HU222156B1

HU222156B1 - Tömítőgyűrű

Info

Publication number: HU222156B1
Application number: HU0000516A
Authority: HU
Inventors: Eberhard Bock; Gilbert Pataille; Boris Tchilingurian
Original assignee: Carl Freudenberg
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2003-04-28
Also published as: CA2301772C; HUP0000516A3; EP1026428A2; EP1026428B1; HU0000516D0; CA2301772A1; HUP0000516A2; EP1026428A3; DE19904862C1

Abstract

A találmány tárgya tömítőgyűrű. A tömítőgyűrűt polimer anyagútömítőtárcsa (1) képezi, amely egy tartószakaszból (2) és egytömítőszakaszból (3) áll. A tartószakasz (2) össze van kötve egytámaszgyűrűvel (4). A tömítőszakasz (3) egy tömítendő tér (5) feléelőzetesen boltozatossá van téve, és egy tömítendő tengelyt (6)sugárirányú előfeszítéssel a kerületi oldalon tömítően körülvesz. Atömítőszakasznak (2) a tengely (6) felé mutató oldalán van egy elsőfelületi profilozás (11), amely első profilozást a tömítendő tér (5)felé eső oldalon legalább egy visszaszállító elem (8) képezi. Avisszaszállító elemnek (8) a tömítendő tértől (5) elmutató oldalánlegalább egy porfogó (9) van elhelyezve. A találmány értelmében avisszaszállító elem (8) és a porfogó (9) között körgyűrű alakú,önmagában zárt tömítő- perem (10) van, amely a tengelyt (6) a kerületioldalon tömítően körülzárja. ŕ

Description

A találmány tárgya tömítőgyűrű. Ennek a tömítőgyűrűnek van egy polimer anyagú tömítőtárcsája, amely egy tartószakaszból és egy tömítőszakaszból áll. A tartószakasz össze van kötve egy támaszgyűrűvel, a tömítőszakasz egy tömítendő tér felé előzetesen boltozatossá van téve, és a tömítendő tengelyt sugárirányú előfeszítéssel a kerületi oldalon tömitően körülveszi. A tömítőszakasznak a tengely felé mutató oldalán van egy első felületi profilozás. Az első profilozást a tömítendő tér felé eső oldalon legalább egy visszaszállító elem képezi. A visszaszállító elemnek a tömítendő tértől elmutató oldalán legalább egy porfogó van elhelyezve.

Ilyen tömítőgyűrű a DE-OS 33 16 063 számú német nyilvánosságrahozatali iratból ismert. Ez a tömítőgyűrű forgómozgásokat végző gépelemhez szolgál, és egy támaszgyűrűből áll, amely folyadékzáróan össze van kötve egy politetrafluor-etilén tömítőtárcsával. A tömítőtárcsa a tömítendő tér felé trombita alakban deformálva van, és a tömítendő tengely felé mutató oldalon hidrodinamikusán ható visszaszállító elemekkel van ellátva. A trombita alakban deformált tömítőtárcsa legalább két azonos irányú és egymáson átható, különböző profilmélységű és/vagy emelkedésű visszaszállító elemmel van ellátva.

A találmányunk elé kitűzött feladat a bevezetésben leírt jellegű tömítőgyűrű olyan továbbfejlesztése, hogy a tömítőgyűrű a tömítendő tengely álló állapotában javított statikus tömítettséget biztosítson.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a visszaszállító elem és a porfogó között körgyűrű alakú, önmagában zárt tömítőperem van, amely a tengelyt a kerületi oldalon tömitően körülzáija.

Ebben a kialakításban előnyös, hogy a tömítőtárcsa tömítőszakaszának a tömítendő tengely felé mutató oldalon három különbözőképpen kialakított funkcionális része van, és mindegyik funkcionális rész csak egy feladatot lát el. Az első felületi profilozás előidézi az eltömítendő közeg visszaszállítását az eltömítendő tér irányában. A tömítőperem önmagába záródva körülzárja a tömítendő tengelyt, és ezzel a tengely álló állapotában megakadályozza az eltömítendő közeg szivárgását a porfogó, vagyis a környezet irányában. A porfogó védi a tömítőperemet és a visszaszállító elemet a környezetből származó abrazív szennyezésektől. A porfogó a tömítendő tengely felületét előnyös módon nagyon kis, maximálisan 0,5 mm sugárirányú távolságban zárja körül, vagy különleges esetben érintkezhet is a tengellyel. Ezért a porfogó nem kopik és változatlanul jó használati tulajdonságai vannak hosszú használat során.

