CN101821536A

CN101821536A - 密封元件

Info

Publication number: CN101821536A
Application number: CN200880101363A
Authority: CN
Inventors: 于尔根·库尔特; 于尔根·内泽
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-09-01
Also published as: US20100237567A1; DE102007036625B4; WO2009015806A1; DE102007036625A1

Abstract

本发明涉及一种于密封一根按规定设计用于转动的轴的密封元件，设置在一壳体部件的用于所述轴的穿通孔处。包括以下特征：一加固件(2)和一与该加固件连接的弹性体部件(5)，所述弹性体部件(5)包括用于静态密封地贴靠在所述壳体部件上的第一密封区域(10)和所述弹性体部件包括一第二密封区域(20)，带有构造并设计用于密封地贴靠在所述轴上的密封区段(22)，其包括用于将泄漏液回送到待密封的空间的螺纹状的回送结构，并且按规定贴靠在轴上的所述密封区段在其自由的轴向端部设计有在圆柱表面上延伸的、沿周向闭合的线条(26)，所述线条至少在所述轴不转动时设计用于密封地贴靠在所述轴上。

Description

密封元件

本发明涉及一种用于密封按规定设计用于转动的轴的密封元件，设置在壳体部件用于所述轴的穿通孔处。尤其在内燃机和汽车领域中的传动装置中对在其中使用的轴密封元件在寿命、摩擦功率和安装安全性方面提出了特殊的要求。在此，公知有带有由高化学稳定的聚四氟乙烯(PTFE)制成的密封唇和螺旋状的输送结构的径向轴密封圈，该输送结构例如用于内燃机的合成油。在此，为减小摩擦功率，通过轴展开的唇横截面一直减小到PTFE-颗粒大小，并且部分通过填料，如石墨或二硫化钼改善PTFE总归良好的滑动特性。在此，为所述应用优化的密封结构在安装时需要特别小心，以便避免损坏相比聚氟密封件弹性较低的、由PTFE制成的密封唇材料。此外，为证明密封唇按规定且没有损坏地定位，轴密封元件在其安装之后一直常常处于内燃机或传动机构的装配传送带上的自动压力和/或真空检测之下。由于PTFE-密封唇的小弹性、其对轴的低的特定支承力，其由于其玻璃纤维填料无定型的轴接触面的结构及其相对空气开放的螺旋状油回送结构，其与轴的接触区域不能在没有其它添加物的情况下足够密封地封闭。因此，例如在前述压力和/或真空检测时通过使用在传动装置或内燃机运行时挥发的涂蜡或润滑脂暂时封闭密封间隙。在此，在安装传送带上检验时在所述的压力和/或真空检验中，涂蜡的错误涂敷方法或涂蜡层因安装造成的损坏会导致虚假密封，这会不利地导致舍弃原本没有缺陷的轴密封并因此舍弃传动装置或内燃机。

因此，本发明所要解决的技术问题是，创造一种改进的密封元件，该密封元件在易于制造并因此可廉价地制造的情况下，无论在按规定运行还是出于检测和测试目的时都具有良好的密封特性。

该技术问题通过权利要求1的主题解决。各种有利的构造记载在从属权利要求中。

按照权利要求，用于密封按规定设计用于轴的、设置壳体部件用于轴的穿通孔处的密封元件包括以下特征：

-一加固件和一与该加固件连接的弹性体部件，

-该弹性体部件包括一第一密封区域，用于静态密封地贴靠在壳体部件上，和

-该弹性体部件包括一第二密封区域，带有构造并设计用于密封地贴靠在轴上的密封区段，其包括用于将泄漏液回送到待密封的空间的螺纹状的回送结构，并且按规定贴靠在轴上的密封区段在其自由的轴向端部设计有在圆柱表面延伸的、沿周向闭合的线条，其至少在不转动的轴中设计用于密封地贴靠在所述轴上。

在此，考虑到对密封性、寿命、摩擦功率和损耗功率的特定应用的要求，按本发明的密封元件具有自动安装的优点，并能够通过接下来的气体泄漏试验检测。动态的密封区域由弹性体材料制成，因此密封区段尤其相对由PTFE制成的类似设计具有更高的弹性，由此由于密封区段的弹性支承能力，尤其是在圆柱表面径向延伸的、闭合的线条的弹性支承能力，可以实现与轴的配对工作面

