DE102023121966A1 - Preloading element made of two different elastomer materials for radial preloading of a seal and associated sealing arrangement - Google Patents
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Abstract
Ein Vorspannelement (10) zum radialen Vorspannen einer Dichtung (4) umfasst erfindungsgemäß mindestens einen umlaufenden, ersten Elastomerbereich (11) aus einem ersten Elastomermaterial und mindestens einen umlaufenden, zweiten Elastomerbereich (12) aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche (11, 12) den anderen Elastomerbereich radial außen umgibt und wobei das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das zweite Elastomermaterial aufweist. According to the invention, a prestressing element (10) for radially prestressing a seal (4) comprises at least one circumferential, first elastomer region (11) made of a first elastomer material and at least one circumferential, second elastomer region (12) made of a different, second elastomer material, wherein one of the first and second elastomer regions (11, 12) surrounds the other elastomer region radially on the outside and wherein the second elastomer material has a larger modulus of elasticity than the first elastomer material at lower temperatures and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity than the second elastomer material at higher temperatures.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorspannelement, insbesondere einen Vorspannring oder eine Vorspannhülse, aus Elastomermaterial zum radialen Vorspannen einer Dichtung sowie auch eine Dichtungsanordnung mit zwei Maschinenteilen, mit einer Dichtung zur Abdichtung zwischen den beiden Maschinenteilen und mit einem Vorspannelement, das die Dichtung gegen eines der beiden Maschinenteile radial vorspannt.The present invention relates to a preloading element, in particular a preloading ring or a preloading sleeve, made of elastomer material for radially preloading a seal, as well as a sealing arrangement with two machine parts, with a seal for sealing between the two machine parts and with a preloading element which radially preloads the seal against one of the two machine parts.
Solche Vorspannelemente aus Elastomermaterial und Dichtungsanordnungen mit einem solchen Vorspannelement sind hinlänglich bekannt.Such preloading elements made of elastomer material and sealing arrangements with such a preloading element are well known.
Typischerweise haben Elastomere ein Temperaturfenster, in welchem sie verwendet werden können. Die untere Temperaturgrenze ist durch den Temperaturreaktionstest (Temperature Reaction Test (TR)) und die Glasübergangstemperatur (Glass Transition Temperature (TG)) vorgegeben, wohingegen die obere Temperaturgrenze durch den Druckverformungsrest (Compression Set) vorgegeben ist. Der Druckverformungsrest ist ein Maß dafür, wie sich Elastomere bei lang andauernder, konstanter Druckverformung und anschließender Entspannung verhalten. Da Elastomere im Laufe der Zeit verdichtet werden, verlieren sie die Fähigkeit, zu ihrer ursprünglichen Dicke zurückzukehren.Typically, elastomers have a temperature window within which they can be used. The lower temperature limit is given by the Temperature Reaction Test (TR) and the Glass Transition Temperature (TG), whereas the upper temperature limit is given by the Compression Set. Compression set is a measure of how elastomers behave under long-term, constant compression deformation and subsequent relaxation. As elastomers are compacted over time, they lose the ability to return to their original thickness.
