CN108730521B

CN108730521B - 密封组件

Info

Publication number: CN108730521B
Application number: CN201810312324.7A
Authority: CN
Inventors: 马提亚斯·克雷布斯
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: US11512779B2; US20180306326A1; CN108730521A; DE102017206770A1

Abstract

本发明涉及一种密封组件，用于密封能够相对于彼此运动的两个机器部件，包括以下特征：滑动环，其包括密封表面，至少设置在不运动的机器元件中，用于密封地抵接在所述机器元件中的一个机器元件的对立表面上；预紧环，通过该预紧环，朝向所述对立表面作用的力能够施加在所述滑动环上。所述滑动环在所述密封表面中包括多个在周向上间隔开的凹部，所述凹部沿轴向和径向延伸到所述滑动环中。所述凹部在轴向上以及在周向上并入所述密封表面。

Description

密封组件

技术领域

本发明涉及一种密封组件，用于密封能够相对于彼此运动的两个机器部件。

背景技术

旋转分配器例如被用在建筑机械中，以便将例如液压流体和/或润滑剂等的介质分配在各个通道中，使得它们能够被引导到机械的对应点。这里通常必要的是，在高压下通过中心分配装置从中心点(例如储存器)分配介质，在个别情况下，所述高压可达数百巴(bar)。

已知的旋转分配器的实施方式包括被支撑在座(/壳体)(housing)中的轴，其被多个通道穿过(traversed)，使得待分配的介质能够在高压下被泵送到通道中。这里，轴执行旋转或枢转运动，由此一个或多个通道能够接收和输送介质。在这种应用中，必要的是相对于彼此地密封各个通道以及在旋转或枢转轴上相对于环境地密封各个通道，以便防止介质从环境渗入到机器的内部以及防止待被旋转接头引导的介质对环境的污染。由于在两个对应相邻通道、或者端部通道与环境和内部之间的高压力差(数百巴)和高滑动速度的结合，该应用对密封提出了高要求。在所有可能的运行状态下，必须确保旋转轴的可靠密封并且在大程度上(largely)防止泄漏。

由现有技术已知部分满足这些要求的密封组件。

因此，例如由DE10145914A1已知一种密封组件，其中密封环包括抵靠在轴上的密封表面。密封环被夹紧环压在轴上。这两个环都被支撑在座的槽中。在高压下，密封环变形，使得额外的(additional)密封边缘抵接在低压侧的轴上。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的密封件。

该目的通过本发明的优选示例性实施方式来实现。提供了一种密封组件，用于密封能够相对于彼此运动的两个机器元件，包括以下特征：

-滑动环，其包括密封表面，(滑动环)至少设置在不运动的机器元件中，用于密封地抵靠在所述机器元件中的一个机器元件的对立表面(counter-surface)上，

-预紧环，朝向所述对立表面作用的力能够通过该预紧环而施加在所述滑动环上，

-所述滑动环在所述密封表面中包括多个在周向上间隔开的凹部，所述凹部沿轴向和径向延伸到所述滑动环中。

相对于彼此运动的机器部件例如可以是旋转轴和围绕轴的座，这正如可以在许多应用中发现的那样。间隙通常位于座与轴之间，使得轴能够执行旋转或枢转运动。在该示例中，预紧环和滑动环可以设置在座的槽中，其中滑动环的密封表面被朝向轴定向。包含有介质(例如润滑剂或液压流体)的座的内部通过密封组件而与环境密封，使得介质不会逸出。同时或作为另一种选择，外部颗粒和液体可以被保持远离内部和介质的环境。

由于预紧环的缘故，滑动环受到将密封表面压向对立表面的力。在静止轴(/轴静止)的情况下，密封表面被压靠在对立表面上，使得实现了密封效果。相反地，在轴运动的情况下，密封表面与轴的对立表面的直接接触将会导致高磨耗。因此在这种动态的情况下，薄膜被产生在密封表面与对立表面之间。为此目的，限定量的介质被从座泵送到滑动环下方。这里必要的是引入对于应用和在内部与环境之间存在的压力状况而言精确调节的一定量的介质，使得能够最大程度地防止泄漏。

