УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА
SEALING GASKET

Изобретение касается уплотнительной прокладки, содержащей опорное кольцо с осевым фланцем и уплотнительной шайбой, которая расположена или закреплена на несущем кольце и окружает осевой фланец по наружной периферии.
Конкретнее изобретение относится к уплотнению, предназначенному для установки в сверлении или подобном отверстии корпуса или аналогичной оболочки для обеспечения герметичности между этим корпусом и элементом машины или двигателя, таким как ось или вращающийся вал, проходящий через это отверстие.
Из уровня техники известны уплотнительные прокладки, содержащие уплотнительную шайбу, снабженную динамической уплотняющей кромкой, образованной из композиции политетрафторэтилена (PTFE). Чаще всего эти уплотнительные прокладки имеют статическую герметичность, образованную эластомерным материалом. Несущая основа покрывается нанесением эластомерного материала таким образом, что получают область присоединения динамической уплотняющей кромки и статической уплотняющей прокладки.
Из документа WO-A-2008/009317 известны также уплотнительные прокладки, в которых одна и та же установленная прокладка, например, образованная композицией PTFE, образует статическую уплотнительную прокладку и динамическую уплотняющую кромку, облегчает изготовление и уменьшает, в частности, себестоимость. Однако проблема, возможно, заключается в том, что в процессе монтажа уплотнительная шайба может отделиться от уплотнительной прокладки в сверлении корпуса, поэтому монтаж может стать затруднительным и утомительным, и, с другой стороны, уплотнительная прокладка может быть разрушена или, по меньшей мере, частично лишена уплотняющего материала по внешнему периметру при контакте со стенкой сверления вследствие отслаивания шайбы на этом уровне при установке уплотнения.
Наконец, из документов DE 102006034056 и DE 102006059398 известны уплотнительные прокладки, в которых осевой фланец имеет ступенчатую конфигурацию или в виде лестничного пролета с радиально выступающей частью (на уровне свободного конца) и радиально углубленной частью. Уплотнительная шайба размещена только на радиально углубленной части фланца и, вследствие этого, по существу, защищена от отслоения выступающей частью. Однако наружная поверхность осевого фланца не полностью закрыта шайбой в этом варианте, и между фланцем и посадочным приемным местом отсутствует какой-либо герметизирующий материал.
Задачей изобретения является усовершенствование вводимой уплотнительной прокладки, описанной, например, в документе WO-A-2008/009317, для облегчения монтажа и предпочтительного значительного уменьшения и даже исключения риска отрыва шайбы от осевого фланца несущего кольца.
Задача решается отличительными признаками пункта 1. Зависимые пункты формулы касаются предпочтительных конструкций или дополнительных отличительных признаков.
Для решения поставленной задачи уплотнительная шайба заходит за свободный конец осевого фланца и образует, таким образом, выступающую часть. Предпочтительно, уплотнительная шайба полностью закрывает осевой фланец (то есть наружную часть окружной поверхности последнего) и накладывается на него, при этом уплотнительная шайба соединена связующим материалом с этим осевым фланцем. Соединение связующим материалом осуществляют с помощью соответствующего адгезивного продукта, который размещают между несущим кольцом и уплотнительной шайбой.
Как в качестве примера изображено в документе WO-A-2008/009317, уплотнительная шайба может быть наложена и соединена с несущим кольцом при приложении давления с нагреванием или без оного (в частности, в зависимости от адгезивного агента) после наложения клея.
При отсутствии выступающей части между уплотнительной шайбой и осевым фланцем образуется зазор (соответствующий срезу, видимому в плоскости соединения, образованному адгезивным материалом). В процессе монтажа и в зависимости от размера диаметров уплотнительной прокладки и просверленного отверстия корпуса на уплотнительную прокладку в радиальном направлении и в осевом направлении действуют значительные силы, при этом следствием воздействия сил в осевом направлении может быть отделение уплотнительной прокладки от осевого фланца вследствие среза (прокладка вводится по оси в направлении свободного конца осевого фланца). Из-за этого уплотнительная прокладка может быть разрушена, или, по меньшей мере, уменьшить эффект статического уплотнения.
Выступающая часть по изобретению устраняет эти недостатки и, кроме того, облегчает монтаж.
