!HU000006281T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 006 281 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 722791 (22) A bejelentés napja: 2006. 04. 13. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060722791 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1872034 A1 2006. 10. 26. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1872034 B1 2009. 06. 10. (1) Int. Cl.: F16J 1/32 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06111137 PCT/DE 06/000661 (30) Elsõbbségi adatok: 202000063 U 200. 04. 22. DE (72) Feltaláló: KREUTZER, Siegmar, NL-6418 KK Heerlen (NL) (73) Jogosult: VR Dichtungen GmbH, 231 Übach-Palenberg (DE) (74) Képviselõ: Sipos József, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Radiális tengelytömítõ gyûrû HU 006 281 T2 A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 006 281 T2 2 A találmány tárgya egy radiális tengelytömítõ gyûrû, amely egy membrántestbõl és egy támasztótestbõl áll, amelyre a membrántest fel van erõsítve, ahol a támasztótesten egy radiálisan kívül húzódó peremmel rendelkezõ központosító rész van elrendezve, amely perem nincs átfedve a membrántest által, emellett a membrántestnek a radiálisan belül elhelyezkedõ végén egy, a támasztótesttõl elálló, ferdén beállított tömítõajka van, ugyanakkor a támasztótest a tengely számára egy axiális furattal, és a tömítõajakkal átellenben egy, a furat falához képest ferde támasztófelülettel rendelkezik. A radiális tengelytömítéseknek általában az a feladatuk, hogy letömítsék a tengelyátvezetéseket, és ennek kapcsán megakadályozzák nagyobb nyomású közegek beáramlását kisebb nyomású terekbe. Ehhez gyakran kapcsolódnak a tengelyek nagy fordulatszámaival, a tömítendõ közeg magas hõmérsékleteivel, a kémiai ellenálló képességgel és a hosszú élettartammal összefüggõ követelmények. A bevezetõben vázolt típusú radiális tengelytömítõ gyûrûk ismertek a DE 198 41 123 A1 számú irat alapján. A támasztótest ebben az iratban ismertetett központosító része, amely a támasztótest csapágyházhoz képesti központosítására szolgál, a radiális tengelytömítõ gyûrûnek egy csapágyházba való beépítésénél a csapágyház belsõ oldalához egy nagyon csekély hézaggal illeszthetõ hozzá. A központosító rész hengeres külsõ peremének a hozzáillesztésével a tengely középtengelyéhez képest a támasztótest pontos központi elrendezése érhetõ el a csapágyházban. Ezáltal a támasztótest és a tengely közötti tömítõrés nagyon csekély méretûnek tartható. A radiális tengelytömítések egy különleges alkalmazási területét jelentik a klímakompresszorok, ahol az ezekben a kompresszorokban alkalmazott hûtõközeg különleges követelményeket állít a radiális tengelytömítés elé. Míg korábban úgynevezett halonokat, illetve halogéneket alkalmaztak hûtõközegként, addig manapság környezetvédelmi okokból és kedvezõbb termodinamikai tulajdonságaik miatt, amelyek többek között egy jobb hûtési teljesítményt tesznek lehetõvé, szén-dioxidot (CO 2 ) használnak hordozógázként. A szén-dioxidnak azonban az a tulajdonsága, hogy a kompresszorok 30 C¹tól 10 C¹ig terjedõ üzemi hõmérsékleti tartományában és nyomástartományában különbözõ halmazállapotokkal és nagy tágulással rendelkezik. Ennél a hûtõközegnél akár 90 bar¹t is elérõ nyomáskülönbségekkel kell számolni. Ezenfelül a CO 2 diffúziós tulajdonságait is figyelembe kell venni, minthogy a CO 2 egy olajkeverékkel a tömítendõ térben nagyon nagy nyomással hat a radiális tengelytömítõ gyûrûre. A nagy nyomás alatt álló CO 2 -olaj keverék alkalmazása a klímakompresszorokban nagyon nagy gáztömörséget követel meg mind a támasztótest, illetve a központosító