由于介质的粘附力(adhesive forces)和粘性(viscosity)，因此在轴运动的情况下，该介质被使得与轴一起并如此在滑动环面对内部的轴向端上平行地沿着运动。这里在典型应用中，在内部存在例如400巴的压力，这对密封组件产生了高要求。另外，介质位于凹部中，其中由于凹部在滑动环中轴向和径向延伸，因此不仅与滑动环的侧部(side)平行地在滑动环中引导，而且还以垂直运动分量流入到密封边缘的由凹部形成的部分中。由此在该部分中，在位于运动方向后方的凹部中产生介质在密封表面下方的主动(active)泵送作用。介质从该边缘扩散(spreads)到密封表面下方，使得形成润滑膜并且防止密封件磨耗。

还有利的是以下情况：预紧环和滑动环设置在座的槽中，使得内部的压力还可以作用在预紧环上。预紧环被构造成使得施加在预紧环上的压力增大导致施加在滑动环上的力增大。随后滑动环被更强力地压到对立表面上，因此增强了密封效果。

密封表面朝向径向外侧抵靠运动的机器部件作用的密封组件类似地起作用。因此本发明可以用于向内和向外的密封应用。

优选的是，所述凹部在轴向上以及在周向上并入(merge)所述密封表面。由此产生了改善的和限定的介质的泵送效果。

在本发明的一个有利实施方式中，所述凹部的内表面与所述密封表面在周向上形成10°至35°的角度。在内表面的切线(该切线位于内表面的接触点)与相应的密封表面的切线(这两个角度作为相邻角度一起必要地产生180°)形成的两个角度中，在这里和以下，所述角度应是这样的角度：不在滑动环几何结构内的角度。在待密封的轴的示例中，这还可以被称为内表面的切线与轴表面或对立表面的切线形成的角度。在当前情况下，该角度落在凹部内，因此(凹部)朝向密封表面逐渐变小。由于相对平坦的角度范围，因此导致了改善的泵送效果。角度将根据应用而进行适配(/调整)。

在本发明的一个有利实施方式中，所述凹部的内表面与所述密封表面在轴向上形成35°至55°的角度。在轴向上，将实现最大可能的密封效果，使得与周向相比更陡的角度在这里是有利的。这里也存在凹部沿该方向逐渐变小的情况，然而并不像在周向上那么强烈明显。

在本发明的一个有利设计中，滑动环的轴向外表面(该轴向外表面位于凹部之间)被构造成使得它们与密封表面形成70°至90°之间的角度。这里密封效果被最大程度地选择，以便在很大程度上防止泄漏。具有90°角的密封边缘将是特别优选的，然而由于制造技术的原因很少被使用。然而，在80°的角度的情况下就已经确保了足够高的密封效果。角度落在70°至110°之间的实施方式也是可行的。

在本发明的一个有利实施方式中，所述凹部在轴向上被构造为弓形(/弧形)(arcuate)。因此导致沿着凹部的弓形边缘的更为均匀以及更为限定的润滑剂进入滑动环下方。这种凹部制造起来也可以毫不费力。

在本发明的一个有利设计中，凹部在径向上被构造为弓形。由此产生更为均匀的压力建立，这对泵送效应产生积极的影响。

所述凹部总体上被构造成碗形，例如，形状为圆柱形外表面的一部分，如四分之一球面或者如四分之一椭球。

在本发明的一个有利设计中，所述凹部形成在所述滑动环的两个轴向侧。在这方面，密封组件是双作用的并因此可以在两个方向上密封。

在本发明的一个有利设计中，所述滑动环的外表面和所述凹部的内表面与所述密封表面一起形成本质上(/大致)在周向上延伸的密封边缘，该密封表面类似于波(状)地形成。由此这里应当理解的是，由于(存在)弓形凹部，因此密封边缘的基本圆形结构包含从圆形轴向延伸的波状部分。

在本发明的一个有利实施方式中，相对的凹部在周向上相对于彼此偏移地设置。由此在凹部之间始终能够获得足够宽的密封表面。

在本发明的一个有利设计中，滑动环位于预紧环的径向内侧，并且预紧环在滑动环上施加径向向内的作用力。这对于向内密封的应用来说是有利的。

附图说明

在以下示例性实施方式中结合附图解释本发明的进一步优点和设计。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的密封组件。

