CN102537358A

CN102537358A - 密封圈

Info

Publication number: CN102537358A
Application number: CN2011104245466A
Authority: CN
Inventors: R·德鲁克滕亨斯特; U·埃平
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: CN102537358B; US9719597B2; US20120153575A1; EP2466172B1; EP2466172A1; BRPI1106960B1; BRPI1106960A2

Abstract

本发明涉及一种密封圈、特别是径向轴密封圈，用于将一相应至少部分包围轴(7)的内腔(6)与一外腔(5)密封地分隔开，具有一通过第一和第二截锥形周面(3、4)限定的密封唇(2)，其中，在轴向方向(11)上，第一截锥形周面(3)朝向外腔(5)定向以及第二截锥形周面(4)朝向内腔(6)定向，各截锥形周面(3、4)在安装位置通过密封唇(2)的贴靠在轴(7)上的、环形的接触面(23)相互连接，第一截锥形周面(3)与轴(7)在安装位置形成23至40度的第一角度(β’)，贴靠在轴(7)上的、环形的接触面(23)的内径(24)在安装位置为1至15mm，该内径取决于相应要密封的轴(7)的直径。

Description

密封圈

技术领域

本发明涉及借助密封圈对被轴穿过的壳体开口的密封，其中，密封圈将一相应至少部分包围轴的内腔与一外腔分隔开。在此，内腔可以是壳体内腔，该壳体内腔由密封圈相对于包围壳体的外腔在必要时压力密封地分隔开，从而液体、气体和/或微粒状物质不能从壳体内腔中流出，材料也不能从外腔进入壳体内腔中。因此，本发明也涉及一种具有这种密封圈的壳体。

背景技术

由EP 1156242B1已知一种设计为径向轴密封圈的密封圈，其由一环形的、金属的支撑体和一连接于其上的密封唇构成。径向轴密封圈在安装位置由轴穿过，其中，密封唇将特别是处于压力下的液压侧或者说内腔或壳体内腔与大气侧或者说外腔密封地分隔开。此外，密封唇借助环形螺旋弹簧压紧到轴上并且朝向大气侧定向的、附加的密封唇还可以进一步降低灰尘可能朝液压侧的方向以及因此朝壳体内腔方向进入。密封唇基本上通过两个截锥形周面构成，其中，第一截锥形周面朝向大气侧或者说朝向外腔定向，而第二截锥形周面朝向液压侧或者说内腔定向。第一截锥形周面具有一弯折部，从而在密封圈的未装配状态中，在轴向方向和第一截锥形周面之间的角度α在密封唇在轴上的接触面的区域中可以设计为35至65度、优选为45至60度。第二截锥形周面相对于轴向方向的角度β在未装配状态中为15至30度、优选为17至22度。在密封圈与轴的安装位置，角度α和β大约相同大小并且具有在20至50度之间的、优选为30度的值。角度α、β的未装配状态相对于安装位置的该变化归因于重叠，由于该重叠当轴***密封圈中时一方面恰好发生该轴变化，而另一方面密封唇的圆周在轴安装时弹性地扩张。

在DE 2458773A1中描述了一种密封件、特别是用于旋转轴的密封件，该密封件包括一金属的、环形的支撑体，在该支撑体上连接有一密封唇。为了避免由于通过在壳体内腔中出现的压力引发的压力负载而折弯，朝向外腔定向的、限定密封唇的面设计为无弯折的。此外，在恰好该限定密封唇的、朝向外腔定向的面中当安装轴时的不连续性可能会导致密封唇翻转或者说翻折。这可以恰好通过该无弯折的设计或者说没有不连续性的设计来减少或防止。在此，在该限定密封唇的面之间的角度在密封唇在轴上的接触面的区域中——在安装轴之前——为至少35度。由于重叠，在此该角度可能在密封件与轴的安装位置较小地降低。此外，由于可能出现在壳体内腔中的相对的过压可以使该角度的值进一步减小。

