SE509598C2 - Radialläpptätning - Google Patents

Description

01 (D \O (fl \O (D 2 reningar i förbandet och ett tidigt uppträdande fel hos förbandet.

Det har visat sig att omfattningen av radialkraft som kan till- handahållas av fjädertätningar är otillräcklig för att täta ut sådana slipmedel i de svåra miljöerna som man finner i jord- schaktning stil lämpningar .

Föreliggande uppfinning är inriktad.på att undanröja olägen- heterna hos de tidigare försöken i radialläpptätningar att åstadkomma en tillräckligt stor inåtriktad radialkraft på tätnings- läppen för att täta ut slipande föroreningar i ytterst svåra tillämpningar ävensom att åstadkomma bättre tätningsläppgensvar vid låga temperaturer.

I enlighet med en aspekt av föreliggande uppfinning åstad- kommes en radialläpptätning för stor belastning för att täta en cylindrisk yta. Denna läpptätning innefattar en tätningsring med utdragen axiell längd med motsatta ändar, en radiellt inåtskjutande tätningsläpp intill tätningsringens ena ände samt en radiellt inåt- skjutande stabiliseringsläpp intill tätningsringens motsatta ände och en spännring fixerad kring nämnda tätningsring. Nämnda spänn- ring är framställd av ett material med tillräcklig draghållfast- hetsmodul för att utöva en stor radiell kraft på minst 20 N/cm av Omkretsen utefter längden hos nämnda tätningsring efter att ha sträckts till en förutbestämd töjningsfaktor inom ett intervall från ca 0,5% till ca 2,5%, och en böjningsring fixerad kring nämnda spännring. Nämnda böjningsring är framställd av ett i hög grad fjädrande eftergivande, lätt deformerbart material för att tillåta nämnda tätningsring att följa radiella och axiella förskjutningar av den cylindriska ytan i begränsad omfattning. 509 598 3 Fig 1 är en delvy i tvärsektion av en gångjärnsled som åskådliggör en radialläpptätning som innefattar principerna enligt föreliggande uppfinning och fig 2 är en i större skala visad tvär- sektionsvy av själva den i fig 1 visade tätningen.

Med närmare hänvisning till ritningarna är en radialläpp- tätning som tillämpar föreliggande uppfinnings principer generellt visad vid 10 i fig 1 tillsammans med en gångjärnsled 12 av typen som används på lastlänkanordningar hos packningsfordon och liknande (inte visade). Användning av tätningen 10 är emellertid inte avsedd att begränsas enbart till svängande tillämpningar, såsom i gång- järnsleden 12, eftersom det förutses att tätningen 10 är lika väl lämpad för användning i vilken som helst långsam rotationstill- lämpning ävensom i en lagerbox för en axel (inte visad), där radialläpptätningar används i ett typiskt fall, såsom är allmänt känt inom tekniken.

Gångjärnsleden 12 inkluderar ett hus 14, genom vilket ett tapplopp 16 sträcker sig. Tapploppet 16 är försett med ett slutet lager 18 för att svängbart lagra en tapp 20 som sträcker sig genom huset 14 och förbi detta. Huset 14 inkluderar också en försänkning 22 vid loppets 16 ena ände för mottagning av tätningen 10. Tappen 20 har en cylindrisk lager- och tätningsyta 24. Gångjärnsleden 12 smörjs med ett oljesmörjmedel (inte visat) på inom tekniken allmänt känt Sätt.

Radialläpptätningen 10 har en enhetlig, sammansatt konstruk- tion och inkluderar företrädesvis en monteringsring 26, en böjningsring 28, en spännring 30 och tätningsring 32, av vilka alla ;5Û9 598 4 är koncentriskt belägna i förhållande till varandra, varvid monteringsringen är det yttersta organet, böjningsringen 28 är det nästa och är beläget innanför monteringsringen, spännringen 13 är belägen inuti böjningsringen, och tätningsringen 32 är det innersta organet och är belägen inuti spännringen.

