CN115031022A - 密封环 - Google Patents

Abstract

一种密封环，包括沿径向方向(1)设置在所述密封环内侧的静态密封座(2)和两个沿径向方向(1)设置在所述密封座(2)外侧的密封唇(3，4)，其中所述密封唇(3，4)被设计为轴向密封唇(5，6)，一个轴向密封唇(5)被设计为径向内侧的第一轴向密封唇(7)，一个轴向密封唇(6)被设计为径向外侧的第二轴向密封唇(8)，所述第二轴向密封唇(8)在外圆周侧以径向间距(9)包围所述第一轴向密封唇(7)，所述第一轴向密封唇(7)在径向方向(1)上的柔性比所述第二轴向密封唇(8)更大，所述第二轴向密封唇(8)在径向外侧、在径向背离所述第一轴向密封唇(7)的一侧具有表面结构(10)，所述表面结构(10)在所述密封环的常规使用期间具有空气动力学活性，从而使邻接所述表面结构(10)的空气层(11)产生涡旋，用于防止来自所述密封环周围环境(13)的杂质(12)。

Description

密封环

技术领域

本发明涉及一种密封环，包括沿径向方向设置在密封环内侧的静态密封座和两个沿径向方向设置在密封座外侧的密封唇，其中密封唇被设计为轴向密封唇，其中一个轴向密封唇被设计为径向内侧的第一轴向密封唇，一个轴向密封唇被设计为径向外侧的第二轴向密封唇，第二轴向密封唇在外圆周侧以径向间距包围第一轴向密封唇。

背景技术

这种密封环是公知的。密封环以其静态密封座抗扭地设置在待密封的第一机械元件(例如轴)上，并且其两个轴向密封唇以动态密封的方式位于沿待密封的第二机械元件的径向方向延伸的密封面，壳体以径向间距围绕着轴。

这种通过轴向密封唇的动态密封通常润滑效果不良甚至根本没润滑。尤其在待相对于彼此密封的机械元件较高的相对转速的情况下，可能导致磨损的增加和密封环的过早失效。

如果轴向密封唇在待密封的机械元件上的轴向压紧力减小，则摩擦减小，从而磨损也减小，但是密封效果也会减小，使得在使用这种密封环的密封装置总体上不具有令人满意的使用特性，尤其是不希望有短的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于，进一步开发前文所述类型的密封环，使得即使当密封环在待密封的机械元件的高转速下使用时，该密封环在长期使用期间也具有良好的性能特性。此外，密封环还应能够以低摩擦且节能的方式运行。

根据本发明的目的是通过根据权利要求1的密封环来实现。直接或间接引用权利要求1的权利要求涉及有利的设计方案。

为了实现该目的，设置了一种如前文所述的密封环，其中，第一轴向密封唇在径向方向上的柔性比第二轴向密封唇更大，第二轴向密封唇在径向外侧、在径向背离第一轴向密封唇的一侧具有表面结构，表面结构在密封环的常规使用期间具有空气动力学活性，从而使邻接表面结构的空气层产生涡旋，用于防止来自密封环的周围环境的杂质。

对于密封环的功能，实施以下操作：

即使在高转速的情况下，通过轴向密封唇的设计和设置也仅产生较小的摩擦力矩，并且密封环运行过程中能量损失最小。

径向内侧的第一轴向密封唇的设计方式使得所述第一轴向密封唇在较高的转速下减轻离心力引起的负载，从而产生较小的摩擦力矩。为了补偿由此产生的密封安全性略微降低，表面结构设置在第二轴向密封唇的径向背离的一侧上，所述表面结构在密封环旋转时，即在常规使用期间，产生涡流的气流。这种气流使杂质远离密封部位，并且补偿第一轴向密封唇由离心力引起压紧力的减小而产生密封安全性的降低。

值得注意的是，有利的使用特性通过表面结构实现，而不产生额外的摩擦力矩。

通过将消除离心力的第一轴向密封唇与第二轴向密封唇的空气动力学活性的表面结构的结合，密封环即使在高转速下也能够以非常小的摩擦和节能的方式运行。同时，在所有转速下实现了密封环的几乎一致的鲁棒性(Robustheit)，并因此实现了密封装置几乎一致的鲁棒性。在低转速的情况下，鲁棒性来自于接触待密封的表面的轴向密封唇，在较高转速的情况下，鲁棒性主要来自于通过空气动力学活性的表面结构产生的气流。

