FI74121C - Glidringstaetning. - Google Patents

Description

1 74121

Liukurengastiiviste

Keksinnön kohteena on liukurengastiiviste seinämän suhteen pyörivän akselin tiivistämiseksi, joka käsittää 5 runko-osan ja liukurenkailla varustetut tiivisterenkaat, jotka on sovitettu toisiinsa nähden niin, että liukuren-kaiden tiivistävät liukupinnat painautuvat toisiaan vasten ja pyörivät toistensa suhteen, jolloin kukin liukurengas on kiinnitetty tiivisterenkaaseensa kutistusliitoksen avulla 10 niin, että kutistusliitoksen radiaalinen puristusvoima on johdettu vaikuttamaan liukurenkaan poikkipinnan massakeskipisteeseen.

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

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

Aiemmin käytetyissä ratkaisuissa on liukurengas-tiivisteen kulutusta kestävät liukurenkaat istutettu tii-30 visterenkaaseensa kutistusliitoksella niin, että tiiviste-rengasta on ensin lämmitetty, jolloin se on laajentunut niin paljon, että liukurengas on mahtunut tiivisterenkaa-seen työstettyyn syvennykseen. Tiivisterenkaan jäähtyessä liukurengas jää puristuksiin ja kiinnittyy näin paikalleen. 35 Tämän kiinnitystavan huonona puolena on liukurenkaan liukupinnan vääristyminen, joka on seurausta radiaalisuuntaan 2 74121 vaikuttavasta puristusvoimasta. On selvää, että vääristymistä voidaan korjata valmistusvaiheessa tapahtuvalla liukupinnan työstöllä, mutta käyttötilanteessa, jolloin lämpötila saattaa poiketa huomattavastikin em. liukupinnan 5 työstön lämpötilasta, saattaa esiintyä huomattaviakin liukupinnan vääristymiä alkuperäisestä tasomaisesta pinnasta. On myös selvää, että tällaisen vääristyneen pinnan avulla ei voida aikaansaada tehokasta tiivistystä. Käytännössä on lisäksi todettu, että em. tavalla kiinnitetyt liukurenkaat 10 kuluvat nopeasti, koska liukurenkaiden käytön aikana vastakkain olevat liukupinnat eivät olekaan yhdensuuntaisia koko liukupintojensa alalta, vaan toiset reunaosat ovat lähellä toisiaan ja toiset reunaosat vastaavasti kauempana toisistaan. Liukupinnat ovat siis kulmassa toisiinsa näh-15 den. Tätä ongelmaa lisää vielä se, että tiivisterengas pyrkii käytössä vääristymään. Tämä tapahtuu esimerkiksi lämpölaajenemisen vaikutuksesta niin, että tiivisterenkaan ulkokehä laajenee lämpimän tuotteen ansiosta enemmän kuin tii-vistenesteen tai ilman jäähdyttämä sisäkehä. Tuotteen paine 20 aiheuttaa myös vääristymistä samaan suuntaan.

Em. epäkohdat ovat olleet jo kauan tunnettuja ja olemassa on useita ratkaisuja, jotka on kehitetty poistamaan näitä epäkohtia. Esimerkkeinä näistä ratkaisuista voidaan mainita US-patenttijulkaisussa 4 261 581 esitetyt rat-25 kaisut. Tämän US-julkaisun mukaan on tunnettua suunnata ku-tistusliitoksen radiaalinen puristusvoima liukurenkaan poikkipinnan keskipisteeseen. Kuten julkaisussakin on todettu, ei tällainen ratkaisu kuitenkaan ole riittävän hyvä, sillä aksiaaliset muodonmuutokset tiivisterenkaassa vää-- 30 ristävät edelleen liukurenkaan liukupintaa. US-julkaisussa 4 261 581 onkin keksintönä esitetty aksiaalisen välyksen aikaansaaminen liukurenkaan ja tiivisterenkaan välille, jolloin liukurengas on tuettu tiivisterenkaaseen yksinomaan säteittäisen liukurenkaan poikkipinnan keskipisteen kautta 35 kulkevan tukivoiman avulla. Tämän ratkaisun huonona puolena l· 3 74121 on se, että aksiaalisen tuen puuttumisesta johtuen on liu-kurenkaan oltava erittäin jäykkä. Edelleen, koska liuku-renkaan tuenta-ala on pieni, niin lämmön siirtyminen liuku-renkaasta tiivisterenkaaseen on huomattavan vaikeata.