Monteringsringen 26 har cylindrisk utformning och är företrädesvis framställd av förhållandevis tunt stålrörmaterial, varvid det emellertid skall förstås att en annan metall eller något annat styvt material likaväl skulle kunna användas. Monterings- ringen 26 har en slutgiltig ytterdiameter med en storlek som skapar en presspassning med och som skall pressas in i försänkningen 22 för monteringstätningen 10 i huset 14.

Böjningsringen 28 är framställd av i hög grad fjädrande eftergivande och lätt deformerbart material, såsom mjukt gummi med en durometerhårdhet enligt Shore A från 30 till 90 och är den tjockaste komponenten i syfte att medge betydande axiella och radiella rörelser hos tappen 20 i förhållande till huset 14. Man föredrar ett oljebeständigt syntetiskt gummi så att det inte försämras av oljesmörjmedlet i fogen.

Tätningsringen 32 är framställd av ett i hög grad slip- beständigt elastmaterial. En termoplastisk polyuretan är lämpligast för tätningsringen 32. Tätningsringen 32 har tillräcklig axiell längd för att ge plats åt en radiellt inåtriktad skjutande tätningsläpp 34 intill dess ytterände 35 och ett på avstånd i sidled beläget och radiellt inåt skjutande stabiliseringsläpp 36 intill en inre ände 37 hos densamma. Tätningsringen 32 inkluderar också kanalorgan i form av minst en och företrädesvis ett flertal kanaler eller spår 38 genom stabiliseringsläppen för att bringa smörjmedel att komma in i gångjärnsleden 12 med tätningsläppen 34 för att smörja tätningsläppen och säkerställa närvaro av smörjmedel mellan tätningsläppen och tätningsytan 24 under tappens svängningar eller rotation. Tätningsläppen 34 är företrädesvis utformad med en frontvinkel "F" av ca 70 grader och en hälvinkel "H" av ca 20 grader som förser tätningsläppen med en stabil geometri under stor radiell belastning. Stabiliseringsläppen 36 är företrädesvis försedd med likartade front- och hälvinklar av samma anledning och för att åstadkomma tätningen och stabiliseringsläppen med likartade slitnings- och inställningsegenskaper som tätningsläppen. 509 598 0 5 5 Spännringen 30 är utformad såsom en tunn cylinder och måste utgöras av ett material med stor draghållfasthet för att en stor bandspänning skall erhållas då det sträcks samtidigt som det har ett utmärkt dragkrypmotstånd så att bandspänningen inte går förlorad med tiden. Speciellt bör materialet i spännringen ha en dragmodul av mellan 300 och 14000 MPa, varvid man föredrar en dragmodul av ca 3000 MPa, samt ha en slutgiltig töjningsfaktor av minst 5%. Ett sådan material bör också ge en krypning av mindre 50% under 10000 timmar efter att ha sträckts till töjningsfaktorn 4%.

I sin användning här betyder krypning en förlust över tiden i initialbandspänningen som spännringen har sedan den har sträckts till en töjningsfaktor som är lägre en dess slutgiltiga för- längning. Materialet måste således kunna sammanfogas på lämpligt sätt med den av gummi bestående böjningsringen 28 och med tätnings- ringen 32. En polyarylsulfon har visat sig vara det lämpligaste materialet för spännringen 30 eftersom den har visat sig bilda en stark fog med polyuretan utan användning av ett bindemedel.

Polyarylsulfon kan erhållas kommersiellt från ett flertal företag.

Särskilt har en polyarylsulfon från Amoco Performance Products, Inc. i Atlanta, Georgia såld med varunamnet Radel A100 använts med tillfredsställande resultat.

