NL9202219A

NL9202219A - SEALING AGENTS FOR PRESSURE COMPONENTS.

Info

Publication number: NL9202219A
Application number: NL9202219A
Authority: NL
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1993-07-16
Also published as: AU3034992A; ITTO921036A0; GB9127405D0; FR2685424A1; AU3422693A; ES2065245A2; JPH05240357A; WO1993013343A1; GB2262788A; DE4242290A1; SE9203887L; CA2085968A1; IT1258127B; ES2065245B1; JPH06505788A; ITTO921036A1; BE1006225A3; SE9203887D0; CA2104690A1; ES2065245R

Description

T-3T-3

AFDICHTINGSMIDDELEN VOOR ONDER DRUK STAANDE ELEMENTENSEALING AGENTS FOR PRESSURE COMPONENTS

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op af dicht ingsmiddelen voor onder druk staande elementen en drukverbindingsmiddelen waarin dergelijke afdichtingsmidde-len worden toegepast. De uitvinding heeft ook betrekking op een toepassing van de drukverbindingsmiddelen voor het filteren van een fluïdum onder middelmatige tot hoge druk in een filtersysteem.The present invention relates to sealants for pressurized elements and pressure connectors in which such sealants are used. The invention also relates to an application of the pressure connection means for filtering a medium to high pressure fluid in a filter system.

Het gebruik van O-ringen van elastomeer materiaal als fluïdumafdichtingsmiddelen tussen twee gekoppelde onderdelen, is in het vak algemeen bekend. De O-ring wordt normaal in een groef of kanaal van het centrale element van de twee te verbinden elementen geplaatst. Vanwege fabrikageto-leranties, bestaat tussen de twee te koppelen delen een kleine spleet. Onder druk wordt de o-ring gedeformeerd en verlaat deze het O-ringkanaal gedeeltelijk en dringt binnen in de speling of spleet. Dit "extrusie" genoemde effect leidt tot bezwijken van de O-ring, bijvoorbeeld doordat het oppervlak van de O-ring wordt afgepeld of daar stukjes uitbreken.The use of elastomeric O-rings as fluid sealants between two coupled parts is well known in the art. The O-ring is normally placed in a groove or channel of the central element of the two elements to be joined. Due to manufacturing tolerances, there is a small gap between the two parts to be coupled. Under pressure, the O-ring is deformed and partially exits the O-ring channel and penetrates the clearance or gap. This effect referred to as "extrusion" leads to failure of the O-ring, for example because the surface of the O-ring is peeled off or pieces break out.

Een werkwijze voor het vermijden van bezwijken is het aanbrengen van een extra steunring met een grotere hardheid, die voorkomt dat de o-ring in de extrusiespleet binnendringt.One method of failure prevention is to provide an additional support ring of greater hardness, which prevents the o-ring from entering the extrusion gap.

Er is een constante noodzaak om nieuwe afdichtings-constructies te ontwikkelen, in het bijzonder voor middelmatige tot hoge druksystemen, waarbij het probleem van het bezwijken van een O-ring wordt gereduceerd. Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van afdichtings-middelen, waarmee een spelingsspleet aan de benedenstroomse zijde van de O-ring in hoofdzaak wordt geëlimineerd. Een ander doel is het verschaffen van drukverbindingsmiddelen die gebruik maken van de afdichtingsmiddelen, waardoor een minimaal aantal verbindingselementen nodig is. Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een hogedruk filtervloeistofsysteem dat gebruik maakt van de drukverbin-dingsmiddelen.There is a constant need to develop new seal structures, especially for medium to high pressure systems, reducing the problem of O-ring failure. An object of the present invention is to provide sealing means, which substantially eliminate a clearance gap on the downstream side of the O-ring. Another object is to provide pressure connection means using the sealing means, thereby requiring a minimum number of connection elements. A further object of the invention is to provide a high pressure filter liquid system using the pressure connecting means.

