DK144251B - Laebetaetning til en rotorende aksel - Google Patents

Description

f 4» f ^

(19) DANMARK

r^l

'ø < 2) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 144251 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 3600/73 (51) Int.CI.3 F 16 J 15/32 (22) Indleveringsdag 28. jun. 1973 (24) Løbedag 28. jun. 1973 (41) Aim. tilgængelig 30. dec. 1973 (44) Fremlagt 25- jan. 1982 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 29- jun. 1972, 3041 7/72, GB

(71) Ansøger GEORGE ANGUS & COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne 1, GB.

(72) Opfinder David Ernest Johnston, GB: Peter John Russell, GB.

(74) Fuldmægtig Internationalt -Patent-Bureau.

(54)læbetætning til en roterende aksel.

Opfindelsen angår en læbetætning til en roterende aksel, med en støbt gum-miring eller tilsvarende elastomer ring, som anvendes til at tætne et ringformet rum rundt om akselen eller en tilsvarende maskindel, således at olien hindres i at lække ud fra det ringformede rum, og støv og snavs hindres i at trænge ind i rummet.

Tætninger af denne type anvendes i vid udstrækning inden for industrien, jq særlig automobilindustrien. 1 det følgende gøres der brug af den fra sådanne tæt- ,_ ninger velkendte terminologi.

Opfindelsen beskæftiger sig med formen af tætningens støbte flade i umid- CM „ j- delbar nærhed af tætningskanten, idet der tilsigtes at fa den såkaldte "tætnings- ^ slidflade1', der også betegnes "tætningsbåndet"eller "kontaktbåndet", afgrænset skarpt bagtil, dvs. ved forbindelsesstedet mellem slidfladen og den støbte flade * □ 2 M4 251 ved tætningens luftside.

Undersøgelser af sådanne tætningers effektivitet har vistj at optrædende lækage er forbundet med en ubestemt eller gradvis divergering af den støbte flade fra den tætnede flade, og navnlig - især ved anvendelse af forholdsvis bløde elastomerer, såsom silikongummi - udbuling af den støbte flade, således at denne sammen med den tætnede flade danner en gradvis voksende radial spalte af et noget tilspidset tværsnit.

En sådan gradvis voksende radial spalte bidrager ikke til opretholdelsen af et stabilt menisk arrangement (meniscus) af en oliefilm mellem tætningen og den tætnede flade, som er af afgørende betydning for opnåelsen af en effektiv læbetætning.

Opfindelsen skaber en tætning, hvor den støbte flade divergerer velafgrænset og skarpt fra den tætnede flade, hvilket opnås ved en passende fleksibilitet af tætningens elastomere materiale, en passende akselvinkel, dvs. vinklen mellem den støbte flade og den tætnede flade, og en specificeret udformning af den støbte flade.

Opfindelsen angår nærmere bestemt en læbetætning til en roterende aksel, med en støbt ring, der består af et elastomert materiale af forholdsvis lille stivhed og har en fleksibel tætningslæbe, som er udformet med en skarp tætningskant afgrænset af en konkav støbt flade ved tætningens luftside, og tætningen ifølge opfindelsen er kendetegnet ved, at ringens elastomere materiale har en elastici- 2 tetskoefficient på mellem 3, 5 og 8,5 MN/m , og at den konkave støbte flade støder op til tætningskanten under en tangentvinkel på mellem 5o° og 8o° inclusive.

Konkaviteten af den støbte flade har hensigtsmæssigt en cirkulær krumning, således at den støbte flade udgøres af et ringsegment af en sfærisk eller kugleformet flade. Dette letter bearbejdningen af den til støbematricen hørende centrale tap, som herved simpelthen kan fremstilles ved drejning.

Ved de fleste tætninger er den krævede radius ganske lille, f.eks. mellem 2 mm og 7 mm. Dette dækker tætninger for akseldiametre op til 200 mm, selv om radien bestemmes som en funktion af den aksiale dimension af tætningen, som betegnes "læbehøjden", i stedet for at bestemmes som en funktion af akseldiameteren.

