УПЛОТНЕНИЕ
SEAL

Изобретение относится к уплотнению, содержащему опорное тело в форме несущего кольца с аксиальной секцией и с уплотнительным кольцом, которое помещается или располагается на несущем кольце и которое охватывает аксиальную секцию на наружной периферии, предпочтительно покрывая ее полностью.
Изобретение относится, в частности, к уплотнению, предназначенному для установки в проеме или сходном отверстии в кожухе или сходной оболочке для того, чтобы обеспечить уплотнение между этим кожухом и движущимся элементом машины или двигателя, таким как вращающаяся ось или вал, проходящий через указанный проем.
Этот вид уплотнения обычно имеет кольцевую структуру по своей наружной и внутренней периферии и включает в себя металлическое опорное кольцо.
Техническое решение известного уровня техники раскрывает уплотнения, которые имеют уплотнительное кольцо, выполненное с динамической уплотнительной кромкой, состоящей из политетрафторэтиленового (PTFE) состава. Обычно эти уплотнения содержат статическое уплотнение, состоящее из эластомерного материала. Опорное тело покрыто в них путем инжекционного формования эластомерным материалом, причем материалу придана такая форма, чтобы получить область присоединения для динамической уплотнительной кромки и статического уплотнения.
Также раскрыты, например, в WO-A-2008/009317 уплотнения, в которых одно и то же присоединенное уплотнительное кольцо, состоящее, например, или состава PTFE, образует наружное и внутреннее статическое уплотнение, и внутреннюю или наружную динамическую уплотнительную кромку, облегчая производство и, в частности, снижая затраты.
Эти виды уплотнений обычно устанавливают с помощью заклинивания в соответствующем приемном отверстии, например в проеме или соответствующем сквозном отверстии, выполненном в оболочке или кожухе для пропуска движущейся части, например оси или вращающегося вала.
При этих условиях предпочтительным является гарантия жесткой и заклиненной установки уплотнения в проеме или в аналогичном приемном отверстии, без применения дополнительных крепежных или фиксирующих средств, и одновременно обеспечить условия для помещения статического уплотнения между наружной периферией уплотнения с кольцевой структурой и проемом или аналогичным приемным отверстием, принимающим его.
Предпочтительно эта установка должна выполняться с усилием и под радиальным напряжением, обеспечивая статическое уплотнение (между кольцом и кожухом) путем сжатия части уплотнительного кольца, прикрепленного к аксиальной секции.
И наконец, желательно во многих областях применения обеспечивать герметичность между уплотнением и приемным отверстием в случае колебаний размеров, например, в результате изменения температуры.
Первой целью изобретения является поэтому получение уплотнения типа, упомянутого во введении настоящего изобретения, что позволяет удовлетворить требования, выраженные выше.
Соответственно предметом изобретения является уплотнение, содержащее, с одной стороны, опорное тело в форме несущего кольца с аксиальной секцией и, с другой стороны, уплотнительное кольцо, которое помещается или располагается на несущем кольце и которое охватывает аксиальную секцию на наружной периферии, и указанное несущее кольцо выполнено из металла, при этом уплотнение отличается тем, что несущее кольцо выполнено из листа типа HYS (с высоким пределом текучести).
2
2
Более конкретно, материал, образующий несущее кольцо, является холоднокатаным листом с высоким пределом текучести (high yield strength - HYS) согласно стандарту EN10268, предпочтительно с таким пределом текучести Re, как Re≥210 Н/мм, и с таким пределом прочности на разрыв Rm, как Rm≥350 Н/мм, при этом лист предпочтительно соответствует обозначению HC340LA или тому подобному.
Для областей применения, для которых предназначено настоящее изобретение, лист, образующий кольцо, предпочтительно имеет толщину от 0,6 мм до 1,2 мм, предпочтительно от 0,8 мм до 1,0 мм.
Таким образом, благодаря упругости листа, образующего несущее кольцо, аксиальная секция может следовать изменениям размеров проема или отверстия, образующего гнездо, вызванным, например, изменениями температуры, и поэтому обеспечить сохранение герметичности на различных фазах применения.