A visszaszállító elem előnyös módon spirális alakú, és hosszmetszetben nézve furészfog alakú első mélyedések vannak benne, amelyek egymástól tengelyirányú távolságban szomszédosán egymáshoz hozzá vannak rendelve; mindegyik mélyedésnek a tömítendő tér felé mutató első határoló felülete kisebb szöget zár be a tengely tömítendő felületével, mint a tömítendő tértől elmutató második határoló felülete. Az első felületi profilozás furészfog alakú profiljának az előnye az, hogy a radiális tengely-tömítőgyűrű rendeltetésszerű alkalmazása közben az eltömítendő közeg kitüntetetten az eltömítendő tér irányában kerül visszaszállításra. A fűrészfog alakú mélyedések a bemetszésekhez képest jóval nagyobb térfogatuk révén kevésbé érzékenyek az olajkokszra.

A visszaszállító elemnek a tengelytől elmutató oldalán előnyös módon egy második felületi profilozás van elhelyezve, amelyet hosszmetszetben lényegében U alakú, a tengelytől elmutató oldalon nyitott, a kerületi oldalon körbemenő második mélyedések képeznek, amelyek egymástól tengelyirányú távolságban szomszédosán vannak egymáshoz hozzárendelve. A tömítőtárcsának a tengely felé mutató oldalán lévő furészfog alakú mélyedések és a tengelytől elmutató oldalán lévő U alakú mélyedések révén a tömítőtárcsa sugárirányban nagyon hajlékony, és a tömítendő tengely mozgásait - még körfutási eltérések esetén is - követni tudja. Ezenkívül az U alakú mélyedések a fűrészfog alakú mélyedésekkel kombinálva nagyon nagy felületet hoznak létre, amely kiválóan alkalmas arra, hogy a keletkező súrlódási hőt gyorsan elvezesse a tömítőtárcsáról.

A tömítőtárcsa előnyös módon politetrafluor-etilénből áll. Ennek következtében a tömítőtárcsa ellenálló a legtöbb tömítendő közeggel szemben. A politetrafluor-etilénnek emellett jó a hőmérséklet-állósága és a csúszási viselkedése. A politetrafluor-etilén tömítőtárcsa közel kopásmentes, mert egy bizonyos kezdeti kopás után a felület üvegesedik, és ennek következtében nagyon ellenállóvá válik.

Például fröccsönthető kopolimerizátumokat, így perfluor-etilént (FEP) vagy perfluor-alkoxi-kopolimert (PFA), vagy hőre lágyuló elasztomert lehet alkalmazni.

A tömítőtárcsa állhat azonban más anyagokból is.

A tömítőtárcsa vastagsága előnyös módon 0,5 és 1 mm között van. A használati tulajdonságok különösen előnyösek, ha a vastagság a tömítendő tengely átmérőjétől függően 0,6 és 0,75 mm között van. Ha a tömítőtárcsa vastagsága 0,5 mm-nél kisebb, akkor ez hátrányos, mert a mélyedések mélységét csökkenteni kell, és tömítőtárcsa a tömítendő tengelyt csak nagyon kis előfeszítéssel zárja körül.

Ha viszont a tömítőtárcsa vastagsága 1 mm-nél nagyobb, akkor hátrányos, hogy a tömítőtárcsa a tengelyt túl nagy előfeszítéssel felfeküdve zárja körül, és emiatt nagy a veszteségi teljesítmény.

Ha a tömítőtárcsa politetrafluor-etilénből áll, akkor a fűrészfog alakú és/vagy U alakú mélyedések anyag eltávolítása nélkül vannak a tömítőtárcsába benyomva. Fröccsönthető kopolimerizátumok esetén a mélyedések a fröccsöntő szerszámban vannak kialakítva. Az, hogy a mélyedések előállításához nem használunk forgácsoló megmunkálási eljárásokat, azzal az előnnyel jár, hogy a tömítőtárcsa a tömítendő tengely körfutási eltérései esetén is sérülés nélkül bír ki nagyon nagy számú terhelésváltozást, mivel a bemetszési hatások a mélyedéseknél a forgácsoló megmunkálási eljárásokhoz képestjóval kisebbek.