Typische Hochtemperatur-Werkstoffe, wie sie in der Dichtungstechnik verwendet werden, weisen bei hohen Temperaturen (T > 50 °C) eine hohe Elastizität und einen guten Druckverformungsrest sowie bei tiefen Temperaturen (T < -20°C) eine geringe Elastizität auf. Für solche Hochtemperatur-Werkstoffe sind in Datenblättern folgende Temperaturfenster angegeben:
Dagegen weisen typische Tieftemperatur-Werkstoffe, wie sie in der Dichtungstechnik verwendet werden, bei tiefen Temperaturen (-60 °C <T < 0 °C) eine gute Elastizität und bei hohen Temperaturen (T > 50 °C) einen hohen Druckverformungsrest auf. Für solche Tieftemperatur-Werkstoffe sind in Datenblättern folgende Temperaturfenster angegeben:
Der hohe Druckverformungsrest bedeutet, dass eine Dichtung oder auch ein Vorspannelement aus solch einem Tieftemperatur-Werkstoff oft nach dem ersten oder zweiten Sommer aufgrund der hohen Temperaturen (hohe Umgebungstemperatur plus Prozesstemperatur z.B. einer Hydraulik oder eines Verbrennungsmotors) fehlerhaft wird. Im Automobil-, Lkw- oder Bus-Sektor sowie auf dem Gebiet der mobilen Arbeitsmaschinen kann dies beispielsweise zu einem Konflikt führen, da Werkstoffe, wie z.B. AEM mit einer Glasübergangstemperatur von -31°C, nicht die erforderliche Elastizität bei tiefen Temperaturen haben, um gleichzeitig sowohl die Tieftemperaturerfordernisse (-40°C) als auch die Hochtemperaturerfordernisse (+140°C) zu erfüllen.The high compression set means that a seal or preload element made of such a low-temperature material often becomes faulty after the first or second summer due to the high temperatures (high ambient temperature plus process temperature, e.g. of a hydraulic system or an internal combustion engine). In the automotive, truck or bus sector, as well as in the field of mobile work machines, for example, this can lead to a conflict, as materials such as AEM with a glass transition temperature of -31°C do not have the necessary elasticity at low temperatures to simultaneously meet both the low-temperature requirements (-40°C) and the high-temperature requirements (+140°C).
Das Elastizitätsmodul beschreibt das Verhalten eines Werkstoffs beim Aufbringen einer Druckkraft. Je höher das Elastizitätsmodul desto höher die Kraft, die benötigt wird, um das Material zu stauchen. Das Elastizitätsmodul eines Werkstoffs ist temperaturabhängig.The elastic modulus describes the behavior of a material when a compressive force is applied. The higher the elastic modulus, the higher the force required to compress the material. The elastic modulus of a material depends on the temperature.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Vorspannelement anzugeben, das sowohl bei höheren als auch tieferen Temperaturen eine zum radialen Vorspannen einer Dichtung erforderliche Elastizität aufweist.In contrast, the present invention is based on the object of specifying a prestressing element which has the elasticity required for radial prestressing of a seal both at higher and lower temperatures.
Diese Aufgabe wird bei einem Vorspannelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch mindestens einen umlaufenden, ersten Elastomerbereich aus einem ersten Elastomermaterial und mindestens einen umlaufenden, zweiten Elastomerbereich aus einem anderen, zweiten Elastomermaterial gelöst, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich radial außen umgibt und wobei das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen ein größeres Elastizitätsmodul als das zweite Elastomermaterial aufweist. Mit anderen Worten weist das zweite Elastomermaterial im Vergleich zum ersten Elastomermaterial in einem anderen Temperaturbereich sein maximales Elastizitätsmodul auf.This object is achieved according to the invention in a prestressing element of the type mentioned at the outset by at least one circumferential, first elastomer region made of a first elastomer material and at least one circumferential, second elastomer region made of a different, second elastomer material, wherein one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region radially on the outside and wherein the second elastomer material has a larger modulus of elasticity than the first elastomer material at lower temperatures and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity than the second elastomer material at higher temperatures. In other words, the second elastomer material has its maximum modulus of elasticity in a different temperature range compared to the first elastomer material.
Erfindungsgemäß wird der Betriebstemperaturbereich des Vorspannelements dadurch vergrößert, dass Elastomermaterialien mit unterschiedlichen gummielastischen Eigenschaften miteinander kombiniert werden. Die beiden Elastomermaterialien weisen bevorzugt bezüglich ihrer Elastizität ein gegenläufiges Temperaturverhalten auf. Der zweite Elastomerbereich kann sowohl zur statischen Abdichtung als auch zum Vorspannen der Dichtung bei tiefen Temperaturen verwendet werden. Dadurch, dass der erste Elastomerbereich bei hohen Temperaturen seinen Temperatureinsatzbereich hat, ist eine Stauchung des zweiten Elastomerbereichs bei hohen Temperaturen zusätzlich weniger stark, wodurch sich die Lebensdauer des Vorspannelements erhöht. Bei hohen Temperaturen, die im Laufe der Zeit zu einem Druckverformungsrest führen können, kann das erste Elastomermaterial den Druckverformungsrest des zweiten Elastomermaterials aufgrund seiner Elastizität kompensieren.According to the invention, the operating temperature range of the prestressing element is increased by combining elastomer materials with different rubber-elastic properties. The two elastomer materials preferably have opposing temperature behavior with regard to their elasticity. The second elastomer region can be used both for static sealing and for prestressing the seal at low temperatures. Because the first elastomer region has its temperature application range at high temperatures, compression of the second elastomer region at high temperatures is also less severe, which increases the service life of the prestressing element. At high temperatures, which can lead to compression set over time, the first elastomer material can compensate for the compression set of the second elastomer material due to its elasticity.