5 Eräissä aiemmin tunnetuissa ratkaisuissa ei myöskään saada kutistusliitoksen radiaalista puristusvoimaa kohdistumaan aivan tarkasti liukurenkaan poikkipinnan keskiviivan kohdalle. Tästä voiman kohdistumiskohdan epätarkkuudesta aiheutuu myös vääristymiä liukurenkaaseen.

10 Aiemmin tunnetuissa ratkaisuissa kutistusliitoksen rengasmainen kosketuspinta aiheuttaa myös liukurenkaan vääristymisen, koska tiivisterenkaan ja liukurenkaan välille ei synny ns. nivelpistettä, vaan kosketuskohta on rengasmainen taso.

15 Aiemmin tunnettujen ratkaisujen tiivisterenkaat ovat lisäksi liian jäykkiä kutistusliitoksen läheisyydestä. Tämän vuoksi tiivisterengas ei anna periksi, vaan pyrkii vääristämään liukurengasta.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan liukurengastii-20 viste, jolla ei ole aiempien ratkaisujen epäkohtia. Tähän on päästy keksinnön mukaisen liukurengastiivisteen avulla, joka on tunnettu siitä, että kutistusliitoksessa toisiinsa koskettavista tiivisterenkaan pinnasta ja liukurenkaan ke-häpinnasta ainakin toinen on muodostettu kuperaksi pinnaksi 25 niin, että kuperan pinnan huippukohta on liukurenkaan poikkipinnan massakeskipisteen kautta kulkevassa säteittäis-suuntaisessa tasossa.

Keksinnön mukaisen rakenteen ideana on se, että tii-visterenkaan ja liukurenkaan välinen liitoskohta toimii . 30 nivelpisteen tavoin niin, että radiaalivoimat kohdistuvat tiivisterenkaan laajenemisesta huolimatta aina liukurenkaan poikkileikkauksen keskiviivalle. Em. seikka voidaan vielä : varmistaa tekemällä tiivisterengas tarpeeksi joustavaksi.

Keksinnön etuna on se, että liukurengas voidaan tu-35 kea erittäin hyvin sekä radiaalisesti että aksiaalisesti 4 74121 niin, että liukupinta ei vääristy nopeissakaan lämpötilojen vaihteluissa. Keksinnön mukaisen ratkaisun rakenteen ansiosta muodostuvat tiivisteen käyttökustannukset hyvin edullisiksi, sillä vastakkain pyörivät liukupinnat ovat 5 käyttötilanteessa tarkasti yhdensuuntaiset, jolloin tiivistys on hyvä ja voitelu liukupintaparin välissä on tasainen eikä epätasaista kulumista ja liukurenkaiden äkillisiä rikkoutumisia esiinny. Em. seikat ovat erityisen tärkeitä tiivisteissä, joissa ei käytetä erillistä tiivistysnestettä.

10 Keksintöä selvitetään seuraavassa oheisessa piirus tuksessa esitettyjen suoritusesimerkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatekuvantona esimerkkiä tunnetusta liukurengastiivisterakenteesta, kuvio 2 esittää periaatekuvantona esimerkkiä toises-15 ta tunnetusta liukurengastiivisterakenteesta, kuvio 3 esittää suurennetussa mittakaavassa kuvioiden 1 ja 2 mukaisen tunnetun rakenteen yhteydessä käytettyä kiinnitysrakennetta ja kuviot 4-7 esittävät periaatekuvantoina keksinnön 20 mukaisen liukurenkaan kiinnitysrakenteen eri suoritusmuo toja.

Kuvioissa 1 ja 2 on periaatteellisesti esitetty kaksi alalla tunnettua liukurengastiivisterakennetta. Kuvioissa 1 ja 2 on käytetty toisiaan vastaaville osille samoja 25 viitenumerolta. Tiivisterakenteen runko-osa on näin ollen merkitty yleisesti viitenumerolla 1. Pyörivää akselia, esimerkiksi pumpun akselia on merkitty viitenumerolla 2. Pumpattavaa tuotetta on puolestaan merkitty viitenumerolla 3. Liukurengastiivisteen tiivisterenkaita on merkitty vii-30 tenumerolla 4 ja tiivisterenkaisiin kiinnitettyjä liuku- renkaita vastaavasti viitenumerolla 5.

Kuvion 1 suoritusmuodossa on lisäksi liukurenkaiden 5 liukupintojen väliin voitelukalvon muodostavaa tiiviste-nestettä merkitty viitenumerolla 6. Kuvioon 1 on myös peri-35 aatteellisesti merkitty nuolten M ja N avulla tiivistenes-teen sisään- ja vastaavasti ulosmenokohdat.

