NO146613B

NO146613B - SEAL BETWEEN PARTS THAT CAN BE MOVED IN RELATIONSHIP

Info

Publication number: NO146613B
Application number: NO743073A
Authority: NO
Inventors: Stig Stenlund
Original assignee: Skega Ab
Priority date: 1973-08-28
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1982-07-26
Also published as: CH588650A5; FR2245888A1; GB1464452A; DE2440124A1; CS178825B2; AU7237974A; DK455474A; SE7311651L; AT335243B; SE375591B; NO146613C; PL110748B1; NL7410953A; ATA681274A; DD115189A5; DK144197C; FR2245888B1; BE818971A; JPS5050541A; BR7406838D0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for tetning mellom en stempelstang og en flate som omslutter stempelstangen i en sylinders stempelstanggjennomføring eller mellom to andre deler som kan beveges i forhold til hverandre på lignende måte, ved hvilke kan forekomme trykkvariasjoner på flere hundre kp/cm , hvilken anordning er beregnet til å være anordnet i et spor i stempelstang-gjennomføringen, henholdsvis den tilsvarende del av to deler som kan beveges i forhold til hverandre, og omfatter en tetningsdel som i sin tetningsflate er utstyrt med minst to tetningsåser som er anordnet i to innbyrdes adskilte radialplan og mot trykksiden oppviser en forholdsvis steil .flanke samt avtar i høyde under spiss vinkel mot den anneri side; idet tetningsåsene er innrettet til å ligge tettende mot stempelstangen, henholdsvis den tilsvarende annen av de to deler som kan beveges i forhold til hverandre, under-støttet av et elastisk trykkorgan anordnet mellom tetningsdelen og sporets bunn, hvorved tetningsdelen ved minst en av sine kanter oppviser en radial støttedel for anlegg mot en uttrengningshindrende støttering. The present invention relates to a device for sealing between a piston rod and a surface that encloses the piston rod in a cylinder's piston rod passage or between two other parts that can be moved in relation to each other in a similar way, whereby pressure variations of several hundred kp/cm can occur, which device is intended to be arranged in a groove in the piston rod bushing, respectively the corresponding part of two parts that can be moved in relation to each other, and comprises a sealing part which in its sealing surface is equipped with at least two sealing ridges which are arranged in two mutually separated radial plane and towards the pressure side shows a relatively steep flank and decreases in height at an acute angle towards the other side; as the sealing ridges are designed to lie tightly against the piston rod, respectively the corresponding other of the two parts which can be moved in relation to each other, supported by an elastic pressure member arranged between the sealing part and the bottom of the groove, whereby the sealing part has at least one of its edges a radial support part for abutment against an extrusion-preventing support ring.

En alminnelig tendens innen hydraulikken er at det søkes å oppnå stadig høyere arbeidstrykk i hydrauliske sylindre o.l. hvilket stiller store krav til de pakninger som skal benyttes i slike anordninger. I dag forekommer normale arbeidstrykk på ca. 170 kp/cm 2 og også trykk på 200-300 kp/cm 2 i mange maskiner, og dette har medført at det med de vanlige gummipakninger med U-tverrsnitt eller i form av O-ringer blir stadig vanskeligere å fylle de nødvendige betingelser. Det benyttes derfor i hydrauliske sylindre, og andre steder der høye hydrauliske trykk kan komme på tale, fortrinnsvis U-pakninger i polyuretan eller såkalte kompaktpakninger av varierende art, både som stempelpakning og som stempelstangpakning. Kjente kompaktpakninger som finnes i enkeltvirkende og dobbeltvirkende utføresle og også i udelt og delt utførelse for enklere montering, består som regel av en pakningsdel av et forholdsvis mykt material, fortrinnsvis nitrilgummi, et uttrengningshindrende parti i form av en ring av et hardt material, fortrinnsvis polyacetalplast, hvis fremste oppgave er å hindre uttrengning i spalten mellom pakningssporet og pakningsdelen, samt et tekstil-armert skikt som er utført i ett med pakningsdelen og som har til oppgave å hindre at det mykere material trenger ut mellom den uttrenigningshind-rende plastring og den del som skal tettes. A general tendency in hydraulics is to seek to achieve ever higher working pressures in hydraulic cylinders etc. which places great demands on the gaskets to be used in such devices. Today, normal working pressures of approx. 170 kp/cm 2 and also pressure of 200-300 kp/cm 2 in many machines, and this has meant that it is increasingly difficult to meet the necessary conditions with the usual rubber seals with a U-section or in the form of O-rings. It is therefore used in hydraulic cylinders, and in other places where high hydraulic pressures may be involved, preferably U-seals in polyurethane or so-called compact seals of varying types, both as piston seals and as piston rod seals. Known compact gaskets, which are available in single-acting and double-acting designs and also in undivided and divided designs for easier assembly, usually consist of a packing part of a relatively soft material, preferably nitrile rubber, and a seepage-preventing part in the form of a ring of a hard material, preferably polyacetal plastic , whose main task is to prevent extrusion in the gap between the gasket groove and the gasket part, as well as a textile-reinforced layer which is made in one with the gasket part and which has the task of preventing the softer material from penetrating between the extrusion-preventing plastic ring and the part which must be sealed.