Действительно, выступающая часть полностью покрывает осевой фланец так, чтобы силы, действующие в осевом направлении, не могли отделить уплотнительную прокладку путем среза (отклеивания). Выступающая часть предпочтительно изогнута радиально внутрь в направлении медианной оси. Таким образом, в области выступающей части получают уменьшение диаметра, которое уменьшает внешний диаметр уплотнительной прокладки наподобие скошенной кромки. С одной стороны, это уменьшение диаметра помогает при центрировании, облегчая, таким образом, направление (в процессе монтажа) уплотнительной прокладки в сверление корпуса, и, с другой стороны, осевые силы при установке способствуют тому, чтобы уплотнительная прокладка легла на осевой фланец. Это противодействует напряжению среза, поэтому уплотнительная прокладка не может отделиться от несущего кольца в процессе монтажа. Выступающая часть образует, таким образом, по окружности выступ в форме усеченного конуса, закрывающий, по меньшей мере, частично наружный край радиального фланца, в частности зону вблизи наружной кромки.
Уплотнительная прокладка предпочтительно образована композицией политетрафторэтилена (PTFE). Для уменьшения тенденции к текучести композиция PTFE может быть снабжена усилением волокнами, например, стеклянными волокнами, по меньшей мере, в области, которая примыкает к осевому фланцу. Использование PTFE как материала для статической уплотнительной прокладки уменьшает монтажные усилия, так как статические уплотнительные прокладки из PTFE имеют весьма малые коэффициенты трения.
Что качается эластомерных материалов, то PTFE имеет значительно меньшую эластичность. Однако обнаружено, что PTFE также подходит в качестве статической уплотнительной прокладки. Отклонения от формы, которые в эластомерных уплотнительных прокладках компенсируются локальными изменениями сжатия и растяжения, в статических уплотнительных прокладках из PTFE компенсируются локальным перемещением материала, то есть ограниченными процессами текучести. Во всяком случае, в рамках изобретения процесс текучести локально ограничен таким образом, что предварительное напряжение статической уплотнительной прокладки сохраняется и что уплотнительная прокладка надежно неподвижна в просверленном отверстии корпуса.
2
2
Для гарантии жесткого и закрепленного монтажа уплотнительной прокладки в сверлении или аналогичном приемном отверстии без использования какого-либо дополнительного средства соединения или крепления и одновременно соблюдения условий оптимального статического уплотнения несущее кольцо предпочтительно выполнено из листового материала типа HLE (Haute Limite Elastique) c пределом упругости Re таким, как Re ≥ 210 N/мм и с пределом сопротивления растяжению таким, как Rm ≥ 350 N/мм, например, лист известного материала под названием НС 340 LA. Использование такого типа листового материала (например, толщиной, составляющей от 0,6 мм до 1,2 мм, предпочтительно от 0,8 до 1,0 мм, позволяет прокладке по изобретению отвечать двум упомянутым требованиям при монтаже с силой или радиальным напряжением, обеспечивающим статическое уплотнение (между кольцом и посадочным местом) путем сжатия части уплотнительной прокладки, жестко соединенной с осевым фланцем.
Благодаря упругости листового материала, из которого выполнено несущее кольцо, осевой фланец, кроме того, может отслеживать размерные изменения просверленного отверстия, образующего посадочное место, например, вызванные температурными колебаниями, и, таким образом, гарантировать сохранение герметичности в различных вариантах использования.
Для достижения прессующего монтажа при заданном закреплении толщина части уплотнительной прокладки, жестко соединенной с осевым фланцем несущего кольца и полностью закрывающей наружную периферийную поверхность этого осевого фланца, может быть точно установлена, например, в процессе приложения давления к упомянутой шайбе на упомянутом фланце (приклеивание, ламинирование) путем регулирования силы давления, приложенной на уровне этого фланца, для получения наружного диаметра верхней прокладки в части, определенной относительно внутреннего диаметра сверления или приемного отверстия.
В этих условиях прессующего монтажа преимущества выступающей части тем более значительны и важны для точного герметичного монтажа.
Для достижения такого прессующего и закрепляющего монтажа толщина части уплотнительной прокладки, соединенной с осевым фланцем несущего кольца, может быть точно определена, например, в процессе наложения ламинированием под давлением упомянутой прокладки на упомянутый фланец, регулируя силу давления, приложенного на уровне этого фланца.
В процессе этого ламинирования конечное перемещение материала может образовывать, по меньшей мере, частично выступающую часть.
Предпочтительно, толщина этой части прокладки, образующей прокладку сжатия, меньше толщины части упомянутой прокладки, соединенной с радиальным фланцем упомянутого кольца, например, с отношением порядка от 0,7 до 0,8, предпочтительно примерно в 0,75, соответствующим уменьшению порядка от 20% до 30% толщины этой части прокладки в процессе ламинирования.
