SE458470B - Fluidtaetningsenhet samt anvaendning daerav vid avtaetad hydralisk mekanism - Google Patents

Description

458 470 2 mekanismer, råkar ut för ödesdigert funktionsavbrott när läcka- get är sådant att förrådet av smörjmedel eller driftfluid (driftvätska) är helt förbrukat.

Det finns ett behov av tätningar som undergår reducerad förslit- ning och minskat motstånd utan att drabbas av förlorad tätnings- verkan.

Enligt uppfinningen omfattar tätningsenheten ett ringformigt tät- ningshus framställt av ett relativt styvt material och avsett att vid användning upptas inom ett element av en maskinmekanism som skall tätas, och en ringformig, utskjutande, elastisk tätnings- kantdel eller -läpp av vilken ett parti är förbundet med en kant av det ringformiga tätningshuset, vilken utskjutande tätningskant- del åtminstone delvis begränsas av på luft- och oljesidan befint- liga, stympat koniska ytor som möts längs en väsentligen cirku- lär, geometrisk ort för att bilda ett primärt tätningsband längs vilket tätningskantdelen vid användning kommer att kontakta ett annat element hos maskinmekanismen i fluidtät tätningskontakt i tätningskantdelens slaknade tillstånd när fluiden i området av maskinmekanismen står under ett första tryck, varvid den stympat koniska luftsidoytan av tätningskantdelen dessutom omfattar ett flertal tätande hjälpribbor axiellt åtskilda från varandra genom fluidkvarhållande rännor, varvid varje sådan hjälpribba har en yta som är avsedd att kontakta det andra elementet och som är så dimensionerad, att den uppvisar successivt större avstånd till det andra elementet i riktning bort från det primära tätningsban- det, och varvid den stympat koniska luftsidoytan är så utformad och anordnad, vid det första trycket, att kanterna av hjälprib- borna är åtskilda från det andra elementet och så att, då trycket i området ökar, tätningskantdelen utböjes radiellt så_att kanter- na av ytterligare ribbor kommer att kontakta det andra elementet för att åstadkomma ökad tätningsbandkontaktyta och för att stän- ga in avtätad fluid i rännorna som är belägna mellan till var- andra angränsande hjälpribbor.

Ytterligare särdrag hos föredragna, tätningsenheten vidareutveck- lande utföringsformer framgår av kraven 2 - 7. - 3 í4ss 470 Den inledningsvis omnämnda användningen av tätningsenheten upp- visar primärt de i kravets 8 kännetecken angivna särdragen. Vi- dareutvecklingar därav framgår av kraven 9 - 11.

Detaljer av uppfinningen kommer att bli klarare uppenbara under hänvisning till följande, detaljerade beskrivning av uppfinningen såsom densamma redovisas med exempel och visas på de bifogade rit- ningarna där samma hänvisningsbeteckningar genomgående anger var- andra motsvarande delar.

För ritningsfigurerna gäller att fig- 1 visar ett förstorat, schematiskt vertikalsnitt genom en tätning enligt uppfinningen; fig. 2 visar en partiell vy av tätningen enligt fig. 1, vilken vy visar läget av vissa element hos tätningen; fig. 3 är en snittvy liknande den i fig. 2, men visar tätningen i ännu större skala och i ett initialläge för användning; fig. 4 är en vy liknande den i fig. 3 och visar samma tätning i ett ytterligare användningsläge och fig. 5 visar slutligen i ännu större skala tätningen enligt upp- finningen i ett användningsläge under maximala tryckförhållanden.

En föredragen utföringsform av tätning är en tätning som är in- stallerad i ett servostyrningshus som skall sättas under tryck och där den fram- och âtergâende delen är ändpartiet av en kugg- stâng som skjuter ut från en för fordon avsedd servostyranordning med kuggstång och drev.

Hänvisning sker nu till ritningarna där fig. 1 mer i detalj visar en tätning enligt uppfinningen, som är allmänt betecknad 20 och är installerad i ett hus allmänt betecknat 22, och som hålls kvar i en ansatsborrning 24 i huset 22 med hjälp av en låsring 26 el- ler liknande, anbragt i ett lâsríngspår 28. _ ¿ Tätningsanordningen 20 omfattar ett utskjutande elastiskt tät- ningsparti 21, och ett tätningshus 30, och tätningsanordningen visas inbegripande en axiellt utsträckt ringformig husfläns 32, och en radiellt utsträckt, ringformig fläns 34 som slutar med ett radiellt inre kantparti 36 som utgör tätningens fästparti. 458 4-70 4 Husets ytterdiametersida 38 är upptagen i fluidtät relation in- om tätningshusets försänkta borrning 24; en sekundär tätning an- vändes för att uppnå effektiv tätning i den försänkta borrningen.

Tätningskroppen 21 omfattar ett fästparti 40, samt ett inre yt- parti 42 som är utsatt för den fluid som inrymmes i det tätade området, och denna yta 42 innehåller en ringformig fjäderränna 44 som på känt sätt sträcker sig omkring tätningskroppen och är avsedd att uppta en "strumpebands"-fjäder 46.

Tätningen omfattar också en på det hela taget stympat konisk ol- jesidoyta 48 belägen radiellt innanför en s.k. spetsrest 50, var- vid den stympat koniska oljesidoytan 48 möter en stympat konisk luftsidoyta 52 för att bilda ett tätningsband 54 med en på det hela taget cirkulär geometrisk ort. Pâ luftsidan av tätningen och axiellt utanför tätningsbandet 54 ligger en första hjälpribba 56 som är åtskild Érân tätningsbandet 54 genom en i omkretsled för- löpande ränna 58. En ränna 60, som ligger axiellt och radiellt utanför ribban 56, åstadkommer ett utrymme mellan ribban 56 och en andra hjälpribba 62. Vid den föredragna utföringsformen finns 'det en ytterligare ränna 64 som âtskiljer den andra ribban 62 från en tredje ribba 66.

Hänvisning sker nu exempelvis till fig. 2 varav framgår att de innersta ytorna 68, 70, 72 av hjälpribborna 56, 62, 55 uppvisar successivt ökande diameter allteftersom de ligger längre bort från eller sträcker sig axiellt utanför tätningsbandet 54. I detta sammanhang avser uttrycket "axiellt utanför" att de är belägna på avstånd från det inre av det tätade området som allmänt beteck- nas 55 i fig. 1 och 2, och ligger i riktning mot det yttre eller “luftsidan“ som allmänt betecknas 57 i fig. 1 och 2.

”Radiellt yttre" är ett till innebörden klart uttryck, men är speciellt avsett att innebära en ökande diameter vid en tillämp- ning där tätningsdelen passerar genom centrum av en tätning: sna- rare än omkring dess utsida, såsom skulle vara fallet i en radi- ellt utåt verkande läpptätning.

Hänvisning sker nu återigen till fig. 2 som visar att innerytor- na 68, 70, 72 av ribborna 56, 62, 66 är belägna längs med och på det hela taget parallellt med huvudutsträckningen av tätnings- - 8 5 ' 458 470 kroppen, vilken utsträckning visas medelst streckad linje och betecknas 75 i fig. 2. Den motsvarande linjen 76 i fig. 2, som utgör tangent till ribborna, visas varande väsentligen parallell med linjen 75 och visas bildande en given vinkel 9 med en tänkt horisontell axellinje 78 som förlöper parallellt med den tätade delens längdaxel. Inom tätningsterminologin brukar vinkeln för luftsidopartiet av tätningskroppen kallas "tunnvinkel“. I före- liggande fall är denna tunnvinkel vinkeln för tätningskroppen så- som helhet, eller den vinkel som erhålles av följden av punkter som ligger längs innerdiametrarna för resp. hjälpribbor.

Hänvisning sker nu återigen till fig. 1 där den tätade delen vid den visade installationen är ett fram- och âtergâende stångparti 80 av en kuggstång med ett yttre ytparti 82 som möter tätnings- bandet 54 för att bilda den primära tätningen. Såsom visas medelst pilarna 84 är rörelsen som erfordrar en tätning en axiell eller längsgående rörelse som ger upphov till en tätningsverkan av ty- pen avstrykning.

Hänvisning sker nu till fig. 3 som visar relationen för vinkeln mellan linjerna 75, 76 och 78 ävensom det faktum att den innersta ribban 56 kan vara belägen med sin innersta yta 68 just åtskild från ytan 82 av den tätade stången eller axeln 80. Följaktligen âstadkommes ett mindre s.k. restgrepp mellan ett primärt tätnings- band 54 och axelytan 82.

Från fig. 2, som är något schematisk, framgår att tätningsbandet 54 står i kontakt med axelytan 82, och att den första hjälprib- ban S6 också utgör tangent till ytan och att rännan 58 mellan det primära tätningsbandet och hjälpribban 56 har plattats ut något.

I fig. 4, som representerar en installation under måttligt tryck, är nu linjerna 75, 78 sådana att vinkeln har minskat värde då tätningskroppen 21 på det hela taget intar en form med mera;cy- lindriskt tvärsnitt.

Fig. 5 visar schematiskt tätningen 20 enligt uppfinningen i sitt installerade tillstånd över en stång eller axel 80 där högre tryck inom det avtätade området 55 har bringat tätningsbandet 54 ävensom hjälpribborna 56, 62 03166 i kontakt med ytan 82 av axeln 80. 458 470 * 6 Fig. 5 visar också att p.g.a. det hydraultryck som utövas på tätningskroppens 21 yta 42, såsom visas medelst pilar, så har hela tätningskroppen böjts ut så att vinkeln 6 är mycket liten och tätningskroppen i sin helhet ligger nära intill axeln. l det visade fallet visas också rännorna 58, 60, 64 när de har ackumu- lerat en mätbar fluidmängd i sig, och då de kvarhâller denna fluid för smörjändamål; detta minskar på ett fördelaktigt sätt förslit- ningen speciellt under högtryckstillstånd. Bredden på tätningsban- det 54 visas schematiskt i fig. 5 och betecknas där A, och de tät- ningsband som bildas av resp. hjälpribbor 56, 62, 66 uppvisar som synes successivt minskande bredder B, C och D. Den närmast in be- lägna eller minsta diametern hos hjälprihban 56 plattas ut till ett mönster B med avsevärd kontaktyta med tillhörande axel; den sekundära hjälpribban plattas också ut till kontakt med axeln, men erbjuder ett något smalare eller reducerad bruid uppvisande tätninga- band eller "fotavtryck“ C, och en bestämd men ännu mera reducerad breddkontakt D förefinns, varvid insidesdiametern 72 på den störs- ta diametern uppvisande eller andra hjälpribban 66 möter axeln.

Av det föregående torde det bli uppenbart att när trycket ökar, så deformeras axeltätningen ned mot axeln, men axx vare den unika böjverkan har kontaktmönstret ökad bredd och det âstadkommes av inbördes åtskilda ribbor, varvid varje par av ribbor har förmåga att hålla kvar smörjmedel mellan ribban själv och dess tillhöran- de, åtskilda ribba.

Fastän den kvarhållna smörjmedelsmängden inte är stor, är den mätbar och sådant smörjmedel återfinns alltid längs ytan av en tätad axel. Vid avsaknad av sådana rännor och ribbor har det visat sig att de höga tryck som man stöter på i dessa hydrau- liska tätningstillämpningar strävar att pressa ut fluid från om- rådet nedanför den primära tätningsläppen och att öka tätnings- kraften utöver acceptabla gränser. Detta i kombination med brist på smörjmedel har förorsakat alltför tidigt brott pâ tät ningen vid till den kända tekniken hörande konstruktioner. J E.

Enligt föreliggande uppfinning är dock den fortskridande verkan som åstadkommas av tätningen enligt uppfinningen inte bara i stånd att hålla kvar smörjmedel och förhindra dettas utpressande_fràn utrymmet under dessa kritiska ytor, utan den är i stånd att för- dela belastningen och att göra detta förtskridande så att de er- - ' 458 470 forderliga tätningskrafterna upprätthâlles, men strävar att för- delas mellan fler tätningsläppar eller ribbor, för att därige- nom undvika uppbyggnad av alltför mycket tryck eller olämplig kraftkoncentration.

Hänvisning sker nu till ett annat särdrag hos uppfinningen, så- som visas i fig. 1 och 2, enligt vilka en omvänt konisk ränna all- mänt betecknad 90 kan inrättas för att uppta en låsinsats eller uttrycksförhindrande del, såsom en nylonring av den typ som visas i US-A-3.495.843. Denna bricka kan kvarhâllas i läge genom tätnin- gens inneboende greppverkan, eller medelst en hjälplâsring, allt- efter vad som är att föredra vid den speciella tillämpningen. En sådan hjälpring kan anordnas i en tätning framställd enligt upp- finningen, men utgör inte någon aspekt av uppfinningen som är ny i och för sig.

Det har visat sig att tätningar framställda enligt uppfinningen erbjuder en avsevärt förbättrad funktionsförmåga eller verknings- grad i drift, ökad säkerhet, minskad förslitning och en åtföljan- de förmåga att täta högre tryck som man ställs inför vid problems tillämpningar av här angivet slag.

Claims (11)

45-8 4-70 a Patentkrav __..______.__

1. Fluidtätningsenbet (20) för högtryckstätni ngstillämp- ningar, k ä n n e t e c k n a d av att tätningsenheten om- fattar ett ringformigt tätningshus (30) framställt av ett relativt styvt material och avsett att vid användning upptas 5 inom ett element (22) av en maskinmekanism som skall tätas. och en ringformig. utskjutande. e1astisk_tätningskantdel eller -läpp (21) av vilket ett parti (40) är förbundet med en kant (36) av det ringformiga tätningshuset (30). skjutande tätningskantdel (21) åtminstone de 10 Pâ luf vilken ut- lvis begränsas av t- och oljesidan befintliga. stympat komiska ytor (52. 48) som möts längs en väsentligen cirkulär. geometrisk ort för att bilda ett primärt tätningsband (54) längs vilket tät- ningskantdelen (21) vid användning kommer att kontakta ett annat element (80) hos maskinmekanismen i fluidtä t tätnings- 15 kontakt i tätningskantdelens slaknade tillstånd när fluiden i omrâdet av maskinmekanismen står under ett första tryck, var- vid den stympat komiska luftsidoytan (52) av tätningskant- delen (21) dessutom omfattar ett flertal tâtande hjälpribbor (56. 62. 66) axiellt åtskilda från varandra genom fluidkvar- 20 hållande rännor (60. 64). varvid varje sådan hjälpribba har en yta som är avsedd att kontakta det andra elementet (80) och som är så dimensionerad. att den uppvisar successivt större avstånd till det andra elementet (80) i riktning bort från det primära tätningsbandet (54). och varvid den stympat 25 koniska luftsidoytan (52) är så utformad och anordnad. vid det första trycket. att kanterna av hjälpribborna är åtskilda från det andra elementet (80) och så att. då trycket rådet ökar. kanterna* 1 on- tätningskantdelen (21) utböjes radiellt så att av ytterligare ribbor kommer att kontakta det andra* 30 elementet (ao) för att åstadkomma ökad tätningsbandkontaktyta och för att stänga in avtätad fluid i rännorna (60. 64) som är belägna mellan till varandra angränsande hjälpribbor.'

2. Tätningsennet enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av 10 15 20 25 30 35 - 9 458 470 att tätningskantdelen (21) innefattar en ringformig fjäder- ränna (44) som på det hela taget är belägen radiellt i linje med ett parti av det primära tätningsbandet (54), och att en fjäder (46) är anordnad i fjäderrännan (44).

3. Tätningsenhet enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att hjälpribbornas (56, 62, 66) kontaktytor uppvisar mjuk kontur på sina kanter som är avsedda att stå i kontakt med det andra elementet (80).

4. Tätningsenhet enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av en ringformig. för ett anti-uttryckningselement avsedd ränna (90) belägen axíellt utanför hjälpribborna (56. 62. 66) och åtminstone delvis axíellt innanför en kant (36) av tätninga- huset (30). vilken sistnämnda ränna (90) är avsedd att uppta ett insatselement som förhindrar överdriven utböjning av tät- ningskantdelen (21) nära intill tätningsnusets kant.

5. Tätningsenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tätníngshuset (30) uppvisar väsentligen L-format tvär- snitt ocn omfattar en axiell fläns (32) med en yta (38) av- sedd att upptas i en försänkt borrning (24) i det första maskinelementet (22). och en radiell fläns (34) som åtminstone utgör en yta som omfattar kanten (36) av det ring- formiga tätningshuset (30) vid vilket tätningskantdelen (21) är fäst.

6. Tätningsenhet enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att det förstnämnda elementet (22) av mekanismen är beläget radiellt utanför det andra elementet (80). varvid hjälprib- borna (56. 62. 66) uppvisar successivt ökande innerdiameter allt eftersom de är belägna axiellt längre bort från tät- ningskantdelens (21) primära tätningsbandyta (54).

7. Tätningsenhet enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att antalet hjälpribbor (56. 62. 66) uppgår till åtminstone tre. 10 15 20 25 30 35 458 470 10 ' -:.~:°-' W' "31 B.

8. Användning av en tätningsenhet. av det i get-nn föregående krav angivna slaget. i en avtätad hydraulisk mekanism omfattande ett första maskinelement (22) vari är anordnad en axelupptagande öppning och en tätningsupptagande. försänkt borrning (24). och ett andra maskinelement (80) i form av en axel som sträcker sig genom öppningen. k ä n - n e t e c k n a d av att tätningsenneten är en fluidtätning (20) som i sin tur innefattar ett ringformigt husparti (30) med ett tätníngsfästflänsparti (32) som är tätt upptaget inom den försänkta borrningen (24). och ett tätningskantdelfåst- ande parti (36). och vilken tätning (20) vidare omfattar ett ringformigt. elastiskt tätningsdelparti (21) som har åt- minstone en yta fäst vid fästpartiet (36). och vilket tät- ningsdelparti (21) vidare omfattar stympat koniska luft- och oljesidoytor (52. 48) som möter varandra längs en väsentligen cirkulär geometrisk ort för att bilda ett primärt tätnings- band (54) som, i tätningsdelens slakade tillstånd. står i kontakt med axeln (80) på ett fluidtätt sätt. varvid luft- sidoytan (52) också omfattar ett flertal axiellt åtskilda njälptätningsribbor (56. 62, G6) som vardera har en inre axelkontaktyta och är åtskild från en angränsande ribba genom åtminstone en fluidkvarhâllande ränna (60.64). och att axel- kontaktytorna har fortskridande ökande diameter i en riktning bort från det primära tätningsbandet (S4). varvid tätninga- kantdelen (21) är tillräckligt böjlig så att, vid ökande fluidtryck inom det avtätade området (55). kommer tätninga- kantdelen (21) att fortskridande utböjas så att kontaktytorna successivt bringas i kontakt med axelytan (82). och stänger in fluid inom rännorna (60. 64) för att öka smörjningen av axelytan.

9. Användning enligt krav 8. k ä n n e t e c k n a d av att tâtningskantdelen (21) också innefattar en fjäderränna (44): ß i vilken ränna en fjäder (46) är upptagen.

10. Användning enligt krav B. k ä n n e t e c k n a d av att antalet hjälprihbor (56. G2. 66) är åtminstone tre. _ n n 458 470

11. Användning enligt krav 8. k ä n n e t e c k n a d av att tätningshuset (30) uppvisar väsentligen L-format tvär- snitt.