Ulemper med kompaktpakninger i tekstil-armert gummi ligger først å fremst i dårlige slitasjeegenskaper og stor føl- : somhet for skader på stempelstangen. Ved de ofte fore-kommende lange pakningstyper oppstår lett overtemperaturer med følgende pakningsskader. Fordelene ligger i muligheten for å dele pakningene og god pakningsfunksjon også ved lave trykk og lav temperatur. Disadvantages of compact seals in textile-reinforced rubber lie primarily in poor wear properties and great sensitivity to damage to the piston rod. With the often-occurring long types of packing, overheating easily occurs with the following packing damage. The advantages lie in the possibility of dividing the seals and good sealing function even at low pressure and low temperature.

Ulemper med U-pakninger av polyuretan ligger primært i pak-ningsegenskapene ved lave trykk og lav temperatur samt i den antatt umulige delingsmulighet for en slik pakning. Polyuretan-pakningene kan dog gjøres tette ved normale trykk og temperaturer og har klart bedre slitasjeegenskaper enn kompaktpakninger. Disadvantages with U-seals made of polyurethane lie primarily in the sealing properties at low pressure and low temperature as well as in the supposedly impossible possibility of splitting for such a seal. However, the polyurethane gaskets can be made tight at normal pressures and temperatures and have clearly better wear properties than compact gaskets.

Nå for tiden benyttes kompaktpakninger i stor utstrekning som stempelstangpakninger på grunn av at de har kort bygge-lengde og at det med disse pakninger har vært mulig å oppnå akseptabel tetning. Ulempene ved dagens stempelstangpakninger i kompakt-utførelse ligger i at de har en be-tydelig kortere levetid enn tilsvarende stempelpakninger og således må skiftes ut oftere, idet det ved en slik utskifting må foretas først en demontering av påmontert utstyr. Nowadays, compact gaskets are widely used as piston rod gaskets due to their short construction length and the fact that with these gaskets it has been possible to achieve an acceptable seal. The disadvantages of today's piston rod seals in a compact design are that they have a significantly shorter lifespan than corresponding piston seals and thus have to be replaced more often, since such a replacement must first be carried out by dismantling the attached equipment.