rész és a csapágyház, mind pedig a radiális tengelytömítõ gyûrû és a tengely között. A jelen találmány által megoldandó feladat egy olyan radiális tengelytömítõ gyûrû létrehozása, amely 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 különösen egy CO 2 ¹ot tartalmazó hûtõközeg követelményeinek optimális módon megfelel. Ezt a feladatot a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy egy, a bevezetõben vázolt kialakítású radiális tengelytömítõ gyûrûnél a központosító rész a radiális tengelytömítõ gyûrûnek egy csapágyházba való beépítésénél a csapágyház belsõ oldalához sajtolóillesztéssel illeszthetõ hozzá, ugyanakkor a támasztófelület és a támasztótest furatának fala közötti szög, egy a radiális tengelytömítõ gyûrû tengelyét tartalmazó, központi síkban elhelyezkedve, 4 és közötti nagyságú. Bebizonyosodott, hogy a támasztótest, illetve a membrántest által nem bevont központosító rész és a csapágyház közötti sajtolóillesztés következtében a fémes tömítés révén nagyon nagy gáztömörség érhetõ el a radiális tengelytömítõ gyûrû és a csapágyház között. A membrántesten keresztül átdiffundáló CO 2 a fémes tömítés következtében csak egy nagyon csekély mértékben, amely messze alatta marad valamennyi erre vonatkozó szabványnak, képes kijutni a radiális tengelytömítõ gyûrû és a csapágyház között. Kiderült ezenkívül, hogy a támasztótest támasztófelületének 4 és közötti állásszöge optimális nyomástámogatást biztosít a membrántest tömítõajka számára. Ezáltal egy viszonylag zavartalan tribológiai rendszer adódik a lehetõ legkisebb súrlódási ellenállással a lehetõ legjobb tömítettség mellett és a teljes fordulatszám- és nyomástartományban, például kompresszorok üzemeltetésénél. A találmány egy elõnyös továbbfejlesztett változatánál a támasztótest támasztófelületének állásszöge 48 és 2 közötti nagyságú. A találmány egy ideális kiviteli alakjánál az állásszög 49 és 1 közötti nagyságú. Bebizonyosodott továbbá, hogy a membrántest elasztomer anyagának egy rendkívül csekély mértékû résextrúzióját a támasztótest és a tengely közötti tömítõrésbe azáltal tudjuk elérni, ha a támasztófelület és a támasztótest furatának fala közötti átmenetet képezõ rádiusz, egy a radiális tengelytömítõ gyûrû középtengelyét tartalmazó, központi síkban elhelyezkedve, 0,1 és 0,3 mm közé esik. Legkedvezõbb résszélességnek ennek kapcsán egy 0,01 és 0,0 mm, elõnyösen 0,02 és 0,04 mm közötti szélességbõl indulhatunk ki. A tömítõrés belépési tartományában a támasztótest támasztófelülete és a tengely között, különösen egy olajból és CO 2 -ból álló nyomóközegnél a membrántest elasztomer anyagának nagymértékû anyagtömörödésére kerül sor, anélkül, hogy fennállna egy, a tömítõrésbe befolyó és esetleg ott leszakadó anyag veszélye. Ez nagy gáztömörséget tételez fel a radiális tengelytömítõ gyûrû és a tengely között. Elõnyösen a támasztófelület és a támasztótest furatfala közötti átmenet rádiusza 0,1 és 0,2 mm közé esik. Ideálisnak egy 0,1 és 0,2 mm közötti rádiusz tekinthetõ. A találmány egy elõnyös továbbfejlesztése értelmében az elasztomer anyagból álló membrántest a bele ágyazott MOS 2 -részecskék tekintetében 3% és 7% kö- 2