密封圈的密封唇由彼此相交的锥面、也就是说通过截锥形周面限定，这种密封圈因此通常作为密封件用在壳体开口的区域中，在所述壳体开口中壳体被轴穿过。通常，密封圈的唇相对于要密封的面或者说相对于要应用在密封圈中的轴而具有径向的重叠，从而在将轴应用在密封圈中时，密封唇被径向预紧并且扩开。由于径向的预紧力，密封唇密封地包围要密封的面或轴。当密封唇在轴上的形成的环形的接触面具有＞20mm的大内径时，密封唇与轴的要密封的表面的预设的重叠对接触面的轴向宽度几乎没有影响。这原因在于，具有大直径的和与其相关联地大密封唇圆周长度的密封圈在其安装在轴上时可以没有问题地扩张重叠的值，而这不会对密封唇作用到要密封的面上的径向压紧力和进而对接触面的轴向宽度有不利影响。然而，轴直径以及进而密封圈的环形接触面的内径越小，密封唇在圆周上的可能的膨胀下降得就越少。因此随着轴半径或密封唇在轴上的接触面的内径的减少，可能出现正是该接触面由于不期望高的变形和密封唇在要密封的面上的压紧力而发生的扩宽。然而接触面的扩宽引起密封唇的较高的磨损以及变差的、无法区分的密封性能。如果接触面还加强地朝向外腔或朝向大气侧移动，则特别是在启动-停止运行中，可能在密封唇中尤其在未足够润滑的情况下更多地出现缺口或切口。由此可能会在密封唇的区域中出现泄漏。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种改进的密封圈或一种改进的具有这种密封圈的壳体，其中，密封圈应在长的使用寿命期间具有良好的使用性能，即使当其仅具有较小直径时也是这样。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题实现。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

作为本发明的一个方面，提出了一种密封圈、特别是径向轴密封圈，用于将一至少部分包围轴的内腔与一同样至少部分包围轴的外腔密封地分隔开。该密封圈装备有一通过一个第一和一个第二截锥形周面限定的密封唇。在此，第一截锥形周面在轴向方向上朝向外腔定向，而第二截锥形周面在轴向方向上朝向内腔定向。此外，各截锥形周面在安装位置通过密封唇的一贴靠在轴上的、环形的接触面相互连接。第一截锥形周面与轴在安装位置形成23至40度的第一角度。在此，贴靠在轴上的、环形的接触面的内径在安装位置为1至15mm，该内径取决于相应要密封的轴的直径。

有利地，通过密封唇的这种设计方案尽管与要密封的表面重叠仍然可以形成在安装位置与轴的接触面的较小的轴向宽度。

轴可以这样穿过壳体或壳体开口设置，即，轴不仅由壳体内腔、而且也由围绕壳体的外腔围绕。在由轴穿过的壳体开口中，密封圈可以用于将内腔相对于外腔按规定地密封或分隔开。壳体内腔在此可以具有液体、气体、颗粒状物质等并且处于相对于外腔升高的压力之下。因此，密封圈防止设置在壳体内腔中的液体、气体、颗粒状物质等流出。此外密封圈防止材料从外腔进入内腔中。由此可有利地防止内腔和设置在其中的液体、气体、颗粒状物质等受到来自于外腔的污染物的污染。

密封圈的密封唇基本上在与轴的安装位置实现外腔与内腔的分隔开，该密封唇通过两个截锥形周面限定。换句话说，密封唇由彼此相交的截锥形周面限定。在未装配状态中和可能地没有磨损痕迹时，密封唇的各截锥形周面可以通过一圆形的接触棱边相互连接。如果现在将轴***，则因此密封圈转入安装位置中并且密封唇由于重叠被这样压紧到轴上，使得在密封唇上形成一环形的接触面，密封唇随后利用该接触面贴靠在轴上。在此，重叠或径向重叠可以理解为在轴半径和密封唇的相对较小的半径之间的在未装配状态中的差。如果现在将轴***密封圈中，则因此密封唇恰好是由于该重叠而沿周向扩张并且产生环形的接触面，密封唇利用该接触面贴靠在轴上。在此，密封唇可以在未装配状态中在所述两个截锥形周面之间也构成为倒圆的。轴向方向可以理解为沿着轴在和密封圈的安装位置中的方向。