Konkaviteten behøver ikke at være cirkulær, idet der kan anvendes andre kurver af 2. grad til at give en tilsvarende konkavitet.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser halvdelen af et aksialsnit af en typisk læbetætning til en roterende aksel, for illustration af den relevante terminologi, fig. 2 et brudstykke af et aksialt tværsnit i større skala af en tætningslæbe, for illustration af den uheldige udbuling af tætningens støbte flade, som ødelægger den skarpe afgrænsning bagtil af tætningens slidflade, 3 144251 fig. 3 et brudstykke af et aksialt tværsnit i større skala af den til tætningen ifølge opfindelsen hørende læbe, for illustration af opfindelsens princip, og fig. 4 et aksialt tværsnit af den til tætningen ifølge opfindelsen hørende læbe, der er støbt, men endnu ikke tilrettet.

Den i fig. 1 viste tætning omfatter en støbt gummiring 1, der er forstærket af et metalindlæg 2, således at den kan monteres med prespasning i et akselhus, mod hvilket en ydre periferisk gummikappe 3 danner en statisk tætning.

Med henblik på at få tætnet periferisk med gnidende (wiping) kontakt rundt om akselen har tætningen en fleksibel læbe omfattende et ben 4 og et hoved 5, på hvilket der er udformet en tætningskant 6 ved forbindelsesstedet mellem en forreste eller inderste keglestubformet flade 7 - betegnet "tilretningsfladen” (trim face), idet den er dannet ved tilretning af den støbte ring 1, og en bageste eller yderste keglestubformet flade 8 - betegnet "den støbte flade" (moulded face), fordi den i modsætning til tilretningsfladen 7 altid formes under støbningen af ringen 1. Det skal i denne forbindelse bemærkes, at fladen 7 ikke behøver at formes ved tilretning, idet den kan støbes i hvert fald delvis til frembringelse af en tætning der betegnes "tætning med støbt kant" (so called "moulded-edge" seal). Vinklen 9 betegnes "tilretningsvinklen" (trim angle), medens vinklen 10 betegnes "støbevinklen" (moulded angle) eller "akselvinklen" (shaft angle).

Under brugen er fladen 7 rettet mod det tætnede fluidum, hvor den tilsvarende forreste del af tætningen også betegnes "oliesiden", medens fladen 8 er rettet bort fra det tætnede fluidum, hvor den tilsvarende bageste del af tætningen også betegnes "luftsiden".

For at bringe tætningskanten 6 til elastisk indgreb med akselen har tætningshovedet en i sig selv lukket, ringformet skruefjeder 11 anbragt i en rille 12, og den aksiale afstand mellem fjederrillens centerlinie og tætningskanten betegnes "R-værdien", der er positiv, hvis fjederrillen som vist befinder sig bag ved tætningskanten, eller negativ, hvis fjederrillen befinder sig foran tætningskanten.

Tætningskanten 6 er i starten - i tilrettet eller støbt tilstand - en skarpt afgrænset kant (fine edge), men vil under brugen slides og blive bredere, selv om det kun drejer sig om en lille ændring, til dannelse af en smal cylindrisk flade, som betegnes "tætningsslidfladen" (seal wear land) - eller eventuelt "tætningsbåndet" eller "kontaktbåndet" - der er illustreret i fig. 2 i større skala som en cylindrisk flade 13, der erstatter kanten 6.

Mellem fladen 13 og akselen 14 skal der hensigtsmæssigt opretholdes , 144251 en stabil oliefilm 15 for at hindre lækage fra oliesiden 16 til luftsiden 17 gennem tætningens ringformede rum rundt om akselen.

Afhængig af den indvendige diameterpasning mellem tætningen og akseldiameteren, blødheden af gummiet og belastningen af skruefjederen 11 har (fen keglestub-formede støbte flade 8 i visse kendte læbetætninger en tendens til som vist ved 8a i fig. 2 at bule ud mod akselen i stedet for at bibeholde sin støbte form, således som det er vist med den punkterede linie 8b i fig. 2.

Når der sker udbuling er der en voksende sandsynlighed for, at tætningen vil lække, hvilket formodentlig skyldes, at oliefilmen 15 strækkes bagtil til et gradvis voksende tilspidset tværsnit, som medfører aksial ustabilitet i det ved 18 i fig. 2 viste meniske parti (meniscus), som da vil bryde sammen med deraf følgende lækage.

