SE458469B - Foerbaettrad uttraengningsfoerhindrande stoedringsanordning - Google Patents

Description

458 469 2 linder eller stång-lopp.

För att förhindra eller åtminstone reducera utpressning av skrap- ringen har olika stödringar utvecklats och placerats på båda sidor om tätningsanordningen. Stödringarna är vanligtvis ringar i ett stycke och tillverkade av relativt hårt material med hög elasticitetsmodul. Stödringarna är oftast anordnade att ligga an mot både skrapringen och expanderringen.

Fastän stödringar som är tillverkade av relativt hårt material är effektiva för att förhindra utpressning av skrapringen i spalten har problem uppstått med expanderringar, vilka blivit avskavda el- ler nötta-av kontakten med stödringen. Det är intg möjligt att an- vända mjukare stödringsmaterial för att reducera nötningen av ex- panderringarna, då de mjukare materialen inte effektivt kan för- hindra utpressning av skrapringen.

Det är önskvärt att åstadkomma en stödring som åstadkommer adekvat skydd mot utpressning av skrapringen vid höga tryck eller höga vakuum och på samma gång skyddar expanderringen mot avskavning.

I enlighet med föreliggande uppfinning åstadkommes ett tätnings- system, i vilket en förbättrad stödelementanordning förhindrar utpressning av tätningsanordningen under högtrycksanvändning sam- tidigt som nötningen av elastomerdelen reduceras eller elimine- ras. Detta sker genom att tätningsanordningen utformas i enlighet med den kännetecknande delen av patentkravet 1.

Som ett speciellt särdrag för föreliggande uppfinning fås med kon- struktionen av stödelementen i två delar, med den yttre delen av relativt hårt slitstarkt material och den inre delen av relativt mjukt material, ett speciellt slitstarkt system, där nötning och avskavging av tätningsanordningen reduceras. Även om stödringar tillverkade av ett enda relativt hårt icke-fjädrande tätningsmate- rial kan ge tillräckligt skydd mot utpressning, kan sådana enkla stödringselement väntas förorsaka överdriven nötning och avskav- ning av den mjuka elastomerdelen i tätningsanordningen. Den mins- kade nötningen och förenligheten av de flerdelade stödelementen enligt föreliggande uppfinning åstadkommer ett system med redu- - i 458 469 cerad nötning som ökar den sannolika livslängden på tätningsan- ordningen och förlänger tidsintervallen, mellan vilka utrustningen måste demonteras för översyn. En sådan ökad slitstyrka och den därav resulterande ökningen av tiden mellan reparationer är spe- ciellt viktig vid stora, komplexa hydrauliska utrustningar, där utbyte och översyn av tätningarna kan vara en tidskrävande och dyrbar operation. lr -Ovan diskuterade och många andra egenskaper och därtill hörande fördelar med föreliggande uppfinning framgår tydligare när upp- finningen beskrives utförligare i samband med de åtföljande rit- ningarna, på vilka fig. 1 är en sidovy av ett föredraget stödelement i enlighet med uppfinningen, fig. 2 är en perspektivvy av ett isärtaget stödelement, fig. 3 är en sektionsvy som visar en tätningsanordning med expan- derbart elastomermaterial, som är inlagd i stödelementanordningen enligt uppfinningen, fig. 4 är en förstorad sektionsvy av stödelementet enligt fig. 3, fig. 5 är en sektionsvy av ett alternativt utförande enligt upp- finningen, _ fig. 6 är en sektionsvy av ett annat alternativt utförande enligt uppfinningen, fig. 7 är en sektionsvy av ett ytterligare alternativt utförande enligt uppfinningen och fig. 8 är en sektionsvy av ett annat alternativt utförande enligt uppfinningen, som kan användas tillsammans med en O-ring.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen En tätningsenhet med expanderbart elastomermaterial suninneflmflzm en tätningsstödelementanordning i enlighet med föreliggande uppfin- ning visas allmänt vid 10 på fig. 3. Tätningsenheten 10 innefat- tar tätningsanordningen 12, ett första stödelement 14 och_ett and- ra stödelement 16. Tätningsanordningen är anpassad för användning mellan två intill varandra liggande, samverkande ytor, såsom en cylindervägg 18 och en kolvvägg 20. Tätningsenheten 10 har ett brett användningsområde för tätning mellan två intill varandra lig- gande, samverkande ytor. Tätningsenheten är speciellt väl'lämpad för användning i högtrycksmiljöer med tryck på 20 700 kPa och mera. 458 469 = 4 Den är därför särskilt lämplig för hydraulisk högtrycksutrust- ning, höga vakuum och i kompressorsystem och högtryckssystem i allmänhet, där stationära, oscillerande, roterande eller fram- och återgående ytor måste tätas.