的限定的、静态气密的接触，由此又可以在不向密封区段添加附加材料的情况下有利地进行所述的压力和/或真空检测。此外，为实现尽可能小的摩擦功率，按本发明的密封元件相对类似的已知结构，设计有壁厚减小的密封区段，并随之与低的专门的径向力特别适应地构造。

本发明其它的优点、特征和细节由以下根据附图说明的本发明的实施形式得出。附图中示出：

图1是第一种实施形式中的密封元件的上半部的纵向剖视图；

图2是图1中用X标示的区域的局部剖切放大图，

图3是图1所示的密封元件的上部在另一圆周位置的纵向剖视图；

图4是密封区段的、关于图2替代构造的自由轴向端部，以及

图5是第二种实施形式中的密封元件的上半部的纵向剖视图。

作为本发明的一种实施形式，图1示出了第一种实施形式中的密封元件的上半部的纵向剖视图。在此，环形的密封元件包括加固件2以及与该加固件2连接的、一体构造的弹性体部件5。在此，加固件2例如由金属板构成。弹性体部件5由弹性体材料，尤其是可以包含PTFE-纳米颗粒的氟弹性体构成，并且通过硫化胶合到加固件2上而与该加固件连接。

在此，弹性体部件5包括第一密封区域10，其外表面设计用于在用于待密封的、同样未示出的轴的穿通孔的区域中静态密封地贴靠在未示出的壳体部件上。在此例如涉及一种内燃机，其中，在图1的左侧设置有内燃机的油腔，而内燃机属于环境空气的空气侧例如位于图1的右侧。

此外，弹性体部件5包括第二密封区域20，该第二密封区域在密封元件按规定安装时包括基本上空心圆柱状的、贴靠在未示出的轴上的密封区段22。这种构造有螺纹状回送结构的密封区段22然后朝着右侧平滑地过渡为喇叭状张开的区段24。因此，在所示的实施形式中，喇叭状的区段24伴随着逐渐在油腔中缩小的横截面伸入油腔。最后，弹性体部件5朝着空气侧构造为形成次级密封唇30。

在另一种实施形式中，图1所示的密封元件例如也可在省略次级密封唇30的情况下垂直对称地固定在加固件2上，使得喇叭状的区段24朝着空气侧扩展油腔地布置，其中，用于朝油腔回送作用的输送结构在此必要时作相应地调适。

在此，至少空心圆柱状密封区段22的内表面构造有螺纹状的回送结构，其在轴以按规定的转动方向转动时，向在轴和密封区段22之间向前挤的油施加回送作用。

在左边，也就是在密封区段22的自由轴向端部，回送结构的螺纹线终止在密封区段22的、圆环状的、径向环绕的、封闭的、具有圆柱表面状的内表面的区域26，该区域至少在不转动的轴中设计用于密封地贴靠在轴上。在此，密封区段22的该环状区域26结合弹性体材料的材料特性形成使得密封元件即便在不转动的轴中也气密地贴靠在轴上的前提，因此为了控制密封元件的正确安装和在其安装过程中控制内燃机的密封效果，不必在密封区段22和轴之间涂敷其它材料，就可以进行压力和/或真空测试。

在此，回送结构的螺纹线至环形区域26的过渡区这样地构造，使得螺纹线以逐渐减小的深度但以保持相同比例的型面过渡为环状区域26。在此要认识到的是，这样构造的过渡区在相对易于制造时积极地影响回送特性，使得在轴转动并且油有待回送时有利于环状区域26的起浮(Aufschwimmen)，并因此在起浮之后才可以发生回送。

为此，图2示出了密封区段的局部剖切放大图，其中，局部剖切放大的区域在图1中用X标示。在此可见，回送结构设计为锯齿螺纹状，其中，螺纹线的三角状型面这样地设计，使得三角形位于密封区段22的自由轴向端那一侧的边设计有比另一边相对轴主轴线更小的倾斜角α。在此，所述的倾斜角α例如设计在15°左右的范围中。此外，环状区域的径向厚度D设计为约0.6mm。但在另一种实施形式中，所述的厚度可以为了适应专门的挤压力而与直径相关地被调适。在此，螺纹线在至自由端的过渡区域之外的宽度B同样为约0.6mm。在此，螺纹线的深度T设计为约0.15mm。单线的螺纹线的螺距S约为0.75mm。此外，螺纹线的底部设计具有小于0.1mm的半径R2的倒圆。此外，在螺纹线至环形区域26的过渡区还设计有约0.1mm半径R1的棱边倒圆。在此，前述尺寸涉及约50mm的轴直径。在此，尤其通过选择的深度T与宽度B的比例结合螺纹线的三角状的型面获得特别好的回送特性。