1 HU 006 281 T2 2 zötti töltöttségi fokkal rendelkezik. A töltöttségi fok elõnyösen 3% és % közé esik. Kitûnt, hogy egy ilyen viszonylag csekély töltöttségi fok messzemenõen megakadályozza a kenõanyag-részecskék kiszakadását a membrántest tömítõajkából, fõként a kompresszorok nagy fordulatszámainál. A kenõanyag-részecskék egy tömítõnyom felkenõdéséhez vezetnek a tengelyen, és ezzel hátrányosan befolyásolják a gáztömörséget a radiális tengelytömítõ gyûrû és a tengely között. A találmány egy további elõnyös kiviteli alakjánál a membrántest egy kemény elasztomer anyagból áll. 8 és 9 közötti Shore A keménységgel. A membrántest Shore-keménysége elõnyösen 90 C és 9 közötti. A membrántest kemény elasztomer anyaga révén lecsökken a membrántest csavarófeszültsége, illetve elcsavarodási szöge a tengely nagy fordulatszámainál, így a membrántest kopása is csökken. A membrántest elõnyösen rá van húzva a támasztótestre, így azon elõfeszítéssel fekszik fel. Ennek kapcsán egy, a támasztótest radiálisan külsõ oldalán elrendezett horonyba illeszkedik. A találmány egy elõnyös kiviteli alakjánál a támasztótest központosító része a támasztótesttel egy darabot képezõ módon van kialakítva. A támasztótest, illetve a központosító rész belsõ, illetve külsõ rádiuszának optimális pontosságának biztosítása érdekében a támasztótest és a központosító rész egy darabot képezõ esztergált fémalkatrészként lehet kialakítva. Ezenkívül a támasztótest a membrántesttõl távolabb esõ homlokoldalán egy radiálisan befelé nyitott fészekkel rendelkezhet. Ez a fészek elõnyösen a támasztótest beesztergálásával van kialakítva, és a nyomástámogatás mögött vagy kenõkamraként szolgál a tömítõajak számára, vagy egymás mögött elrendezett tömítéseknél szabad térként szolgál a szomszédos tömítés ferdén álló tömítõajka számára. A találmány egy elõnyös továbbfejlesztése szerint a támasztótest a membrántesttõl távolabb esõ homlokoldalán egy tengelyirányban könyökösen kihajlított, radiálisan kívül elhelyezkedõ tartományba megy át, amely a központosító részt képezi. Az alábbiakban a találmány egy kiviteli alakját ismertetjük részletesebben a mellékelt rajz alapján. A rajzon az 1. ábra egy csapágyházba beillesztett radiális tengelytömítõ gyûrû tengelyirányú metszetét mutatja, a 2. ábra a radiális tengelytömítõ gyûrû 1. ábrán bekeretezett A tartományának felnagyított nézete, míg a 3. ábra a radiális tengelytömítõ gyûrû 1. ábrán bekeretezett B tartományának felnagyított nézete. Amint az az 1. ábrából kitûnik, a találmány szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû egy 1 membrántestbõl és egy 2 támasztótestbõl áll, amelyre az 1 membrántest elõfeszítéssel van ráhúzva. Az 1 membrántest és a 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 2 támasztótest lényegében tárcsaszerûen van kialakítva, ahol az 1 membrántest a 2 támasztótest egyik 3 homlokoldalán fekszik fel. Az 1. ábrán bemutatott elrendezésnél a radiális tengelytömítõ gyûrû egy 4 csapágyházba van beépítve, ahol ez a gyûrû a 4 csapágyház belsõ oldalán sajtolóillesztéssel fekszik fel. A radiális tengelytömítõ gyûrû 4 csapágyházban való központosításához és a 4 csapágyházzal szembeni fémes letömítéséhez a 2 támasztótest egy központosító résszel rendelkezik, rajta egy radiálisan kívül húzódó 6 peremmel, amely a 4 csapágyház radiálisan belül húzódó oldalán meghatározott elõfeszítéssel fekszik fel. Az központosító részt a 2 támasztótestnek egy, az 1 membrántesttõl távolabb esõ homlokoldalon könyökösen kihajlított, radiálisan kívül elhelyezkedõ tartománya képezi. Az központosító rész axiálisan kívül elhelyezkedõ homlokoldalán a 2 támasztótest a 4 csapágyház egy radiálisan befelé tájolt tartományán fekszik fel. Az 1 membrántest egy, a 2 támasztótest radiális külsõ oldalán elrendezett 7 horonyba illeszkedik, miáltal ahhoz képest axiális irányban rögzítve van. Használaton kívüli állapotban az 1 membrántest radiálisan kifelé nézõ palástfelülete kifelé kiáll az 1 membrántest által be nem vont központosító rész radiális palástfelületéhez képest. Ha a radiális tengelytömítõ gyûrût bepréseljük egy 4 