Volgens deze uitvinding zijn afdichtingsmiddelen voor onder druk staande koppelingdelen verschaft zoals in de conclusies zijn bepaald. Een eerste conisch oppervlak is aangebracht aan een koppelelement om een centrale hartlijn daarvan. Op het tweede koppelelement is een tweede conisch oppervlak aangebracht, dat in gedeeltelijk contact met het eerste oppervlak wordt gebracht. De kegelhoeken van de oppervlakken, gemeten vanaf de centrale hartlijn, is zodanig dat de hoek van het tweede oppervlak enigszins groter is, bijvoorbeeld 1 tot 10° groter, bij voorkeur echter ongeveer 5° dan de hoek van het eerste oppervlak.According to this invention sealing means for pressurized coupling parts are provided as defined in the claims. A first conical surface is arranged on a coupling element about a central axis thereof. A second conical surface is provided on the second coupling element, which is brought into partial contact with the first surface. The cone angles of the surfaces, measured from the central axis, are such that the angle of the second surface is slightly larger, for example 1 to 10 ° larger, but preferably about 5 °, than the angle of the first surface.

Door de hoeken van de oppervlakken enigszins te laten verschillen wordt het contactgebied van de twee kop-pelelementen gevormd in een ringvormig gebied om de centrale hartlijn. Bij deze constructie treedt geen spleet op tussen de twee koppelelementen, die in direct materiaalcontact met elkaar verkeren. De afdichtingsmiddelen omvatten bij voorkeur ook een O-ring die met de twee koppelelementen in contact is, waarbij het contactoppervlak bovenstrooms verplaatst is van de hogedrukzijde van het ringvormige contactgebied van de twee conische oppervlakken.By slightly varying the angles of the surfaces, the contact area of the two coupling elements is formed in an annular area about the central axis. In this construction, no gap occurs between the two coupling elements, which are in direct material contact with each other. The sealing means preferably also includes an O-ring in contact with the two coupling elements, the contact surface displaced upstream from the high pressure side of the annular contact region of the two conical surfaces.

Ook zijn drukverbindingsmiddelen aangebracht overeenkomstig de uitvinding, zoals bepaald in de conclusies. De verbindingsmiddelen omvatten eerste en tweede koppelelementen elk met inwendige kamers voor het vormen van een flu-idumkanaal. Het eerste koppelelement heeft een buitenste schroefdraadgedeelte dat in aangrijping verkeert met een binnenste schroefdraadgedeelte van het tweede koppelelement in de gekoppelde toestand.Pressure connecting means are also provided according to the invention, as defined in the claims. The connecting means comprise first and second coupling elements each with internal chambers for forming a fluid channel. The first coupling member has an outer threaded portion that engages an inner threaded portion of the second coupling member in the coupled state.

De schroefdraadgedeeltes zijn bij voorkeur op de koppelelementen aangebracht, axiaal verschoven ten opzichte van de eerste en tweede conische oppervlakken, zodat gedwongen contact optreedt tussen de conische oppervlakken tenein de een stevig materiaalcontact te vormen. De verbindingsmiddelen hebben het voordeel dat deze slechts uit twee delen bestaan, die met elkaar worden verbonden door een schroefverbinding. Bij voorkeur verbinden de schroefdraadgedeelten zich aan de droge zijde van de afdichting welke de kans op mogelijke verontreiniging wanneer de verbinding wordt gevormd of losgenomen, verkleind.The threaded portions are preferably mounted on the coupling members, axially offset from the first and second conical surfaces, so that forced contact occurs between the conical surfaces to form a firm material contact. The connecting means have the advantage that they only consist of two parts, which are connected to each other by a screw connection. Preferably, the threaded sections join on the dry side of the seal which reduces the potential for contamination when the joint is formed or loosened.

Een ander voordeel van de gekenmerkte afdichtings-middelen en verbindingsmiddelen is dat met de afdichting in het conische contactoppervlak, de bewerkingstoleranties van de twee koppelelementen minder zwaar kan zijn. De fabrikage-kosten van de koppelelementen kunnen daardoor laag gehouden worden.Another advantage of the featured sealing means and connecting means is that with the sealing in the conical contact surface, the machining tolerances of the two coupling elements can be less severe. The manufacturing costs of the coupling elements can therefore be kept low.

Verdere doeleinden en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving van een uitvoeringsvorm aan de hand van de tekening.Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van de afdichtings-middelen volgens de onderhavige uitvinding.Fig. 1 shows an embodiment of the sealing means of the present invention.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van de drukverbin-dingsmiddelen van de onderhavige uitvinding, waarbij één koppelelement een filterkap is.Fig. 2 shows an embodiment of the pressure connecting means of the present invention, wherein one coupling element is a filter cap.