在可选的、在图4中局部剖切示出的实施形式中，螺纹线至环状区域26`的过渡区也可以这样地设计，使得回送结构的螺纹线以不变的深度和减小的宽度过渡为环状区域。这意味着，螺纹线在三角形螺纹线型面的情况下在过渡区域矩形地、尤其是相应于梯形半部地成型，并且其宽度减小。在此，与图1和2相比，按图4的环状区域26`为了朝左侧弯曲或打开多个薄膜状地构造。此外，在这种实施形式中特别的优点是，由于螺纹线在该过渡区域的形状构造，防止了在所述的过渡区域添加回送结构。

最后，图3示出了图1的密封元件在另一圆周位置的纵向剖切图，其中可见，弹性体部件5在其左端侧具有至加固件2的逐点的中断。在此，所述逐点的中断因弹性体部件5用压力铸造技术制造而产生，其中，弹性体材料喷射在加固元件2上，其中，逐点的中断由加固件2的相应的夹持装置在注塑过程中造成。

作为本发明的另一种实施形式，图5示出了第二种实施形式的密封元件的上半部的纵向剖切图。在此，图5所示的密封元件与图1至4所示的密封元件的区别基本上在于，尽管弹性体部件由相同的弹性体材料制成，但这样地设计为两部分，使得第一密封区域10″和第二密封区域20″在材料技术上相互分开地构造。此外，之前对图1至4的说明也相应适用于图5所示的实施形式。在此，类似的部件用相同的附图标记数字补充以两个上标表示。

当然，在其它实施形式中也可以组合前述的实施形式。

在另一实施形式中，回送结构当然也可以在喇叭状的区段继续延伸地构造，和/或也设计为多线螺纹线状的槽，其中，在多线的情况下尤其也可以使用如在德国专利申请编号为102006025799.5中记载的镰刀状的槽。在此，回送结构可以包括至少三个沿周向分布布置的槽，其中，其中一个槽可以设计为在密封区段的一个扇区中延伸，该扇区具有小于等于120°的圆周角。此外，可以将至少一个槽设计为弓状地延伸，与至少一个另一同样弓状设计的槽相交叉，和/或至少一个通往轴向侧的槽朝着该轴向侧回送，设计有逐渐增大的宽度。此外，至少一个槽可以坡道状地过渡为带有所述线条的区域和/或所述槽可以设计有这样的径向宽度，使得其间仅保留有桥接件，其在轴上的接触面在密封区段的区域中在圆柱上延伸。

在另一种实施形式中，螺纹线可以替代或补充地在至少一个位置远离自由轴向端部地被连接件中断，使得螺纹牙顶在围绕桥接位置的360°的范围内与桥接件一起形成在圆柱表面上延伸的、沿周向封闭的线条，所述线条至少在轴不转动时贴靠在轴上。

在一种实施形式中，壳体部件例如可以设计为盖元件，密封元件相应地设置在盖元件中，其中，盖元件螺纹拧紧和/或借助于密封块粘结在内燃机的其余壳体上，为此，该密封元件可以构造有至少一个相应设计的、用于密封块的槽。

当然，在另一种实施形式中密封元件也可以这样地设计，使得弹性体部件不完全包围加固件的外表面，因此，在加固件相应成型时，加固件的部分和弹性体部件的部分大都按规定贴靠在壳体部件上。

在另一种实施形式中，次级密封唇也可以由无纺布材料构成，因此即便在次级密封唇贴靠在轴上时也可以实现一定的呼吸活动或过滤作用。

Claims

1.一种用于密封一根按规定设计用于转动的轴的密封元件，设置在一壳体部件的用于所述轴的穿通孔处，包括以下特征：

-一加固件和一与该加固件连接的弹性体部件，

-所述弹性体部件包括用于静态密封地贴靠在所述壳体部件上的一第一密封区域和

-所述弹性体部件包括一第二密封区域，该第二密封区域带有构造并设计用于密封地贴靠在所述轴上的密封区段，该密封区段包括用于将泄漏液回送到待密封的空间的螺纹状的回送结构，并且按规定贴靠在轴上的所述密封区段在其自由的轴向端部设计有在圆柱表面上延伸的、沿周向闭合的线条，所述线条至少在所述轴不转动时设计用于密封地贴靠在所述轴上。

2.如权利要求1所述的密封元件，其中，所述自由的轴向端部在所述线条的区域中设计为圆环状。

3.如权利要求1或2所述的密封元件，其中，所述螺纹状的回送结构设计为单线的螺纹。

4.如权利要求1至3之一所述的密封元件，其中，所述回送结构设计为锯齿螺纹状。

5.如权利要求1至4之一所述的密封元件，其中，所述回送结构的螺纹线的型面设计为三角状。

6.如权利要求5所述的密封元件，其中，所述三角形位于所述密封区段的自由轴向端部那一侧的边设计为比另一边相对轴主轴线具有更小的倾斜度。

7.如权利要求6所述的密封元件，其中，所述倾斜度在10°至30°的范围内。

8.如权利要求6或7所述的密封元件，其中，所述倾斜度在15°左右的范围内。

9.如权利要求1至8之一所述的密封元件，其中，所述回送结构的螺纹线设计为以逐渐减小的深度，但以保持相同比例的型面过渡到所述闭合的线条中。

10.如权利要求1至8之一所述的密封元件，其中，所述回送结构的螺纹线设计为以不变的深度和逐渐减小的宽度过渡到闭合的线条中。

11.如权利要求10所述的密封元件，其中，在三角形的螺纹线型面中，在所述螺纹线的过渡区域设计为矩形状，尤其是与梯形半部相应地带有逐渐减小的宽度。

12.如权利要求1至11之一所述的密封元件，其中，所述螺纹线设计为其螺纹线的深度和螺纹线的宽度的比例在0.1至0.3之间。

13.如权利要求12所述的密封元件，其中，所述螺纹线设计具有0.25左右范围内的比例。

14.如权利要求1至13之一所述的密封元件，其中，所述密封区段的径向厚度在所述线条的区域内在0.3至1.0mm之间。

15.如权利要求14所述的密封元件，其中，所述密封区段的径向厚度与轴直径有关地处于0.6mm左右的范围内。

16.如权利要求1至15之一所述的密封元件，其中，所述回送结构的螺纹线设计具有在0.05至0.3mm之间的深度。

17.如权利要求16所述的密封元件，其中，所述深度在0.15mm左右的范围内。

18.如权利要求1至17之一所述的密封元件，其中，所述回送结构的螺纹线设计具有0.4至0.9mm之间的宽度。

19.如权利要求18所述的密封元件，其中，所述宽度处于0.6mm左右的范围内。

20.如权利要求1至19之一所述的密封元件，其中，所述弹性体部件包括次级密封唇。

21.如权利要求1至20之一所述的密封元件，其中，所述弹性体部件由包括氟弹性体、AEM橡胶和/或ACM橡胶的弹性体材料构成。

22.如权利要求21所述的密封元件，其中，所述弹性体材料包括PTFE-纳米颗粒。

23.如权利要求1至22之一所述的密封元件，其中，所述第一和第二密封区域由相同的弹性体材料形成。

24.如权利要求1至23之一所述的密封元件，其中，所述弹性体部件一体地构造。

25.如权利要求1至23之一所述的密封元件，其中，所述弹性体部件由至少两个相互间隔的部件块构成，并且一个部件块包括所述第一密封区域，而另一部件块包括所述第二密封区域。

26.如权利要求1至25之一所述的密封元件，其中，所述弹性体部件硫化胶合在所述加固件上。

27.如权利要求1至26之一所述的密封元件，其中，所述加固件设计成一同贴靠在所述壳体部件上。

28.如权利要求1至27之一所述的密封元件，其中，所述按规定贴靠在所述轴上的密封区段是空心圆柱状。

29.如权利要求1至28之一所述的密封元件，其中，所述密封区段设计为平滑地过渡到喇叭状张开的区段。

30.如权利要求29所述的密封元件，其中，所述喇叭状的区段包括所述回送结构的一部分。

31.如权利要求29或30所述的密封元件，其中，所述密封元件这样地设计，使得喇叭状的区段在待对外密封的空间向外扩张或朝内缩小。

32.如权利要求1至31之一所述的密封元件，其中，所述密封元件设计为径向轴密封圈。