kuviossa 3 esitetty keksintö perustuu siihen, että kaikki liukurenkaaseen 5 vaikuttavat voimat suunnataan liukurenkaan 5 suorakaiteen muotoisen poikkileikkauksen massa-20 keskipisteeseen K. Em. järjestelyn ansiosta haitallista liukurenkaan liukupinnan vääristymistä ei esiinny. Kutis-tusliitoksen radiaalinen tukivoima FR on tällöin sinänsä tunnetulla tavalla johdettu vaikuttamaan liukurenkaan ke-häpintaan tiivisterenkaan 4 aksiaalisuuntaiseen kehämäiseen 25 vastinpintaan 7 muodostetun rivan 8 avulla. Em. ripa 8 on muodostettu niin, että sen liukupinnasta katsottuna kauempana oleva reuna 9 on liukurenkaan radiaalisuuntaisessa tasossa, joka kulkee massakeskipisteen K kautta. Em. järjestelyn avulla radiaalinen tukivoima saadaan kulkemaan 30 massakeskipisteen K kautta, koska tiivisterenkaan 4 jäähdyttyä tiivisterenkaan 4 ja liukurenkaan välinen kosketus tapahtuu nimenomaan em. reunan 9 välityksellä, kuten esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 4 261 581 on todettu.

Keksinnön mukaisesti tiivisterenkaan 4 muodonmuu-35 toksista syntyvä aksiaalisuuntainen voima on myöskin 6 71396 kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liukurenkaan 5 poikkileikkauksen massakeskipisteeseen K. Tämä on käytännössä toteutettu niin, että em. aksiaalisuuntainen tukivoima on johdettu liukurenkaaseen 5 tiivisterenkaan 4 5 radiaaliseen vastinpintaan 10 muodostetun rivan 11 avulla. Ripa 11on tällöin sovitettu niin, että sen säteittäisesti ulompi reuna 12 on aksiaalisuuntaisessa sylinteripinnassa, joka kulkee massakeskipisteen K kautta. Em. järjestelyn avulla aksiaalinen tukivoima saadaan kulkemaan massa-10 keskipisteen K kautta, koska tiivisterenkaan 4 ja liukurenkaan 5 välinen kosketus tapahtuu jäähtymisen jälkeen rivan 11 reunan 12 välityksellä.

Keksinnön avulla saadaan liukurengas 5 tuettua paikalleen niin, että mitään liukupinnan vääristymistä ei 15 tapahdu. Lisäksiliukurengas on erittäin hyvin tuettu sekä aksiaali- että radiaalisuunnassa, joten mitään erityisen jäykkiä liukurenkaita ei tarvita.

Liukurenkaasta 5 tiivisterenkaaseen tapahtuvan lämmön siirtymisen varmistamiseksi on lisäksi edullista, että 20 tiivisterenkaan 4 liukurenkaan kehäpintaan tukeutuvan rivan 8 pinnan suuruus on olennaisesti 1/2 - 1/4 liukurenkaan kehäpinnan alasta. Vastaavasti tiivisterenkaan 4 liukurenkaan otsapintaan tukeutuvan rivan 11 pinnan suuruus on olennaisesti 1/2 - 1/4 liukurenkaan otsapinnan alasta.

25 Em. järjestelyllä turvataan riittävä lämmönsiirtopinta liukurenkaan 5 ja tiivisterenkaan 4 välillä.

Edellä esitettyä toteutusesimerkkiä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa monin eri tavoin. 30 Näinollen on selvää, että ripojen 8 ja 11 välille muodostuvaan suljettuun tilaan voidaan sijoittaa mitä tahansa sopivaa, joustavana pysyvää tiivistys- tai liima-ainetta, mikäli se katsotaan tarpeelliseksi. Lisäksi on selvää, että eri osien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellai-35 siä kuin kuvioissa on esitetty, vaan myös muunlaisia osia 7 71396 voidaan käyttää. Lisäksi rivan 8 ja rivan 11 väliseen suljettuun tilaan voidaan tarvittaessa johtaa yksi tai useampi jäähdytyskanava.

Claims

8 71396

1. Liukurengastiiviste seinämän suhteen pyörivän akselin (2) tiivistämiseksi, joka käsittää tiivisteneste- 5 yhteillä varustetun runko-osan ja liukurenkailla (5) varustetut tiivisterenkaat (4), jotka on sovitettu toisiinsa nähden niin, että liukurenkaiden (5) tiivistävät liukupinnat painautuvat toisiaan vasten ja pyörivät toistensa suhteen, jolloin kukin liukurengas (5) on kiinnitetty 10 tiivisterenkaaseensa (4) kutistusliitoksen avulla niin, että kutistusliitoksen radiaalinen puristusvoima (F„) on tiivisterenkaan (4) aksiaalisuuntaiseen kehämäiseen vastin-pintaan (7) muodostetun rivan (8) avulla kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liukurenkaan (5) poikkipinnan massa-15 keskipisteeseen (K), tunnettu siitä, että tiivisterenkaan (4) muodonmuutoksista syntyvä aksiaalisuuntainen voima (FT) on tiivisterenkaan (4) radiaalisuuntaiseen vas-tinpintaan (10) muodostetun rivan (11) avulla kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liukurenkaan (5) poikkileik-20 kauksen massakeskipisteeseen (K).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukurengastiiviste, jossa tiivisterenkaan (4) liukurenkaan (5) kehäpin-taan tukeutuvan pinnan suuruus on olennaisesti 1/2 - 1/4 liukurenkaan (5) kehäpinnan alasta, tunnettu sii- 25 tä, että tiivisterenkaan (4) liukurenkaan (5) otsapintaan tukeutuvan pinnan suuruus on 1/2 - 1/4 liukurenkaan (5) otsapinnan alasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukurengastiiviste, tunnettu siitä, että radiaalisuuntaisen 30 puristusvoiman (F.,) välittävän rivan (8) ja aksiaalisuun-täisen voiman (FL) välittävän rivan (11) välinen onkalo on täytetty joustavalla liima- tai tiivistysaineella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukurengastiiviste, tunnettu siitä, että rivan (8) ja rivan 35 (11) väliseen onkaloon on johdettu yksi tai useampi jääh- dytyskanava.