SE454527B

SE454527B - Tetningsanordning vid rullborrkrona

Info

Publication number: SE454527B
Application number: SE8400015A
Authority: SE
Inventors: K Becklund
Original assignee: Santrade Ltd
Priority date: 1984-01-03
Filing date: 1984-01-03
Publication date: 1988-05-09
Also published as: SE8400015D0; US4554985A; GB8431595D0; GB2152557B; SE8400015L; GB2152557A; CA1237424A; JPS60156894A

Description

15 20 25 30 35 454 527 Fig. 3 visar i förstorad skala det ínringade partiet i Fig. 1.

Fig. 4 visar i förstorad skala det inringade partiet i Fig. l med tätningsorganet borttaget.

Fig. 5 illustrerar deformationen av tätningsorganet vid dettas monteringi.bergborrkronan.

I Fig. l är den nedre delen av en bergborrkronas kropp beteck- nad med l0. Bergborrkronans kropp innefattar pá känt sätt tre separata ben, av vilka endast ett är visat i Fig. 1 och betecknat med ll. Benets ll ände är utbildad som en lager- axel eller lagertapp 12, pà vilken en stiftförsedd rulle 13 är roterbart uppburen över ett lagersystem innefattande ett I radialglidlager 14, ett kullager 15, ett radialglidlager 16 och axialglidlager 17, 18.

Smörjmedel tíllföres lagersystemet fràn en i benet ll inbyggd smörjmedelsbehàllare 19 via kanaler 20, 21. För avtätning av lagersystemet är ett ringformigt elastiskt tätningsorgan 22 anordnat i anslutning till en spalt 26 mellan skärrullen 13 och benet ll i en ringformig kammare 23 för avtätning av lagersystemet, dvs tätningsorganet 22 skall förhindra dels att kax utifràn tränger in i lagersystemet, dels att smörj- medel läcker ut. Kammaren 23 innefattar en tätningsyta 24 i skärrullen 13 och en tätningsyta 25 pà benet 11, varvid åtminstone den ena av tätningsytorna 24, 25 är generellt sett V-formad. Sidorna hos det av den V-formade ytan bildade spàret kan ha godtycklig form, exempelvis vara raka, lätt konvexa eller lätt konkava, förutsatt att de har en yta vars projektion faller pà den motstàende tätningsytan.

Enligt uppfinningen är tätningsorganet 22 och den V-formade tätningsytan 24 inbördes sà dimensionerade att tåtnings- trycket, dvs tätningsorganets anliggningstryck, blir större vid tvà periferíellt àtskilda partier 27, 28 av tätningsytan 24 än vid ett mellanliggande parti 29 av denna.

Detta innebär att avtätningen sker vid ytterpartierna 10 15 20 25 30 35 454 527 av tätningsytan 24 och att tätningsorganet 22 blir inspänt i den V-formade tätningsytan 24, varvid relativrörelse endast uppstår vid tätningsytan 25. vid den föredragna utföringsformen utgöres tätningsorganet 22 av en O-ring. Den V-formade tätningsytan 24 är anordnad i skärrullen 13, vilket innebär att 0-ringen är inspänd i skarrullen, varigenom sakerstalles att relativrörelse uppstår Detta är fördel- aktigt eftersom dels den relativa hastigheten därigenom blir endast mellan O-ringen 22 och benet ll. lägre än om relativrörelsen sker mellan O-ringen och skär- rullen, dels omkretsen pà den tätningsyta där relativrörelsen sker blir mindre.

Som framgàr av Fig. 3 är O-ringen 22 och tätningsytorna 24, 25 inbördes så dimensionerade, att ett visst anliggningstryck, betecknat med 30 i Fig. 3, uppstàr även vid tätningsytans 24 mellanliggande parti 29. Anliggningstrycket 30 är dock väsentligt mindre än anliggningstrycken 31, 32 vid tätnings- 28. samma tätningsytan mellan O-ringen 22 och skarrullen 13, sam- ytans 24 partier 27, Anliggningstrycket 30 ökar den verk- tidigt som fickbildning undvikes vid partiet 29, vilken skulle kunna orsaka pumpverkan sa att smörjmedel pumpades ut ur lagersystemet.

Skärrullen 13 kan pà grund av spel i lagersystemet ha en ra- diell rörlighet upp till 0.2 mm och en axiell rörlighet upp till 0.4 mm, vilka värden ökar vid uppträdande lagerslitage.