Уплотнительная губка может быть образована из уплотнительной прокладки для наложения на элемент уплотняемой машины, например вал или вращающуюся ось. Уплотнительная прокладка по изобретению в данном случае имеет только два образующих элемента: несущее кольцо и уплотнительную прокладку. Уплотнительная прокладка в области уплотнительной губки может быть снабжена отбрасывающей структурой, например нарезной или спиральной канавкой. Эта отбрасывающая структура улучшает динамическое уплотнение c малым усилием трения.
Толщина материала выступающей спиральной нарезки, перемежающейся со спиралями резьбовой канавки, образующей отбрасывающую структуру, предпочтительно, превышает толщины частей уплотнительной прокладки, соединенной соответственно с осевым и радиальным фланцами несущего кольца.
Например, толщина упомянутых выступов может, например, быть эквивалентной примерно в 1,6-1,7 раза превышающей толщину части уплотнительной прокладки, наложенной на осевой фланец.
Отбрасывающая структура может быть, предпочтительно, образована воздействием или матрицированием в процессе наложения под давлением (ламинированием) прокладки на кольцо, как, например, описано и схематично представлено в документе WO 2008/009317 (см. фиг.4 и соответствующее описание).
Однако предпочтительно, чтобы эта отбрасывающая структура была образована несколькими спиралями спиральной канавки, по существу, треугольного сечения.
Это треугольное сечение может иметь структуру или асимметричный профиль (относительно кромки, образующей дно желобка), позволяющий неожиданным образом обеспечить в процессе вращения оси вращающегося вала с уплотнением действие отбрасывания, направленное к одной из двух сторон или в одном или двух направлениях для герметичного разделения в зависимости от ориентации асимметрии.
В соответствии с другой конфигурацией или дополнительным образом уплотнительной шайбой может быть образована пылезащитная губка. Пылезащитная губка доходит по оси до элемента защищаемой машины, но не опирается на последний. Пылезащитная губка в случае, если уплотнительная шайба образована композицией PTFE, также может быть выполнена из композиции PTFE.
Как вариант, уплотнительная губка и пылезащитная губка могут быть образованы из уплотнительной шайбы путем разделения и формирования крайней внутренней части упомянутой уплотнительной шайбы.
В соответствии с другой характеристикой радиальный фланец может соединяться с осевым фланцем несущего кольца, и уплотнительная шайба может закрывать сторону радиального фланца, которая оппозитна осевому фланцу. Уплотнительная шайба, таким образом, закрывает с одной стороны несущее кольцо. Это, в частности, является предпочтительным, если сторона несущего кольца, которая закрыта уплотнительной шайбой, подвергается воздействию коррозионной среды. Уплотнительная шайба, образованная из композиции PTFE, является стойкой по отношению к множеству коррозионных сред.
Дополнительная уплотнительная шайба, из которой образована уплотнительная губка, может быть расположена на несущем кольце. Преимущество заключается, в данном случаев, в том, что материалы для уплотнительной шайбы и дополнительной уплотнительной шайбы могут быть оптимизированы в зависимости от их соответствующего использования. Уплотнительная шайба может быть также образована из материала, имеющего относительно малую тенденцию к текучести и улучшенные адгезивные свойства, тогда как дополнительная уплотнительная шайба может быть выполнена из материала, имеющего малые коэффициенты трения.
Уплотнительная шайба может быть расположена на стороне радиального фланца, которая оппозитна осевому фланцу, а дополнительная уплотнительная шайба - на стороне радиального фланца, которая обращена к осевому фланцу. При такой конфигурации уплотнительная шайба расположена на каждой стороне радиального фланца. Это, в частности, является предпочтительным, если материалы двух уплотнительных шайб несовместимы между собой.
Уплотнительная шайба и дополнительная уплотнительная шайба могут быть расположены на стороне радиального фланца, который размещен оппозитно осевому фланцу. При такой конфигурации обе уплотнительных шайбы расположены на одной и той же стороне. Уплотнительная шайба, в данном случае, перекрывает, по меньшей мере, частично другую так, что крепление упрощено, так как верхняя уплотнительная шайба обеспечивает дополнительное крепление нижней дополнительной шайбы. Такая конфигурация является относительно предпочтительной при монтаже, так как уплотнительная шайба, из которой образована уплотнительная губка, подвергается в процессе монтажа напряжению давления в направлении несущего кольца и не может отсоединиться. В соответствии с дополнительной конфигурацией уплотнительная шайба может также перекрывать, по меньшей мере частично, дополнительную уплотнительную шайбу. В случае такой конфигурации губка динамического уплотнения образована из дополнительной уплотнительной шайбы. Последняя закреплена особенно надежно, так как дополнительная уплотнительная шайба одной стороной прикреплена к несущему кольцу, а другая сторона закрыта уплотнительной шайбой, из которой выполнена пылезащитная губка.
