SE433656B

SE433656B - Radial seal for a shaft with longitudinal movement through a cylinder containing a pressure fluid

Info

Publication number: SE433656B
Application number: SE8007252A
Authority: SE
Inventors: B Panchetti
Original assignee: Polimac Sas Di Pelissero Panch
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1984-06-04
Also published as: SE8007252L

Abstract

A seal for axially movable shafts, particularly in connection with McPherson type dampers, include a flange 32 sealing against the surface of the shaft 12, the outer surface 38 of said flange being subjected to fluid pressure forming a cutting angle α, α' with the generatrix of the shaft substantially equal to 90 degrees when the seal is mounted on the shaft and biased by this in its working position. In this manner, the scraping effect of the seal is increased, the possibility of fluid blow-by avoided, and the resultant stresses due to fluid pressures are not negatively affecting the adjustment of the flange 28 with respect to its relevant articulation line A. <IMAGE>

Description

8007252-3 2 L/'l 10 20 ZS 40 är utformad att utsättas för fluidtryck och bildar en sådan vinkel med tätningens axel, att efter montering till driftstillstånd och vid efterföljande vridning av flänsen kring dess ledlinje, blir den av nämnda yta och axelns generatris ínneslutna vinkeln, eller skärvínkeln, huvudsakligen lika med 900. Z7 40 is designed to be subjected to fluid pressure and forms such an angle with the axis of the seal that after mounting to the operating condition and upon subsequent rotation of the flange about its guide line, it becomes of said surface and the axis of the shaft included angle, or cutting angle, substantially equal to 900.

Det har visat sig att med en tätning enligt uppfinningen ut- vecklar den primära tätningsflänsen maximal skrapverkan, med på- följande maximal tätningsverkan, även efter långvarig användning av den dämpare eller liknande i vilken tätningen är monterad.It has been found that with a seal according to the invention the primary sealing flange develops maximum scraping action, with subsequent maximum sealing effect, even after prolonged use of the damper or the like in which the seal is mounted.

Detta beror åtminstone delvis på att kraften från det på denna yta utövade fluidtrycket, då ovannämnda yta lutar såsom i de förut kända utförandena, uppdelas i en första komponent vinkelrätt till nämnda yta och i en andra komponent parallell med nämnda yta samt vriden mot axlens centrumlinje. Den första komponenten, vars för- längning ligger utanför flänsens ledlinje, framkallar ett vridande moment på flänsen i en riktning motsatt den tätande riktningen, medan den andra komponenten medför risk för upplyftning av den tätande kanten eller genomblåsning av fluid mellan den tätande kanten och axelns yta. _Däremot har i en tätning enligt föreliggande uppfinning, den från fluidtrycket härledda kraften en resultant, vilken verkar på nämnda yta, är huvudsakligen parallell med axelns centrumlinje och vars verkningslinje skär eller passerar på insidan av flänsens ledlinje.This is due at least in part to the fact that the force from the fluid pressure exerted on this surface, when the above-mentioned surface is inclined as in the previously known embodiments, is divided into a first component perpendicular to said surface and into a second component parallel to said surface and turned towards the center line of the shaft. The first component, the extension of which is outside the guide line of the flange, produces a rotating moment on the flange in a direction opposite to the sealing direction, while the second component entails a risk of lifting the sealing edge or blowing fluid between the sealing edge and the surface of the shaft. . In contrast, in a seal according to the present invention, the force derived from the fluid pressure has a resultant which acts on said surface, is substantially parallel to the center line of the shaft and whose line of action intersects or passes on the inside of the guide line of the flange.

I det senare fallet verkar nämnda kraft till att vrida flänsen mot axelns yta, varigenom tätningen förbättras.In the latter case, said force acts to turn the flange towards the surface of the shaft, whereby the seal is improved.

I Enligt ett annat fördelaktigt särdrag hos uppfinningen, är nämnda tätning- i det utförande enligt vilken den stela ringen är mekaniskt förspänd parallellt med axelns centrumlinje mot cylinderns främre tillslutningsyta, för statisk tätning mot denna tillslutningsyta, försedd med åtminstone två cirkulära och koncentriska tätningsflänsar, vilka avgränsar en hålighet mellan varandra.According to another advantageous feature of the invention, said seal in the embodiment according to which the rigid ring is mechanically prestressed parallel to the center line of the shaft against the front closing surface of the cylinder, for static sealing against this closing surface, provided with at least two circular and concentric sealing flanges delimit a cavity between each other.

Härigenom erhålls en slags labyrint, vilken samverkar för ökad tätning i detta område och vilken förhindrar genomblåsning till följd av eventuella repor hos tillslutníngsytan.This results in a kind of labyrinth, which cooperates for increased sealing in this area and which prevents blow-through due to possible scratches on the sealing surface.

Eftersom under dämparens montering tätningen först inriktas på cylinderns främre tillslutningsyta, varefter ett förspännande organ i form av en stel ring monteras i dämparen, är riskerna för att tätningen omflyttas från det ideala teoretiska läget under monteríngen minskad i jämförelse med kända lösningar med endast 10 20 b! in 40 5 80072252-3 en tätningsfläns, eftersom den anliggande ytan mellan tätning och tätninf=y'a dr utökad. _ fínningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till bi- fogad ritning.Since during the mounting of the damper the seal is first aligned on the front closing surface of the cylinder, after which a prestressing member in the form of a rigid ring is mounted in the damper, the risks of the seal being moved from the ideal theoretical position during assembly are reduced compared to known solutions with only 10 b ! in 40 5 80072252-3 a sealing flange, since the abutting surface between the seal and the seal inf = y'a dr extended. The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing.

Pig. 1 är en schematisk snittvy av en dämpare av McPherson- typ på vilken en tätning av omnämnt slag kan monteras och vilken visas i två olika utföranden pa figurens två halvor. Pig. 2 visar en del av en tätning enligt uppfinningen i tvärsnitt längs tät- níngens axel. Pig. 3 visar i större skala de statiska tätnings- flänsarna i deras minimala och maximala utböjningstillstånd.Pig. 1 is a schematic sectional view of a McPherson type damper on which a seal of the type mentioned can be mounted and which is shown in two different embodiments on the two halves of the figure. Pig. 2 shows a part of a seal according to the invention in cross section along the axis of the seal. Pig. 3 shows on a larger scale the static sealing flanges in their minimum and maximum deflection states.

Pig. 1 visar i tvärsnitt tätningen enligt fíg. Z i dess monterade tillstånd.Pig. 1 shows in cross section the seal according to fig. Z in its mounted condition.

En i fig. 1 visad dämpare av i och för sig känt slag, uppvisar en yttre cylinder 70, en koaxiell inre axel 12 och ett tillslut- ningselement 14 för cylinderns underdel, vilket är hermetiskt för- sett med en tätning 16 och en gänga lb' mot cylindern lü, eller svetsa: som vid lo" på densamma. Elementet 14 är i stånd till att uppbära ett axíellt påkännande mekaniskt element 18, på vars in- sida axeln 12 kan förflyttas i båda riktningarna, enligt pilen X eventuellt med en inre lagerbeklädnad 19. Tíllslutningsytan 14 är försedd med en radialtätning 20, vilken är utformad att förhindra varje genomblasning av fluid under tryck, särskilt i cylinderns 10 hålighet 22 närvarande olja under tryck, såväl i förening med ytan 14 som i förening med axelns 12 yttre yta.A damper of a type known per se, shown in Fig. 1, has an outer cylinder 70, a coaxial inner shaft 12 and a closing element 14 for the lower part of the cylinder, which is hermetically provided with a seal 16 and a thread 1b. The cylinder 14 is capable of supporting an axially stressed mechanical element 18, on the inside of which the shaft 12 can be moved in both directions, according to the arrow X possibly with an inner bearing cover 19. The closing surface 14 is provided with a radial seal 20, which is designed to prevent any blowing of fluid under pressure, in particular oil under pressure in the cavity 22 of the cylinder 10, both in conjunction with the surface 14 and in conjunction with the outer surface of the shaft 12.