Om 0-ringen 22 ej vore inspänd i skärrullen 13 (eller alter- nativt i ett spár i benet ll) skulle ringen antingen i sin helhet kunna glida i sidled eller glida i sidled vid borr- kronans obelastade sida och vridas vid den belastade sidan.

En sádan axiell relativrörelse respektive “wobbling“ av 0-ringen skulle förutom att den negativt påverkar livs- längden av O-ringen kunna leda till inmatning av föroreningar i lagersystemet och utpumpning av smörjmedel ut ur lager- systemet. 454 527 10 15 20 25 30 35 Den yta som det är svårast att täta mot är den där relativ- rörelse sker,_al1tsá mot tätningsytan 25 pà benet ll. Enligt uppfinningen säkerställes att det nominella tätningstrycket vid tätningsytan 25, betecknat med 33 i Fig. 3, är större än tätningstrycken 31, 32, Vid den föredragna utföringsformen har den V-formade tätnings- ytan 24 en innesluten vinkel,6K +/3 i Fig. 4, understigande _70°, varvid tätningsytans 24 periferiellt àtskilda partier 27, 28 är raka och bildar i huvudsak lika stora vinklara{ och/Û med normalen mot tätningsytan 25. Tätningsytans 24 mellanliggande parti 29 är krökt, varvid krökningsradien R är mindre än O-ringens radie D/2 i spänningslöst tillstànd och det krökta partiet 29 tangerar partierna 27, 28. Vidare skall kammarens 23 största utsträckning H i radiell riktning ligga mellan 90 % och 150 % av O-ringens diameter D i spän- ningslöst tillstànd. Vid den föredragna utföringsformen är vidare den största radiella utsträckningen, definierad som T i Fig. 4, av skärrullens 13 närmast spalten 26 belägna parti räknat fràn botten av partiet 29 i riktning mot tätningsytan 25 större än R (1-sin/3), där/Q är vinkeln mellan partiet 28 och normalen mot tätningsytan 25. Kammarens 23 största axiella utsträckning fràn normalen mot tätningsytan 25 defi- nierad som A och B i Fig. 4, är i samma storleksordning i bàda riktningarna. Genom den föredragna utföringsformen underlättas O-ringens 22 formförándring i riktning mot tät- ningsytan 25. Dessutom blir O-ringen 22 centrerad axiellt ungefär mitt i kammaren 23, varigenom O-ringen tillförsåkras axiellt deformationsutrymme àt bàda sidor när kammaren 23 formförändras radiellt.

I Pig. 5 illustreras principen för en optimal inbyggnad av O-ringen 22. Denna kan i princip anses klämd mellan tre ytor, nämligen ytorna 34, 35 i skärrullen 13 och ytan 36 pà benet ll. Om för enkelhetens skull den triangel, där ytorna 34, 35, 36 bildar delar av var sin sida, antas vara liksidig ligger O-ringens 22 centrumpunkt 37 stilla vid O-ringens __", .ww- I. 10 15 20 25 30 35 454 527 hopklämning. ”hopklämda" partierna 38, 39, 40 trycker undan material som gör att O-ringen expanderar vid partierna 41, 42, 43.

Deformationskraften, dvs tätningstrycket, kan anses bero De- formationsstyvheten eller formfaktorn f är bl a avhängig 0-ringen mäste således formförändras. De pà deformationens storlek och deformationsstyvheten. antalet deformationspunkter. Tre punkter ger sàledes en formfaktor som är större än den som erhålls för tvà punkter, säg kanske i storleksordningen 50 % större. Genom att den radiella hoptryckningen för en given tätningskraft blir mindre med trepunktshoptryckning än med tvápunktshoptryck- ning blir värmeutvecklingen vid tätningsringens rörliga tätningsyta mindre, vilket gynnsamt pàverkar tätnings~ ringens livslängd, i synnerhet vid höga varvtal pà borr- kronan. “ Som ovan sagts i anslutning till beskrivningen av den före- dragna utföringsformen tilläts 0-ringen 22 ej fylla ut hela deformationsytan 41. Pa grund av den begränsade radien R kommer hoptryckningen mot benet ll att bli relativt sett större och hoptryckningen mot ytorna 27, 28 i skärrullen l3 relativt sett mindre. Detta innebär att tätningstrycket mot benet ll ökar och att tätningstryckets toppar mot ytor- na 27, 28 minskar, vilket innebär att tätningskraften kon- centreras mot den mest svàrtätade ytan, dvs ytan 25 där relativrörelse sker.

