DK150589C - Taetning til hydrauliske stempler eller stempelstaenger - Google Patents

Description

1 ·

DK 150589 C

Opfindelsen angår en tætning til hydrauliske stempler og stempelstænger med en tætningsring af en sej elastisk plast som berøringstætning mellem en stationær maskindel, som udviser en ringnot, og en bevægelig maskindel med en hovedsagelig konisk påsætningsflade samt en gummielastisk spændering, der spænder tætningsringen i radial retning og tætner denne i forhold til ringnoten i den stationære maskindel, og hvor der i den rundtgående flade af tætningsringen ved den ende, som vender mod højtrykssiden, findes en mod den bevægelige maskindel vendende reces med en sådan aksial udstrækning, at dens mod højtrykssiden vendte endeflade i det mindste på den nærmest den bevægelige maskindel liggende del er beliggende omkring midten af tætningens rundtgående flade, og hvor den rundtgående flade regnet fra denne reces og i retning mod lavtrykssiden danner en kegleflade med en lille kilevinkel, så at der mellem recessens endeflade og keglefladen befinder sig en tæ-ningskant.

En tætning af denne art er kendt fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 23 25 000. Den udmærker sig ved en ekstremt lille lækrate og en meget lang levetid. Uagtet den store udbredelse, som disse tætninger har fået, skal man dog atter og atter holde øje med såkaldte "afstikkere", dvs. enkelte eksemplarer af sådanne tætninger, som udviser en forøget lækrate såvel som en formindsket levetid.

Den til grund for opfindelsen liggende opgave består i at forbedre en tætning af indledningsvist nævnte art på en sådan måde, at de såkaldte "afstikkere" ikke forekommer længere.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at der mellem den kilevinklen dannende kegleflade og recessens endeflade er tilvejebragt er konisk ringflade, der med keglefladen danner en stump vinkel κ af en sådan størrelse, at den under påskydnlng af tætningen ind 2

DK 150589 C

over den bevægelige maskindels hovedsagelig koniske påsætningsflade med recessens endeflade forrest dannede resulterende kraft Fres af normalkraften FN og friktionskraften % i det mindste tilnærmelsesvist halverer tætningens kantvinkel κ , og at den koniske ringflades aksiale udstrækning er så ringe, at den grundliggende, fra recessen hidrørende virkning af tætningen bibeholdes.

En grundig undersøgelse af de kendte tætninger har vist, at de nævnte "afstikkere" ikke kan føres tilbage til materialefejl, fremstillingsfejl eller til manglende overfladekvalitet hos de maskindele, der skulle tætnes, men skyldes deformationer ved tætningskanten, som under monteringen fremfor alt opstår, når tætnings ringen skydes på den bevægelige maskindels hovedsageligt koniske påsætningsflade med recessens endeflade forrest. De trykkræfter, der derved udøves på tætningskanten alene, og som fordeles videre ind i tætningsringen, medfører fortrængning af materiale i området omkring tætningskanten, der bl.a. ytrer sig ved en udbuling af recessens endeflade, selvom man først og fremmest ville forvente, at friktionskræfterne med den anførte påskydningsretning ville bevirke en fortrængning af materiale mod kilefladen. Udbulingen af recessens endeflade medfører desuden dannelsen af en mod højtrykssiden åben, kileformet spalte, som det medium på højtrykssiden, der tætnes overfor, kan slippe ud igennem i større mængder, end de mængder, der kan tilbageføres til højtrykssiden ved hjælp af den kileformede spalte, som med vilje er tilvejebragt på lavtrykssiden. På denne måde kommer de forøgede og utilsigtede lækrater i stand. I modsætning hertil opnås ved tilvejebringelse af ringfladen en stumpvinklet udformning af tætningskanten og en sådan fordeling af de der angribende kræfter, at skadelige fortrængninger af materiale med sikkerhed undgås under tætningsringens montage, og 3.

DK 150589 C

at de tætninger, som udformes i overensstemmelse med opfindelsen, uden undtagelse besidder den tilstræbte høje tætningseffekt og lange levetid.

Det er ganske vist kendt fra beskrivelsen til schweizisk patent nr. 461.203 at rejfe de yderste kanter af stempel-tætningsringenes endeflader, hvilke tætningsringe er af polytetrafluorethylen, for at lette indføringen af de med stempelringe forsynede stempler i cylindrene. Disse rejfningsflader er så store, at de erstatter den bevægelige maskindels hovedsageligt koniske påsætningsflade, og sådanne rejfningsflader ville fuldstændig tilintetgøre effekten af tætningen ifølge opfindelsen, der beror på tilstedeværelsen af en reces.