In fig. 1 wordt een uitvoeringsvorm van de afdich-tingsmiddelen 1 getoond, zodanig uitgevoerd dat een afdichting wordt gevormd tussen de onder druk staande koppelingde-len 10 en 11. Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm waarbij een gedeelte van het eerste koppelingelement 10 met een centrale hartlijn 20 coaxiaal aangebracht is in een gedeelte van het tweede koppelingelement 11. Het eerste koppelingelement 10 heeft een conisch of afgeknot conisch oppervlak 6, dat zich om de centrale hartlijn 20 uitstrekt.In Fig. 1 an embodiment of the sealing means 1 is shown, such that a seal is formed between the pressurized coupling parts 10 and 11. Figs. 1 shows an embodiment in which a portion of the first coupling element 10 having a central axis 20 is coaxially disposed in a portion of the second coupling element 11. The first coupling element 10 has a conical or truncated conical surface 6 extending around the central axis 20 .

Een tweede conisch of afgeknot conisch oppervlak 9 is aangebracht aan het tweede koppelelement 11 en in gedeeltelijk contact met het eerste oppervlak 6. Zoals in fig. 1 is te zien, is de kegelhoek van het tweede conische oppervlak 9 ten opzichte van de hartlijn 20 groter dan de overeenkomstige hoek van het eerste conische oppervlak 6.A second conical or truncated conical surface 9 is arranged on the second coupling element 11 and in partial contact with the first surface 6. As can be seen in Fig. 1, the cone angle of the second conical surface 9 with respect to the axis 20 is greater then the corresponding angle of the first conical surface 6.

De oppervlakken 6, 9 zijn met elkaar in contact in een gebied 13 dat zich ringvormig uitstrekt om de centrale hartlijn 20. De radiale afstand van het contactgebied 13 zal kleiner zijn dan de radiale afstand van een van de twee conische oppervlakken. De radiale contactafstand van de oppervlakken zal ook afhangen van het verschil in de kegel-hoeken van de twee oppervlakken. Met andere woorden, naar mate het verschil kleiner is, zal de radiale afmeting van het ringvormige contactgebied groter zijn.The surfaces 6, 9 are in contact with each other in an area 13 which extends annularly around the central axis 20. The radial distance of the contact area 13 will be less than the radial distance of one of the two conical surfaces. The radial contact distance of the surfaces will also depend on the difference in the cone angles of the two surfaces. In other words, the smaller the difference, the greater the radial size of the annular contact area.

De kegelhoek van het eerste conische oppervlak ten opzichte van de hartlijn 20 ligt bij voorkeur in het gebied van 3 en 45“ en meer bij voorkeur in het gebied van 15 tot 20°. De hoek van het tweede conische oppervlak is nominaal 1 tot 10° groter dan de kegelhoek van het eerste oppervlak, bij voorkeur ongeveer 5° groter.The cone angle of the first conical surface with respect to the axis 20 is preferably in the range of 3 and 45 "and more preferably in the range of 15 to 20 °. The angle of the second conical surface is nominally 1 to 10 ° greater than the cone angle of the first surface, preferably about 5 ° greater.

Zoals goed te zien is in fig. 1, vormen de twee koppelelementen wanneer deze met elkaar in aangrijping verkeren een materiaalcontact. Ten gevolge van de uitvoering van de toelopende contactoppervlakken, kunnen de bewerkings-toleranties van de twee koppelelementen, bijvoorbeeld de diameter daarvan, wat ruimer worden gesteld of in elk geval hoeven deze niet zo streng te zijn. In het contactgebied is een spelingsspleet of tolerantiespleet geëlimineerd.As can be clearly seen in Fig. 1, the two coupling elements when engaged with each other form a material contact. Due to the design of the tapered contact surfaces, the machining tolerances of the two coupling elements, for example their diameter, can be made somewhat wider or in any case they do not have to be so strict. In the contact area, a clearance gap or tolerance gap is eliminated.

Bij een verdere uitvoeringsvorm is een O-ring in contact met de eerste en tweede koppelementen aangebracht, met een bovenstrooms van de hogedrukzijde van het ringvormige contactgebied verplaatst contactoppervlak. Zoals getoond in fig. 1, is de hogedrukzijde aangegeven met (a) en de lagedrukzijde met (b) . Het contactoppervlak van de O-ring 2 met het tweede koppelorgaan 11 is bij voorkeur onmiddellijk nabij het ringvormige contactgebied 13 van de twee kegelvormige oppervlakken. Op deze wijze is er in wezen geen extru-siespleet of spelingsspleet benedenstrooms van de O-ring 2. De O-ring 2 is bij voorkeur aangebracht in een ringvormig kanaal in een buitenoppervlak van het eerste koppelingele-ment 10. Het kanaal 3 is bij voorkeur in axiale richting verplaatst naar de binnenzijrand van het eerste conische oppervlak 6.In a further embodiment, an O-ring is arranged in contact with the first and second coupling members, with a contact surface displaced upstream of the high pressure side of the annular contact area. As shown in Fig. 1, the high pressure side is indicated by (a) and the low pressure side by (b). The contact surface of the O-ring 2 with the second coupling member 11 is preferably immediately adjacent to the annular contact area 13 of the two conical surfaces. In this way, there is essentially no extrusion gap or clearance gap downstream of the O-ring 2. The O-ring 2 is preferably arranged in an annular channel in an outer surface of the first coupling element 10. The channel 3 is at preferably moved in axial direction towards the inner side edge of the first conical surface 6.

Een uitvoeringsvorm van de drukverbindingsmiddelen volgens de onderhavige uitvinding wordt in fig. 2 getoond.An embodiment of the compression fasteners of the present invention is shown in Figure 2.

Het eerste koppelingelement 4 van deze uitvoeringsvorm omvat een inwendige kamer 14, en het tweede koppelingelement 7 omvat een inwendige kamer 17. De twee kamers staan met elkaar in verbinding voor het vormen van een fluïdumkanaal. Het eerste element 4 omvat eveneens een uitwendig schroef-draadgedeelte 5 dat in aangrijping verkeert met een inwendig schroefdraadgedeelte 8 van het tweede koppelingelement 7.The first coupling element 4 of this embodiment includes an internal chamber 14, and the second coupling element 7 comprises an internal chamber 17. The two chambers communicate with each other to form a fluid channel. The first element 4 also includes an external screw thread portion 5 which engages an internal thread portion 8 of the second coupling element 7.

De schroefdraadgedeelten 5, 8 zijn axiaal verschoven ten opzichte van de eerste en tweede conische oppervlakken van de afdichtingsmiddelen 1 aangebracht, zodanig dat de twee oppervlakken met elkaar in contact gedwongen worden wanneer deze te zamen worden geschroefd. De twee delen zullen met elkaar in contact komen en in contact blijven tijdens het bedrijf, wanneer het juiste aanhaalmoment is aangelegd en gehandhaafd blijft.The threaded portions 5, 8 are axially offset from the first and second conical surfaces of the sealing means 1, such that the two surfaces are forced into contact when screwed together. The two parts will come into contact with each other and will remain in contact during operation when the correct tightening torque has been applied and maintained.

Zoals in fig. 2 is te zien, zijn de schroefdraadgedeelten 5, 8 van de koppel ingdelen 4, 7 benedenstrooms of aan de lagedrukzijde van de afdichtingsmiddelen 1 aangebracht. Dit komt overeen met de lage drukzijde (b) van fig.As can be seen in Fig. 2, the threaded parts 5, 8 of the coupling parts 4, 7 are arranged downstream or on the low-pressure side of the sealing means 1. This corresponds to the low pressure side (b) of fig.

1. De schroefdraden zijn dientengevolge niet blootgesteld aan het door de inwendige kamers 14 en 17 stromende onder druk staande medium.1. The threads are therefore not exposed to the pressurized medium flowing through the internal chambers 14 and 17.