csapágyházba, akkor az 1 membrántest a radiális külsõ oldalán szintén meghatározott elõfeszítéssel fekszik fel a 4 csapágyház radiálisan befelé nézõ oldalán. A radiális tengelytömítõ gyûrû csapágyházba való bepréselésekor az központosító rész által a tömítõgyûrû pontos rögzítését érjük el a 4 csapágyházban, és a tömítõgyûrût rendkívül pontosan központosítjuk a tengely középtengelyéhez képest. Ezáltal azt érjük el, hogy a 2 támasztótest és a 9 tengely közötti 8 tömítõrés a teljes kerületre kiterjedõ azonos mértékkel rendelkezik. A 2 támasztótest és az központosító rész egy darabot képezõ esztergált fémalkatrészként van kialakítva. Ezen alkatrész könyökös meghajlítása révén a2támasztótest 1 membrántesttõl távolabb esõ homlokoldalán egy radiálisan befelé nyitott 10 fészket alakítunk ki. Az központosító rész és a 4 csapágyház közötti fémes letömítés leginkább a 2. ábrán látható felnagyított nézetbõl vehetõ ki. Amint az az 1. ábrából, és felnagyított ábrázolásban fõként a 3. ábrából kitûnik, az 1 membrántest a radiálisan belül levõ végén egy, a 2 támasztótesttõl elálló, ferdén beállított 11 tömítõajakkal rendelkezik. A 11 tömítõajak egy viszonylag rövid felülettel fekszik fel a 9 tengelyen. A 11 tömítõajak alátámasztására a 2 támasztótest a radiálisan belül levõ végén, a 11 tömítõajakkal átellenben, egy, a 9 tengely furatának 12 fala felé megdöntött 13 támasztófelülettel rendelkezik. A 13 támasztófelület állásszöge, vagyis a 13 támasztófelület és a tengely furatának 12 fala közötti szög, egy radiális tengelytömítõ gyûrût magában fogla- 3
1 HU 006 281 T2 2 ló, központi síkban elhelyezkedve, 0 ±2 ¹ot tesz ki. Kitûnt, hogy egy ilyen állásszög optimális nyomástámogatást biztosít, amennyiben a tribológiai rendszer a teljes fordulatszám- és nyomástartományban, amely a radiális tengelytömítõ gyûrû pl. egy kompresszorban való mûködéséhez elõ van irányozva, messzemenõen zavartalan, vagyis optimális tömörség mellett egy viszonylag csekély súrlódási ellenállás marad fenn. Ahhoz, hogy az 1 membrántest elasztomer anyagának egy továbbra is a lehetõ legkisebb 14 résextrúzióját érjük el a 8 tömítõrésben nagy anyagtömörítés mellett a tömítõrés belépési tartományában, a rádiusz a 13 támasztófelület és a 2 támasztótest furatának 12 fala közötti átmenetben, egy, a radiális tengelytömítõ gyûrû középtengelyét tartalmazó síkban elhelyezkedve, 0,1 0,0 mm¹t tesz ki. Az s résszélesség nagysága itt 0,03 0,01 mm. Az elasztomer anyag erõs tömörítése következtében az 1 membrántestbe diffúzióval behatoló CO 2 csak egy rendkívül csekély mennyiségben, amely messze a fennálló szabványok elõírt értéke alatt marad, képes behatolni a tömítõrésbe és kijutni a kompresszorból. A csekély 14 résextrúzió a 8 tömítõrés bemeneténél különösen a 3. ábrán van jól láthatóan feltüntetve. Az 1 membrántest elasztomer anyaga, például HMBR belé ágyazott MOS 2 -részecskéket tartalmaz, egy viszonylag csekély % 2% töltöttségi fokkal. Ezáltal lecsökken a 11 tömítõajakból a kompresszor nagy fordulatszámainál kilépõ kenõanyag-részecskék száma, és messzemenõen kiküszöböljük egy 1 tömítõnyom felkenõdését a 9 tengelyen, ily módon javul a tömítettség a 8 tömítõrés tartományában. Annak érdekében, hogy kiküszöböljük a kopást az 1 membrántest túl nagy csavarófeszültségei, illetve elcsavarodási szögei következtében a kompresszor nagy fordulatszámainál, egy viszonylag kemény rugalmas elasztomer anyagot alkalmazunk, amelynek Shore A keménysége 90 és 9 között van. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Radiális tengelytömítõ gyûrû, amely egy membrántestbõl (1) és egy támasztótestbõl (2) áll, amelyre a membrántest (1) fel van erõsítve, ahol a támasztótesten (2) egy radiálisan kívül húzódó peremmel (6) rendelkezõ központosító rész () van elrendezve, amely perem nincs átfedve a membrántest (1) által, emellett a membrántestnek (1) a radiálisan belül elhelyezkedõ végén egy, a támasztótesttõl (2) elálló, ferdén beállított tömítõajka (11) van, ugyanakkor a támasztótest (2) a tengely (8) számára egy axiális furattal, és a tömítõajakkal (11) átellenben egy, a furat falához (12) képest ferde támasztófelülettel (13) rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a központosító rész () a radiális tengelytömítõ gyûrûnek egy csapágyházba (4) való beépítésénél a csapágyház (4) belsõ oldalához sajtolóillesztéssel illeszthetõ hozzá, ugyanakkor a támasztófelület (13) és a támasztótest (2) furatának fala (12) közötti szög ( ), egy a radiális tengelytömítõ gyûrû tengelyét 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 tartalmazó, központi síkban elhelyezkedve, 4 és közötti nagyságú. 2. Az 1. igénypont szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztófelület (13) és a támasztótest (2) furatának fala (12) közötti szög ( ) 48 és 2 közötti nagyságú. 3. Az 1. igénypont szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztófelület (13) és a támasztótest (2) furatának fala (12) közötti szög ( ) 49 és 1 közötti nagyságú. 4. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztófelület (13) és a támasztótest (2) furatának fala (12) közötti átmenetet képezõ rádiusz, egy a radiális tengelytömítõ gyûrû középtengelyét tartalmazó, központi síkban elhelyezkedve, 0,1 és 0,3 mm közé esik.. A 4. igénypont szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a rádiusz 0,1 és 0,2 m közé esik. 6. A 4. igénypont szerinti radiális tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a rádiusz 0,1 és 0,2 mm közé esik. 7. Az 1 6. igénypontok bármelyike szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy az elasztomer anyagból álló membrántest (1) a bele ágyazott MOS 2 - részecskék tekintetében 3% és 7% közötti töltöttségi fokkal rendelkezik. 8. A 7. igénypont szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a töltöttségi fok 3% és % közé esik. 9. Az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a membrántest (1) 8 és 9 közötti Shore A keménységgel rendelkezik. 10. A 9. igénypont szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a Shore A keménység 90 és 9 közé esik. 11. Az 1 10. igénypontok bármelyike szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a membrántest elõnyösen rá van húzva a támasztótestre (2) és egy, a támasztótest (2) radiálisan külsõ oldalán elrendezett horonyba (7) illeszkedik. 12. Az 1 11. igénypontok bármelyike szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a központosító rész () a támasztótesttel (2) egy darabot képezõ módon van kialakítva. 13. A 12. igénypont szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztótest (2) és a központosító rész () egy darabot képezõ esztergált fémalkatrészként van kialakítva. 14. Az 1 13. igénypontok bármelyike szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztótest (2) a membrántesttõl (1) távolabb esõ homlokoldalán egy radiálisan befelé nyitott fészekkel (10) rendelkezik. 1. A 14. igénypont szerinti tengelytömítõ gyûrû, azzal jellemezve, hogy a támasztótest (2) a membrántesttõl (1) távolabb esõ homlokoldalán egy tengelyirányban könyökösen kihajlított, radiálisan kívül elhelyezkedõ tartományba megy át, amely a központosító részt () képezi. 4
HU 006 281 T2 Int. Cl.: F16J 1/32
HU 006 281 T2 Int. Cl.: F16J 1/32 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest