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CN1314913C - 密封圈 - Google Patents

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CN1314913C CNB031091652A CN03109165A CN1314913C CN 1314913 C CN1314913 C CN 1314913C CN B031091652 A CNB031091652 A CN B031091652A CN 03109165 A CN03109165 A CN 03109165A CN 1314913 C CN1314913 C CN 1314913C
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diaphragm
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M·韦科
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
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Abstract

密封圈包括一支撑圈(1)和一在其上固定的密封片(2)，后者以沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部(4)接触待密封的轴(3)，该伸出部(4)至少在接触轴(3)的部分(5)设有至少一条螺旋形延伸的槽(6)用以向被密封的腔室(7)的方向回输被密封的介质，其中槽(6)具有梯形轮廓和/或槽(6)的横截面大于每一隔条(17、17.1、17.2……)的横截面，该隔条将连续的各圈螺旋(16、16.1、16.2……)彼此分开。

Description

密封圈
技术领域
本发明涉及一种密封圈。
背景技术
一般地例如由DE 10033446 A1已知一种密封圈。该已知的密封圈包括一支撑圈和一在其上固定的弹性体材料制的密封片，后者以沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部贴紧地包围待密封的轴。密封片在伸出部接触轴的部分具有螺旋形延伸的槽用以向被密封的腔室的方向回输被密封的介质。限定槽的各侧面彼此平行地设置。由槽底构成的底面基本上以半圆形剖面连接侧面，其中槽的横截面比使连续的各圈螺旋彼此分开的每一隔条的横截面小得多。
这样的结构的缺点是，回输能力-特别是在待密封轴的高转速的情况下，受小的槽的流动横截面的限制。来自被密封的介质的油垢和悬浮颗粒可能积聚在槽内并从而进一步减小本来就小的流动横截面。梯形槽与U形槽相比的优点在于，可以防止被密封的介质的流动部分在螺旋槽内中断。通过使流动不在螺旋槽内中断，小质粒形式的悬浮颗粒也不积聚在螺旋槽内，不在螺旋槽内发热、焦化并从而不堵塞螺旋槽。
发明内容
本发明的目的在于，避免上述缺点。特别是应该提高在高转速下和在长时间运行过程中的回输能力并应该避免油垢积聚。按照本发明的密封圈应该具有改善的使用性能同时有较长的使用寿命。
该目的按照本发明利用这样一种密封圈来实现，它包括一支撑圈和一在其上固定的密封片，所述密封片在使用中以沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部接触待密封的轴，该伸出部至少在接触轴的部分设有至少一条槽用以向被密封的腔室的方向回输被密封的介质，其特征在于，所述槽在密封片的变形状态下螺旋形地延伸并具有一个这样的梯形轮廓，即使得密封片在变形状态下具有相对轴的圆柱形接触表面，所述接触表面沿轴向方向在两侧由圆锥形的相互倾斜的槽的侧面限定并且侧面通入圆柱形的构成槽底的底面，并且槽的横截面大于使连续的各圈螺旋彼此分开的每一隔条的横截面。
为了达到这个目的，密封圈设有一支撑圈和一固定在其上的密封片，后者以沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部接触待密封的轴，该伸出部至少在接触轴的部分设有至少一条螺旋形延伸的槽用以向被密封的腔室的方向回输被密封的介质，其中槽具有梯形轮廓并且其横截面大于使连续的各圈螺旋彼此分开的每一隔条的横截面。与开头所述现有技术的密封圈截面相比，槽的梯形轮廓具有优点。
由于槽的梯形轮廓被密封的介质的回输能力比U形轮廓的螺旋槽提高的三分之一。由于该螺旋没有流动技术上的死区和没有锐角与棱边，即使在极长的运行时间以后仍保持这样的提高的回输能力。这样的螺旋槽不大容易积聚油垢。
