CN103282702A - 径向轴密封环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向轴密封环(1)，其具有加固环(3)和与所述加固环(3)相连的弹性体件(5)，该弹性体件具有密封唇(9)，该密封唇具有第一密封部段(11)，其配设有螺纹形回流结构(13)用于在轴转动时使泄漏流体回流，并且该密封唇具有第二密封部段(15)，其具有圆柱壳形的密封面(19)用于气密地贴靠在静止的轴上，密封面(19)具有微型结构(17)。

Description

径向轴密封环

本发明涉及一种具有加固环和与加固环相连的弹性体件的径向轴密封环，该弹性体件具有密封唇，该密封唇具有第一密封部段，其具有螺纹形的回流结构用于在轴转动时使泄漏流体回流，并且密封唇具有第二密封部段，其具有圆柱壳形的密封面用于气密地贴靠在静止的轴上。

DE10 2007 036 625 A1描述了一种用于在用于轴的壳体部分通孔处密封设置用于按规定旋转的轴的密封元件，其具有加固元件和与加固元件相连的弹性体件，该弹性体件具有用于静态密封地贴靠在壳体件上的第一密封区域，并且该弹性体件具有第二密封区域，该第二密封区域具有设计并且设置用于密封地贴靠在轴上的密封部段，该密封部段具有螺纹形回流结构用于使泄漏流体回流至待密封的空间中，并且按规定地贴靠在轴上的密封部段在其自由的轴向端部设有在圆柱壳上延伸的、沿周向封闭的线，该线至少对于未旋转的轴来说设置用于密封地贴靠在轴上。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种径向轴密封环，其中在径向轴密封环运行中在具有良好密封性能的同时仍能在检验和测试目的时改善回流性能。

所述技术问题按本发明通过一种径向轴密封环解决，其具有加固环和与加固环相连的弹性体件，该弹性体件具有密封唇，该密封唇具有第一密封部段，其配设螺纹形回流结构用于在轴转动时使泄漏流体回流，并且密封唇具有第二密封部段，其具有圆柱壳形的密封面用于气密地贴靠在静止的轴上，其中圆柱壳形的密封面具有微型结构。

微型结构理解为位于第二密封部段的平滑的、亦即平坦的圆柱壳形密封面内的突起和/或凹槽，其中突起具有这样的高度和/或凹槽具有这样的深度，它们明显小于设计用于使泄漏流体回流的螺纹形回流结构的高度和/或深度。

微型结构尤其理解为位于第二密封部段的平滑的、亦即平坦的圆柱壳形密封面内的突起和/或凹槽，其具有小于0.1毫米，尤其小于0.08毫米，也就是小于80微米的高度和/或深度。

微型结构可以具有不同的造型，也就是图案。但是应这样设计微型结构，使得在待密封的流体空间(尤其是油室)和由其密封的周围环境或第一密封部段之间构成连接通道，第一密封部段配设螺纹形回流结构用于在轴转动时使泄漏流体(尤其是油)回流。

径向轴密封环通常设计具有密封部段，其配设螺纹形回流结构用于在轴转动时使泄漏流体回流，因此在轴转动时可再将泄漏流体、尤其是漏油回输到油室中。在这种设计方案中，回流结构贯穿密封唇贴靠在轴上的整个宽度，因此气体可以在密封唇和轴之间流过。因此在静止的轴中这种径向轴密封环不能气密地密封。因此在另一个常见的设计方案中，在流体区(或者油室)和密封部段(其配设螺纹形回流结构用于使泄漏流体回流)之间设置第二密封部段，该第二密封部段具有圆柱壳形密封面用于气密地贴靠在静止的轴上。为了实现气密性，该第二密封部段通常始终设计为平滑的，也就是平的。

因此弹性体件可包括第二密封区域，其具有设计和设置用于密封地贴靠在轴上的密封部段，该密封部段具有螺纹形回流结构用于使泄漏流体流回待密封的空间，并且按规定地贴靠在轴上的密封部段在其自由的轴向端部设有在圆柱壳上延伸的、沿周向封闭的线，所述线至少对于未转动的轴设置用于密封地贴靠在轴上。在此，在考虑到在密封性、寿命、摩擦和无效功率方面的使用特殊要求的情况下，这种密封元件提供了自动化装配的优点和通过连接在之后的漏气检查装置的核查。通过动态的密封区域由弹性体材料制成，密封部段尤其相对由PTFE构成的类似设计方案具有更高的弹性，由此由于密封部段(尤其是在圆柱壳上径向环绕的、在轴的对应配合面上沿周向封闭的线)的弹性贴靠性能而可以实现按规定的静态气密接触，由此又可以有利地实现已述的压力检查和/或真空检查。

通过按照本发明地设置第二密封部段，其具有圆柱壳形密封面用于气密地贴靠在静止的轴上，该密封面具有微型结构，在静止的轴上可以保持气密性并且在轴转动时改善了第一密封部段的回流性能，第一密封部段具有用于泄漏流体的螺纹形回流结构。在静止的轴中，泄漏流体或泄漏油在微型结构中静止，因此在静止状态中保持气密性。另一方面，微型结构确保了在轴转动时用于泄漏流体或泄漏油的通道，因此从第一密封部段的螺纹形回流结构流回的泄漏流体或泄漏油可以越过或通过第二密封部段，由此整体改善了径向轴密封环的回流性能。

借助按照本发明的微型结构则可以不必这样设计第二密封部段，使在轴转动时第二密封部段要悬浮才能实现泄漏流体或泄漏油的回流。借助按照本发明的微型结构可以这样设计第二密封部段，使其在轴转动时不悬浮或至少比对于平滑的圆柱壳形密封面的情况更少地悬浮。由此还可以整体上改善密封效果。

在所有按照本发明的实施形式中，泄漏流体例如可以理解为油。

所述微型结构可以设计用于构成通道，其在静止的轴中由于沾有泄漏流体而是气密的，而在按规定转动的轴中允许泄漏流体经由贴靠在轴上的圆柱壳形密封面穿过通道而回流。所述通道可以设计为直线形的、弯曲的或弧形的。具有不同延伸方式的通道可以相互组合。尤其可以是多个同类的通道、尤其是直线延伸的通道相互均匀间隔地设置在圆柱壳形密封面上。

在本发明所有实施形式中，微型结构可以设计用于构成通道，所述通道在圆柱壳形密封面的整个轴向宽度上延伸。换句话说所述通道将油室与由轴和第一密封部段构成的环形缝隙相连，所述第一密封部段具有螺纹形回流结构用于在轴转动时使泄漏流体回流。第二密封部段或圆柱壳形的密封面因此位于第一密封部段和油室之间。

所述微型结构可以设计用于构成直线形通道，尤其构成以尖(或者成锐角)的迎角指向圆柱壳形密封面的端侧密封棱边的直线形通道，该迎角在15度至25度之间。通过设计具有迎角(尤其具有15度至25度的迎角)的通道，该微型结构也可以具有输送功能。微型结构的输送方向与第一密封部段的输送方向一致。

在本发明所有的实施形式中，微型结构可以构成凸条和/或凹槽，其具有1至80微米，尤其是5至50微米的结构深度。凸条和凹槽可以是交替的。凹槽可以通过以下方式构成，即，圆柱壳形密封面的平坦部段由两个凸条限定。凸条可以通过以下方式构成，即，圆柱壳形密封面的平坦部段由两个凹槽限定。

在本发明所有实施形式中，微型结构、尤其是通道、凸条和/或凹槽可以直接与第一密封部段相连。

在本发明所有实施形式中，微型结构、尤其是通道、凸条和/或凹槽可以延伸到或者伸进第一密封部段的螺纹形回流结构中。

按照本发明的实施形式，微型结构的两个或多个通道、凸条和/或凹槽可分别配属螺纹形回流结构的出口，和/或延伸到或者伸进第一密封部段的螺纹形回流结构的凸条上或凹槽中。

在本发明的所有实施形式中，微型结构，尤其是通道、凸条和/或凹槽可以是借助已知的激光加工方法在圆柱壳形密封面上开设或者加工的微型结构、通道、凸条和/或凹槽。

在本发明所有实施形式中，微型结构，尤其是通道、凸条和/或凹槽可以是在制造径向轴密封环期间通过以下方式产生的微型结构，尤其是通道、凸条和/或凹槽，即，借助已知的激光加工方法在用于制造径向轴密封环的成型工具的表面上开设或者加工对应的阴模结构。