Уплотнительная шайба может быть, по меньшей мере, частично, закрыта элементом в форме шайбы. Пылезащитная губка может быть образована из этого элемента. Элемент может быть выполнен из весьма различных материалов; они могут являться эластомерными или металлическими материалами, шайбами из пластического или нетканого материала.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи:
- Фиг.1 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки с уплотнительной шайбой в собранном состоянии;
- Фиг.2 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки с уплотнительной шайбой и дополнительной уплотнительной шайбой;
- Фиг.3 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки для случая, когда уплотнительная шайба закрывает уплотнительную шайбу;
- Фиг.4 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки с уплотнительной шайбой и элементом в форме шайбы;
- Фиг.5 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки типа, изображенного на фиг.1, при этом уплотнительная губка имеет особую конструкцию;
- Фиг.6А изображает частичный вид края, формирующего уплотнительную губку прокладки, изображенной на фиг.5;
- Фиг.6В детально изображает в другом масштабе часть уплотнительной губки, представленной на фиг.6А, и
- Фиг.7 изображает вид в разрезе уплотнительной прокладки варианта воплощения ее по фиг.1.
Уплотнительная прокладка 1 в соответствии с изобретением представлена в различных вариантах на Фиг.1-5 и 7.
Так, фиг.1 изображает уплотнительную прокладку 1 для уплотнения просверленного отверстия 12 корпуса в корпусе 13. Уплотнительная прокладка 1 содержит несущее кольцо 2 из металлического материала, при этом металлическое кольцо 2 снабжено осевым фланцем 3. Уплотнительная прокладка 1 содержит, кроме того, уплотнительную шайбу 4 из композиции PTFE, которая размещена на несущем кольце 2 и которая окружает осевой фланец 3 по внешнему контуру. Радиальный фланец 10 соединяется с осевым фланцем 3 несущего кольца 2, а уплотнительная прокладка 4 закрывает край радиального фланца, который расположен оппозитно осевому фланцу 3. Уплотнительная шайба 4 соединена с несущим кольцом 2 связующим материалом с помощью слоя адгезивного продукта. Уплотнительная шайба 4 выполнена таким образом, что она заходит за свободный конец 5 осевого фланца 3 и образует, таким образом, выступающую часть 6. Выступающая часть 6 радиально искривлена внутрь в направлении медианной оси и образует уменьшение диаметра. Уплотнительная губка 7, кроме того, образована из уплотнительной шайбы для наложения на элемент 8 уплотняемой машины. Уплотнительная губка 7 снабжена отбрасывающей структурой 14 в форме винтового шага.
Фиг.2 изображает уплотнительную прокладку 1 с несущим кольцом 2 из пластического материала, при этом несущее кольцо снабжено осевым фланцем 3. Уплотнительная прокладка 1 содержит, кроме того, уплотнительную шайбу 4 из композиции PTFE, которая расположена на несущем кольце 2 и которая окружает осевой фланец 3 по наружному периметру. Уплотнительная шайба 4 соединена с несущим кольцом 2 связующим материалом с помощью слоя адгезивного продукта. Уплотнительная прокладка 4 выполнена так, что она заходит за свободный край 5 осевого фланца 3 и образует, таким образом, выступающую часть 6. Выступающая часть 6 радиально искривлена внутрь в направлении медианной оси и образует уменьшение диаметра. Пылезащитная губка 9 образована из уплотнительной шайбы 4. Дополнительная уплотнительная шайба 11 расположена на стороне несущего кольца 2, которая оппозитна уплотнительной шайбе 4, то есть на стороне радиального фланца 10, которая обращена к осевому фланцу 3. Эта дополнительная уплотнительная шайба 11 также выполнена из композиции PTFE. Уплотнительная губка 7 образована из дополнительной уплотнительной шайбы 11. Уплотнительная губка 7 снабжена отбрасывающей структурой в форме винтового шага.
Фиг.3 изображает уплотнительную прокладку 1, где уплотнительная прокладка 4 и дополнительная уплотнительная прокладка 11 расположены на стороне радиального фланца 10, которая оппозитна осевому фланцу 3, и уплотнительная шайба 4 закрывает, по меньшей мере, частично дополнительную уплотнительную шайбу 11.
Фиг.4 изображает уплотнительную прокладку 1 по фиг.1, элемент в форме шайбы 15, который частично закрывает уплотнительную шайбу 4, будучи закрепленным на уплотнительной шайбе 4 на стороне, которая оппозитна радиальному фланцу 10. Пылезащитная губка 9 образована из элемента 15, и этот элемент выполнен из нетканого материала.