I det hele taget synes det at tilvejebringe en mod højtrykssiden åben, konisk ringflade ved tætningskanten af være i modstrid med det princip, der gælder for tætninger af indledningsvist nævnte art, da disse tætninger er karakteristiske ved dels en mod højtrykssiden orienteret, reces, dels en kileformet spalte på lavtrykssiden mellem tætningen og den bevægelige maskindel. Den kileformede spalte medfører, at det hydrauliske medium, som er trængt igennem tætningen, slæbes med tilbage til høj tryks s id en. En kileformet spalte på højtrykssiden medfører tilsvarende, at det medium, der skal tætnes overfor, slæbes med ud fra højtrykssiden til lavtrykssiden med en højere lækrate til følge. Derfor må det under alle omstændigheder undgås, at der fremkommer en kileformet spalte på højtrykssiden. Som forklaret foroven, har det ikke desto mindre vist sig, at der netop på grund af .materialefortrængninger omkring den spidsvinklede tætningskant kan fremkomme en mod højtrykssiden åben, kileformet spalte, som resulterer i en forøget lækrate, hvorimod der gennem tilvejebringelsen af en ringflade, som med tætningsaksens retning danner en forholdsvis stor vinkel, afværges et sådant medslæb, så at en sådan ringflade ikke er til 4

DK 150589 C

skade. Med de sædvanlige værdier for friktionskoefficienten mellem tætningsring og den bevægelige maskindels overflade, kilevinklen y ved tætningsringen og vinklen β for den skrå påsætningsflade, fås for ringfladens vinkel α med tætningsaksen en værdi på 45°.

Ringfladens aksiale længde kan andrage ca. 5% af tætningsringens aksiale længde. I praksis egnede længder for ringfladen for normale tætninger er, alt efter tætningens størrelse, fra 0,1 til 0,8 mm. Disse aksiale længder er i alle tilfælde så små, at den grundliggende effekt af de kendte tætninger, som kan henføres til tætningskantens beliggenhed umiddelbart op til en mod højtrykssiden orienteret reces og den fra tætningskanten udgående kegleflade, der sammen med mod løbsfIden danner en smal, kileformet spalte, bibeholdes.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til det på tegningen viste udførelseseksempel. På tegningen viser fig. 1 et tværsnit gennem en tætning ifølge opfindelsen, fig. 2 på skematisk form en anskueliggørelse af, hvordan tætningen skydes på bevægelige maskindels hovedsageligt skrå påsætningsflade, fig. 3 en detalje ved tætningens kant i en stærkt forstørret målestok i forhold til det i fig. 2 viste, fig. 4 et til fig. 3 svarende billede, men hvor tætningsringen er skubbet helt ind på den bevægelige maskindel, fig. 5 en variant af den i fig. 4 viste anordning, fig. 6 et billede, som svarer til det i fig. 2 viste, og som anskueliggør påskydningen af tætningen ifølge opfindelsen på den bevægelige maskindel, fig. 7 den i fig. 6 viste detalje ved tætningskanten i stærkt forstørret målestok, og 5

DK 150589 C

fig. 8 et til fig. 7 svarende billede, men hvor tætningen er skubbet helt ind på den bevægelige maskin-del.

Den i fig. 1 viste tætning består af en tætningsring 1 og en koaksialt udenom denne anbragt spændering 2. Tætnings ringen 1 består af en sej elastisk plast fremstillet på basis af polytetrafluorethy-len, medens spænderingen 2 består af et gummielastisk materiale. Begge ringene er indlagt i en not 3 i en maskindel 4, der betegnes som værende en stationær maskindel, da tætningen ikke udfører bevægelser i forhold til denne maskindel. Den gummielastiske spændering 2 udøver en radialt gående spændekraft på tætningsringen l, og tætner den tillige i noten 3 i den stationære maskindel 4. Omkring midten af tætningsringen 1, set i tætningens akseretning, har denne en rundt-gående reces 5 på den side, der vender bort fra spænderingen 2. Den åf recessen 5 dannede endeflade er vendt mod tætningens højtryksside H. På lavtrykssiden N følger der efter recessen en kegleflade 6, der under en lille keglevinkel åbner sig mod lavtrykssiden N. På overgangsstykket mellem recessen 5's endeflade og keglefladen 6 findes en ringflade 7, der har form af en kegleflade, som åbner sig mod højtrykssiden H, således at der fremkommer en tætningskant 8, hvormed tætningsringen 1 ligger an mod modløbsfladen 9 af en bevægelig maskindel 10. I forhold til recessen 5's endeflade er tætningskanten 8 forskudt en smule mod lavtrykssiden N, men på trods heraf befinder tætningskanten 8 sig stadig omkring tætningens midte, set i aksial retning, hvor spænderingen 2's tiltrykningskraft har et maksimum.