总之，本发明由此提供了由弹性体材料构成的尤其用于降低摩擦的径向轴密封环的解决方案。

由弹性体材料构成的降低摩擦的径向轴密封环还具有螺旋形油回流装置和用于静态气密性的静态堤坝。所述堤坝构成按照本发明的第二密封部段，其具有圆柱壳形密封面用于气密地贴靠在静止的轴上，所述堤坝能够通过以下方式确保对密封唇或径向轴密封环的符合功能的装配进行监测，即，在机器(例如具有轴和按照本发明的径向轴密封环的发动机)的气密性检查中，所述堤坝或者第二密封部段以其圆柱壳形密封面在轴的静止状态中气密地贴靠在轴上。

具有平滑的圆柱壳形密封面的堤坝或者第二密封部段局部封闭油回流装置(螺纹形回流结构)并且减小或者甚至阻止密封唇的回流能力。

本发明追求这样的目标，通过定向的微型结构在静态堤坝或者第二密封部段的接触带上制造例如通道和/或凸条，所述通道和/或凸条至少在沾有流体(例如油)时是足够气压密封的，以便在静止的轴上最终满足所要求的装配终端控制，此外在密封装置工作中(即轴转动时)促进泄漏流体，尤其是轴表面和堤坝之间的油的回输。

具有弹性体表面支承结构和回流螺旋结构的降低摩擦的径向轴密封装置的特征是摩擦非常小并且进而弹性体密封唇接触区域的磨损很小。在此，这种微米尺寸级的输送机构也可以在密封装置的寿命内保持有效。

借助已知的激光加工技术能够提供用于以足够的精度制造凸条或槽的制造方法。所述输送机构，亦即微型结构可以直接设置在轴密封环的密封唇中或者设置在构成密封唇的硫化胶合工具成型部分中。结构深度可以设计在1微米至80微米的范围内，优选在5微米至50微米的范围内。

输送结构、亦即微型结构的迎角可以在相对端侧密封棱边呈15度至25度的范围内。

至少一个输送元件可以设计为多个部分径向重合的元件。

这种位于轴密封环的密封唇上或者位于第二密封部段上的毛细微型结构支持在静态堤坝下方进行油的回输，但是同时也在接触区中构成润滑油积聚，其在临界的运行点处正面地影响摩擦和温度升高。

输送元件较小的开放横截面在静态条件下在其长度上构成足够大的压力损失，因此例如内燃机可以经过压力试验，而不会在压力试验中导致不密封性。

在示意附图中示范性地显示本发明的实施例。在附图中：

图1示出剖切具有按照本发明的第二密封段的径向轴密封环的上半部的纵截面，第二密封部段的圆柱壳形密封面具有微型结构；

图2a示出第一实施例的由第一和第二密封部段构成的局部的展开结构的俯视示意图；

图2b示出第二实施例的由第一和第二密封部段构成的局部的展开结构的俯视示意图。

图1示出作为本发明的一个实施例的剖切径向轴密封环1的上半部得到的纵切面。在此，径向轴密封环1具有加固环3以及与加固环3相连的、一体式设计的弹性体件5。在此，加固环3例如由板材制成。弹性体件5由弹性体材料、尤其由包含PTFE纳米颗粒的氟弹性体构成，并且弹性体件5通过在加固环3上的硫化胶合而与其相连。

弹性体件5具有静态密封区域7，其外罩设计用于静态密封地贴靠在通道开口区域中的未显示的壳体件上，所述通道开口用于待密封的、同样未显示的轴。在此例如可以是指内燃机，在图1的左侧设置有发动机的油室，并且在图1的右侧例如是属于周围环境的空气侧。

弹性体件5具有密封唇9，其在径向轴密封环1按规定地安装时贴靠在未显示的轴上。密封唇9具有第一密封部段11。该第一密封部段11具有螺纹状的回流结构13。该螺纹状的回流结构13在图1中强烈夸张地显示，用于更清晰地显示回流结构13的螺纹状部段和其朝向第二密封部段15的过渡段或扩展段。取代图示的三条螺纹线或三头螺纹，回流结构13也可以具有少于三条，例如具有一条螺纹线。螺纹线的螺距或节距在实际中明显小于图中所示。螺纹线的螺距或节距例如是0.7或0.75毫米。

密封唇9在朝向油室的自由端具有第二密封段15。所述第二密封段15具有按照本发明的微型结构17。所述微型结构17开设或者加工在第二密封段15的圆柱形密封面19上。

如在图1中实施例所示，微型结构17可以设计用于构成通道，其在静止的轴(未显示)中由于沾有泄漏流体而是气密的，而在按规定地转动的轴中允许泄漏流体经由贴靠在轴上的圆柱壳形密封面19穿过通道回流。