För uppnâende av vad som ovan angivits, är tätningen 20, vilket tydligast framgår av fig. 2 och 3, försedd med en stel ring 24 av exempelvis metall, vilken uppbär en med 26 allmänt betecknad kropp som är tillverkad av böjligt tätníngsmaterial, särskilt ett gummibaserat material. I fig. 2 och 3 visas tätningen i tvärsnitt längs ett plan genom dess axel och följande beskriv- ning kommer att hänföras till detta tvärsnitt, med hänvisning till punkter och linjer hos detta vilka punkter och linjer motsvaras av linjer och ytor erhållna frân dessa punkters och linjers rota- tion kring tätningens axel. I dríftläget sammanfaller tätningens axel med axelns 12 centrumlinje. Med hänvisning till fig. 2, upp- visar tätningen huvudsakligen två flänsar, nämligen en primär fläns 28 och en sekundär fläns 30, av vilka den primära flänsen är anordnad på den tätningssida som är utsatt för tryck, medan den sekundära flänsen utövar en tätande verkan under tillstånd då den ej är utsatt för tryck. 8007252-5 . 4 Flänsarna är enligt känd teknik framställda på ett sådant sät; att de vid montering eller ínpassning vrids eller böjs kring en punkt (i ett tvärsnitt) vilken kan vara ungefirligen förlagd I i det med A indikerade omrâdet i fig. 2, varvid denna vridning 5 uppträder vid den vid monteringen inträdande radiella och utåt- riktade tryckkraften. Nämnda två flänsar 28 och 30 uppvisar ytor 32 resp. 34 vilka är vända mot tätningens axel och vilka bildar en negativ respektive en positiv vinkel med tätningens akel, på sådant sätt att i driftstillståndet bildas ett hälrum 36 (fig. 3) 10 vilket verkar tätande under bildning av en sorts labyrint. Primär- flänsen lö begränsas vid sitt övre parti av en yta 38 vilken är utsatt för fluidtryck samt vilken med tätningens axel, i icke- -driftstillståndet enligt fíg. 2, bildar en given vinkel u som i detta speciella fall överskrider 60°. I varje fall har vinkeln 15 -a ett värde som beror av tätningens material och av flänsens böj- ningsvinkel. Detta värde är beräknat på sådant sätt,att när tät- ningen är monterad, bildar ytan 38 med axelns centrumlinje en vinkel u som huvudsakligen är lika med 900. På detta sätt upp- kommer genom det av olja på ytan 38 utövade trycket att alstra 20 en resultant R (fig. 4) vilken är huvudsakligen parallell med axelns centrumlinje och vilken medger erhållande av en bättra tätning av axeln, tack vare den erhållna maximala skrapeffekten och undanröjandet av möjligheterna för genomblåsning eller upp- lyftning. (Denna genomblåsning av fluid uppträder alltid hos 25 konventionella tätningar, varvid en kil erhålls till följd av *Ä-geometrin hos den vinkel som vanligen benämns skärvinkel, även i_de fall då den enligt känd teknik erhålls direkt från gjut- ning).To achieve the above, the seal 20, as most clearly shown in Figs. 2 and 3, is provided with a rigid ring 24 of, for example, metal, which carries a body generally designated 26 which is made of flexible sealing material, in particular a rubber-based material. In Figs. 2 and 3 the seal is shown in cross section along a plane through its axis and the following description will be given to this cross section, with reference to points and lines thereof which points and lines correspond to lines and surfaces obtained from these points and lines rotation around the axis of the seal. In the drive position, the axis of the seal coincides with the center line of the shaft 12. Referring to Fig. 2, the seal has substantially two flanges, namely a primary flange 28 and a secondary flange 30, the primary flange of which is arranged on the sealing side which is subjected to pressure, while the secondary flange exerts a sealing effect. under conditions when it is not exposed to pressure. 8007252-5. The flanges are made in such a manner according to the prior art; that during assembly or fitting they are rotated or bent around a point (in a cross-section) which may be approximately located I in the area indicated by A in Fig. 2, this rotation 5 occurring at the radial and outwardly directed compressive force occurring during assembly. . Said two flanges 28 and 30 have surfaces 32 and 32, respectively. 34 which face the axis of the seal and which form a negative and a positive angle, respectively, with the axis of the seal, in such a way that in the operating state a cavity 36 (Fig. 3) is formed which acts sealingly to form a kind of labyrinth. The primary flange lo is limited at its upper portion by a surface 38 which is subjected to fluid pressure and which with the axis of the seal, in the non-operating condition according to fig. 2, forms a given angle u which in this particular case exceeds 60 °. In each case, the angle 15 -a has a value which depends on the material of the seal and on the bending angle of the flange. This value is calculated in such a way that when the seal is mounted, the surface 38 with the center line of the shaft forms an angle u which is substantially equal to 900. In this way, the pressure exerted by oil on the surface 38 is generated. a resultant R (Fig. 4) which is substantially parallel to the center line of the shaft and which allows a better sealing of the shaft to be obtained, thanks to the maximum scraping effect obtained and the elimination of the possibilities for blowing or lifting. (This blow-through of fluid always occurs with conventional seals, a wedge being obtained due to the Ä-geometry of the angle commonly referred to as the cutting angle, even in the case where it is obtained directly from casting according to the prior art).