通常，密封片可以由聚合物或弹性体材料制造。密封片可以例如由弹性体或聚四氟乙烯(PTFE)复合物制造。或者，密封片材料是热塑性塑料、交联的热塑性塑料或热固性塑料。根据应用场合的相应的实际情况密封片向待密封的腔室的方向或反向于待密封的腔室，即向环境的方向成喇叭弯曲。但总是通过螺旋形延伸的槽的各自的构形形成被密封的介质向被密封的腔室的方向的回输。
按照一有利的结构可以设定，密封片具有相对轴的圆柱形接触表面，其沿轴向方向在两侧由圆锥形的相互倾斜的槽侧面限定并且各侧面通入圆柱形的构成槽底的底面。接触表面和底面均彼此平行地延伸并且对应于槽为螺旋形的。由于基本上平面地构成的底面，与具有半圆形圆弧的槽底的底面相比其优点是，得到较大的槽宽，而槽没有不必要的深度。很深的槽将难以制造并不希望地削弱密封片。
各侧面通过倒圆角与各接触表面和底面分开。避免槽内的突然的方向变化的优点是，可以将油垢积聚的危险减到最小。
在尽可能简单和低成本的制造性方面全部的倒圆角可以具有基本上一致的半径。
倒圆角的半径可以为0.05至0.2mm。这样的范围的优点是，一方面该半径大到足以避免在流动技术上的死区和油垢在槽内的积聚，同样可避免侧面与槽底之间的过渡区的缺口效应/应力集中。另一方面槽的横截面不会不希望地被强烈限制。如果半径小于0.05mm，则将增加油垢积聚和不希望的缺口效应的危险，相反如果该半径大于0.2mm，则将不希望地减小槽的流动横截面。
槽可以包括多圈螺旋。借此改进向被密封的腔室的方向回输被密封的介质的效果。此外其优点是，密封片的密封部分的多圈螺旋贴紧轴，借此减小单位压紧力，而不减小回输量。
槽的横截面大于使连续的各圈螺旋彼此分开的每一隔条的横截面。这样的尺寸比例对于即使在高转速下也能得到槽的提高的回输能力是需要的。如果例如槽槽截面与一隔条的横截面之比例至少为1.5，则在规定的密封圈的应用时获得一被密封的介质向被密封的腔室的方向的回输能力，该回输能力在被密封的轴的转速处于约6000r/min的水平时比在可对比的上述比例为1或更小的密封圈中大30％。由于该比例大于1该被密封的介质向被密封的腔室的方向的提高的回输能力即使在极长的运行时间以后仍保持不变，因为在很长使用寿命的过程中即使通常的油垢积聚量对槽的流动横截面的大小并从而对密封圈的使用性能也只具有微不足道的影响。
槽的轮廓可以构成为等腰的。其优点是，用于等腰梯形的成型工具可由不多的加工刀具和不多的工序低成本地制造。
按照另一结构，其可能性在于，槽的轮廓构成为不等腰的。与具有等腰轮廓的槽相比，其优点是，不等腰梯形在密封位置产生提高的润滑剂量的情况下具有较大的回输效果。
槽可以构成单线螺纹或多线螺纹的组成部分。制造较简单的单线螺纹还具有优点，即少量来自环境的空气被吸入组件。单线的螺旋槽优选用于马达密封。其中运行条件大多为喷油并且在马达内有小的脉动的负压。
相反，如果要密封处于密封位置的油面并且组件内有小的过压，则优选利用构成为多线螺纹的组成部分的槽。
优选槽的深度为密封片的厚度的15至75％。如果该深度为密封片的厚度的35至45％，则获得密封环的进一步改善的使用性能。如果槽深度小于密封片的厚度的15％，则回输能力由于较小的流动横截面不希望地大大限制。相反，如果槽深度大于密封片厚度的75％，则密封片在槽区域内剩余的厚度很小。因此密封片在接触轴的部分的径向压紧力也只是比较小的，从而在密封圈的规定的应用过程中在该区域可能出现泄漏/不密封。
槽深度可以为0.2至0.4mm，优选为0.25至0.28mm。对于按照本发明的密封圈的大多数应用和尺寸，这样的深度是特别有利的。
槽的连续的各圈螺旋的螺距可以为0.4至0.8mm。优选该连续的各圈螺旋的螺距为0.5至0.7mm。在0.4至0.8mm的槽螺距中优选0.5至0.7mm的优点是，有足够多的螺旋圈数贴紧轴。
槽螺距小于0.4mm时的缺点是，用于充分的回输的螺距过小。
相反，该螺距大于0.8mm时的缺点是，特别是在沿轴向方向短的部分，即成喇叭状变形的伸出部贴紧地接触待密封的轴的部分，只能有不多的螺旋圈数，因此不希望地限制了被密封的介质向被密封的腔室的方向的回输效果。
密封片在其背离槽的一侧具有基本上光滑平坦的表面。因此在制造技术方面该密封片可特别简单和低成本地制造。
相反，也可能使密封片在其背离槽的一侧具有基本上波形的表面。因此取得加大的表面(积)，由此改善从大的基本上波形的表面向环境的热传导，从而在延长的使用寿命的同时得到改善的密封片的使用性能。因此减小油垢的形成。
密封片可由PTFE制造。由这样的材料制成的密封片对大多数被密封的介质是稳定的并且具有特别好的使用性能同时有很长的使用寿命。在一定的微不足道的开始磨损以后，密封片的表面在接触被密封的轴的部分的区域内被上漆(glasiert)并从而变成有特别抗力的。此外，PTFE在变形以后力图重新恢复其制造而形成的形状。因此在成喇叭状变形的伸出部的区域内即使没有辅助装置，例如螺旋拉簧环，在接触轴的部分上始终存在足够的变形的伸出部的压紧力。
密封片可以例如由聚苯硫醚(PPS)或聚酰胺(PA)制造。所述两种材料的优点是，很低的价格，并且可以特别好地成形螺旋形延伸的螺旋槽。
密封片还可以由全氟乙烯-丙烯塑料制造。与聚四氟乙烯相比，全氟乙烯-丙烯塑料制的密封片的优点是，这种材料可以注塑法加工。
此外有可能使密封片由全氟烷氧基共聚物制造。这种材料的优点是可以压铸法加工。
密封片可以由一种热塑性弹性体制造。其优点是可以无需昂贵的预处理连接到支撑圈上。
附图说明
以下借助于图1至3更详细地说明按照本发明的密封圈的实施例。其中：
图1以简图示出处于制造生成的未安装的状态下的密封圈；
图2以简图示出图1的在规定的应用时装入其安装空间的密封圈；以及
图3以放大图示出图1和2的密封片的局部剖面。
具体实施方式
在图1至3的实施例中示出一包括加强圈1的密封圈，其中密封片2固定到支撑圈1上。密封片2具有一沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部4，其以部分5在弹性预压下紧密地包围待密封的轴3。密封片2在其面向轴3的一面具有螺旋形延伸的槽6，该槽6构成一回输螺旋并且在轴旋转时向被密封的腔室7的方向回输被密封的介质。按照本发明的密封圈的有利的使用性能一方面归因于槽6的梯形轮廓而另一方面归因于槽6的横截面大于使连续的各圈螺旋16、16.1、16.2......彼此分开的每一隔条17、17.1、17.2......的横截面。槽6的梯形轮廓和/或槽6大于每一隔条17、17.1、17.2......的横截面之横截面形成大的流动横截面并因此实现被密封的介质向被密封的腔室的方面的高的回输能力。此外，在油垢形成时减少堵塞槽并因此影响密封圈的功能之危险。当密封圈具有梯形轮廓的槽6，并且槽6的横截面大于每一隔条17、17.1、17.2......的横截面时，可取得最好的效果。在约160℃范围内的高运行温度和在约6000r/min范围内的高转速的情况下密封圈的良好的使用性能即使在高的使用寿命下仍在最大程度上保持同样的好，同时大为减少油垢的形成，其中待密封介质例如可以是稠的油。
图1示出了密封圈的制造生成的状态。支撑圈1完全由聚合材料22包围并且在径向外侧形成一个相对于未示出的壳体的弹性密封件。支撑圈1设计为基本上T形，其中支撑圈1的径向伸出部23借助于聚合材料22与密封片2连接。
图2中示出图1的处于安装状态的密封圈。密封片2以其沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部4接触被密封的轴3的表面并且在该实施例中反向于被密封的腔室7，即向环境24的方向弯曲。
但与此不同也可以使密封片2向被密封的腔室7的方向弯曲，其中在这样的情况下也在密封片2面向被密封的轴的一侧设有槽6。
螺旋形延伸的槽6这样设计，使得向被密封的腔室7的方向回输被密封的介质。
图3中示出密封片2的放大的局部剖面，其中槽6具有梯形轮廓并且其横截面大于每一隔条17、17.1、17.2......的横截面，该隔条将连续的各圈螺旋16、16.1、16.2......彼此分开。
密封片2具有与轴3(接触)的圆柱形接触表面8，其沿轴向方向在两侧由圆锥形的相互倾斜的槽6的侧面9、10限定。
通过倒圆角12、13、14、15简化了工具制造并且得到流动技术上有利的横截面，由此避免了在槽6的各角部分的死区，在该死区由于流速不足，可能积聚油垢。
槽6的横截面对一个隔条17的横截面之比例在该实施例中为1.5，其中槽6的轮廓构成等腰的。
槽的深度为0.26mm。其相当于密封片2的厚度19的40％。槽6的连续的各圈螺旋16、16.1、16.2......的螺距20为0.6mm。其中被密封的轴3的直径在该实施例中为85mm。
根据应用场合的相应的实际情况槽6可以构成为单线的或多线的螺纹的组成部分。单线的螺纹可低成本地制造并且优选用于马达密封，以便在马达内有小的脉动的负压时密封喷油。
如果要在被密封的腔室7内有小的超(过)压时处于密封位置的一个油面，则优选采用多线螺纹的槽6。
所述的密封片特别好地柔性紧靠在被密封的轴3上并且即使在轴3有形状、位置和同心度的偏差的情况下也能可靠地密封。

Claims (25)