由于静态密封座抗扭地设置在待密封的机器元件机械元件上，所以静态密封座以该机器元件的转速一起转动。

为了保持在良好的使用特性的情况下实现尽可能长的使用寿命，根据本发明的密封环可以具有固有润滑。

为了实现动态作用的轴向密封唇的固有润滑，根据第一实施例可以规定，在两个轴向密封唇之间沿径向设置有油脂库。在设计轴向密封唇时应注意，确保径向外侧密封唇的尺寸足够坚硬以保留所使用的油脂。

根据第二实施例可以规定，轴向密封唇具有减少摩擦并且因此减少磨损的表面涂层。

油脂库和减少磨损的涂层也可以彼此组合。

根据一种有利的实施例可以规定，静态密封座和轴向密封唇均由橡胶弹性密封材料制成。橡胶弹性的密封材料在不同的应用中具有许多不同的规格，并且通常容易获得。

密封座和轴向密封唇优选设计为一体并由相同的材料制成。从而密封环能够简单地、过程可靠地并且成本低廉地制造并且根据类型在很大程度上回收利用。

密封环可以包括大致是L形的支撑体，支撑体由坚硬的材料制成，并且支撑体至少基本上被橡胶弹性的密封材料包围。在此有利的是，静态密封座通过支撑体可靠地并且密封地固定在机械元件、例如轴上。在密封环的安装状态下，支撑体的支腿在外圆周侧并且以径向预紧包围密封座。此外有利的是，通过密封材料可以很好地保护支撑体免受环境影响。因此，例如不需要单独施加的防腐蚀保护。

支撑体可以包括轴向支腿，该轴向支腿在外圆周上径向包围静态密封座。通过轴向支腿，静态密封座在弹性预紧力的情况下以密封的方式压在密封装置的待密封的机械元件的待密封的表面上。

此外，支撑体可以包括径向支腿，轴向密封唇铰接在所述径向支腿上。轴向密封唇彼此间以及相对于静态密封座的空间分配由支撑体明确地界定。通过支撑体实际上防止了密封环的松弛引起的变形。

第一轴向密封唇在背离自由端部的一侧具有铰链状的根部区域，从横截面看，根部区域是锥形的。通过这种设计方案，第一轴向密封唇在径向方向上具有比第二轴向密封唇更大的柔性。通过铰链状的根部区域，在密封环的常规使用期间在旋转时，明显地减小第一轴向密封唇对待密封的面的压紧到如此程度，使得摩擦减小，而密封环的能效提高。第一轴向密封唇的设计方式是，使得所述第一轴向密封唇在最大转速下，或者刚好贴靠地、实际上没有轴向预紧地接触待密封的表面，或者甚至从待密封的面抬起。第一轴向密封唇于是实际上不产生摩擦力矩。

密封作用于是基本上仅还由径向外侧的第二轴向密封唇引起。

第二轴向密封唇的设计，使得所述第二轴向密封唇“刚好接触”待密封的面。也就是说，根据公差，在此产生轻微的重叠或最小的间隙。在最大转速下，第一轴向密封唇在其配合工作面上的压紧力方面虽然明显减轻，但是没有解除。空气动力学的密封作用补偿由于径向内侧的第一轴向密封唇的较低的轴向压紧力而减小的密封作用。

表面结构可以具有突起部和凹陷部，从圆周方向上看，突起部和凹陷部交替形成。在此，空气动力学的表面结构可以根据特定应用进行不同设计。例如存在如下可能性，即，可以将表面结构设计为无论密封环的旋转方向如何，始终都能正常工作。

根据另一实施例，可以规定，表面结构与运行方向相关地起作用，并且因此仅在一个旋转方向上起作用。

通过气流在表面结构的区域中的偏转，使与表面结构相邻的空气层形成漩涡。由此，防止来自周围环境的杂质进入到轴向密封唇处并且进入到待密封的空间中。

附图说明

根据本发明的密封环的一个实施例在下面根据图1至3详细阐述。

这些均以示意图示出：

图1示出了使用根据本发明密封环的密封装置；

图2示出了图1中的密封环的透视图；以及

图3示出了图2中的密封环的表面的放大图。

具体实施方式

在图1中以截面的形式示出了密封装置。在密封装置中使用根据本发明的密封环。密封环将两个机械元件22，23彼此密封。在所示实施例中，第一机械元件22由待密封的轴形成，第二机械元件23由待密封的壳体形成。