Vorzugsweise weist das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen ein mindestens doppelt so großes Elastizitätsmodul wie das erste Elastomermaterial und bei höheren Temperaturen einen größeren Druckverformungsrest, insbesondere einen mindestens doppelt so großen Druckverformungsrest, wie das erste Elastomermaterial auf.Preferably, the second elastomer material has a modulus of elasticity that is at least twice as large as the first elastomer material at lower temperatures and a larger compression set at higher temperatures, in particular a compression set that is at least twice as large as the first elastomer material.
Die tieferen Temperaturen umfassen bevorzugt einen Temperaturbereich zwischen -60° und -20 °C, insbesondere zwischen -60 °C und 0 °C, und die höheren Temperaturen sind bevorzugt größer als 120°, insbesondere größer als 50 °C.The lower temperatures preferably cover a temperature range between -60° and -20 °C, in particular between -60 °C and 0 °C, and the higher temperatures are preferably greater than 120°, in particular greater than 50 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Elastomerbereich zwei separate Teile, wobei einer der beiden Teile in einer Rille oder Ringnut des anderen Teils aufgenommen sein kann. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, wobei der erste Elastomerbereich radial innen oder außen angeordnet ist, und der zweite Elastomerbereich zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, radial außen oder radial innen freiliegt, d. h. nicht von dem ersten Elastomerbereich radial außen oder innen bedeckt ist.In a preferred embodiment of the invention, the first and second elastomer regions are two separate parts, wherein one of the two parts can be accommodated in a groove or annular groove of the other part. An embodiment is particularly preferred wherein the first elastomer region is arranged radially inward or outward, and the second elastomer region is exposed at least in sections, preferably completely, radially outward or radially inward, i.e. is not covered by the first elastomer region radially outward or inward.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Elastomerbereich miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche teilweise oder vollständig im anderen Elastomerbereich eingebettet sein kann.In another preferred embodiment, the first and second elastomer regions are integrally connected to one another, wherein one of the first and second elastomer regions can be partially or completely embedded in the other elastomer region.
Vorzugsweise weist der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite mindestens eine Dichtzone auf, wobei für eine maximale Presswirkung die Dichtzone und der zweite Elastomerbereich zumindest abschnittsweise bezüglich einer Längsachse des Vorspannelements auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind. Für den Fall, das der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite zwei axial beabstandete Dichtzonen aufweist, ist für eine maximale Presswirkung der zweite Elastomerbereich axial zwischen den beiden Dichtzonen angeordnet.Preferably, the first elastomer region has at least one sealing zone on its side facing away from the second elastomer region, wherein the sealing zone and the second elastomer region are arranged at least in sections at the same axial height with respect to a longitudinal axis of the prestressing element for a maximum pressing effect. In the case that the first elastomer region has two axially spaced sealing zones on its side facing away from the second elastomer region, the second elastomer region is arranged axially between the two sealing zones for a maximum pressing effect.