1.密封圈，包括一支撑圈(1)和一在其上固定的密封片(2)，所述密封片在使用中以沿轴向方向成喇叭状变形的伸出部(4)接触待密封的轴(3)，该伸出部(4)至少在接触轴(3)的部分(5)设有至少一条槽(6)用以向被密封的腔室(7)的方向回输被密封的介质，其特征在于，所述槽(6)在密封片的变形状态下螺旋形地延伸并具有一个这样的梯形轮廓，即，使得密封片(2)在变形状态下具有相对轴(3)的圆柱形接触表面(8)，所述接触表面沿轴向方向在两侧由圆锥形的相互倾斜的槽(6)的侧面(9、10)限定并且侧面(9、10)通入圆柱形的构成槽底的底面(11)，并且槽(6)的横截面大于使连续的各圈螺旋(16、16.1、16.2……)彼此分开的每一隔条(17、17.1、17.2……)的横截面。
2.按照权利要求1所述的密封圈，其特征在于，侧面(9、10)通过倒圆角(12、13、14、15)与接触表面(8)和底面(11)分开。
3.按照权利要求2所述的密封圈，其特征在于，全部的倒圆角(12、13、14、15)具有一个基本上一致的半径。
4.按照权利要求3所述的密封圈，其特征在于，倒圆角(12、13、14、15)的半径为0.05至0.2mm。
5.按照权利要求1所述的密封圈，其特征在于，槽(6)与一个隔条(17)的横截面之比例至少为1.5。
6.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)包括多圈螺旋(16、16.1、16.2……)。
7.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)的轮廓构成为等腰的。
8.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)的轮廓构成为不等腰的。
9.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)构成单线螺纹的组成部分。
10.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)构成为多线螺纹的组成部分。
11.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，槽(6)的深度(18)相当于密封片(2)的厚度(19)的15至75％。
12.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)的深度(18)为密封片(2)的厚度(19)的35至45％。
13.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)的深度(18)为0.2至0.4mm。
14.按照权利要求13所述的密封圈，其特征在于，所述深度(18)为0.25至0.28mm。
15.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，槽(6)的连续的各圈螺旋(16、16.1、16.2……)的螺距(20)为0.4至0.8mm。
16.按照权利要求15所述的密封圈，其特征在于，连续的各圈螺旋(16、16.1、16.2……)的螺距为0.5至0.7mm。
17.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)在其背离槽(6)的一侧具有基本上光滑平坦的表面(21)。
18.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)在其背离槽(6)的一侧具有基本上波形的表面(21)。
19.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由PTFE复合物制造。
20.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由PPS或聚酰胺制造。
21.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由全氟乙烯-丙烯塑料制造。
22.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由全氟烷氧基共聚物制造。
23.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由弹性体材料制造。
24.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由热塑性弹性体制造。
25.按照权利要求1至5之一项所述的密封圈，其特征在于，密封片(2)由交联的热塑性塑料制造。
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