For å unngå en slik demontering, som oftere er meget be-sværlig og kostbar, finnes alternativt å utføre pakninger delt. Dagens konstruksjon av delte stempelstangpakninger, og da først og fremst de med kort innbygningsdimensjon, er svak og fyller ikke de stilte fordringer i nødvendig utstrekning, slik at behovet for en løsning av dette problem sammen med en eliminering av de øvrige, nevnte svakheter ved de forskjellige pakningstyper i dag er et av de vik-tigste ønskemål innenfor hydraulikk-teknikken. In order to avoid such disassembly, which is often very difficult and expensive, there is an alternative to carrying out the packing in parts. Today's construction of split piston rod seals, and primarily those with short built-in dimensions, is weak and does not fulfill the requirements to the necessary extent, so that the need for a solution to this problem together with an elimination of the other, mentioned weaknesses of the various types of gaskets today are one of the most important goals in hydraulic engineering.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er derfor å løse ovennevnte problem og således å frembringe en tetningsanordning, spesielt for stempelstenger o.l., som samtidig fyller alle de fordringer som stilles til en god tetningsanordning som har kort innbygningslengde, samtidig som den med tilstrekkelig sikkerhet gir liten lekkasje, har lang levetid og mindre friksjonstap enn kjente stempelstangpakninger av den delbare typen. Samtidig skal den også kunne monteres enkelt og klare avtetting ved høye og lave temperaturer samt høye trykk og dermed også eliminere ut-trengningsskader. The purpose of the present invention is therefore to solve the above-mentioned problem and thus to produce a sealing device, especially for piston rods etc., which at the same time fulfills all the requirements for a good sealing device which has a short installation length, while at the same time providing sufficient safety with little leakage, has long service life and less friction loss than known piston rod seals of the divisible type. At the same time, it must also be able to be installed easily and provide clear sealing at high and low temperatures as well as high pressures, thus also eliminating penetration damage.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved. at i det minste tetningsdelen og støttedelen er delt ved hjelp av et delingssnitt som utgjøres av to aksiale, mot hverandre rettede og i avstand fra hverandre anordnede delsnitt og et delsnitt som forbinder de aksiale delsnitt og befinner seg i den del av en av tetningsåsene som vender fra trykksiden, fortrinnsvis nærmere det høyeste enn det laveste punkt på tetningsåsen. According to the invention, this is achieved by that at least the sealing part and the support part are divided by means of a dividing section which consists of two axial, mutually directed and spaced apart sections and a section which connects the axial sections and is located in the part of one of the sealing ridges that faces from the pressure side, preferably closer to the highest than the lowest point on the sealing ridge.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser et snitt gjennom en stempel-sylinder-anordning utstyrt med en tetningsanordning i overensstemmelse med en eksempelvis utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 2 viser i større målestokk et snitt gjennom selve pakningen i fig. 1 . Fig. 3 viser et snitt gjennom en pakningsring som inngår i en pakning i henhold til oppfinnelsen og som er noe endret i forhold til den utførelse som er vist i fig. 2. The invention shall be described in more detail with reference to the attached drawings. Fig. 1 shows a section through a piston-cylinder device equipped with a sealing device in accordance with an exemplary embodiment of the invention. Fig. 2 shows on a larger scale a section through the seal itself in fig. 1. Fig. 3 shows a section through a sealing ring which forms part of a seal according to the invention and which is somewhat changed in relation to the embodiment shown in fig. 2.

Fig. 4 og 5 viser hvordan pakningsringen kan deles. Fig. 4 and 5 show how the sealing ring can be divided.

Fig. 1 viser en sylinder 1 med tilhørende stempel og stempelstang 2, hvor stempelstangen føres gjennom en gjennomføring i bakstykket 3 for sylinderen 1, hvilket bakstykke er utformet med et deksel 4 som eksempelvis er utført i to halvdeler og holdes på plass av ikke viste skruer. I et spor 5 i bakstykket 3 er det anordnet en anordning 6 i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 shows a cylinder 1 with associated piston and piston rod 2, where the piston rod is guided through a passage in the rear part 3 for the cylinder 1, which rear part is designed with a cover 4 which is, for example, made in two halves and is held in place by screws not shown . A device 6 according to the present invention is arranged in a groove 5 in the back piece 3.