Tätningen 10 framställs på följande sätt. Först förhands- framställs monteringsringen 26 och spännringen 30 individuellt till lämplig storlek. Monteringsringen 26 av stål kan framställas på ett godtyckligt konventionellt sätt. Företrädesvis är monteringsringen initialt framställd till en diameterstorlek som är ca 15% större än dess slutdiameter i ett syfte som kommer att förklaras i det följande. Spännringen 30 bildas genom ett lämpligt gjutförlopp och formas till en diameterstorlek som är ungefär 2% mindre än dess slutstorlek då den är monterad på tappen 20. Därefter gjuts gummit i flänsringen 28 mellan spännringen 30 och monteringsringen 26 genom användning av en första form som är lämplig för att ge den önskade formen åt böjningsringen och genom användning av kon- ventionella gummigjutnings- och vulkningsförlopp. Före gjutning påförs företrädesvis ett lämpligt samanfogningsmedel på den yttre ytan hos spännringen 30 och den inre ytan hos monteringsringen 26 för fixering av böjningsringen vid spännringen 30 och vid monte- ringsringen 26. ' 509 598 6 Sedan detta har utförts framställs tätningsringen 32 och fastsätts samtidigt vid spännringen 30. Detta utförs under gjutförloppet för framställning av tätningsringen. I detta gjutförlopp placeras spännringen 30, böjningsringen 28 och monteringsringen 26, vilka tidigare har framställts, tillsammans i en andra form som är lämplig för framställning av den önskade formen hos tätningsringen. Polyuretan insprutas därefter i formen så att polyuretanen kommer i kontakt med den inre diametern hos spännringen 30 under tillräckligt tryck för att säkerställa kontakt under pressning mellan desamma. Generellt sett faller kontakt- trycket inom ett intervall från 17 MPa till ca 54 MPa, varvid man föredrar ca 28 MPa. Kontakten sker vanligen vid en temperatur inom ett intervall av från ca 50 till ca 200 grader C. Kontakten fortsätter vid den ovannämnda temperaturen och under betingelserna för kontakt under tryck enligt ovan under tillräckligt lång tid för att åstadkomma sammanfogning av de i kontakt med varandra varande ytdelarna hos tätningsringen 32 och spännringen 30. Vanligen faller kontakttiden inom intervallet 0,5 sekunder till ca 20 sekunder. För att fogningen av polyuretanen vid polyarylsulfonen skall fullbordas helt och hållet hålls de vid förhöjd temperatur inom intervallet från 90 grader till 125 grader C under tillräckligt lång tid för att efterhärda polyuretanen och därigenom förstärka sammanfogningen mellan dem. Företrädesvis faller efterhärdningstiden inom ett intervall av från 16 till 24 timmar. Genom att det ovannämnda förfarandet utnyttjas har man oväntat funnit att en direkt sammanfogning av spännringen 30 och tätningsringen 32 kan erhållas utan att man använder ett bindemedel mellan dem, varvid en fog bildas, vilken är tillräckligt stark för att motstå påkänningen för vilken en dylik tätning utsätts.

När tätningen 10 väl har konstruerats, såsom har beskrivits ovan, minskas storleken hos monteringsringen 26 genom en lämplig sänksmidesoperation till dess slutdiameter. Sänksmidningen är företrädesvis effektiv då det gäller att minska den radiella höjden hos böjningsringen 28 med ca 15%. Syftet med denna sänksmides- operation är att sätta gummit i radiellt tryck för att därvid hindra det från att bli spänt under användning för att öka driftlivslängden hos gummiböjningsringen.