Tätningsenheten 10 är monterad i ett spår 22 i kolvväggen 20 med sidoväggar 24 och 26 och botten 28. Tätningsanordningen 12 be- står av ett tätningsorgan eller en skrapring 30 och ett expan- derelement 32. Skrapringen 30 har en tätande yta 34 för tätande kontakt med cylinderväggen 18. Skrapringen 30 har vidare en förs- ta kant 36, en andra kant 38 och en stödyta 40. Skrapringen är tillverkad av något av de väl kända, relativt hårda, icke-elastis- ka tätningsmaterial som vanligen användes i tätningsanordningar av detta slag. Dessa material innefattar polytetrafluoreten (PTFE), och andra plaster såsom polyetereterketon, poly(amid-imid), poly- etersulfon och andra högmodula plastmaterial med liknande egenska- per som de nämnda plasterna. Såsom tidigare nämnts är ett problem med PTFE och andra liknande skrapringsmaterial att de tenderar att flyta vid en kontinuerlig belastning med höga tryck och som resul- tat därav pressas in i spalterna 56 och 70.

Expanderelementet 32 sitter under skrapringen 30 i spåret 22 och är utformat så att det har kontakt med den bärande ytan 40 på för att förspänna den till tâtande ingrepp med 18. Expanderelementet 32 har en första kant 42, en andra kant 44, en övre yta 46 och en bottenyta 48. Expanderele- menttoppytan 46 och skrapringsbärytan 40 är företrädesvis forma- skrapringen 30 cylinderväggen de till att ge ett anpassat ingrepp mellan skrapringen 30 och ex- panderelementet 32. Den särskilda utformning som visas på fig. 3 föredrages, men varje annan lämpligt utformad passning kan använ- das, om endast lämpligt stöd för skrapringen Büâstadkommes med expanderelementet 32 till att ge skrapringen 30 den önskade för- belastningen mot cylinderväggen 18. Expanderelementet kan till- verkaszav något av de relativt mjuka elastiska material som-van- ligtvis används i tätningsanordningar med expanderbart elastomer- material. Naturgummi eller syntetiska gummimaterial samman med andra syntetiska elastomerer med likvärdiga elastiska egenskaper som naturgummi kan användas. - 5 458 469 Enligt föreliggande uppfinning placeras det första stödelementet 14 i spåret 22 vid sidan om skrapringens och expanderelementets första kanter 36 och 42. Det andra stödelementet 16 placeras i spåret 22 vid sidan om de andra kanterna på skrapringen och ex- panderelementen 38 och 44. En sidovy av det första stödelementet 14 visas på fig. 1 och en sprängskiss av stödelementet 14 på fig. 2. Det andra stödelementet 16 är företrädesvis likadant som stöd- elementet 14 både i design och material. Emellertid kan det vara önskvärt i vissa fall med olika tryck på olika sidor av tätnings- anordningen att variera storleken eller formen pâ stödelementet liksom materialet i dem. T.ex. kan det i vissa applikationer med högre tryck vid det första stödelementet 14 vara önskvärt att göra stödelementet 14 tjockare än stödelementet 16. Det kan även vara lämpligt att göra det ena stödelementet av hårdare eller slitstar- kare material än det andra. Den följande beskrivningen av stödele- mentet gäller båda elementen 14 och 16 även om beskrivningen be- gränsats till elementet 14.