贴靠在轴上的、环形的接触面的内径和进而轴直径在安装位置可以为3至15mm。

在恰好这些小的内径或轴直径的情况下，由于密封圈的上述的和下述的实施方式，可以形成接触面的期望的较小的轴向宽度。由此特别可以为这些小的轴直径或内径确保密封圈的较高的稳健性/鲁棒性。此外，特别是在润滑不充足时、尤其在启动-停止运行中，可以至少降低在密封唇中出现缺口或裂缝。此外，特别是在其密封作用方面、尤其相对于可能出现的轴偏心率和相对于压力，密封圈是不灵敏的。

在接触面的这种集中的布置中，朝向外腔和朝向内腔设置的接触面的份额均衡地或者说几乎相同大小地构成，该布置可以通过在安装位置为23至40度的第一角度来实现。接触面的设计方案还可以通过为28至35度的第一角度进行改进。

接触面的这种设计方案可以通过在安装位置设置在第二截锥形周面和轴之间的第二角度的相应设计得以支持。该第二角度可以是37至57度、优选是42至52度。通过第二角度的这种设计方案，同样可以使接触面的宽度最小化并且均衡地设计在外腔和内腔中的接触面的份额。

在密封圈与轴的安装位置中的这种有利的第一角度和第二角度可以在安装时由此得到支持地构成，即，第一角度和第二角度在未装配状态中具有相应的、预设的值。因此，第一角度在未装配状态中可以具有37至50度、优选为42至45度的值。第二角度可以在未装配状态中具有30至45度、并且优选为35至40度的值。

利用在密封圈的未装配状态中的这样预设的第一和第二角度，有利的第一和第二角度可以在密封圈与轴的安装位置、在将轴安装到密封圈中之后形成。

此外，密封圈可以具有一设置在外腔中的、和/或朝向外腔定向地设置的附加的密封唇。有利地，可以通过该附加的密封唇进一步减少或防止材料从外腔进入内腔中并且因此抵抗内腔受到污染。

在密封唇与附加的密封唇之间还可设置有一中间腔。该中间腔通过各密封唇限定并通过两个密封唇密封。在与轴的安装位置，可以在该中间腔中引入润滑剂，例如脂、油、石墨、特氟隆等。因此可有利地将设置在这两个密封唇之间的中间腔用作润滑剂储存器。

此外，密封圈可以具有一环形的、承载的支撑体。该环形的、承载的支撑体可以由金属或者由其它耐高温且不易变形的材料制成。该环形的、承载的支撑体基本上可以设计为套筒。

借助该环形的、承载的支撑体可以使密封圈整体上稳定和加固。由此简化了特别是在安装时的易操作性。此外，通过环形的、承载的支撑体基本上预定密封圈的外部的形状和尺寸。密封圈可以持久性地安装到其在壳体中的安装腔中。

此外，密封圈可以具有一空心圆柱形的部段，密封唇这样连接在该空心圆柱形的部段上，即，空心圆柱形的部段的内周面过渡到第一截锥形周面中。

直接过渡到空心圆柱形的部段的内周面中的第一截锥形周面可以构成为无弯折的。由于在第一截锥形周面中没有不连续性或弯折部位，可以避免或防止在将轴装入密封圈中时密封唇的翻转或弯折。

此外，环形的、承载的支撑体可以通过一空心圆柱形的部段与附加的密封唇连接。因此，设置在这两个密封唇之间的中间腔可以通过空心圆柱形的部段形成，从而可以例如对于润滑剂储存器优化相应期望的容积。

此外，可以在密封唇的径向远离的一侧设置有一环形的张紧元件，利用该张紧元件能将密封唇在安装位置压紧到轴上。

这种张紧元件可以构成为环形螺旋弹簧。张紧元件具有径向的力作用。张紧元件可以构成为例如由金属制成的单独的构件或者与由弹性材料制成的密封唇一体地成型。因此同样可想到，张紧元件由与密封唇相同的或类似的材料制成并且与其一体地形成。

有利地，可以通过张紧元件产生附加的压紧力，利用该压紧力附加于其它可能的力同样可以形成接触面。因此例如通过张紧元件的径向力作用的作用平面的变化可使接触面的位置以及形状发生变化。

在此，张紧元件的径向力作用的作用平面相对于密封唇的接触平面沿轴向朝向外腔移位。这可能是在安装位置和/或在密封圈的未装配状态中的情况。通过张紧元件的这种定位也可以实现特别是相对于轴的偏心率和来自于内腔的相应压力加载的更高的稳健性。各截锥形周面相对于要密封的表面的角度由此在密封圈的整个使用寿命期间是始终稳定的。

密封唇、以及附加的密封唇和空心圆柱形的部段可以由相同的或由不同的材料构成。所有之前提及的构件可以由具有相同弹性或不同弹性的材料制成。前面提到的构件可以以任意的组合由相同的或不同的材料以及由弹性相同的或弹性不同的材料构成。前面提到的构件可以在不同的组合中彼此一体地或多部件式地构成。因此，它们可以由不同的或相同的材料彼此喷射注塑而成或者可以具有用于稳定的另外的支撑体，在该支撑体上喷射注塑有弹性材料。空心圆柱形的部段可以在环形的、承载的支撑体上喷射注塑或者此外与其连接。

在本发明的另一个方面中提出了一种具有前述的密封圈的壳体。这种壳体具有更稳健的且更不敏感的、在运行时磨损更小的密封件，即使当使用的密封圈在其按固定使用期间匹配于要密封的轴直径地仅仅具有3至15mm的内径时也如此。

附图说明

图中分别示意性地示出：

图1示出在未装配状态中的密封圈，

图2示出在与轴的安装位置中的密封圈。

具体实施方式

图1示出了在未装配状态中的密封圈1。该密封圈1装备有一密封唇2，该密封唇通过一个第一截锥形周面3和一个第二截锥形周面4限定。第一截锥形周面3朝向外腔5定向，而第二截锥形周面4朝向内腔6定向。由于这种密封圈1可以用于例如密封穿过壳体开口的轴7，因此内腔6可以是壳体内腔，而外腔5包围壳体。

在示出的未装配状态中同样示出了随后要***的轴7，以便说明密封唇2的重叠9。在第一截锥形周面3和随后要***的轴7之间设置有第一角度β，而在第二截锥形周面4和随后要***的轴7之间设置有第二角度α。

此外，密封圈1装备有一附加的密封唇10，该附加的密封唇沿轴向方向11朝向外腔5定向。在这两个密封唇2、10之间设置有一个中间腔12。通过这两个密封唇2、10，使中间腔12密封地相对于外腔5和/或相对于内腔6封闭。

密封圈1还装备有一环形的、承载的支撑体13，该支撑体用于稳定、加固和用于形成密封圈1的外部形状。由于密封圈1的外部形状的互补设计，能实现可简单地将密封圈1装入壳体15的壳体开口14中。此外，密封圈1具有一空心圆柱形的部段16，密封唇2这样连接在该部段上，即，空心圆柱形的部段16的内周面17在没有突然的方向变化的情况下过渡到第一截锥形周面3中。第一截锥形周面3从内周面17在第一截锥形周面3上的连接部位18一直延伸到接触棱边8，第一截锥形周面设计为无弯折的。