Фиг.5 изображает уплотнительную прокладку 1 того же типа, что представлен на фиг.1 или фиг.4 (в последнем случае, кроме того, с пылезащитной губкой 9), а различные образующие части являются идентичными и обозначены теми же цифровыми позициями.
Фиг.5 иллюстрирует более подробно, что часть 4′, соединенная с осевым фланцем 3, может иметь выверенную толщину, в частности, меньшую толщины части 4” упомянутой прокладки 4, соединенной с радиальным фланцем 10 упомянутого кольца.
В частности, толщина А части 4′ может быть порядка 0,75В, где В является толщиной части 4”.
Кроме того, толщина А части 4′ меньше толщины С выступающих спиралей 15′ отбрасывающей структуры 14, перемежающейся с полыми спиралями, образующими канавку 15.
Предпочтительно, толщины А и С могут, по существу, соответствовать отношению А = 0,6С.
При отсутствии напряжения и для прокладки 1, предназначенной для установки в кольцевом цилиндрическом приемном отверстии 13, осевой фланец 3, предпочтительно образует раструб незначительно усеченной формы, которая расширяется в направлении свободного конца упомянутого фланца 3. Предпочтительно, угол расширения может составлять от 0,5° до 5,0°, наружный диаметр прокладки 1 в направлении радиального фланца 10, по существу, идентичен внутреннему диаметру отверстия или сверления 12.
Таким образом, установка прокладки 1 в отверстии 12 осуществляется с напряжением упругого изгиба на уровне фланца 3, обеспечивая, таким образом, блокирование в положении и гарантированное наложение под давлением части уплотнительной прокладки 4, закрывающей фланец 3 от внутренней части отверстия 12.
Как также изображено на фиг.5 и в соответствии с предпочтительной характеристикой изобретения, уплотнительная губка 7 может содержать отбрасывающую структуру 14 в форме винтового шага с канавкой 15, содержащей противоположные фланцы 14′, 14” с различными наклонами, предпочтительно, с сечением или профилем, по существу, треугольной асимметричной формы, в сечении эта канавка 15 может содержать первый фланец или сторону 14′ с меньшим наклоном и второй фланец или сторону 14” относительно плоскости опоры РА, когда уплотнительная губка 7 наложена на уплотняемый элемент 8 машины.
Предпочтительно, первый фланец 14′ спиралей канавки 15, образующий отбрасывающую структуру, ориентирован, после установки прокладки 1 в сверлении 12, предназначенном для приема и наложения губки 7 на элемент 8 машины, к внешней стороне МЕ, а второй фланец 14” ориентирован к уплотняемой внутренней стороне MI.
Такая конструкция отбрасывающей структуры позволяет обеспечить динамическое уплотнение, в котором предпочтительное направление отбрасывания ориентировано к уплотняемой стороне.
Фиг.6А и 6В в качестве неограничивающего примера представляют возможное практическое выполнение канавки 15, образующей отбрасывающую структуру 14.
Угол наклона α уплотнительной губки 7 относительно плоскости РА при отсутствии напряжения может составлять от 15° до 75°.
Угловое раскрытие β канавки 15 треугольного сечения (то есть угол, образованный первым и вторым фланцами 14′ и 14”) может составлять от 60° до 120°.
Кроме того, шаг р винта, образующего отбрасывающую структуру, может составлять от 0,2 мм до 1,0 мм, тогда как глубина h канавки 15 (расстояние между дном канавки 15 и вершиной выступов 15′ между спиралями канавки) может составлять от 0,05 мм до 0,5 мм.
Фиг.7 представляет вариант воплощения прокладки 1 по фиг.1, в котором уплотнительная губка 7 и пылезащитная губка 9 образованы из одной и той же уплотнительной прокладкой 4 путем ее разделения и выполнения соответствующей части, образующей внутренний край упомянутой прокладки 4.
Фиг.8 схематично изображает вид в разрезе установки для изготовления уплотнительной прокладки 1, такой, какая, в частности, изображена на фиг.1, из несущего кольца 2 L-образного сечения и уплотнительной прокладки 3. Специалисту ясно, что в процессе закрывания формы (сближения двух частей 17 и 17′) шайба 4 ламинируется на кольцо 2 с одновременным формированием, с одной стороны, выступающей части, которая заходит за внутренний край радиального фланца 10, и, с другой стороны, отбрасывающей структуры 14 на уровне губки 7.
Разумеется, изобретение не ограничено описанными и представленными на сопровождающих чертежах вариантами воплощения. Возможны различные модификации, в частности, с точки зрения конструкции различных элементов или замещения их техническими эквивалентами без выхода за рамки объема изобретения.