Для достижения необходимой и заклиненной установки можно точно регулировать толщину части уплотнительного кольца, прикрепленного к аксиальной секции несущего кольца, которое полностью покрывает наружную периферийную поверхность этой аксиальной секции, например, при использовании под давлением указанного кольца на указанной секции (адгезивное скрепление, прокатка), путем регулирования величины давления, приложенного к этой секции, так, чтобы получить наружный диаметр уплотнения, который больше на определенную величину, чем внутренний диаметр проема или приемного отверстия.
В этом контексте плотной установки при радиальном напряжении возможная проблема заключается в том факте, что уплотнительное кольцо может оказаться отделенным при установке уплотнения в проеме кожуха, так что, с одной стороны, его установка становится по существу более трудной и более утомительной и, с другой стороны, уплотнение может быть повреждено или по меньшей мере частично лишено уплотняющего материала на своей наружной периферии, находящегося в контакте со стенкой проема благодаря отделению кольца на этом уровне во время размещения уплотнения.
Другой целью изобретения является поэтому улучшение уплотнения типа, упомянутого во введении и описанного, например, в документе WO-A-2008/009317, так что установка облегчается и предпочтительно так, что риск отделения кольца от аксиальной секции несущего кольца значительно уменьшается или даже устраняется.
Для того, чтобы достичь этой дополнительной цели, уплотнительное кольцо согласно изобретению выступает далее свободного конца аксиальной секции и образует, таким образом, выступающую часть. Предпочтительно уплотнительное кольцо полностью покрывает аксиальную секцию (то есть ее наружную круговую поверхность) и прикладывается к последней, причем уплотнительное кольцо собрано посредством материала, прикрепленного к этой аксиальной секции. Сборка посредством скрепления материалом достигается с помощью подходящего адгезивного продукта, который размещается между несущим кольцом и уплотнительным кольцом.
Как показано в качестве примере в документе WO-A-2008/009317, уплотнительное кольцо может быть присоединено и прикреплено к несущему кольцу путем приложения давления или прокатки, с нагревом или без него (в частности, согласно адгезивному средству) после размещения адгезива.
При отсутствии выступающей части между уплотнительным кольцом и аксиальной секцией образуется промежуток (соответствующий видимому краю плоскости сборки, образуемому адгезивным продуктом). Во время установки и в качестве функции размеров диаметров уплотнения и проема в кожухе большие усилия воздействуют на уплотнение в радиальном направлении и в аксиальном направлении, обнаружено, что усилия, воздействующие в аксиальном направлении, имеют, в частности, тот эффект, что уплотнительное кольцо отделяется от аксиальной секции за счет сдвигающего усилия (уплотнение вводится аксиально в направлении свободного конца аксиальной секции). В результате уплотнение может быть разрушено, или по меньшей мере устраняется эффект статичного уплотнения.
Выступающая часть согласно изобретению преодолевает эти недостатки и дополнительно облегчает установку.
В частности, выступающая часть накрывает аксиальную секцию так, что усилия, действующие в аксиальном направлении, не могут иметь влияния, ведущего к отделению уплотнительного кольца от аксиальной секции за счет сдвигающего усилия (разделения). Выступающая часть предпочтительно изогнута радиально внутрь, в направлении оси, проходящей через середину. Существует полученное таким образом в области выступающей части уменьшение диаметра, которое уменьшает диаметр уплотнения за счет скашивания. С одной стороны, это уменьшение диаметра выполняет задачу способствования центровке, облегчая таким образом позиционирование и направление (во время установки) уплотнения в проеме кожуха и, с другой стороны, аксиальные усилия в процессе работы имеют тот эффект, что уплотнительное кольцо прикладывается к аксиальной секции. Это противодействует сдвигающему напряжению, так что уплотнительное кольцо не может быть отделено при установке от несущего кольца. Выступающая часть образует, таким образом, по окружности сторону в форме усеченного конуса, по меньшей мере частично накрывающую конечный край радиальной секции, в частности ближнюю область наружной кромки.
Уплотнительное кольцо предпочтительно состоит из политетрафторэтиленового (PTFE) состава. Для того, чтобы уменьшить тенденцию к ползучести, состав PTFE может быть снабжен волокнистым армированием, например стекловолоконным армированием, по меньшей мере в области, связанной с аксиальной секцией. Использование PTFE в качестве материала для статического уплотнения уменьшает усилия, требующиеся при установке, поскольку статические уплотнения, выполненные из PTFE, имеют чрезвычайно низкие коэффициенты трения.