图2示出了处于安装状态的密封组件的详细图。

图3示出了密封组件的详细图。

图4示出了密封组件的截面图。

图5示出了密封组件的侧视图。

附图标记说明

1 座

3 轴

5 外表面

7 间隙

9 槽

11 夹紧环

13 密封环

15 密封表面

17、17’ 孔穴

18 润滑膜

19 密封边缘

20 槽

21 侧表面

23、25 箭头

27 隆起

U 环境

H 高压侧

α 角度

β 角度

γ 角度

具体实施方式

在图1中示意性地示出了本发明的优选实施方式。轴3可旋转(/可转动)地设置在这里仅部分地示出的座(/壳体)(housing)1中。在座1与轴3的外表面5之间存在有间隙7。轴3(在其外径方面)的尺寸被相应地设置成使得其能够以无接触(contact-free)的方式定位在座1中的开口内。在座1中形成有槽9，根据本发明的一个实施方式的密封组件能够布置在槽9中。密封组件包括夹紧环11和被实施为滑动环的密封环13。夹紧环11例如由橡胶弹性体制成。根据具有合适耐温度性或耐化学性的应用参数来具体选择合适的材料。夹紧环11的尺寸被设置成使得其固定地座落(sits)在槽9中。夹紧环11密封地抵接在槽9的外表面上。密封环13例如由聚氨酯或者由填充有PTFE的碳或玻璃纤维基质(matrix)制成。密封环13包括与外表面5接触的密封(表)面15，密封表面15在轴3停止期间以接触的方式抵接在外表面5上。

密封环13的外径与夹紧环11的内径相匹配，使得通过夹紧环11在密封环13上施加径向向内的作用力，密封环13布置在夹紧环11内。因此密封环13被夹紧环11挤压，使得其密封表面15压到轴3的外表面5上。如此在静止的轴3的情况下实现了高的密封效果。填充有介质(例如液压流体)的高压区域H通过该密封组件而被与环境U隔离开(/封闭)(sealedoff)。在图1中示意性地示出了润滑膜18，润滑膜18因轴3在密封环13与轴3之间旋转而形成。润滑膜18由高压区域H所填充有的介质构成。在典型应用中，润滑膜18具有0.05至0.20mm的厚度，并且在图1中没有按比例绘出，而是明显过厚。

为了展开(develop)润滑膜18，在密封环13中沿着圆周形成有(多个)孔穴(caverns)17，在下面的图中解释孔穴17的功能(/作用)。

在图2中，又绘出了在没有轴3的情况下的密封组件。孔穴17形成在密封环13的轴向端的两侧，并以碗状的方式从密封环13的密封边缘19沿径向和轴向这两者延伸到密封环13内。基本形状为圆形的密封边缘19在轴向上包括弓形部分(/弧形部分)(arcuatesections)。因此密封边缘19具有波状路线。对应的相对孔穴19沿着圆周略微偏移，使得在它们之间仍存在具有足够宽度的密封表面15，使得在高压时密封环15到间隙7的挤压(extrusion)被尽可能最小化。

为了优化密封功能，当在区域H中建立起压力时，介质沿轴向在密封环上施加增大的压力。另外，介质渗透到槽9中或者还将槽9内部的压力施加到夹紧环11上。由此夹紧环11变形并且其本身(for its parts)在密封环13上施加增大的压力。结果密封环13被更强地压在轴3上，使得加强了其密封效果。另外，夹紧环11密封了槽9的内表面，使得介质也无法从这里逸出。

图3中示出了密封组件的另一视图。在沿其圆周的至少一个点处，密封环13包括槽20，槽20在径向上连接到孔穴17中的一者的外侧并朝向夹紧环11延伸。在相对(comparatively)窄的槽9中，可能发生的是密封环13通过其侧表面21而粘附(/贴附)于槽9的壁，因此无法在夹紧环11上施加增大的压力。然而，槽20确保了即使在密封环13的这种粘附的情况下，压力也能够经由槽20作用在夹紧环11上。

在轴3的旋转或枢转运动期间，必要的是润滑密封表面15。润滑膜的展开(development)基于孔穴17’中的一者而示出。在轴3旋转的情况下(在所选的示例中沿箭头23的方向)，位于轴3的外表面5附近的区域H中的介质因粘附力和粘性而被与轴一起携带(/保持)(carried)；因此沿箭头23的方向作用的力被施加在介质上。导致介质沿相同方向运动。在孔穴17’中，以及在面对区域H的所有其它孔穴17中，运动的介质出现在在下方绘出并通过较粗的线突出显示的区域19’中的密封边缘19上。在该区域中，所述力具有与密封边缘19垂直的分量，因此与渐缩的(tapering)孔穴17’结合，实现了介质在密封表面15下的渗透(其由多个箭头25表示)。

在图4中，示意性地绘出了密封组件的截面图。夹紧环11位于密封环13的径向外侧并将密封环13的密封表面15压到轴3的外表面5上。夹紧环11径向向内略微渐缩并且位于密封环13的外表面上的由两个环形隆起(elevations)27形成的径向凹部中。如此夹紧环11被在轴向上固定在密封环13上。