Konstruerade på detta sätt är tätningsläppen 34 resp 509 598 7 stabiliseringsläppen 36 hos tätningsringen 32 försedda med varsin innerdiameter som är mindre än ytterdiametern hos tappen 20 i en förutbestämd omfattning. Såsom följd av detta måste spännringen 30 sträckas i en förutbestämd omfattning för att tätningen 10 skall kunna monteras på tappen 20. Denna sträckning skapar bandspänning i spännringen 30 vilken utövar en radiell kraft av minst 20 N/cm hos omkretsen på tätningsringen 32. Denna spännring kan i regel utöva en radiell kraft av mellan 50 och 250 N/cm av omkretsen med en töjningsfaktor inom intervallet från ca 0,5% till ca 2,5% av spännringen, varvid man föredrar ett intervall av från ca 1% till ca 2%. Såsom ett exempel åstadkom en spännring av polyarylsulfon med diametern ca 55 mm och framställd av Radel A100 samt med den axiella bredden ca 10 mm och den radiella tjockleken 2,25 mm en betydande nominell radiell kraft av ca 250 N/cm av omkretsen vid töjningsnivån l,5%. Radel A100 har en slutgiltig töjning av 6,5 %.

Det har visat sig att genom att hålla töjningen vid nivån 2% eller mindre håller man krypning i minsta möjliga omfattning. Således hålls en väsentligen konstant kraft som åstadkommes av band- spänningen på tätningsläppen 34 under hela tätningens 10 arbets- livslängd.

Den radiella läpptätningen 20 som är konstruerad i enlighet med föreliggande uppfinnings anvisningar ger till fördel upphov till en radialläpptätning 10 med mycket större läppkraft än konven- tionella tätningar så att tätningläppen kan hindra införing av skadliga och i hög grad slipande material i gångjärnsleden 12 eller t o m inträdet av dylika material under själva tätningsläppen.

Konstruktionen möjliggör också att läppbelastningen blir i stort sett opåverkad av axiella eller radiella rörelser hos tappen 20 i förhållande till huset 14. Anledningen till detta är att dylika axiella och radiella rörelser tas upp enbart genom böjning av böjningsringen 28 som är compoundutförd för att lätt utföra sådana uppgifter. Ingen läpp? eller spännringböjning erfordras för sådana rörelser hos tappen. Till detta bidrar förhållandet att tätningen 10 griper lappen hårdare än alla inom teknikens stånd- punkt förekommande läpptätningar och dessutom motstår axiell eller radiell rörelse hos tätningsläppen 34 på tappen 20. Härigenom kan tätningen 10 tillåta betydande axiella förskjutningar hos tappen i förhållande till huset enbart i böjningsringen 28 utan någon :509 598 8 åtföljande axiell rörelse hos tätningsläppen 34 på tappen 20.

Tätningsläppen 34 utsätts således inte för gnidning på frilagda partier hos tappens tätningsyta 28 vilka sannolikt kommer att vara utsatta för grova korn och andra i hög grad slipande material såsom är vanligt vid tidigare förekommande läpptätningar.

Såsom har nämnts tidigare är läpptätningarna enligt teknikens ståndpunkt belägna vid änden på en fribärande arm. Detta medför att läppen rör sig i en båge då tappen rör sig radiellt.

Denna bågrörelse hos tätningsläppen ändrar läppens orientering i förhållande till tappen. Under en stor belastning kan läppen luta över inåt eller vikas ut mot utsidan, vilket eliminerar den önskade tätningskontakten med tappytan 24. En sådan bågformig rörelse hos tätningsläppen 34 är eliminerad i konstruktionen av föreliggande tätning, vilken upprätthåller korrekt läpporientering hos tätnings- läppen 34 gentemot tätningsytan 24. Övervällning eller utvikning av tätningsläppen motstås vidare i föreliggande tätning 10 genom att tätningsläppen 34 och stabiliseringsläppen 36 förses med önskade front- och hälvinklar. Närmare bestämt har varje läpp en frontvinkel av i stort sett 70 grader och en hälvinkel av i stort sett 20 grader i förhållande till tätningsytan 24 hos den cylin- driska tappen. Spännringen 30 förser också tätningsringen 32 med en stabil bas för att tätningsläppen 34 och stabiliseringsläppen 36 skall hållas i avsedd orientering i förhållande till den cylindriska ytan 24 oberoende av tappavböjningar.

Såsom resultat av konstruktionen av föreliggande radialläpp- tätning 10 kan en sådan tätning 10 få lång driftlivslängd i de svåraste arbetsförhållandena med kontinuerlig exponering för i hög grad slipande blandningar av sand, smuts och vatten av typen som påträffas vid schaktningstillämpningar för schaktningsfordon.

Andra aspekter, ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning kan erhållas från ett studium av ritningen, beskriv- ningen och de bifogade patentkraven.

Claims (12)

:S09 598 9 PATENTKRAV

1. Radialläpptätning (10) för stor belastning för att täta en cylindrisk yta (24), k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en tätningsring (32) med utdragen axiell längd med mot- satta ändar, en radiellt inåtskjutande tätningsläpp (34) intill tätningsringens (32) ena ände samt en radiellt inåtskjutande stabi- liseringsläpp (36) intill tätningsringens (32) motsatta ände, en spännring (30) fixerad kring nämnda tätningsring (32) , varvid nämnda spännring (30) är framställd av ett material med tillräcklig draghållfasthetsmodul för att utöva en stor radiell kraft på minst 20 N/cm av omkretsen utefter längden hos nämnda tätningsring (32) efter att ha sträckts till en förutbestämd töjningsfaktor inom ett intervall från ca 0,5% till ca 2,5%, och en böjningsring (28) fixerad kring nämnda spännring (30), varvid nämnda böjningsring (28) är framställd av ett i hög grad fjädrande eftergivande, lätt deformerbart material för att tillåta nämnda tätningsring (32) att följa radiella och axiella förskjutningar av den cylindriska ytan i begränsad omfattning.

2. Tätning (10) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda spännring (30) utövar en radiell kraft på nämnda tätningsring (32) mellan 50 och 250 N/cm av omkretsen med nämnda töjningsfaktor inom intervallet från ca 0,5% till ca 2,5% av nämnda spännring (30).

3. Tätning (10) enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda tätningsläpp (34) och stabiliseringsläpp (36) var- dera har en innerdiameter med tillräcklig storlek för att bringa spännringen (30) att sträckas till nämnda töjningsfaktor när tät- ningen (10) är monterad kring nämnda cylindriska yta (24).

4. Tätning (10) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d där- av, att materialet i nämnda spännring (30) är polyarylsulfon.

5. Tätning (10) enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda förutbestämda sträckning är ekvivalent med ca 2% töjning av nämnda polyarylsulfon.

6. Tätning (10) enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda tätningsring (32) består av ett polyuretanmaterial.

7. Tätning (10) enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d där- av, att den ytterligare innefattar en monteringsring (26) som är fixerad kring nämnda böjningsring (28) , varvid diametern hos nämnda monteringsring (26) är reducerad i en omfattning som är tillräcklig 509 598 1o för att hålla nämnda böjningsring (28) i kompression.

8. Tätning (10) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda tätningsring (32) inkluderar kanalorgan för att föra smörjmedel till nämnda tätningsläpp (34).

9. Tätning (10) enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda tätningsring (32) är fogad vid nämnda spännring (30) utan något som helst bindemedel.

10. Tätning (10) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d där- av, att materialet i nämnda spännring (30) har en dragmodul mellan 300 och 14000 MPa och en slutgiltig töjning av minst 5% och är ut- satt för mindre än 50% krypning under en tid av 10000 timmar efter att ha sträckts till töjningsfaktorn 4%.

11. Tätning (10) enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda material i spännringen (30) har en dragmodul av ca 3000 MPa och en slutgiltig töjning av ca 6,5% samt kan åstad- komma en initialringspänning som är större än 150 N/cm av omkretsen vid töjningsfaktorn 2%.

12. Tätning (10) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d där- av, att nämnda tätningsläpp (34) och nämnda stabiliseringsläpp (36) är orienterade för ingrepp med nämnda cylindriska yta och har var sin frontvinkel av ca 70 grader i förhållande till nämnda yta och var sin hälvinkel av ca 20 grader i förhållande till nämnda cylind- riska yta.