Såsom visas på fig, 1, 2 och 4 har stödelementet 14 en yttre del 50 och en inre del 52. Den yttre delen 50 har en yttre yta 54 som är anpassad för kontakt med cylinderväggen 18 och förhindrar ut- pressning av skrapringen 30 i spalten 56 mellan cylinderväggen 18 och kolvvägqen 20 (se fig. 3). Den yttre delen 50 innefattar yt- terligare en första kant S8 och en andra kant 60 med en konvex yta 62 på den yttre delens-50 inre omkrets utformad för passningsmon- tering mot den konkava ytterytan 64 på innerdelen 52. Företrädes- vis är de konkava och konvexa ytorna fiskbensmönstrade för att ge en tät passning såsom bäst visas på fig. 3.

Den inre delen 52 har en första kant 66 anpassad att placeras när- mast och intill expanderelementets första kant 42. Innerdelen 52 har också en andra kant 68, anpassad att placeras emot spårsido- väggen 24. _ x Såsom bäst visas på fig. 3 är de yttre och inre delarna 50 och 52 formade så att den yttre delen 50 passar tätt mot skrapringens första kant 36, medan innerdelen 52 passar tätt mot expanderele- mentets första kant 42. Det är viktigt för uppfinningen att ytter- delen 50 är tillräckligt radiellt tunn eller på annat sätt utfor- 458 469 6 mad så, att den inte kommer i kontakt med expanderelementet 32.

Såsom visas på fig. 3 är den yttre delen 50 radiellt tunnare än skrapringen 30, så att innerdelen 52 överlappar skrapringen 30 och förhindrar kontakt mellan ytterdelen 50 och expanderelementet 32. Avskavning och fasning av det relativt mjuka expanderelemen- tet 32 undvikes genom att kontakt mellan ytterdelen 50 och expan- derelementet 32 förhindras.

Såsom beskrives nedan är den yttre delen tillverkad av relativt hårt, icke-elastiskt, tätande material som är tillräckligt mot- stândskraftigt mot flytning eller krypning vid höga tryck, höga temperaturer gch angripande medier för att förhindra utpressning av skrapringen 30 i spalterna 56 och 70, medan den inre delen S2 är av ett relativt mjukt plastmaterial, som är tillräckligt mjukt och böjligt för att förhindra avskavning eller avfasning av ex- panderelementet 32. Detta speciella kännetecken hos uppfinningen, med en hård yttre del och en mjuk inre del i stödelementet, är fördelaktigt för att minska överdriven nötning, såsom när ett stöd- element tillverkat av ett enda material användes för att förhind- ra utpressning av skrapringen i spalterna 56 eller 70.

Företrädesvis tillverkas den yttre delen 50 av ett relativt hårt icke-elastiskt tätningsmaterial med högre elasticitetsmodul än skrapringsmaterialet. Lämpliga plaster s m kan användas för den yttre de en 50 är polyimider som Vesper<É)frân E.I; du Pont och Meldrin(É)från Dixon Corporation. Polyimiderna kan eventuellt va- ra armerade med olika fibermaterial som grafit eller molybdendi- sulfid för att få ökad kryp- och nötningsbeständighet. Andra syn- tetiska plaster med egenskaper liknande polyimidernas kan även an- vändas, om de ger en tillräckligt stark yttre del 50, som är mot- stândskraftig mot deformation vid höga tryck och höga temperaturer, så att den kan förhindra utpressning av skrapringen 30 i spalter- na 56 och/eller 70. fi Innerdelen 52 är företrädesvis tillverkad av ett plastmaterial, som är mjukare än ytterdelen 50 och som är tillräckligt elastiskt och mjukt för att inte skava eller fasa expanderelementet 32.