空心圆柱形的部段16连接在环形的、承载的支撑体13上并且与附加的密封唇10以及密封唇2连接。此外，密封圈1在径向远离密封唇2的一侧具有一环形的张紧元件20，利用该张紧元件将密封唇2在安装位置压紧到轴7上。在此，张紧元件20的径向力作用的作用平面21相对于由圆形的接触棱边8确定的接触平面22沿轴向方向11朝向外腔5移位。

在图1中还显示在未装配状态中的密封唇1的其它参数P_D、s、s_h、e，这些参数在下面的实施例中更详细地说明。

实施例：

如图1中所示的一个可能的实施方式的尺寸的变化

参数	有利的值范围	优选的值范围
			P_D	0.8至1.6mm	1.1至1.3mm
s	0.6至1.2mm	0.8至1.0mm
			s_h	0.4至1.1mm	0.6至0.9mm
e	0.4至1.0mm	0.6至0.8mm
			α	30至45度	35至40度
β	37至50度	42至45度

在图1所示的实施方式中，对于参数的上述值的所有组合都是允许的和能应用的。

在图2中示出了在与轴7的安装位置的根据图1的密封圈1。在此，在安装位置的第一角度β’和第二角度α’不同于在未装配状态中的第一角度β和第二角度α。此外，在安装轴7时形成一接触面23。

在安装位置，接触面23的内径24与轴7的要密封的直径相当。同样，作用平面21在安装位置占据与在未装配状态中不同的相对于接触平面22的位置。

Claims

1.密封圈、特别是径向轴密封圈，用于将一相应至少部分包围轴(7)的内腔(6)与一外腔(5)密封地分隔开，具有一通过第一和第二截锥形周面(3、4)限定的密封唇(2)，其中，在轴向方向(11)上，第一截锥形周面(3)朝向外腔(5)定向以及第二截锥形周面(4)朝向内腔(6)定向，各截锥形周面(3、4)在安装位置通过密封唇(2)的贴靠在轴(7)上的、环形的接触面(23)相互连接，第一截锥形周面(3)与轴(7)在安装位置形成23至40度的第一角度(β’)，贴靠在轴(7)上的、环形的接触面(23)的内径(24)在安装位置为1至15mm，该内径取决于相应要密封的轴(7)的直径。

2.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，所述第一角度(β’)在安装位置为28至35度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述第二截锥形周面(4)与所述轴(7)在安装位置形成37至57度的第二角度(α’)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述第一角度(β，)在非装配状态中为37至50度。

5.根据权利要求3所述的密封圈，其特征在于，所述第二角度(α’)在非装配状态中为30至45度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述密封圈(2)具有一设置在所述外腔(5)中的附加的密封唇(10)。

7.根据权利要求6所述的密封圈，其特征在于，在所述密封唇(2)和所述附加的密封唇(10)之间设置有一中间腔(12)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述密封圈(1)具有一环形的、承载的支撑体(13)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述密封圈(1)具有一空心圆柱形的部段(16)，所述密封唇(2)这样连接在该空心圆柱形的部段上，即，所述空心圆柱形的部段(16)的内周面(17)过渡到所述第一截锥形周面(3)中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述第一截锥形周面(3)设计为无弯折的。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述环形的、承载的支撑体(13)通过一空心圆柱形的部段(16)与所述附加的密封唇(10)连接。

12.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，在所述密封唇(2)的径向远离的一侧设置有一环形的张紧元件(20)，利用该张紧元件能将所述密封唇(2)在安装位置压紧到所述轴(7)上。

13.根据权利要求12所述的密封圈，其特征在于，所述张紧元件(20)的径向力作用的作用平面(21)相对于所述密封唇(2)的接触平面(22)沿轴向朝向所述外腔(5)移位。

14.根据前述权利要求中任一项所述的密封圈，其特征在于，所述密封唇(2)具有回输螺旋线。

15.壳体，具有根据前述权利要求中任一项所述的密封圈(1)。