De ovan i anslutning till en O-ring beskrivna fördelarna kan även uppnås med tätningsorgan som har andra tvärsektioner än den cirkulára. Speciellt kan tätningsorganet utbildas med en halvcirkulär ytteryta avsedd att monteras i skär- rullen och med en nàgot större utsträckning i radiell än i axiell riktning.

Claims

10 15 20 25 30 35 454 527 Patentkrav

1. Bergborrkrona innefattande åtminstone en över ett lagersystem (14,l5,l6,l7,18) roterbart uppburen skärrulle (13), varvid ett ringformigt elastiskt tätningsorgan (22) är anordnat i en ringformig kammare (23) för avtätning av lagersystemet (l4,l5,16,17,l8), vilken kammare innefattar en första tätningsyta (24) i skärrullen (13) och en andra tätningsyta (25) pà kronans kropp (l0,ll), och varvid àt- minstone den ena av nämnda första (24) och andra (25) tätningsytor är generellt sett V-formad, k ä n n e - t e c k n a d av att tätningsorganet (22) och den V-formade tätningsytan (24) respektive de V-formade tätningsytorna är inbördes sà dimensionerade att dels tätningstrycket blir större vid tva periferiellt åtskilda partier (27,28) av den V-formade tätningsytan (24) respek- -tive de V-formade tätningsytorna än vid ett mellanliggande parti (29) av denna respektive dessa, dels tätningstryck upprätthàlles längs tätningsorganets (22) hela periferiella utsträckning mellan nämnda åtskilda partier (27,28).

2. Bergborrkrona enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tätningsorganet (22) och de första (24) och andra (25) tätningsytorna är inbördes så dimensionerade att tätningstrycket blir högre vid den den V-formade tät- ningsytan (24) respektive den ena av de V-formade tät- ningsytorna motstàende tätníngsytan (25) än vid nämnda tvà periferiellt àtskilda partier (27,28).

3. Bergborrkrona enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att tätningsorganet (22) utgöres av en O-ring.

4. Bergborrkrona enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den V-formade tätnings- ytan (24) är anordnad i skärrullen (12), varvid tätnings- organet (22) är inspänt i skärrullen (13) och relativ- 9! 10 15 20 25 30 35 454 527 rörelse sker mellan tätningsorganet (22) och kronans kroPP (l0,ll).

5. Bergborrkrona enligt nágot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att den V-formade tätnings- ytan (24) har en innesluten vinkel (o(+/3) understigande 70°, varvid tätningsytans(24) periferiellt åtskilda par- tier (27.28) är raka och företrädesvis bildar i huvudsak lika stora vinklar (0<, ß) med normalen mot den motstå- ende tätningsytan (25).

6. Bergborrkrona enligt nagot av föregaende krav, k ä n n e t e c k n a d av att den V-formade tätnings- ytans (24) mellanliggande parti (29) är krökt, varvid krökningsradien (R) är mindre an 0-ringens radie (D/2) i spänningslöst tillstànd och det krökta partiet (29) tangerar den V-formade tätningsytans (24) åtskilda par- tier (27,28).

7. Bergborrkrona enligt nagot av föregående krav, k a n n e t e c k n a d av att kammarens (23) största utsträckning i radiell riktning ligger mellan 90 % och 150 % av O~ringens (22) diameter (D) i spänningslöst tillstànd.

8. Bergborrkrona enligt nàgot av föregående krav, var- vid 0-ringen (25) är anordnad i anslutning till en spalt (26) mellan skärrullen (13) och kronans kropp (l0,ll), k ä n n e t e c k n a d av att den största radiella utstrackningen av skärrullens (13) närmast spalten (26) belägna parti räknat fràn den V-formade tätningsytans (24) botten i riktning mot den motstàende tatningsytan (25) är större än R (1-sin/Q), där R är krökningsradien hos den V-formade tätningsytans (24) mellanliggande parti (29) och /3 är vinkeln mellan det närmast spalten (26) belägna àtskilda partiet (28) av den V-formade tätningsytan (24) och normalen mot den motstáende tätningsytan (25). 10 15 20 25 30 35 454 527

9. Bergborrkrona enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att kammarens (23) största axiella utsträckning (A;B) fràn normalen mot den mot- stående tätningsytan (25) är i samma storleksordning i báda riktningarna.