A furészfog alakú és U alakú mélyedések előnyös módon eltolt hézagokkal vannak egymáshoz hozzárendelve. Ennek a kialakításnak a révén egyrészt közelítőleg azonos anyagvastagság jön létre a tömítőtárcsa ten2

HU 222 156 Β1 gelyirányú kiterjedése mentén, és ez a kialakítás elkerüli a nem kívánt anyagfelhalmozódásokat, amelyek hátrányosak a technológia és a jó használati tulajdonságok szempontjából. Másrészt a csuklópontok a furészfog alakú mélyedések között vannak, úgyhogy a fürészfog alakú mélyedések geometriai méretei lényegében akkor is megmaradnak, amikor a tömítőtárcsát körfutási hibával járó tengelyek tömítésére használják.

Az U alakú mélyedések sugárirányú mélységének a furészfog alakú mélyedések sugárirányú mélységéhez viszonyított aránya 1 és 4,5 között van, előnyös módon 3. Ezzel az aránnyal kiváló kompromisszum jön létre a tömítőtárcsa sugárirányú, a tengely körfútási eltéréseit kiegyenlítő jó hajlékonysága, a tömítendő közeg hosszú használati időtartam alatti jó eltömítése és a tömítőtárcsa hűtésére és a súrlódási hő elvezetésére szolgáló nagy felület között.

A tömítőperem - hosszmetszetben nézve - lényegében négyzet alakú lehet. Az egymással szomszédos második határoló felületek közötti tengelyirányú kiteqedés előnyös módon lényegében megegyezik a tömítőperem tengelyirányú kiteijedésével és a porfogó tengelyirányú kiteijedésével. Az ilyen kialakításnál előnyös, hogy a tömítőgyűrű tengelyirányú szélessége optimálisan kicsi lehet.

Az egyik előnyös kiviteli alakban a tartószakaszt elasztomer anyagú közbenső réteg köti össze a támaszgyűrűvel. A tartószakasz például a két rész vulkanizálásával köthető a közbenső réteghez. Gazdaságossági szempontból kedvezőnek bizonyult a közbenső réteget közvetlen ráalakítási folyamatban létrehozni, és egyidejűleg vulkanizálás útján a támaszgyűrűvel és a tömítőtárcsával összekötni.

Egy másik kiviteli alakban a tartószakaszt és a támaszgyűrűt szívósan kemény anyagú feszítőelem közvetlenül egymáshoz feszítheti. Előnyös, hogy az ilyen tömítőgyűrűt különösen egyszerűen és ezért olcsón lehet előállítani. A támaszgyűrű és a feszítőelem például egy-egy fémanyagból állhat. A tartószakasznak a támaszgyűrű és a feszítőelem közötti csak erőzáró és/vagy alakzáró kötése különösen egyszerűvé teszi a tömítőgyűrű építőelemeinek szétválasztását a használat után. Az egyes építőelemeket fajtánként tisztán lehet újrafeldolgozásra juttatni.

Egy további kiviteli alakban a környezetben lévő nagy mennyiségű szennyezés esetére bundaanyagú tárcsát alkalmazunk.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben vázlatos ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti tömítőgyűrű első kiviteli alakja, a

2. ábra a találmány szerinti tömítőgyűrű második kiviteli alakja, a

3. ábra a találmány szerinti tömítőgyűrű harmadik kiviteli alakja, a

4. ábra a találmány szerinti tömítőgyűrű negyedik kiviteli alakja, az

5. ábra a találmány szerinti tömítőgyűrű további kiviteli alakja.

Az ábrán látható tömítőgyűrű lényegében egy 1 tömítőtárcsából és egy 4 támaszgyűrűből áll. Az 1 tömítőtárcsa az itt ábrázolt kiviteli alakokban mindig politetrafluor-etilénből áll, és van egy 2 tartószakasza és egy 3 tömítőszakasza. A 2 tartószakasz össze van kötve a 4 támaszgyűrűvel.

A 3 tömítőszakasznak három különbözőképpen kialakított funkcionális része van, és beépített állapotban előzetesen boltozatossá van téve az 5 eltömítendő tér felé. A 3 tömítőszakasznak a 6 tengely felé mutató oldalán van egy első, 7 felületi profilozás, amely a 6 tengely forgásakor előidézi az eltömítendő közeg visszaszállítását az 5 eltömítendő tér irányában. Az eltömítendő közeg szállítóhatását a 8 visszaszállító elem hozza létre.