微型结构17的通道在圆柱壳形密封面19的整个轴向宽度上延伸。微型结构17直接连接在第一密封部段11上。

在图2a和图2b中分别显示了由第一密封部段11和第二密封部段15构成的局部的展开结构的俯视图，也就是显示了从内部观察径向轴密封段1的片段。

图2a和图2b示出密封唇9的弧形部段。第一密封部段11具有螺纹形回流结构13，其设计用于在轴转动时使泄漏流体回流。在密封唇9朝向油室21的一侧连接有第二密封部段15，其具有圆柱壳形密封面19用于气密地贴靠在静止的轴上。

第二密封部段15或者圆柱壳形密封面19具有微型结构17。螺纹形回流结构13由交替布置的输送槽13a和输送凸条13b构成。螺纹形回流结构13或者交替布置的输送槽13a和输送凸条13b在图2a和图2b中强烈夸张地显示，也就是以明显更大的螺距或节距和输送槽13a和输送凸条13b的明显更大的宽度显示，以便能够更好地显示第一密封段11朝向第二密封部段15的过渡。微型结构17在图2a所示的实施例中由直线形通道构成，其以成锐角的迎角指向圆柱壳形密封面19的端侧密封棱边。

在按照图2b的变型实施例中，通道以延长结构23的形式继续延伸到第一密封部段的螺纹形回流结构中，或者通道的延长结构23伸进螺纹形回流结构中。这在图2b中通过微型结构17的延长结构23相对按照图2a的实施形式示出。

附图标记清单

1     径向轴密封环

3     加固环

5     弹性体件

7     静态密封区域

9     密封唇

11    第一密封部段

13    回流结构

15    第二密封部段

17    微型结构

19    密封面

21    油室

23    延长结构

Claims (10)

1.一种径向轴密封环(1)，具有加固环(3)和与所述加固环(3)相连的弹性体件(5)，该弹性体件具有密封唇(9)，该密封唇具有第一密封部段(11)，所述第一密封部段(11)配设有螺纹形回流结构(13)用于在轴转动时使泄漏流体回流，并且所述密封唇(9)具有第二密封部段(15)，所述第二密封部段(15)具有圆柱壳形的密封面(19)用于气密地贴靠在静止的轴上，其特征在于，所述圆柱壳形的密封面(19)具有微型结构(17)。

2.按照权利要求1所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)设计用于构成通道，所述通道在静止的轴中由于沾有泄漏流体而是气密的，并且在按规定地转动的轴中允许泄漏流体经由贴靠在轴上的所述圆柱壳形的密封面(19)穿过通道而回流。

3.按照权利要求1或2所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)设计用于构成通道，所述通道在所述圆柱壳形的密封面(19)的整个轴向宽度上延伸。

4.按照权利要求3所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)设计用于构成直线形通道，尤其构成以成锐角的迎角指向所述圆柱壳形的密封面(19)的端侧密封棱边的直线形通道，所述迎角尤其在15度至25度之间。

5.按照权利要求1至4之一所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)构成凸条和/或凹槽，其具有1至80微米，尤其是5至50微米的结构深度。

6.按照权利要求1至5之一所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)，尤其是通道、凸条和/或凹槽直接与所述第一密封部段(11)相连。

7.按照权利要求1至6之一所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)，尤其是通道、凸条和/或凹槽延伸到或伸进所述第一密封部段(11)的螺纹形回流结构(13)中。

8.按照权利要求7所述的径向轴密封环，其中，所述微型结构(17)的两个或多个通道、凸条和/或凹槽分别配属所述螺纹形回流结构(13)的一个出口和/或延伸到所述第一密封部段(11)的螺纹形回流结构(13)的凸条上或者伸进所述第一密封部段(11)的螺纹形回流结构(13)的凹槽中。

9.按照权利要求1至8之一所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)，尤其是通道、凸条和/或凹槽是借助激光加工技术在所述圆柱壳形的密封面(19)上开设或者加工形成的微型结构(17)、通道、凸条和/或凹槽。

10.按照权利要求1至9之一所述的径向轴密封环，其特征在于，所述微型结构(17)，尤其是通道、凸条和/或凹槽是在制造径向轴密封环(1)的过程中通过以下方式制成的微型结构(17)，尤其是通道、凸条和/或凹槽，即，借助激光加工技术在用于制造径向轴密封环(1)的成型工具的表面上开设或者加工对应的阴模结构。

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