Zusätzlich bildet der zweite Elastomerbereich zumindest eine Dichtzone auf der dem ersten Elastomerbereich abgewandten Seite aus. Vorzugsweise ist diese Dichtzone radial außen oder radial innen angeordnet. Es ist vorteilhaft, dass der erste Elastomerbereich axial benachbart zu dieser Dichtzone, d.h. ebenfalls radial außen oder radial innen, ebenfalls eine Dichtzone ausbildet. Dies ermöglicht eine zuverlässige statische Abdichtung in einem großen Temperaturbereich.In addition, the second elastomer region forms at least one sealing zone on the side facing away from the first elastomer region. This sealing zone is preferably arranged radially on the outside or radially on the inside. It is advantageous that the first elastomer region also forms a sealing zone axially adjacent to this sealing zone, i.e. also radially on the outside or radially on the inside. This enables reliable static sealing in a wide temperature range.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Vorspannelement mindestens zwei axial beabstandet nebeneinander angeordnete zweite Elastomerbereiche auf, welche mindestens eine Dichtzone des ersten Elastomerbereichs radial vorspannen können. Für den Fall, das der erste Elastomerbereich auf seiner dem zweiten Elastomerbereich abgewandten Seite zwei axial beabstandete Dichtzonen aufweist, können für eine maximale Presswirkung die beiden zweiten Elastomerbereiche auf den axialen Höhen der Dichtzonen angeordnet sein.In one embodiment, the prestressing element according to the invention has at least two second elastomer regions arranged axially spaced apart from one another, which have at least one sealing zone of the first elastomer region can be prestressed radially. In the event that the first elastomer region has two axially spaced sealing zones on its side facing away from the second elastomer region, the two second elastomer regions can be arranged at the axial heights of the sealing zones for maximum pressing effect.
Der erste und/oder der zweite Elastomerbereich können zwar prinzipiell einen beliebigen Querschnitt haben, aber weist bevorzugt einen im Wesentlichen runden, einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, einen keulenförmigen oder einen X-förmigen Querschnitt auf. Dabei weisen der keulenförmige und der X-förmige Querschnitt jeweils eine innen- und außenseitig umlaufende Rille auf, in welcher ein Elastomerring eingelegt werden kann.The first and/or the second elastomer region can in principle have any cross-section, but preferably has a substantially round, rectangular, in particular square, club-shaped or X-shaped cross-section. The club-shaped and X-shaped cross-sections each have a circumferential groove on the inside and outside, in which an elastomer ring can be inserted.
Um die Vorspannung durch das Vorspannelement in einem möglichst großen Bereich individuell konfektionieren zu können, können der erste Elastomerbereich und/oder der zweite Elastomerbereich jeweils mehrere umlaufende Elastomerabschnitte aus jeweils unterschiedlichen, ersten oder zweiten Elastomermaterialien aufweisen. Die Werkstoffe und die Abmessungen der einzelnen Elastomerabschnitte sind so gewählt, dass sich das gewünschte Vorspannverhalten ergibt.In order to be able to individually tailor the preload by the preload element over the largest possible range, the first elastomer area and/or the second elastomer area can each have several circumferential elastomer sections made of different first or second elastomer materials. The materials and dimensions of the individual elastomer sections are selected so that the desired preload behavior is achieved.
Besonders bevorzugt umfasst das erste Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Hochtemperatur-Werkstoffe oder besteht daraus: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM und VMQ. Besonders bevorzugt umfasst das zweite Elastomermaterial einen oder mehrere der folgenden Tieftemperatur-Werkstoffe oder besteht daraus: NBR, HNBR, EPDM, AU und CR.
Das oben beschriebene Vorspannelement ist zur radialen Vorspannung einer Dichtung konfiguriert. Dem Fachmann ist bekannt, dass dieses Vorspannelement auch zur axialen Vorspannung eingesetzt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Vorspannelement umgibt einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich radial außen. Bei einem Einsatz zur axialen Vorspannung umgibt einer der ersten und zweiten Elastomerbereiche den anderen Elastomerbereich auf einer axialen Seite.Particularly preferably, the first elastomer material comprises or consists of one or more of the following high-temperature materials: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM and VMQ. Particularly preferably, the second elastomer material comprises or consists of one or more of the following low-temperature materials: NBR, HNBR, EPDM, AU and CR.
The preloading element described above is configured for radial preloading of a seal. It is known to those skilled in the art that this preloading element can also be used for axial preloading. In the preloading element according to the invention, one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region radially on the outside. When used for axial preloading, one of the first and second elastomer regions surrounds the other elastomer region on one axial side.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch eine Dichtungsanordnung, insbesondere Stangen- oder Kolbendichtungsanordnung, mit einem ersten Maschinenteil und mit einem zweiten Maschinenteil, die relativ zueinander translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind, mit einer Dichtung, die zwischen den beiden Maschinenteilen angeordnet ist, um die beiden Maschinenteile gegeneinander abzudichten, sowie mit einem wie oben beschriebenen Vorspannelement, das die Dichtung gegen eines der beiden Maschinenteile radial nach innen oder nach außen vorspannt.In a further aspect, the invention also relates to a sealing arrangement, in particular a rod or piston sealing arrangement, with a first machine part and with a second machine part, which are movable relative to one another in a translational or rotational manner, with a seal which is arranged between the two machine parts in order to seal the two machine parts against one another, and with a prestressing element as described above, which prestresses the seal radially inwards or outwards against one of the two machine parts.
Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich gegeben.The required elasticity or preload of the preload ring is provided by the second elastomer area at lower temperatures and by the first elastomer area at higher temperatures.
Vorzugsweise ist ein der Dichtung abgewandter, zweiter Elastomerbereich des Vorspannelements auf gleicher axialer Höhe wie eine am Maschinenteil anliegende Dichtzone der Dichtung angeordnet, wodurch die Dichtzone und der zweite Elastomerbereich auf der gleichen (radialen) Wirklinie liegen.Preferably, a second elastomer region of the prestressing element facing away from the seal is arranged at the same axial height as a sealing zone of the seal adjacent to the machine part, whereby the sealing zone and the second elastomer region lie on the same (radial) line of action.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben lediglich beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages and advantageous embodiments of the subject matter of the invention can be found in the description, the drawing and the claims. The features mentioned above and those listed below can also be used individually or in combination in any desired way. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but are merely exemplary in nature for the description of the invention.
Es zeigen:
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1a-1d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs; -
2a-2d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem quadratischen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs; -
3a-3d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem keulenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs; -
4a-4d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem X-förmigen, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs; -
5a-5d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und mit einem äußeren Elastomerbereich, dessen Breite größer als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils unterschiedliche Querschnitte des äußeren Elastomerbereichs; -
6a-6d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem X-förmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der äußeren Elastomerbereiche; -
7a-7d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem keulenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der äußeren Elastomerbereiche; -
8a-8d Querschnitte von verschiedenen erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, ersten Elastomerbereich und mit vier gleichen zweiten Elastomerbereichen, deren Breite jeweils kleiner als die halbe Breite des inneren Elastomerbereichs ist, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der zweiten Elastomerbereiche; -
9a-9c Querschnitte von zwei erfindungsgemäßen Vorspannringen mit einem runden, inneren Elastomerbereich und mit jeweils unterschiedlichen äußeren Elastomerbereichen (9a ,9b) sowie die zugehörige Pressungsverteilung der beiden Vorspannringe (9c ); -
10a-10d eine Stangen-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung sowie mit einem herkömmlichen Vorspannring (10a) und mit einem erfindungsgemäßen Vorspannring (10b-10d ) zum Vorspannen der Dichtung radial nach innen; -
11a-11d eine Kolben-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung sowie mit einem herkömmlichen Vorspannring (11a) und mit einem erfindungsgemäßen Vorspannring (11b-11d ) zum Vorspannen der Dichtung radial nach außen; -
12a-12c eine Kolben-Dichtungsanordnung mit einer Dichtung und mit einem modifizierten erfindungsgemäßen Vorspannring zum Vorspannen der Dichtung radial nach außen; und -
13a-13d eine Rotationsdichtungsanordnung mit zwei axial beabstandeten Dichtungen sowie mit einer erfindungsgemäßen Vorspannhülse mit einem hülsenförmigen, inneren Elastomerbereich und mit zwei axial beanstandeten, gleichen äußeren Elastomerbereichen zum Vorspannen der beiden Dichtungen radial nach innen, für jeweils vier unterschiedliche Querschnitte der zweiten Elastomerbereiche.