Plastmaterialet måste även vara tillräckligt elastiskt för att _åstadkomma bestämd placering och stöd av ytterelementet 50 vid - 458 469 dess kontakt med cylinderväggen 18 för att förhindra utpressning av skrapringen 30 i spalterna 56 och 70. Företrädesvis kan inner- delen 52 tillverkas av varje lämplig plast, som ger tillräckligt stöd och förbelastning av ytterdelen 50 samtidigt som den är tillräckligt mjuk för att förhindra överdriven nötning av expan- derelementet 32. Lämpliga plastmaterial till innerdelen 52 inne- fattar PTFE, ren eller lätt armerad, och andra naturliga eller syntetiska material med liknande egenskaper.

Alternativa föredragna utföringsformer av stödelementen enligt uppfinningen visas på fig. 5 - 8. stödelementet 80 på fig. 6 om- fattar ytterdelen 82 och innerdelen 84. Ytterdelen 82 har en lutande fogyta 86 i kontakt med en motsvarande lutande fogyta 88 på innerdelen 84. Stödelementet 80 har en första sida 90 som är utformad för att placeras närmast skrapringen och expanderelemen- tet. stödelementet 80 har även en andra kant 92, som är utformad att stöta mot sidoväggen i spåret för tätningen. En viktig egen- skap i konstruktionen av stödelementet 80 är att ytteränden 82 är tillräckligt radiellt tunn, så att punkten 94, där den möter in- nerdelen 84, är vid sidan om skrapringen, så att kontakt mellan ytterdelen 82 och expanderelementet förhindras.

Det alternativa stödelementet 100 pâ fig. 5 innefattar även en ytterdel 102 och en innerdel 104. Ytterdelen 102 har en plan fog- yta 106, som ligger emot en plan stödyta 108 på den inre delen 104. Det är viktigt att ytterdelen 102 är tillräckligt tunn ra- diellt, så att punkten 110, där ytterdelen 102 har kontakt med innerdelen 104, är vid sidan på skrapringen. Stödelementet 100 kan vara monterat så, att antingen kanten 112 eller 114 är i kon- takt med tätningsanordningen.

Det alternativa stödelementet 120 på fig. 7 innefattar en ytter- del 122 och en innerdel 124. Ytterdelen 122 har en inre, konvex yta 12¿Ü som stöder mot en konkav yta 128 på innerdelen 124% Stöd- elementet 120 kan vara monterat vid sidan om tätningsanordningen, så att antingen kanten 130 och 132 är placerad mot tätningsanord- ningen. Som tidigare nämnts måste vidare punkten 134, där ytter- delen 122 exponeras längs kanten 130 och 132, vara mot sidan på skrapringen för att förhindra kontakt mellan ytterdelen 122 och 458 469 8 expanderelementet.

Det alternativa utförandet 140 på fig. 8 innefattar en yttre del 142 och en inre del 144. Innerdelen 144 har ett runt omkretsen löpande spår 146, i vilket ytterdelen 142 inrymmes. Denna speci- ella utformning föredrages, eftersom ytterdelen 142 är fullstän- digt omsluten av den mjukare innerdelen 144 utom längs ytan 148, där ytterdelen 142 har kontakt med cylindern eller någon annan yta som avtätas. Konfigurationen på fig. 8 föredrages speciellt, ef- tersom varje möjlig kontakt mellan ytterdelen 142 och expander- elementet förhindras. Stödelementet på fig. 8 kan monteras så att antingen kanten 150 eller 142 stöder mot expanderelementet. De alternativa stödelement, som visas pâ fig. 5 - 8, är tillverkade av samma material som stödelementens ytter- och innerändar enligt fig. 1-- 4.

De sålunda beskrivna utföringsexemplen på uppfinningen är endast exempel och det står klart för fackmannen att andra alternativa variationer, anpassningar och modifikationer kan göras inom ramen för uppfinningen, t.ex. såsom en tätningsanordning som utnyttjar ett enda stödelement, och att fasta eller delade element kan an- vändas med det fasta elementet monterat i ett delat tätningselement.