По сравнению с эластомерными материалами PTFE обладает значительно более низкой упругостью. Обнаружено также, что PTFE, применяемый в этой детали, пригоден также для использования в качестве статического уплотнения. Различия в форме, которые компенсируются эластомерными уплотнениями за счет местных движений сжатия или расширения, компенсируются статическими уплотнениями, выполненными из PTFE, за счет местной миграции материала, то есть процессами ограниченной ползучести. Однако процесс ползучести является в контексте изобретения предпочтительно локально ограниченным, так что сохраняется предварительное напряжение статического уплотнения и так, что уплотнение надежно обездвиживается в проеме кожуха.
При условиях плотной установки, упомянутых выше, преимущества, предоставляемые выступающей частью, являются все более выгодными и важными для правильной герметичной установки.
Во время прокатки, которая ведет к регулированию наружного диаметра и закреплению уплотнительного кольца на кольце, смещение полученного материала может образовать, по меньшей мере частично, указанную выступающую часть.
Предпочтительно толщина кольца, образующего компрессионное уплотнение, меньше, чем у части указанного кольца, связанной с радиальной секцией указанного несущего кольца, например, при соотношении порядка от 0,7 до 0,8, предпочтительно около 0,75, что соответствует уменьшению примерно на 20-30% толщины этой части кольца во время операции прокатки.
Уплотнительная кромка может быть сформирована из уплотнительного кольца для приложения вплотную к элементу механизма, предназначенному для уплотнения, такому, например, как вал или вращающаяся ось. Уплотнение согласно изобретению имеет в этом случае только два составляющих элемента: несущее кольцо и уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо может быть снабжено в области уплотнительной кромки отталкивающей структурой, например канавкой резьбы. Эта отталкивающая структура улучшает динамическое уплотнение при небольшом фрикционном напряжении.
Толщина выступающей спиральной резьбы, чередующейся с витками резьбовой канавки, образующей отталкивающую структуру, предпочтительно больше чем у частей уплотнительного кольца, соответственно соединенных с аксиальными и радиальными секциями несущего кольца.
Например, толщина указанных выступов может, например, приблизительно в 1,6-1,7 раз превышать толщину части уплотнительного кольца, приложенного к аксиальной секции.
Отталкивающая структура может быть сформирована путем вдавливания или штамповки во время прикладывания под давлением (прокатки) уплотнительного кольца на кольце, как описано и схематически представлено, например, в документе WO-А-2008/009317 (см. фиг.4 и соответствующее описание).
Кроме того, в предпочтительном варианте эта отталкивающая структура может состоять из множества витков спиральной резьбы с по существу треугольным поперечным сечением.
Это треугольное поперечное сечение может иметь структуру или профиль, который симметричен (относительно края, образующего дно паза) и создает возможность получить неожиданным образом во время вращения вращающейся оси или вала, предназначенного для уплотнения, отталкивающее действие, направленное в направлении одной из двух сторон или в направлении двух периферийных областей, которые должны быть разделены с обеспечением герметизации, как функцию ориентации асимметрии.
Согласно другой конфигурации или дополнительным образом из уплотнительного кольца может быть образована предотвращающая проникновение пыли кромка. Предотвращающая проникновение пыли кромка выступает аксиально в направлении элемента механизма, предназначенного для уплотнения, но не ложится на последний. Если уплотнительное кольцо состоит из состава PTFE, предотвращающая проникновение пыли кромка может в своей части также состоять из состава PTFE.
В качестве варианта уплотнительная кромка и предотвращающая проникновение пыли кромка могут быть образованы из уплотнительного кольца путем разделения и придания формы концевой части указанного уплотнительного кольца.
Согласно другой особенности радиальная секция может быть соединена с аксиальной секцией несущего кольца, и уплотнительное кольцо может накрывать сторону радиальной секции, противоположную аксиальной секции. Уплотнительное кольцо, таким образом, накрывает одну сторону несущего кольца. Это является особенно предпочтительным, если сторона несущего кольца, которая накрыта уплотнительным кольцом, находится под воздействием корродирующей текучей среды. Уплотнительное кольцо, состоящее из состава PTFE, может противостоять воздействию множества корродирующих текучих сред.