密封环通过其静态密封座2抗扭地设置在第一机械元件22上。密封环与第一机械元件22之间的密封通过沿密封环的径向方向1设置在内侧的静态密封座2实现。

第二机械元件23通过密封唇3、4密封，所述密封唇均构造为轴向密封唇5、6。第一轴向密封唇7设置在密封环的径向内侧，第二轴向密封唇8设置在密封环的径向外侧。

在由两个轴向密封唇7，8之间的径向间距9形成的间隙中可以设置有阻隔油脂。

第一轴向密封唇7在径向方向1上的柔性比第二轴向密封唇8更大。第一轴向密封唇7在背离自由端部17的一侧具有铰链状的根部区域18，从横截面看，根部区域18如在此示出的那样是锥形的。

第二轴向密封唇8在径向外侧、在径向背离第一轴向密封唇7的一侧具有表面结构10，表面结构10在密封环的常规使用期间具有空气动力学活性，从而使邻接表面结构10的空气层11产生涡旋，用于防止来自密封环的周围环境13的杂质12。

密封环与待密封的第一机械元件22一起旋转的转速越高，第一轴向密封唇7到第二机械元件23的待密封的表面上的压紧力就越小。

转速越高，在外圆周侧包围第二轴向密封唇8的表面结构10越有效。

第一轴向密封唇7和第二轴向密封唇8共同作用，通过最小的摩擦和高能效在较长的使用期间实现良好的密封效果。

从待密封的第一机械元件22的静止状态直至其最大转速，密封环的密封效果基本保持不变。在静止和低转速时，第一轴向密封唇7以相对大的轴向预紧力密封地贴靠地接触第二机械元件。第二轴向密封唇8的表面结构10对密封效果几乎没有影响。

在转速提高的情况下，第一轴向密封唇7在待密封的第二机械元件23上的压紧力减小，其中，表面结构10用于防止来自周围环境13的杂质12的有效性同时提高。

在所示实施例中，密封座2和轴向密封唇7，8合为一体并由相同的材料制成并且由橡胶弹性的密封材料制成。密封环具有L形的支撑体14，所述支撑体例如由金属材料制成。支撑体确保密封环具有良好的尺寸稳定性。

支撑体14的轴向支腿15使静态密封座2在第一机械元件22的表面上产生良好的密封效果。

与此相对，轴向密封唇7，8铰接在径向支腿16上。

在图2中以透视图示出了图1中的密封环。

在图3中以放大图示出了图2中的密封环的外圆周。表面结构10由突起部19和凹陷部20形成，其中，从圆周方向21上看，突起部19和凹陷部20交替形成。

Claims (8)

1.一种密封环，所述密封环包括静态密封座(2)和两个密封唇(3，4)，所述静态密封座(2)沿径向方向(1)设置在所述密封环内侧，所述两个密封唇(3，4)沿径向方向(1)设置在所述密封座(2)外侧，其特征在于，所述密封唇(3，4)被设计为轴向密封唇(5，6)，所述轴向密封唇(5)中的一个被设计为径向内侧的第一轴向密封唇(7)，所述轴向密封唇(6)中的一个被设计为径向外侧的第二轴向密封唇(8)，所述第二轴向密封唇(8)在外圆周侧以径向间距(9)包围所述第一轴向密封唇(7)，所述第一轴向密封唇(7)在径向方向(1)上的柔性比所述第二轴向密封唇(8)更大，所述第二轴向密封唇(8)在径向外侧、在径向背离所述第一轴向密封唇(7)的一侧具有表面结构(10)，所述表面结构(10)在所述密封环的常规使用期间具有空气动力学活性，从而使邻接所述表面结构(10)的空气层(11)产生涡旋，用于防止来自所述密封环的周围环境(13)的杂质(12)。

2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述静态密封座(2)和所述轴向密封唇(7，8)均由橡胶弹性的密封材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的密封环，其特征在于，所述密封座(2)和所述轴向密封唇(7，8)合为一体并由相同的材料制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封环，其特征在于，所述密封环包括大致是L形的支撑体(14)，所述支撑体(14)由坚硬的材料制成，并且所述支撑体(14)至少基本上被橡胶弹性的密封材料包围。

5.根据权利要求4所述的密封环，其特征在于，所述支撑体(14)包括轴向支腿(15)，所述轴向支腿在外圆周上径向包围所述静态密封座(2)。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的密封环，其特征在于，所述支撑体(14)包括径向支腿(16)，所述轴向密封唇(7，8)铰接在所述径向支腿(16)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，所述第一轴向密封唇(7)在背离自由端部(17)的一侧具有铰链状的根部区域(18)，从横截面看，所述根部区域(18)是锥形的。

8.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述表面结构(10)具有突起部(19)和凹陷部(20)，从圆周方向(21)上看，所述突起部(19)和凹陷部(20)交替形成。

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