Uppfinningen är därför inte begränsad till de SpëCiella utföranden som visats utan endast av de följande patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 458 469 Patentkrav

1. 'rätningsanordning (10) för tätning mellan tvâ intill var- andra liggande, samverkande ytor (18. 20). vilken tätnings- anordníng (10) är anordnad i ett spår (22) i en av ytorna (20) och skjuter ut ur detta för tätande anliggning mot den andra ytan (16) samt innefattar dels ett mot den andra ytan anliggande tätningsorgan (30) och dels ett fjädrande expanderelement (32) av elastomermateríal, som är anordnat under tätningsorganet (30) i spåret (22) för förspänning av tätningsorganet (30) mot den andra ytan (18). varvid ett första stödelement (14) är anordnat i spåret (22) på den ena sidan om tätningsorganet (30) och ett andra stödelement (16) är anordnat i spåret (22) på den andra sidan om tätnings- organet (30). k ä n n e t e c k n a d av att varje stödele- ment (14, 16) innefattar dels en yttre del (50) av relativt hårt, icke elastiskt material. som är anordnad att skjuta ut ur spåret (22) till anliggning mot den andra ytan (18) för att förhindra att tätníngsorganet (30) pressas in i spalten mellan de tvâ samverkande ytorna (18, 20). dels en inre del (52) av re1ativt=mjukt material. som'är anordnad att anligga mot expanderelementet (32), och dels organ (62. 64) för sam- mankoppling av den yttre delen (50) och den inre delen (52).

2. Tätningsanordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att tätningsanordningen (12) är ringformíg och att stöd- elementen (14, 16) likaså är ringformiga.

3. Tätningsanordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att tätningsorganet (30) är tillverkat av plast, företrädesvis polytetrafluoreten eller liknande.

4. Tätningsanordníng enligt något av krav 1-3. k ä n n e - t e c k n a d av att den yttre delen (S0) av varje stöde1e~ ment (14, 16) är tillverkad av polyímid. polyetereterketon. po1y(amid-imíd). polyetersulfon eller något annat högmodulent material. 10 15 20 25 30 35 458 469 'D

5. Tätningsanordning enligt något av krav l-4, k ä n n e - t e c k n a d av att expanderelementet (32) är tillverkat av naturgummi. syntetiskt gummi eller någon ekvivalent syntetisk elastomer med elastiska egenskaper liknande naturgummi eller syntetiskt gummi.

6. Tätningsanordning enligt något av krav 1-5. t e c k n a d k ä n n e - av att den inre delen (52) av varje stödele- ment (14. 16) är tillverkad av enbart polytetrafluoreten eller armerad polytetrafluoreten.

7. Tätningsanordning enligt något av krav l-6. k ä n n e - t e c k n a d av att organen för sammankoppling av den yttre delen (50) och den inre delen (52) innefattar en konvex yta (62) på den yttre delens inneromkrets och en konkav yta (64) på den inre delens ytteromkrets. varvid de konvexa och konkava ytorna är formade för att passa in i varandra.

8. Tätningsanordning enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att den konvexa och den konkava ytan är fiskbensformade.

9. Tätningsanordning enligt något av krav l-6. t e c k n a d k ä n n e - av att organen för sammankoppling av den inre delen och den yttre delen innefattar en plan yta (106) på inneromkretsen av den yttre delen och en plan yta (108) på ytteromkretsen av den inre delen för sammanfogning av de yttre och inre delarna. lO. Tätningsanordníng enligt något av krav 1-6. t e c k n a d k ä n n e - av att organen för sammankoppling av den inre delen med den yttre delen innefattar en sned yta (88) på ínneromkretsen av den yttre delen och en sned yta (86) på ytteromkretsen av den inre delen. varvid de sneda ytorna ar utformade för att sammanfoga de yttre och inre delarna. X ll. Tätningsanordning enligt något av krav l-6, t e c k n a d k ä n n e - av att organen för sammankoppling av den inre delen och den yttre delen innefattar en yta med ett spår (146) som sträcker sig runt ytteromkretsen på den inre delen och är utformat för att passande mottaga den yttre delen.