5 74121

Em. kuvioiden 1 ja 2 yhteydessä esitetyt seikat ovat alan ammattimiehelle täysin tunnettua tekniikkaa, joten ko. kuvioiden mukaista rakennetta ei selvitetä tässä yhteydessä tarkemmin.

5 Kuvioihin 1 ja 2 on ympyrän avulla merkitty kohta, joka on kuviossa 3 esitetty periaatteellisesti suurennetussa mittakaavassa. On kuitenkin selvää, että kuvio 3 voi esittää mitä tahansa kuvioon 1 ja 2 merkittyä liukurengasta. Kuviossa 3 on käytetty vastaavissa kohdin samoja viitenume-10 roita kuin kuvioissa 1 ja 2.

Kuvion 3 mukaisessa tunnetussa rakenteessa liukuren-gas 5 on kiinnitetty tiivisterenkaaseen 4 radiaalisesti vaikuttavan kutistusliitoksen avulla. Em. kutistusliitos on muodostettu tunnetulla tavalla lämmittämällä tiiviste-15 rengasta 4, jolloin se laajenee. Liukurengas 5 on seuraa-vaksi sijoitettu laajentuneeseen tiivisterenkaaseen, joka jäähtyessään kutistuu, jolloin liukurengas 5 kiinnittyy tiivisterenkaaseen 4. Kuviossa 3 on yhtenäisin viivoin esitetty tilanne, jossa liukurengas 5 on sovitettu tiiviste-20 renkaaseen 4 ja katkoviivoin tilanne, joka syntyy tiiviste-renkaan jäähtymisen jälkeen.

On selvää, että kuvion 3 katkoviivoin merkitty tilanne on voimakkaasti liioiteltu. Todellisuudessa ei tätä suuruusluokkaa olevia vääristymiä synny. Tosiasia on kui-25 tenkin se, että liukurenkaan 5 liukupinta, jota kuviossa 3 esittää oikeanpuoleinen vapaa pinta, vääristyy periaatteessa kuviossa 3 esitetyllä tavalla. Jäähtymisen jälkeen liukurenkaaseen 5 syntynyt kartiomaisuus saadaan poistettua hiomalla liukupinta tasaiseksi. Ongelma ei kuitenkaan pois-30 tu em. hiomisen avulla, sillä käytännössä liukurengas 5 toimiessaan hiontalämpötilaa korkeammissa lämpötiloissa "I vääristyy, koska tiivisterengas 4 laajenee ja liukurenkaa seen 5 kohdistuva puristusvoima vähenee. Em. ilmiöt ovat alalla täysin tunnettuja seikkoja.

35 Aiemmin mainitut epäkohdat on pystytty eliminoimaan keksinnön mukaisen liukurengastiivisteen avulla. Kuvioissa 6 74121 4 - 7 on esitetty periaatekuvantoina keksinnön erilaisia suoritusmuotoja. Ko. kuviot esittävät periaatekuvantoina vastaavaa yksityiskohtaa, joka on esitetty kuviossa 3. Kuvioissa 4 - 7 on käytetty vastaavissa kohdin samoja viite-5 numeroita kuviossa 3.

Kuvioissa 4-7 esitetty keksintö perustuu siihen, että kaikki liukurenkaaseen 5 vaikuttavat voimat suunnataan liukurenkaan 5 suorakaiteen muotoisen poikkileikkauksen massakeskipisteeseen K niin, että tiivisterenkaan 4 10 lämmetessä ja laajentuessa, ts. puristusliitoksen löystyes sä ko. voimien vaikutus pysyy mahdollisimman tarkasti liu-kurenkaan 5 poikkileikkauksen massakeskipisteessä K. Em. ominaisuus on saatu aikaan muodostamalla kutistusliitok-sessa toisiinsa koskettavista tiivisterenkaan 4 pinnasta ja 15 liukurenkaan 5 kehäpinnasta ainakin toinen kuperaksi pinnaksi. Em. kupera pinta on sijoitettu niin, että pinnan huippukohta on liukurenkaan 5 poikkipinnan massakeskipisteen K kautta kulkevassa säteittäissuuntaisessa tasossa.

Kuvioissa 4-7 em. kupera pinta on esitetty pinnan 20 kaarevuussäteen , R2 avulla. Kuvioiden 4 ja 6 suoritusmuodossa kupera pinta on muodostettu tiivisterenkaaseen 4. Tiivisterenkaan 4 ja liukurenkaan 5 välisen kosketuspinnan aksiaalisuuntaista kaarevuutta on tällöin kuvattu kaarevuussäteen avulla. Kuvioiden 5 ja 7 suoritusmuodossa ku-25 perä pinta on muodostettu liukurenkaan 5 kehäpintaan. Tiivisterenkaan 4 ja liukurenkaan 5 välistä kosketuspinnan aksiaalista kaarevuutta on tällöin kuvattu kaarevuussäteen R2 avulla.