Den utførelsesform som er vist for anordningen 6 og som virker som en stempelstangpakning, men som også kan benyttes i andre forbindelser, f.eks. der det hersker trykk på begge sider, omfatter en pakningsring 7 som består av en tetningsdel 8 med aksial utstrekning og en støttedel 9 med radial utstrekning, tilsvarende omtrent dybden av sporet 5. Tetningsdelen 8 er på sin tetningsflate 10 slik utformet at den får linjeanlegg mot stempelstangen 2 i mer enn et radialplan. Dette linjeanlegg fremskaffes ved at tetningsdelen 8 er utformet med flere rundtgående åser 11, egger eller lignende som mot trykksiden har en forholdsvis steil flanke 12 og som mot den mer eller mindre trykkløse side avtar i høyderetningen med en spiss vinkel slik at et rom dannes mellom åsene 11 på tetningsdelen 8. I den utførelse som er vist i fig. 2 er vinkelen mellom åsflankene og stempelstangen ca. 90°, men ved andre utførelser kan denne vinkel gjøres mindre, f.eks. som vist i fig. 3 der vinkelen er ca. 70°, eller den kan gjøres større, d.v.s. flanken gjøres underskåret. Vinkelen oC bør velges mellom 1 og 15°, fortrinnsvis 7°. Antallet åser kan varieres, liksom av-standen mellom åsene, og er således ikke begrenset til det antall som er vist på tegningen. The embodiment shown for the device 6 which acts as a piston rod seal, but which can also be used in other connections, e.g. where there is pressure on both sides, comprises a sealing ring 7 which consists of a sealing part 8 with an axial extent and a support part 9 with a radial extent, corresponding approximately to the depth of the groove 5. The sealing part 8 is designed on its sealing surface 10 in such a way that it is aligned against the piston rod 2 in more than one radial plane. This line system is provided by the sealing part 8 being designed with several surrounding ridges 11, eggs or the like which on the pressure side have a relatively steep flank 12 and which on the more or less pressure-free side decrease in the height direction at an acute angle so that a space is formed between the ridges 11 on the sealing part 8. In the embodiment shown in fig. 2 is the angle between the ridge flanks and the piston rod approx. 90°, but in other designs this angle can be made smaller, e.g. as shown in fig. 3 where the angle is approx. 70°, or it can be made larger, i.e. the flank is made undercut. The angle oC should be chosen between 1 and 15°, preferably 7°. The number of hills can be varied, as can the distance between the hills, and is thus not limited to the number shown in the drawing.

Pakningsringen 7, hvis tetningsdel 8 og støttedel 9 hen-siktsmessig utføres i et eneste stykke, består av gummi eller forholdsvis mykt plast-material og fortrinnsvis polyuretan, som gir den beste kombinasjon av setningsfri-het og slitestyrke i pakningsdelen , og dermed bibeholdes eggene skarpe. The sealing ring 7, whose sealing part 8 and supporting part 9 are expediently made in a single piece, consists of rubber or relatively soft plastic material and preferably polyurethane, which provides the best combination of freedom from settling and wear resistance in the sealing part, and thus the edges are kept sharp .

Polyuretan er imidlertid uhensiktsmessig ved lave temperaturer, da materialet da mister de ønskelige egenskaper, og for å kompensere for denne svakhet er anordningen i henhold til oppfinnelsen utformet med et trykkorgan 13 som er vist i form av en forspent O-ring av, elastisk material, fortrinnsvis nitrilgummi, som klarer lavtemperatur-problemene og samtidig gir pakningen meget gode lavtrykks-egenskaper, da det meget overraskende har vist seg at 0-ringen ved sin forspenning-kompresjon sammen med de oljefilm-gjeniianbrytelde tetningsegger eller -åser 11 på tetningsdelen 8 også ved meget lave trykk gir meget liten lekasje. Trykkorganet 13 i form av den forspente O-ring er anordnet mellom tetningsdelen 8 og bunnen av sporet 5. Det har på denne måte i meget stor utstrekning vært mulig However, polyurethane is unsuitable at low temperatures, as the material then loses its desirable properties, and to compensate for this weakness, the device according to the invention is designed with a pressure member 13 which is shown in the form of a pre-stressed O-ring of elastic material, preferably nitrile rubber, which copes with the low-temperature problems and at the same time gives the gasket very good low-pressure properties, as it has very surprisingly been shown that the 0-ring by its bias-compression together with the oil-film genius breaking sealing eggs or ridges 11 on the sealing part 8 also at very low pressures give very little leakage. The pressure member 13 in the form of the biased O-ring is arranged between the sealing part 8 and the bottom of the groove 5. In this way, it has been possible to a very large extent