Vidare ligger resultanten R huvudsakligen i linje med flänsens 30 ledpunkt eller kan även vara förskjuten mot axelns centrumlinje i förhållande till denna punkt, och därigenom strävar resultanten R att trycka flänsen 28 mot axelns 12 yta, Denna verkan är på i och för sig känt sätt förenad med verkan från ett fjädrande element 40, exempelvis i form av en skruvfjäder, vilken under 35 spänning är upptagen i ett på flänsens 28 utsida anordnat säte 42. Tätníngen uppvisar även vid dess statiska tätningsområde mot elementets 14 tillslutningsyta, två_i linje liggande, koncentríska tätningsflänsar 44 och 46, vilka mellan varandra bildar en hålig- het 48, varvid åtmintone en av dessa flänsar, i detta fall flänsen 40 44, ligger huvudsakligen i linje med riktningen Y för tätningens 10 s 8007252-3 sammanpressning från delen 18 mot metallringen 24. 7 Närvaron av de två flänsarna 44, 46 och hålígheten 48 bildar först en labyrint vilken säkerställer en perfekt tätning även i detta tillstånd. När vidare tätningens bäryta på tillslutnings- ytan 14 ökar, erhålls en annan fördel genom att tåtningen härvid säkrare fasthålls i dess teoretiska monteringsläge, varigenom tätningen bättre förhindras från att inta lägen vilka är radiellt förskjutna i förhållande till det avsedda läget, före inverkan från det tíllslutande och sammantryckande elementet 18 samt under dettas montering. På detta sätt säkerställs en exakt inställning av tätningen och därigenom erhålls en säkrare garanti för att tät- ningen kan arbeta i idealt tillstånd, utan att den utsätts för ojämnt efterföljande slitage, vilket snabbt skulle bringa tätningen och följaktligen hela dämparen ur funktion.Furthermore, the resultant R is substantially in line with the articulation point of the flange 30 or may also be offset towards the center line of the shaft relative to this point, and thereby the resultant R strives to press the flange 28 against the surface of the shaft 12. This effect is combined in a manner known per se. with the action of a resilient element 40, for example in the form of a helical spring, which under tension is received in a seat 42 arranged on the outside of the flange 28. The seal also has at its static sealing area against the closing surface of the element 14, two aligned concentric sealing flanges 44 and 46, which between them form a cavity 48, at least one of these flanges, in this case the flange 44, being substantially in line with the direction Y of the compression of the seal 10 from the part 18 towards the metal ring 24. The presence of the two flanges 44, 46 and the cavity 48 first forms a labyrinth which ensures a perfect seal even in this state. Furthermore, when the bearing surface of the seal on the closing surface 14 increases, another advantage is obtained in that the seal is more securely held in its theoretical mounting position, whereby the seal is better prevented from assuming positions which are radially displaced relative to the intended position, before the effect of the closing and the compressive element 18 and during its assembly. In this way, an exact setting of the seal is ensured and thereby a more secure guarantee is obtained that the seal can operate in the ideal condition, without it being subjected to uneven subsequent wear, which would quickly disable the seal and consequently the entire damper.

Den dubbla tätning som erhålls av nämnda tvâ länsar ger dess- utom säkerhet mot eventuell genomblåsníng till följd av repor hos den tillslutande ytan, vilka exempelvis härstammar från tillverk- ningsfeï hos denna yta, samt medger slutligen stora variationer i monteringsläget (fig. 3), varigenom kan erhållas en mer ekonomisk mekanisk utformning med större toleranser.The double seal obtained by said two booms also provides security against possible blow-through due to scratches on the closing surface, which, for example, originate from manufacturing defects of this surface, and finally allows large variations in the mounting position (Fig. 3). whereby a more economical mechanical design with larger tolerances can be obtained.

Det framhålls att den beskrivna och visade utföringsformen kan ändras och modifieras inom ramen för uppfínningstanken.It is emphasized that the described and shown embodiment can be changed and modified within the scope of the inventive concept.

Claims

800725243 b Patent claim

Radial seal for a shaft with longitudinal movements through a cylinder containing pressure fluid, in particular for McPherson dampers, comprising a rigid support ring (24) and a shaped body mounted thereon, which is made of a flexible sealing material and provided with at least one relatively thick circular dynamic sealing flange (28) for the surface of the shaft (12) and at least one circular static "sealing flange for a radial surface (14) at the end of the cylinder, characterized in that the dynamic sealing flange (28), at its fluid pressure exposed end portion has an end surface (S8) which in a non-operating condition before mounting on the shaft forms such an angle (a) with the axis of symmetry of the seal that when mounting on the shaft to an operating condition the dynamic sealing flange (28) is bent around its guide line (A ), so that the angle (a ') enclosed by the end face (38) and the generator's axis, also known as the cutting angle, becomes substantially equal to 900. 7

Seal according to Claim 1, characterized in that the angle (α1, before mounting on the shaft) does not fall below 600 »

Seal according to claim 1 or Z, characterized by a second dynamic sealing flange (30) on the side of the seal which is not subjected to fluid pressure, the two dynamic sealing flanges (28, 30) having one facing the shaft (12) common, concave surface, whereby in the operating state a cavity (36) is formed between the seal and the shaft (12).

Sealing according to one of the preceding claims, characterized in that the static sealing flange has two concentric beads (44, 46) which are intended to be biased by the rigid ring (24) against the radial surface (14) and between which a cavity is formed (48).

Seal according to claim 4, characterized in that at least one bead (44, 46) is substantially in line with the area 2 of the rigid ring (24) which is subjected to axial prestressing.