Kuvioiden 6 ja 7 mukaisessa suoritusmuodossa liuku-30 renkaan 5 kehäpintaan painautuva tiivisterenkaan 4 pinta on muodostettu aksiaalisuuntaiseen, liukurenkaan aksiaalisuun-;; täistä leveyttä olennaisesti pitempään rengasmaiseen ulok keeseen 7. Em. rakenteen avulla on saatu pienennettyä ku-tistusliitoksesta tiivisterenkaaseen 4 kohdistuvaa jännitys-35 tä. Kuten edellä on jo todettu, on tällöin tiivisterenkaan 7 741 21 ulkokehällemuodostettu mahdollisimman pitkä uloke 7 niin, että liukurengas 5 tulee kiinnitetyksi ikäänkuin putken päähän. Em. ratkaisulla on tiivisterenkaan 4 ulkokehällä oleva rengasmainen uloke 7 saatu myös joustavaksi, jonka 5 seurauksena liukurenkaaseen 5 kohdistuva rasitus on pienempi kuin aiemmin tunnetuilla rakenteilla.

Kuvioiden 4-7 suoritusmuodoissa on liukurenkaan 5 aksiaalisuuntainen tukivoima myös kokonaisuudessaan johdettu vaikuttamaan liukurenkaan 5 poikkileikkauksen massakes-10 kipisteeseen K. Tämä on käytännössä toteutettu niin, että em. aksiaalisuuntainen tukivoima on johdettu liukurenkaaseen 5 tiivisterenkaan radiaaliseen vastinpintaan muodostetun rivan avulla. Ripa on tällöin sovitettu niin, että sen säteittäisesti ulompi reuna on aksiaalisuuntaisessa 15 sylinteripinnassa, joka kulkee massakeskipisteen K kautta. Liukurenkaan 5 aksiaalinen tuki voidaan myös järjestää monella muullakin tavalla, koska keksinnön mukaisessa rakenteessa liukurenkaan 5 vääristyminen kutistusliitoksessa on erittäin vähäistä.

20 Edellä esitettyjä esimerkkejä ei ole mitenkään tar koitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa monin eri tavoin. Näin ollen on selvää, että eri osien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty.

25 Keksintöä voidaan soveltaa sekä tiivisteissä, joissa käytetään tiivistenestettä että tiivisteissä, joissa ei käytetä tiivistenestettä. Kaarevuussäteiden , R2 suuruudet ja rengasmaisen ulokkeen 7 pituus voidaan valita täysin vapaasti kulloisenkin tilanteen edellyttämällä tavalla.

Claims (4)

8 74121

1. Liukurengastiiviste seinämän suhteen pyörivän akselin (2) tiivistämiseksi, joka käsittää runko-osan ja 5 liukurenkailla (5) varustetut tiivisterenkaat (4), jotka on sovitettu toisiinsa nähden niin, että liukurenkaiden tiivistävät liukupinnat painautuvat toisiaan vasten ja pyörivät toistensa suhteen, jolloin kukin liukurengas (5) on kiinnitetty tiivisterenkaaseensa (4) kutistusliitoksen 10 avulla niin, että kutistusliitoksen radiaalinen puristusvoima on johdettu vaikuttamaan liukurenkaan (5) poikkipinnan massakeskipisteeseen (K), tunnettu siitä, että kutistusliitoksessa toisiinsa koskettavista tiiviste-renkaan (4) pinnasta ja liukurenkaan (5) kehäpinnasta ai-15 nakin toinen on muodostettu kuperaksi pinnaksi niin, että kuperan pinnan huippukohta on liukurenkaan (5) poikkipinnan massakeskipisteen (K) kautta kulkevassa säteittäissuuntai-sessa tasossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukurengastii-20 viste, tunnettu siitä, että liukurenkaan (5) ke- häpintaan painautuva tiivisterenkaan (4) pinta on muodostettu tiivisteen aksiaalisuuntaiseen, liukurenkaan aksiaa-lisuuntaista leveyttä olennaisesti pitempään rengasmaiseen ulokkeeseen (7). '25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liukuren gastiiviste, tunnettu siitä, että kupera pinta on muodostettu liukurenkaan (5) kehäpintaan painautuvaan tiivisterenkaan (4) pintaan.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liukuren-30 gastiiviste, tunnettu siitä, että kupera pinta on muodostettu liukurenkaan (5) kehäpintaan.