A 7 felületi profilozásnak az 5 eltömítendő tértől tengelyirányban elmutató oldalán van elhelyezve a 10 tömítőperem, amely az eltömítendő 6 tengelyt önmagában zártan és tömítően körülzárja. Ez a tengely álló állapotában is kiváló statikus eltömítést eredményez.

A 10 tömítőperemnek az 5 eltömítendő tértől elmutató oldalán van elhelyezve a 9 porfogó, amely ebben a kiviteli alakban az eltömítendő 6 tengely felületével együtt kis sugárirányú magasságú 20 tömítőrést határol.

A 3 tömítőszakasznak az előzetes boltozatossá tétele az 5 eltömítendő tér felé különösen szereléstechnikai szempontból kiemelkedően előnyös, mivel ahhoz, hogy a tömítőgyűrűt egy előzetesen szerelt tengelyre rászereljék, nincs szükség sem szerelőhüvelyre, sem a tömítőszakasz előzetes deformálására. Az előbb leírt tömítőgyűrű alkalmazása ezért különösen előnyös forgattyús tengely tömítéseként a lendkerék oldalán és/vagy bütykös tengely tömítéseként.

Az 1. ábrán látható a tömítőtárcsa első kiviteli alakja. A 8 visszaszállító elem spirális alakú, és az itt ábrázolt hosszmetszetben nézve furészfog alakú 11 első mélyedésekkel van ellátva. A fűrészfog alakú 11 első mélyedések úgy vannak kialakítva, hogy az 5 eltömítendő tér felé mutató 12 első határoló felület a 6 tengely eltömítendő felületével kisebb 13 szöget zár be, mint az 5 eltömítendő tértől elmutató 15 második határoló felület. A kisebbik, 13 szög előnyös módon 15 és 75° között van, míg a nagyobb, 14 szög körülbelül 90°.

A furészfog alakú 11 első mélyedések csak a 3 tömítőszakasz területére terjednek ki, és a 17 második mélyedésekhez úgy vannak hozzárendelve, hogy hézagaik el vannak tolva egymáshoz képest. Az U alakú 17 második mélyedések sugárirányú mélységének a furészfog alakú 11 első mélyedések sugárirányú mélységéhez viszonyított aránya ebben a kiviteli alakban 3. Ez az arány biztosítja a tömítőtárcsa sugárirányú, a tengely körfutási eltéréseit kiegyenlítő jó hajlékonyságát. Ezenkívül az ilyen profil nagy felületet hoz létre a tömítőtárcsa hűtésére és a súrlódási hő elvezetésére.

A 2 tartószakaszt ebben a kiviteli alakban elasztomer anyagú 18 közbenső réteg köti össze a 4 támaszgyűrűvel.

Ennek a tömítőgyűrűnek jók a használati tulajdonságai és kicsik a tengelyirányú méretei.

A 2. ábrán a találmány szerinti tömítőgyűrű második kiviteli alakja látható. Ez a tömítőgyűrű lényegében

HU 222 156 Β1 abban különbözik az 1. ábra szerinti tömítőgyűrűtől, hogy a 3 tömítőszakasznak csak a 6 tengely felé mutató oldalán van egy első 7 felületi profilozás, amely 11 első mélyedéseket tartalmaz.

A 4 támaszgyűrű úgy van kialakítva és az 1 tömítőtárcsához képest úgy van elhelyezve, hogy az 1 tömítőtárcsát a 4 támaszgyűrű a beépítési terében központozza. Az 1 tömítőtárcsát és a 4 támaszgyűrűt ebben a kiviteli alakban is elasztomer anyagú 18 közbenső réteg köti össze, amely a 21 sugárirányú szárat teljesen körülzárja.

A 3. ábrán egy harmadik kiviteli alak látható, amely az 1. és 2. ábra segítségével korábban leírt kiviteli alakoktól abban különbözik, hogy a 4 támaszgyűrű nem fémanyagból, hanem polimer anyagból áll. Egy nem ábrázolt házban való tömítéshez a 4 támaszgyűrűt a külső kerületi oldalán 22 tömítőlakkal lehet bevonni.

A 3 tömítőszakasz a 6 tengelyhez képest ferdén jön ki a 4 támaszgyűrűből, ami pozitívan befolyásolja a sugárirányú rásajtolást a 6 tengelyre.