å forene egenskapene ved den kjente O-ring til å kunne følge med store bevegelser og stor slitasje, og kjente kom-presjonspakningers evne til å tette ved lave trykk, tykk olje og lave temperaturer. to combine the properties of the known O-ring to be able to keep up with large movements and high wear, and the ability of known compression seals to seal at low pressures, thick oil and low temperatures.

For ved meget høye trykk å hindre utsprengning og for å lette deling omfatter anordningen i henhold til oppfinnelsen også en støttering 1'4 som. er anordnet på samme side som støttedelen 9 for å samvirke med denne. Støtteringen 14, som har omtrent samme radiale utstrekning som pakningsringens støttedel 9 og en anleggsflate som tilsvarer støtte-delen 9, består av et forholdsvis hardt og elastisk mate-riale som også bør være.plastisk for å kunne kompensere for slitasje og defekter av forskjellige slag, og det material som benyttes i støtteringen 14 utgjøres av termo-plastisk polyester, f.eks. av det material som markedsføres under de registrerte varemerke "Hytrel". Dette material løser på en meget god måte uttrengningsfunksjonen i samvirke med pakningsringen 7 av polyuretan, som er vist med L-formet tverrsnitt. In order to prevent bursting at very high pressures and to facilitate division, the device according to the invention also includes a support ring 1'4 which. is arranged on the same side as the support part 9 in order to cooperate with it. The support ring 14, which has approximately the same radial extent as the sealing ring's support part 9 and a contact surface corresponding to the support part 9, consists of a relatively hard and elastic material which should also be plastic in order to be able to compensate for wear and defects of various kinds , and the material used in the support ring 14 consists of thermoplastic polyester, e.g. of the material marketed under the registered trademark "Hytrel". This material solves the displacement function in a very good way in cooperation with the sealing ring 7 of polyurethane, which is shown with an L-shaped cross-section.

En av fordelene ved de oljefilm-gjennombrytende tetningsegger 11, foruten at de ved linjeanlegg gir meget lav friksjon samtidig som de, understøttet av trykkorganet 13, tetter på en tilfredsstillende måte, er at pakningen i henhold til oppfinnelsen kan deles uten at den av denne grunn gir større lekkasje enn i udelt tilstand. Delingen skal skje på en slik måte at delingssnittet har to aksiale, innbyrdes adskilte og motsatt rettede delsnitt 15 og 16, One of the advantages of the oil-film-piercing sealing eggs 11, apart from the fact that they provide very low friction in line installations at the same time that, supported by the pressure member 13, they seal satisfactorily, is that the gasket according to the invention can be split without, for this reason, gives greater leakage than in an undivided state. The division must take place in such a way that the division section has two axial, mutually separate and oppositely directed sections 15 and 16,

og et radialt delsnitt 17 som strekker seg mellom de aksiale delsnitt og som skal ligge mellom to åser 11 og nærmere den fremre enn den bakre ås, slik det er vist i fig. 4 og 5. and a radial section 17 which extends between the axial sections and which should lie between two ridges 11 and closer to the front than the rear ridge, as shown in fig. 4 and 5.