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1a-1d Cross sections of various preload rings according to the invention with a round, inner elastomer region and an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region; -
2a-2d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a square, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region; -
3a-3d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a club-shaped, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is smaller than the half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross-sections of the outer elastomer region; -
4a-4d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with an X-shaped, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is less than half the width of the inner elastomer region, for four different cross sections of the outer elastomer region; -
5a-5d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a round, inner elastomer region and with an outer elastomer region whose width is greater than half the width of the inner elastomer region, for different cross sections of the outer elastomer region; -
6a-6d Cross sections of various preloading rings according to the invention with an X-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions, the width of each of which is less than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the outer elastomer regions; -
7a-7d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a club-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions, the width of each of which is less than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the outer elastomer regions; -
8a-8d Cross sections of various prestressing rings according to the invention with a round, first elastomer region and with four identical second elastomer regions, the width of which is each smaller than half the width of the inner elastomer region, for each of four different cross sections of the second elastomer regions; -
9a-9c Cross sections of two preload rings according to the invention with a round, inner elastomer area and with different outer elastomer areas (9a ,9b) and the corresponding pressure distribution of the two preload rings (9c ); -
10a-10d a rod seal arrangement with a seal and a conventional preload ring (10a) and with a preload ring according to the invention (10b-10d ) to preload the seal radially inwards; -
11a-11d a piston seal arrangement with a seal and a conventional preload ring (11a) and with a preload ring according to the invention (11b-11d ) to preload the seal radially outwards; -
12a-12c a piston seal arrangement with a seal and with a modified preloading ring according to the invention for preloading the seal radially outward; and -
13a-13d a rotary seal arrangement with two axially spaced seals and with a preloading sleeve according to the invention with a sleeve-shaped, inner elastomer region and with two axially spaced, identical outer elastomer regions for preloading the two seals radially inward, for four different cross-sections of the second elastomer regions.
Der Vorspannring 3 hat in
Im Temperaturbereich zwischen -60 °C und 120 °C weist einerseits das zweite Elastomermaterial bei tieferen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C, insbesondere -60 °C < T < 0 °C) ein größeres Elastizitätsmodul (Druckmodul / Kompressionsmodul) als das erste Elastomermaterial und das erste Elastomermaterial bei höheren Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) ein größeres Elastizitätsmodul (Druckmodul / Kompressionsmodul) als das zweite Elastomermaterial auf. Insbesondere kann das zweite Elastomermaterial im Vergleich zum ersten Elastomermaterial in einem anderen Temperaturbereich sein maximales Elastizitätsmodul aufweisen.In the temperature range between -60 °C and 120 °C, the second elastomer material has a larger modulus of elasticity (compression modulus) than the first elastomer material at lower temperatures (-60 °C < T < -20 °C, in particular -60 °C < T < 0 °C) and the first elastomer material has a larger modulus of elasticity (compression modulus) than the first elastomer material at higher temperatures (50 °C < T < 120 °C). dul) than the second elastomer material. In particular, the second elastomer material can have its maximum modulus of elasticity in a different temperature range than the first elastomer material.
Mit anderen Worten ist das erste Elastomermaterial des inneren Elastomerbereichs 11 ein Hochtemperaturmaterial, das bei hohen Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) eine höhere Elastizität und einen höheren Druckverformungsrest und bei tiefen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C) eine geringere Elastizität und einen geringeren Druckverformungsrest aufweist. Das zweite Elastomermaterial des äußeren Elastomerbereichs 12 ist hingegen ein Tieftemperaturmaterial, das bei tiefen Temperaturen (-60 °C < T < -20 °C) eine höhere Elastizität und einen höheren Druckverformungsrest und bei hohen Temperaturen (50 °C < T < 120 °C) eine geringere Elastizität und einen geringeren Druckverformungsrest aufweist.In other words, the first elastomer material of the
Vorzugsweise weist das zweite Elastomermaterial bei den tieferen Temperaturen, bevorzugt zwischen -60 °C und 0 °C, ein mindestens doppelt so großes Elastizitätsmodul wie das erste Elastomermaterial, und bei Temperaturen von höher als 120 °C, bevorzugt bei Temperaturen von höher als 50 °C, einen mindestens doppelt so großen Druckverformungsrest wie das erste Elastomermaterial auf.Preferably, the second elastomer material has a modulus of elasticity that is at least twice as large as the first elastomer material at lower temperatures, preferably between -60 °C and 0 °C, and a compression set that is at least twice as large as the first elastomer material at temperatures higher than 120 °C, preferably at temperatures higher than 50 °C.
Das erste Elastomermaterial umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe oder besteht aus einem oder mehreren der folgenden Werkstoffe: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM und VMQ. Das zweite Elastomermaterial umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe oder besteht aus einem oder mehreren der folgenden Werkstoffe: NBR, HNBR, EPDM, AU und CR.The first elastomer material comprises, for example, one or more of the following materials or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, AEM, FKM, FFKM and VMQ. The second elastomer material comprises, for example, one or more of the following materials or consists of one or more of the following materials: NBR, HNBR, EPDM, AU and CR.