На несущем кольце может быть помещено дополнительное уплотнительное кольцо, из которого образуется уплотнительная кромка. Преимущество здесь заключается в том, что выбор материалов для уплотнительного кольца и дополнительного уплотнительного кольца может быть оптимизирован в зависимости от их соответствующего использования. Уплотнительное кольцо может, таким образом, состоять из материала, обладающего особенно низкой тенденцией к текучести и улучшенными свойствами сцепления, в то время как дополнительное уплотнительное кольцо может состоять из материала, имеющего пониженные коэффициенты трения.
Уплотнительное кольцо может быть помещено на стороне радиальной секции, противоположной аксиальной секции, и дополнительное уплотнительное кольцо - на стороне радиальной секции, которая направлена в направлении аксиальной секции. При такой конфигурации уплотнительное кольцо помещается на каждой стороне радиальной секции. Это особенно предпочтительно в случае, если материалы двух уплотнительных колец несовместимы друг с другом.
Уплотнительное кольцо и дополнительное уплотнительное кольцо могут быть помещены на стороне радиальной секции, противоположной аксиальной секции. При такой конфигурации два уплотнительных кольца помещаются на одной стороне. Одно уплотнительное кольцо здесь по меньшей мере частично накрывает другое, так что скрепление упрощается, поскольку наружное уплотнительное кольцо обеспечивает дополнительное крепление для внутреннего уплотнительного кольца. Эта конфигурация также дает преимущества в отношении установки, поскольку уплотнительное кольцо, из которого формируется уплотнительная кромка, подвергается во время установки сжимающему напряжению в направлении несущего кольца и не может отделяться. Согласно дополнительной конфигурации уплотнительное кольцо может по меньшей мере частично накрывать дополнительное уплотнительное кольцо. В случае этой конфигурации динамическая уплотнительная кромка формируется из дополнительного уплотнительного кольца. Последнее закрепляется особенно надежным способом, поскольку дополнительное уплотнительное кольцо, с одной стороны, прикрепляется к несущему кольцу и, с другой стороны, накрывается уплотнительным кольцом, из которого формируется предотвращающая проникновение пыли кромка.
Уплотнительное кольцо может быть по меньшей мере частично покрыто элементом в форме кольца. Предотвращающая проникновение пыли кромка может быть сформирована из этого элемента. Этот элемент может здесь состоять из самых различных материалов: материалами, которые могут быть предусмотрены, являются эластомерные или металлические материалы, кольца, сделанные из пластмассы или нетканого материала.
В качестве возможных вариантов реализации и без предполагаемых ограничений ниже будут разъяснены более подробно несколько приведенных в качестве примера вариантов реализации уплотнения согласно изобретению с помощью чертежей, на которых в каждом случае схематически:
на фиг.1 представлено в разрезе уплотнение с уплотнительным кольцом в установленном положении согласно первому варианту реализации изобретения;
на фиг.2 представлено в разрезе уплотнение с уплотнительным кольцом и с дополнительным уплотнительным кольцом согласно второму варианту реализации изобретения;
на фиг.3 представлено в разрезе уплотнение, в котором уплотнительное кольцо накрывает дополнительное уплотнительное кольцо согласно третьему варианту реализации изобретения;
на фиг.4 представлено в разрезе уплотнение с уплотнительным кольцом и элементом в форме кольца согласно четвертому варианту реализации изобретения;
на фиг.5 представлено в разрезе уплотнение того же типа, что и показанное на фиг.1, при этом уплотнительная кромка имеет определенную форму, и кольцо не выступает за пределы несущего кольца;
на фиг.6А показан местный вид конца, образующего уплотнительную кромку уплотнения, представленного на фиг.5;
на фиг.6В показан детальный вид в другом масштабе части уплотнительной кромки, представленной на фиг.6А, и
на фиг.7 представлено в разрезе уплотнение, представляющее вариант варианта реализации, представленного на фиг.1.
Уплотнение 1 согласно изобретению представлено в форме различных вариантов на фиг.1-5 и 7.