De in fig. 2 getoonde uitvoeringsvorm geeft het gebruik weer van de drukverbindingsmiddelen in een hogedruk fluïdumfiltersysteem. Het eerste koppelingelement 4 omvat een filterkap waarin een (niet getoond) filterelement in de kamer 14 kan worden aangebracht. Bij deze uitvoeringsvorm is het tweede koppelingelement 7 een filterkop die het te filteren fluïdum via de kamer 17 toevoert.The embodiment shown in Fig. 2 depicts the use of the pressure connection means in a high pressure fluid filter system. The first coupling element 4 comprises a filter cap in which a filter element (not shown) can be fitted in the chamber 14. In this embodiment, the second coupling element 7 is a filter head which supplies the fluid to be filtered through the chamber 17.

De drukverbindingsmiddelen zijn bijzonder bruikbaar bij dit fluïdumfiltersysteem. De middelen omvatten slechts twee delen die door een schroefverbinding met elkaar worden gekoppeld. De toleranties van de componenten zoals boven genoemd hoeven niet nauw te zijn. Bovendien kan het O-ring-kanaal 3 aangebracht worden onder gebruikmaking van normale toleranties. Het materiaal van de filterkap en de filterkop zal normaal koolstofstaal, grijs gietijzer of roestvaststaal zijn.The pressure connection means are particularly useful in this fluid filter system. The means comprise only two parts which are coupled together by a screw connection. The tolerances of the components mentioned above do not have to be narrow. In addition, the O-ring channel 3 can be fitted using normal tolerances. The material of the filter cap and filter head will be normal carbon steel, gray cast iron or stainless steel.

Integriteitsproeven in de vorm van vermoeidheids-proeven zijn uitgevoerd voor de uitvoeringsvorm van de in fig. 2 getoonde druksverbindingsmiddelen. De vereisten voor een gekwalificeerde vermoeidheidsdruk van 250 bar en voor 400 bar zijn aangetoond onder de industriële norm T2.6.1-1974 van de National Fluid Power Association van het Verenigd Koninkrijk.Integrity tests in the form of fatigue tests have been conducted for the embodiment of the pressure connection means shown in Fig. 2. The requirements for a qualified fatigue pressure of 250 bar and 400 bar have been demonstrated under the Industrial Standard T2.6.1-1974 of the National Fluid Power Association of the United Kingdom.

Claims

Sealing means for pressurized coupling members comprising first and second conical surfaces arranged on first and second coupling elements about a central axis thereof, the conical surfaces being in contact with each other in an annular contact area, the cone angle measured relative to the axis of the second conical surface is greater than the cone angle of the first conical surface and comprising an O-ring in contact with the first and second coupling members in an area that axially adjoins the annular contact area of the conical surfaces.

Sealing means according to claim 1, wherein the radial distance of the annular contact area between the first and second conical surfaces is less than the radial distance of each of the conical surfaces.

Sealing means according to claim 1 or 2, wherein the cone angle of the second conical surface is 1 to 10 "greater, preferably about 5 * greater than the cone angle of the first conical surface.

Sealing means according to any of the preceding claims, wherein the first conical surface has a cone angle of 15 to 20 ".

Sealing means according to any of the preceding claims, wherein the O-ring contact area with the coupling elements is displaced upstream from the high pressure side of the annular contact area of the conical surfaces.

Sealing means according to claim 5, wherein the O-ring is arranged in an annular channel in an outer surface of the first coupling member, and the annular channel is positioned in axial direction near the conical surface of the first coupling member.

Pressure connecting means comprising the sealing means for pressurized elements as defined in any one of claims 1-6, wherein the first and second coupling elements each comprise inner chambers formed such that a fluid channel is formed by the connecting means, and the first coupling element has an external threaded portion and the second coupling element has a suitable internal threaded portion for forming a screw connection between the two elements.

Compression connectors according to claim 7, wherein the outer and inner thread portions are disposed on the first and second coupling members, axially displaced from the first and second conical surfaces, to effect forced contact between the surfaces when the coupling elements are connected by screws.

Pressure connecting means according to claim 7 or 8, wherein the axial displacement of the threaded portions is downstream of the low pressure side of the annular contact area between the conical surfaces.

Use of the pressure connection means according to claim 7, 8 or 9 in a high pressure fluid filter system, wherein the first coupling element comprises a filter cap, in the inner chamber of which a filter element is arranged, and the second coupling element comprises a filter head.