Der erste und der zweite Elastomerbereich 11, 12 können beispielsweise separate Teil sein, wobei in diesem Fall der äußere Elastomerbereich 11 in einer radial nach außen offenen Rille 15 (
Die erforderliche Elastizität bzw. Vorspannung des Vorspannrings 10 ist bei tieferen Temperaturen durch den zweiten Elastomerbereich 12 und bei höheren Temperaturen durch den ersten Elastomerbereich 11 gegeben.The required elasticity or preload of the
Von den Vorspannringen 10 der
Von den Vorspannringen 10 der
Von den Vorspannringen 10 der
Von den Vorspannringen 10 der
Von den Vorspannringen 10 der
Von den Vorspannringen 10 der
Bei den Vorspannringen 10 der
Bei dem in
Bei dem in
Bei dem in
Bei dem in
Von der Kolben-Dichtungsanordnung 1' der
Es versteht sich, dass auch die in den
Die in
Die beiden äußeren Elastomerbereiche 12 haben in
Beim Einleiten eines druckbeaufschlagten Fluids in den als Drehdurchführungsbereich dienenden Innenraum 26 werden die Primärdichtungen 4 bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenzdrucks eines im Innenraum 26 herrschenden Hochdrucks (Hochdruckbereich H) gegenüber einem im Niederdruckbereich N herrschenden Niederdruck druckproportional in axialer Richtung gegen die Stützkörper 24 gepresst. Die Stützkörper 24 werden unter einer elastischen Verformung der Vorspannhülse 10 axial in Richtung auf die Niederdruckseite N soweit nach außen verschoben, dass sich die Primärdichtungen 4 mit ihren jeweiligen Dichtkanten 27 in einer radialen Richtung an die Welle 3 dichtend anlegen, wodurch eine fluiddichte Abdichtung des Hochdruckbereichs H bewirkt wird. Die Verstellbewegung der Stützkörper 24 kann, sofern diese aus einem zähelastischen Material bestehen, zumindest teilweise durch eine abschnittsweise (elastische) Verformung der Stützkörper 24 in Richtung des Niederdruckbereichs N bedingt sein. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Differenzdrucks werden die Stützkörper 24 durch das elastische Rückstellvermögen der Vorspannhülse 10 in axialer Richtung zurück in die in
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4576386A (en) * | 1985-01-16 | 1986-03-18 | W. S. Shamban & Company | Anti-extrusion back-up ring assembly |
US5149107A (en) * | 1989-03-29 | 1992-09-22 | W. S. Shamban & Company | Elastomer energized sealing and exclusion device |
DE19800827C1 (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-29 | Krupp Bilstein Gmbh | poetry |
JPH11336900A (en) * | 1998-05-27 | 1999-12-07 | Toyota Motor Corp | Piston ring |
JP2004162632A (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Combination piston ring |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5738358A (en) * | 1996-01-02 | 1998-04-14 | Kalsi Engineering, Inc. | Extrusion resistant hydrodynamically lubricated multiple modulus rotary shaft seal |
BRPI0816969A2 (en) * | 2007-09-13 | 2015-03-24 | Cameron Int Corp | Multiple Elastomer Seal |
WO2016019110A2 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Utex Industries, Inc. | High pressure seal with composite anti-extrusion mechanism |
-
2023
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-
2024
- 2024-08-14 WO PCT/EP2024/072845 patent/WO2025036915A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4576386A (en) * | 1985-01-16 | 1986-03-18 | W. S. Shamban & Company | Anti-extrusion back-up ring assembly |
US5149107A (en) * | 1989-03-29 | 1992-09-22 | W. S. Shamban & Company | Elastomer energized sealing and exclusion device |
DE19800827C1 (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-29 | Krupp Bilstein Gmbh | poetry |
JPH11336900A (en) * | 1998-05-27 | 1999-12-07 | Toyota Motor Corp | Piston ring |
JP2004162632A (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Combination piston ring |
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Publication number | Publication date |
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