Так, на фиг.1 представлено уплотнение 1, предназначенное для уплотнения проема 12 в кожухе 13. Уплотнение 1, которое отделяет внутреннюю область MI от наружной области МЕ, имеет несущее кольцо 2, выполненное из металла, причем несущее кольцо 2 снабжено аксиальной секцией 3. Уплотнение 1 дополнительно имеет уплотнительное кольцо 4, выполненное из состава PTFE, которое помещают на несущее кольцо 2 и которое окружает аксиальную секцию 3 по наружной периферии. Радиальная сторона 10 соединяется с аксиальной стороной 3 несущего кольца 2, и уплотнительное кольцо 4 накрывает сторону радиальной секции 10, противостоящую аксиальной секции 3. Уплотнительное кольцо 4 устанавливается на несущем кольце 2 с помощью материала, скрепляющего посредством слоя адгезивного продукта. Уплотнительное кольцо 4 выполнено так, что оно выступает за пределы свободного конца 5 аксиальной секции 3 и, таким образом, образует выступающую часть 6. Выступающая часть 6 изогнута радиально внутрь в направлении оси, проходящей через середину, и вызывает уменьшение диаметра. Уплотнительная кромка 7 дополнительно образуется из уплотнительного кольца для прикладывания вплотную к элементу уплотняемого механизма 8, имеющего несущую плоскость РА. Уплотнительная кромка 7 снабжена отталкивающей структурой 14 в форме винтовой резьбы.
На фиг.2 представлено уплотнение 1 с несущим кольцом 2, выполненным из пластика, причем несущее кольцо снабжено аксиальной секцией 3. Уплотнение 1 дополнительно имеет уплотнительное кольцо 4, выполненное из состава PTFE, которое помещено на несущее кольцо 2 и которое охватывает аксиальную секцию 3 по наружной периферии. Уплотнительное кольцо 4 связано с несущим кольцом 2 материалом, скрепляющим посредством слоя адгезивного продукта. Уплотнительное кольцо 4 выполнено так, что оно выступает за пределы свободного конца 5 аксиальной секции 3 и образует, таким образом, выступающую часть 6. Выступающая часть 6 изогнута радиально внутрь в направлении оси, проходящей через середину, и вызывает уменьшение диаметра. Предотвращающая проникновение пыли кромка 9 выполнена из уплотнительного кольца 4. Дополнительное уплотнительное кольцо 11 помещается на сторону несущего кольца 2, противоположную уплотнительному кольцу 4, то есть на сторону радиальной секции 10, обращенную к аксиальной секции 3. Это дополнительное уплотнительное кольцо 11 со своей стороны состоит также из состава PTFE. Уплотнительная кромка 7 выполнена из дополнительного уплотнительного кольца 11. Уплотнительная кромка 7 снабжена отталкивающей структурой 14 в форме винтовой резьбы.
На фиг.3 представлено уплотнение 1 согласно фиг.2, причем уплотнительное кольцо 4 и дополнительное уплотнительное кольцо 11 помещаются с одной стороны радиальной секции 10, противостоящей аксиальной секции 3, и уплотнительное кольцо 4 по меньшей мере частично накрывает дополнительное уплотнительное кольцо 11.
На фиг.4 представлено уплотнение 1 согласно фиг.1, элемент в форме кольца 15, который частично накрывает уплотнительное кольцо 4, будучи прикреплен к уплотнительному кольцу 4 со стороны, противоположной радиальной секции 10. Предотвращающая проникновение пыли кромка 9 выполнена из элемента 15, и элемент состоит из нетканого материала.
На фиг.5 представлено уплотнение 1 того же типа, который представлен на фиг.1 или фиг.4 (в последнем случае с предотвращающей проникновение пыли кромкой 9 в дополнение), но не снабженное выступающей частью 6, и различные идентичные составляющие части обозначены такими же ссылочными позициями.
На фиг.5 более ясно проиллюстрировано, что часть 4' уплотнительного кольца 4, связанного с аксиальной секцией 3, может иметь регулируемую толщину, в частности меньше толщины части 4” указанного кольца, скрепленного с радиальной секцией 10 указанного кольца.
В частности, толщина А части 4' может составлять порядка 0,75В, где В является толщиной части 4”.
Аналогичным образом толщина А части 4' меньше толщины С выступающих витков 15' отталкивающей структуры 14, чередующихся с углубленными витками, образующими паз 15.