Når det gjelder delingen av støtteringen kan delingssnittet ha nesten hvilken som helst utformning, men ved monter-ingen av anordningen i et spor bør det imidlertid tilses at støtteringens delingssnitt ligger forskjøvet i forhold til pakningsringens delingssnitt. I denne hensikt har pakningsringen i den viste utførelsesform på den flate av støttedelen 9 som vender mot støtteringen en vorte 18, og i støtteringen er det anordnet en uttagning 19 som er slik plassert i forhold til delingssnittet at delingssnittene i pakningsringen og støtteringen ved montering av anordningen med vorten innført i uttagningen ligger forskjøvet tilstrekkelig fra hverandre, og ved hjelp av uttagningen og vorten oppnås en styring av den innbyrdes posisjon for ringene. When it comes to the division of the support ring, the division section can have almost any design, but when mounting the device in a groove, it should be ensured that the division section of the support ring is offset in relation to the division section of the sealing ring. For this purpose, the packing ring in the embodiment shown has a wart 18 on the surface of the support part 9 that faces the support ring, and in the support ring there is a recess 19 which is positioned in such a way in relation to the dividing section that the dividing sections in the packing ring and the supporting ring when mounting the device with the wart inserted in the recess, the offset is sufficiently apart, and with the help of the recess and the wart, a control of the relative position of the rings is achieved.

Det er imidlertid mulig ved andre utførelsesformer å unngå bruk av nevnte vorte og uttagning. However, it is possible in other embodiments to avoid the use of said wart and removal.

På tegningene er anordningen i henhold til oppfinnelsen vist i form av en stempelstangpakning, d.v.s. pakningen er vist enkeltvirkende, men den kan også gjøres dobbeltvirkende på en enkel måte ved at det anvendes to pakninger som er speil-vendt i forhold til hverandre. Dette muliggjøres ved at tetningseggene på den ene pakningshalvdel slipper forbi olje i den ene retning frem til neste pakningshalvdel men derimot ikke i motsatt retning. En dobbeltvirkende pakning som er frembrakt på denne måte får naturligvis forholdsvis lang innbygningslengde, men denne kan reduseres ved at pakningsringen utformes som en U med plass for et eller flere trykkorgan i form av O-ringer og med åser av den tidligere beskrevne utførelse anordnet på de to halvdeler av pakningsdelen, slik at åsene på den ene halvdel er rettet mot åsene på den annen halvdel. In the drawings, the device according to the invention is shown in the form of a piston rod seal, i.e. the gasket is shown single-acting, but it can also be made double-acting in a simple way by using two gaskets that are mirror-imaged in relation to each other. This is made possible by the fact that the sealing eggs on one half of the seal escape oil in one direction until the next half of the seal, but not in the opposite direction. A double-acting seal produced in this way naturally has a relatively long built-in length, but this can be reduced by designing the seal ring as a U with room for one or more pressure means in the form of O-rings and with ridges of the previously described design arranged on the two halves of the packing part, so that the ridges on one half are aligned with the ridges on the other half.

Claims

1. Device for sealing between a piston rod and a surface that encloses the piston rod in a cylinder's piston rod passage or between two other parts that can be moved in relation to each other in a similar way, in which pressure variations of several hundred kp/cm 2 can occur, which device is intended to be arranged in a groove in the piston rod bushing, respectively the corresponding part of two parts that can be moved in relation to each other, and comprises a sealing hinge part which, in its sealing surface, is equipped with at least two sealing ridges which are arranged in two mutually separated radial planes and towards the pressure side exhibits a relatively steep flank and decreases in height at an acute angle towards the other side, as the sealing ridges are arranged to lie sealingly against the piston rod, respectively the corresponding other of the two parts which can be moved in relation to each other, supported by an elastic pressure member arranged between the sealing part and the bottom of the groove, whereby the sealing part has at least one of its edges a radial support part for abutment against an extrusion-preventing support ring, characterized in that at least the sealing part (8) and the support part (9) are divided by means of a dividing section which consists of two axial sections (15, 16) directed towards each other and arranged at a distance from each other and a section (17) which connects the axial sections and is located in the part of one of the sealing ridges (11) which faces from the pressure side, preferably closer to the highest than the lowest point of the sealing ridge.

2. Device as specified in claim 1, comprising three sealing ridges, characterized in that the section (17) which connects the axial sections (15, 16) is located in the vicinity of the highest point on the middle sealing ridge.