A 4. ábrán egy negyedik kiviteli alak látható, amely az 1-3. ábra szerinti kiviteli alakoktól lényegében abban különbözik, hogy az 1 tömítőtárcsa a 4 támaszgyűrűn van rögzítve. Az itt ábrázolt kiviteli alakban a 4 támaszgyűrű lényegében L alakú, és 23 tengelyirányú szárában az 5 eltömítendő tértől elmutató 24 homlokoldalán van egy 25 hátrametszés, amelybe a 19 feszítőelem alakzáróan bepattan. A 19 feszítőelem a 2 tartószakaszt tengelyirányú előfeszítéssel a 4 támaszgyűrű 21 sugárirányú szárához sajtolja.

Az 5. ábrán egy további kiviteli alak látható, amely a fent leírt kiviteli alakoktól lényegében abban különbözik, hogy az 5 eltömítendő tértől elmutató oldalon 26 bundaanyagú tárcsa van elhelyezve, amely a 6 tengelyt a szennyezéstől eltömítve körülzárja.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Tömítőgyűrű polimer anyagú tömítőtárcsával, amely egy tartószakaszból és egy tömítőszakaszból áll; a tartószakasz össze van kötve egy támaszgyűrűvel, a tömítőszakasz egy tömítendő tér felé előzetesen boltozatossá van téve, és a tömítendő tengelyt sugárirányú előfeszítéssel a kerületi oldalon tömítően veszi körül; a tömítőszakasznak a tengely felé mutató oldalán van egy első felületi profilozás, amely első profilozást a tömítendő tér felé eső oldalon legalább egy visszaszállító elem képezi, és a visszaszállító elemnek a tömítendő tértől elmutató oldalán legalább egy porfogó van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a visszaszállító elem (8) és a porfogó (9) között körgyűrű alakú, önmagába záródó tömítőperem (10) van, amely a tengelyt (6) a kerületi oldalon tömítően körülzárja.
2. Az 1. igénypont szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a visszaszállító elem (8) spirális alakú, és hosszmetszetben nézve fűrészfog alakú első mélyedések (11) vannak benne, amelyek egymástól tengelyirányú távolságban szomszédosán egymáshoz hozzá vannak rendelve; mindegyik mélyedésnek (11) a tömítendő tér (5) felé mutató első határoló felülete (12) kisebb szöget (13) zár be a tengely (6) tömítendő felületével, mint a tömítendő tértől (5) elmutató második határoló felülete (15).
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a visszaszállító elemnek (8) a tengelytől (6) elmutató oldalán egy második felületi profílozás (16) van elhelyezve, amelyet hosszmetszetben U alakú, a tengelytől (6) elmutató oldalon nyitott, a kerületi oldalon körbemenő második mélyedések (17) képeznek, amelyek egymástól tengelyirányú távolságban szomszédosán egymáshoz hozzá vannak rendelve.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tömítőtárcsa (1) politetrafluor-etilénből áll.
5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tömítőtárcsa fföccsönthető kopolimerizátumokból áll.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tömítőtárcsa (1) D vastagsága 0,5 és 1 mm között van.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a fűrészfog alakú mélyedések (11) és/vagy U alakú mélyedések (17) anyag eltávolítása nélkül vannak a tömítőtárcsába (1) benyomva.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a fűrészfog alakú mélyedések (11) és az U alakú mélyedések (17) eltolt hézagokkal vannak egymáshoz hozzárendelve.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy az U alakú mélyedések (17) sugárirányú mélységének a fűrészfog alakú mélyedések (11) sugárirányú mélységéhez viszonyított aránya 1 és 4,5 között van.
10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tömítőperem (10) hosszmetszetben nézve négyzet alakú.
11. Az 1 -10. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy az egymással szomszédos második határoló felületek (15.1,15.2) közötti tengelyirányú kiterjedés megegyezik a tömítőperem (10) tengelyirányú kiterjedésével és a porfogó (9) tengelyirányú kiterjedésével.
12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tartószakaszt (2) elasztomer anyagú közbenső réteg (18) köti össze a támaszgyűrűvel (4).
13. Az 1 -11. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tartószakaszt (2) és a támaszgyűrűt (4) szívósan kemény anyagú feszítőelem (19) közvetlenül egymáshoz feszíti.
14. Az 1 -13. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a támaszgyűrű (4) polimer anyagból áll.
15. Az 1 -14. igénypontok bármelyike szerinti tömítőgyűrű, azzal jellemezve, hogy a tömítendő tértől (5) elmutató oldalon bundaanyagú tárcsa (26) van elhelyezve, amely a tengelyt (6) a szennyezéstől elzárva körülveszi.