Предпочтительно толщина А и С может по существу соответствовать отношению А=0,6 С.
При отсутствии напряжения и для уплотнения 1, предназначенного для установки в цилиндрическом круговом приемном отверстии 12, аксиальная секция 3 предпочтительно образует гильзу, имеющую в некоторой степени форму усеченного конуса, которая расширяется в направлении свободного конца указанной секции 3. Предпочтительно угол расхождения может составлять от 0,5° до 5,0°, а наружный диаметр уплотнения 1, находящийся под прямым углом к радиальной стороне 10, по существу идентичен внутреннему диаметру отверстия или проема 12.
Таким образом, уплотнение 1 устанавливается в отверстии 12 при упругом изгибающем напряжении в секции 3, обеспечивая таким образом фиксацию в этом положении и гарантированное прикладывание под давлением части уплотнительного кольца 4, покрывающего секцию 3, вплотную к внутренней стенке отверстия 12.
Как показано также на фиг.5 и более точно также на фиг.6А и 6В и согласно преимущественному признаку изобретения уплотнительная кромка 7 может иметь спиральную отталкивающую структуру 14 в форме винтовой резьбы, состоящей из канавки 15 с противоположными боковыми поверхностями 14', 14” с различным наклоном, предпочтительно с поперечным сечением или профилем с по существу асимметричной треугольной формой.
Согласно изобретению эта канавка 15 содержит первую боковую поверхность или сторону 14', наклоненную с меньшей крутизной, и вторую боковую поверхность или сторону 14”, наклоненную с большей крутизной относительно несущей плоскости РА, в то время когда уплотнительная кромка 7 приложена вплотную к элементу механизма 8, предназначенному для уплотнения.
Предпочтительно первая боковая поверхность 14' с меньшей крутизной витков канавки 15, образующей отталкивающую структуру 14, ориентирована после помещения уплотнения 1 в проем 12, предназначенный для его приема и приложения кромки 7 к элементу механизма 8, в направлении наружной области МЕ, а вторая боковая поверхность 14” с большей крутизной ориентирована в направлении внутренней области MI, предназначенной для уплотнения.
Такая форма отталкивающей структуры 14 делает возможным получение динамического уплотнения, имеющего предпочтительное направление отталкивания, ориентированное в направлении области, предназначенной для уплотнения.
Фиг.6А и 6В иллюстрируют в виде не ограничивающего изобретение примера возможный практический вариант реализации паза 15, образующего отталкивающую структуру 14.
Угол наклона α уплотнительной кромки 7 относительно плоскости РА при отсутствии напряжения может составлять от 15° до 75°.
Угол профиля β паза 15 с треугольным поперечным сечением (то есть угол, образуемый первой и второй боковыми поверхностями 14' и 14”) может составлять от 60° до 120°.
Кроме того, шаг р спирали, образующей отталкивающую структуру, может составлять от 0,2 до 1,0 мм, в то время как глубина h паза 15 (расстояние между дном канавки 15 и верхом выступов 15' между витками канавки) может составлять от 0,05 мм до 0,5 мм.
На фиг.7 представлен вариант выполнения уплотнения 1 согласно фиг.1, на котором уплотнительная кромка 7 и предотвращающая проникновение пыли кромка 9 формируются из одного и того же уплотнительного кольца 4 путем подходящего последовательного разделения и придания формы части, образующей внутренний край указанного кольца 4.
На фиг.8 схематически и в разрезе проиллюстрирована установка для получения уплотнения 1, представленного, в частности, на фиг.1, исходя из несущего кольца 2 с L-образным поперечным сечением и с уплотнительным кольцом 3. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что во время закрывания формы (сведения вместе двух частей 17' и 17”) кольцо 4 закатывается на кольце 2 при одновременном формировании, с одной стороны, выступающей части, которая выступает за пределы внутреннего края радиальной секции 10 и, с другой стороны, отталкивающей структуры 14 на кромке 7.
Само собой разумеется, изобретение не ограничивается вариантами реализации, описанными и представленными на прилагаемых чертежах. Остается возможность модификаций, в частности, с точки зрения состава различных элементов или путем замещения технических эквивалентов, без отклонения при этом от объема охраны изобретения. Кроме того, определенные признаки различных вариантов реализации могут комбинироваться друг с другом.