Den mod højtrykssiden vendende ringflade 7 sikrer, at de kræfter, som under påsætning af den forspændte tætningsring på den bevægelige maskindel 10 er nødvendige for at udvide tætningsringen, tilføres på 6

DK 150589 C

en sådan måde, at der ikke kan forekomme nogen skadelig deformering af tætningsringen. For bedre at kunne forstå proceduren under påsætningen af tætningsringen på den bevægelige maskindel, beskrives denne procedure først i forbindelse med., en tætning, som tilhører den kendte teknik, og som er vist i fig. 1-5. Denne kendte tætning udviser ikke ringfladen ifølge opfindelsen. Fig. 2 viser skematisk en af en tætningsring 21 og en spændering 22 bestående tætning, som befinder sig i en not 23 i en stationær maskindel 24. Denne tætning skal skydes på en bevægelig maskindel 25, der i sin ene ende har en hovedsagelig konisk påsætningsflade 26. Som det fremgår af fig. 2 er tætningsrignen 21's diameter før påsætningen mindre end den bevægelige maskindel 25's diameter, således at tætningsringen nødvendigvis må udvide sig, når den skydes ind over den hovedsagelig koniske påsætningsflade. Da tætningsringen 21 består af et sejelastisk materiale, finder der herunder dels en plastisk, dels en elastisk deformation sted af tætningsringen 21. Når tætningsringen som vist i fig. 2 skydes på den bevægelige maskindel 25 med recessen 27 forrest, kommer tætningsringen kun i berøring med den skrå påsætningsflade med tætningskanten 28, så at alle til tætningsringen 21's udvidelse nødvendige kræfter medfører en deformation af tætningsringen således som antydet i fig. 3 med en punkteret linie 29. Det synes først og fremmest overraskende, at fortrængningen af materile i det væsentlige ytrer sig som en udbuling i recessen 27, skønt man egentligt måtte antage, at en indskydning af den bevægelige maskindel 25 i tætningsringen 21 ville medføre en medrivning af materiale i indskydnings retningen 30. Faktum er imidlertid, at spændingsforholdene i materialet i tætningsringen omkring tætningskanten 28 er af en sådan art, at der i det væsentlige finder en udbuling sted i recessen 27.

7

DK 150589 C

Som anskueliggjort i fig. 4 og 5 medfører udbulingen i tætnings ringen 21's endeflade 27, at fladetrykkets maksimum, når tætningsrignen 21 er nået op på den bevægelige maskindel 25's cylindriske modløbsflade, ikke længere er beliggende ved skulderen, men er forskudt herfra i retning af lavtrykssiden. Herved kan der fremkomme en meget spidsvinklet, kileformet spalte 31, således som vist i fig. 4, hvis kilevinkel α er mindre end kilevinklen γ mellem tætningens mod lavtrykssiden åbne kegleflade 32 og modløbsfladen på den bevægelige maskindel. Denne kileformede spalte med den lille åbningsvinkel α giver anledning til et udslip af det medium, der skal tætnes for, i større mængder end det, der fra lavtrykssiden kan slæbes tilbage igen til højtrykssiden. Herved opstår der en betydelig lækage. En lignende virkning indtræffer også, når der som vist i fig. 5 ganske vist ikke findes nogen tydelig kileformet spalte, men hvor fladetrykket mellem tætningsringen 21 og den bevægelige maskindel 25 er lig med nul ved kanten mod højtrykssiden og stiger som følge af den stedfundne materialefortrængning til et maksimum nær det sted, hvor tætningsringen 21's mod lavtrykssiden åbne kegleflade 32 begynder. Trykfordelingen på tætningen er anskueliggj ort i fig. 5 ved hjælp af pile 33.