密封环13的轴向侧表面21与外表面5形成尽可能接近90°的角度β，以便实现尽可能高的密封效果。现实值(realistic values)落在75°至90°之间；大约80°的值已经产生了良好的密封效果。因此在非旋转轴3(/轴3不旋转)的情况下，确保了密封组件的最大密封性(/紧密性)(tightness)。即使在旋转轴3(/轴3旋转)的情况下，也能够确保对介质中高压的高密封性。

图4的截面被截取成使得其恰好落在孔穴17’的中心。在其中心，即在图示的截面平面中，孔穴17’的内表面31与密封表面15或外表面5形成了在30°至55°的角度α。它们优选为45°。如此实现了在轴向上足够的密封效果。

在图5中，部分地(sectionally)绘出了密封组件的侧视图。

孔穴17的(与外表面5相邻的)边缘与密封表面15或外表面5形成在10°至45°之间的角度γ。特别是，孔穴17的边缘在密封环的轴向外侧形成在15°至30°之间的角度。如此该角度明显小于在密封环13的侧表面21与轴3的表面之间的角度。因此润滑剂能够容易地从孔穴17渗透到密封表面15下方。

还示出了另一槽20，该另一槽20不连接到孔穴17，而是独立于孔穴17地设置。通过槽20防止了密封环13到槽的侧表面的粘附。

由于孔穴17，密封边缘19不是在径向上为圆形(radially rounded)，而是在其整个圆周上密封地抵靠在轴3的外表面5上(或者在润滑膜上滑动)。因此即使对于轴向运动组成部件(movement components)以及对于静态应用轮廓(/静态应用配置情况)(application profiles)来说也能够实现高的密封效果。

在一个作为另一种选择的示例性实施方式中，密封件被实施为向外侧的密封(outwardly sealing)；因此该结构是另一种围绕(/关于)径向的方式(/在径向上相反)(the other way around radially)。位于外侧的可运动部件通过类似作用的密封组件而被静态和动态地密封。

本发明可以有利地用于机械工程的所有领域中的所有类型的旋转分配器，尤其是用于根据ISO 3320和ISO 7425的安装空间。其它的使用领域是移动液压装置的旋转接头、食品工业中的灌装系统、石油和天然气生产中的钻探设备以及机器人技术。

在优选实施方式中，密封环或滑动环由热塑性塑料构成，该热塑性塑料包括高比例的具有大约57肖氏D硬度的填充有固体润滑剂的聚氨酯弹性体。然而，夹紧环例如由丁腈橡胶(NBR)构成。有利的是，夹紧环具有矩形轮廓截面，使得能够在座中实现固定且牢固防旋转的座落(secure-against-rotation seat)。它不能在安装空间内扭曲，并且能够容易地通过机加工以及通过成型工具这两者来制造。对于载荷不太严重的情况，也可以使用O形圈作为预紧元件。

Claims

1.一种密封组件，用于密封能够相对于彼此运动的两个机器部件，包括以下特征：

- 滑动环，其包括密封表面，至少设置在不运动的机器部件中，用于密封地抵接在所述机器部件中的一个机器部件的对立表面上，

- 预紧环，通过该预紧环，朝向所述对立表面作用的力能够施加在所述滑动环上，

- 所述滑动环在所述密封表面中包括多个在周向上间隔开的凹部，所述凹部沿轴向和径向延伸到所述滑动环中，

其中，所述凹部被构造为使得密封介质在所述滑动环的密封边缘的由所述凹部形成的部分处在与所述密封边缘垂直的力的作用下以被位于运动方向后方的凹部主动泵送的方式运动以渗透到所述密封表面下。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述凹部在轴向上以及在周向上并入所述密封表面。

3.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述凹部的内表面在周向上以10°至35°的角度并入所述密封表面。

4.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述凹部的内表面在轴向上以35°至55°的角度并入所述密封表面。

5.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述滑动环的位于所述凹部之间的轴向外表面以70°至90°的角度并入所述密封表面。

6.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述凹部在轴向上为弓形。

7.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述凹部在径向上为弓形。

8.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述滑动环的轴向外表面和所述凹部的内表面与所述密封表面一起形成本质上在周向上延伸的密封边缘，该密封表面呈波形。

9.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述凹部形成在所述滑动环的两个轴向侧。

10.根据权利要求9所述的密封组件，其特征在于，相对的凹部被布置成在周向上相对于彼此偏移。