Ifølge opfindelsens princip, der er illustreret i fig. 3, er den støbte flade 8 konkav, således at den selv ved afbøjning eller deformering af tætningshovedet 5 altid vil støde skarpt op til tætningsslidfladen 13 og sikre, at denne fortsat opretholdes som en velafgrænset slidflade.

Foranstående forklaring i forbindelse med fig. 2 af udbulingseffekten af den keglestubformede støbte flade 8 ved visse kendte læbetætninger skal ikke give udtryk for en eller anden afprøvet teori, men alene medvirke til at belyse fordelene ved den konkave udformning ifølge opfindelsen af den støbte flade.

Det er imidlertid en kendsgerning, at en passende konkav udformning af den støbte flade sikrer en præcis eller afgrænset akselkontakt, hvilket i høj grad virker til at forbedre tætningens pålidelighed.

Den konkave udformning af den støbte flade muliggør, at benet 4 og tætningshovedet 5 kan udformes således, at læben kan bøjes om forbindelsesstedet mellem benet og den radiale ribbe af den støbte ring 1, eller at den kan bøjes om et ækvivalent sted, hvis det drejer sig om en bundet læbetætning, dvs. en tætning, hvor læben er bundet til en radial flange af et metalhus.

En sådan vinkelbøjning af læben, set i aksialsnit, muliggør, at tætningskanten meget bedre kan ekspandere ensartet med henblik på at tilpasse sig forskellige akseldiametre. Der må dog regnes med, at der skal anvendes forskellige skruefjedre 11, for at arrangementet kan komme til at passe til forskellige akseldiametre. Når tætningen anvendes til en roterende aksel, vil den større læbefleksibilitet også forbedre tilpasningen til eventuelle akselfladeuregelmæssigheder og vibration.

Der vil muligvis kunne opnås nogen forbedring ved at ændre aksellæbetætnin-ger til en udformning med en konkav støbt flade, som støder op til tætningskanten, eventuelt tætningsslidfladen, men dette vil sandsynligvis ikke have nogen betydning ved tætninger, som skal bestå af et hårdt materiale, f.eks. et mate- 144251 5 riale med mere end 90° I.R.H. (International gummihårdhed).

Som allerede nævnt anvendes opfindelsen til tætninger med læbe af et elasto- 2 mert materiale med en elasticitetskoefficient på mellem 3,5 og 8,5 MN/m . Eksempler på passende materialer er olieresistent syntetisk gummi, såsom nitrilgummi og silikongummi, som har en hårdhed på mellem 55° og 90° I.R.H.

Et eksempel på udformningen af læben i tætningen ifølge opfindelsen er illustreret i fig. 4, der viser en støbt, men endnu ikke tilrettet læbe, med tilretning som angivet f.eks. efter linierne 7a og 7b, til dannelse af såvel tilretningsfladen ved den ønskede vinkel, som tætningskanten 6 ved den krævede nominelle diameter.

Den aksiale dimension L fra tætningskanten til forbindelsesstedet mellem benet 4 og den radiale ribbe eller tilsvarende del af den støbte ring betegnes "læbehøjden", og ud fra denne kan man bestemme netop den krumning af konkaviteten af den støbte flade 8, som giver en krævet tangentvinkel 0.

For en cirkulær konkavitet bestemmes radius C ud fra ligningen C = ~ "Lgi- sin 0

Konkaviteten behøver ikke at være cirkulær, selv om dette formodentlig vil være den mest hensigtsmæssige form for fremstilling af støbeværktøjer. Der kan anvendes en ækvivalent parabel eller anden kurve af 2. grad, navnlig hvis man ønsker at opnå en given graduering af tykkelsen og dermed fleksibiliteten af benet 4.

Den støbte flade 8 behøver ikke at være konkav hele vejen, idet den kan have en konkav del, som støder op til tætningskanten 6 og udmunder i en retlinjet keglestubformet flade inden for læbehøjden L.

Opfindelsen er i det foregående forklaret i forbindelse med en indre tætning til tætning mod en akselflade, men kan naturligvis også anvendes ved en udvendig tætning, som tætner mod fladen af et omgivende hus.