Dersom tætningen nu ifølge opfindelsen udviser en ringflade 7 mellem keglefladen 6 og recessen 5, tilvejebringes de i fig. 6-8 viste forhold. Fig. 6 viser igen, ligesom fig. 2, hvordan den i en not 3 i den stationære maskindel anbragte tætning skubbes på den bevægelige maskindel 10's påsætningsflade 11. Herved kommer tætningsringen 1 atter til at ligge an mod den hovedsagelig koniske påsætningsflade 11 med tætningskanten 8. Også i dette tilfælde tilføres alle de kræfter, som er nødvendige til udvidelse af tætningsringen 1, gennem tætningskanten 8. Denne tæt- 8

DK 150589 C

ningskant befinder sig dog nu mellem den mod lavtrykssiden åbne kegleflade og ringfladen 7 og danner med sine kantflader en stump vinkel κ indesluttet af keglefladen og ringfladen 7. Denne vinkel κ er valgt således, at den resulterende kraft Fres af normalkraften Fn og friktionskraften FR, når tætningen skydes ind over den bevægelige maskindel 10's hovedsagelig koniske påføringsflade 11, halverer vinkelen κ ved tætningskanten.

Kaldes vinklen for den hovedsagelig koniske påsætningsflade for β, den under fremstillingen dannede vinkel for keglefladen 6 for o, ringfladen 7's vinkel for α og den til friktionskraften FR svarende vinkel for p, kan der på grundlag af fig. 7 opstilles følgende to betingelser: p + κ/2+γο+β= 90® og α + κ /2 - β - p = 90° .

Heraf fås betingelsen for den optimale vinkel α for ringfladen 7: α=2(β+ρ) +γο .

I forbindelse med tætningen ifølge opfindelsen benyttes hensigtsmæssigt en kilevinkel o på 7°, en vinkel, der også sædvanligvis forefindes hos tætninger af den i indledningen anførte art. Ligeså er et særligt egnet materiale til sådanne· tætninger en polytetrafluo-rethylen, som i forhold til stål som modløbsfladei middel har en friktionskoefficient μ = 0,07. Hertil svarer en friktionsvinkel p = 4°. En værdi på 15° for vinklen β for den hovedsagelig koniske påsætningsflade har efterhånden vundet hævd. Med disse betingelser fås en optimal størrelse for ringfladen 7’s vinkel α, nemlig: α = 2(15® + 4°) ·+ 7® = 45°. Det er klart, at vinklen α

Claims (3)

1. Tætning til hydrauliske stempler og stempelstænger med en tætningsring af en sej elastisk plast som 35 berøringstætning mellem en stationær maskindel, som udviser en ringnot, og en bevægelig maskindel med en ho- DK 150589 C vedsagelig konisk påsætningsflade samt en gummielastisk spændering, der spænder tætningsringen i radial retning og tætner denne i forhold til ringnoten i den stationære maskindel, og hvor der i den rundtgående flade af 5 tætningsringen ved den ende, som vender mod højtrykssiden, findes en mod den bevægelige maskindel vendende reces med en sådan aksial udstrækning, at dens mod højtryksiden vendte endeflade i det mindste på den nærmest den bevægelige maskindel liggende del er beliggende om-10 kring midten af tætningens rundtgående flade, og hvor den rundtgående flade regnet fra denne reces og i retning mod lavtrykssiden danner en kegleflade med en lille kilevinkel, så at der mellem recessens endeflade og keglefladen befinder sig en tætningskant, kende-15 tegnet ved, at der mellem den kilevinklen dannende kegleflade (6) og recessens (5) endeflade er tilvejebragt en konisk ringflade (7), der med keglefladen (6) danner en stump konisk vinkel κ af en sådan størrelse, at den under påskydning af tætningen ind over 20 den bevægelige maskindels hovedsageligt koniske påsætningsflade (11) med recessens (5) endeflade forrest dannede resulterende kraft Fres af normalkraften FN og friktionskraften % i det mindste tilnærmelsesvist halverer tætningens kantvinkel κ , og at den koniske ring-25 flades aksiale udstrækning er så ringe, at den grundliggende, fra recessen hidrørende virkning af tætningen bibeholdes.

2. Tætning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ringfladen (7) danner en vinkel på ca. 45° med 30 tætningens akse.

3. Tætning ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at ringfladens (7) aksiale længde (a) andrager ca. 5% af tætnings ringens (1) aksiale længde (b).