CN101418861B - 液压密封和引导单元及其减震器 - Google Patents

液压密封和引导单元及其减震器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种密封组件、液压密封和引导单元和减震器，其中所述密封组件包括由弹性体材料制成并具有成一体单件式的至少一个可弹性变形的环形密封唇缘的密封环，密封唇缘的至少一部分从紧邻密封环的第一轴向端部的相应根部并且朝向密封环的与第一端部相对的第二轴向端部从密封环径向向内轴向凸出；和环形加强结构，该结构由能够至少部分弹性变形但是相对地比密封环和密封唇缘的弹性体材料坚硬得多的材料制成，加强结构至少部分地嵌入密封环中；其中加强结构至少部分地沿着但是在密封唇缘的相对侧上至少部分地沿着轴向方向延伸；该密封唇缘被设计成当未变形时在其自身和密封环的径向内侧壁之间形成预定的径向间隙。

Description

液压密封和引导单元及其减震器
技术领域
本发明涉及一种环形密封组件，它被插在如单管或者“单管道”减震器的杆和相关引导底座的相对运动的、特别地线性往复运动中的两个机械部件之间。 
背景技术
广泛用于汽车和其它工业中的单管道液压减震器在峰值高达100巴的平均大约20巴的较高液压压力下操作。为了应对如此高的操作压力，通过图1所示类型的密封组件，对与减震器活塞相对的加压油进行密封，该密封发生在减震器的杆与一般通过以不透流体方式装配于减震器本体中的衬套形成的杆引导底座之间，该组件包括至少三个部件：装配到衬套T并且具有密封唇缘的锥形橡胶垫片A，该垫片构成使用中在减震器杆上滑动的实际密封部件；在衬套T上的锁定垫圈B，该衬套以不透流体方式插入由单壁管道形成的本体S中；并且对比部件C置于橡胶垫片A和垫圈B之间。通常，衬套T也设有为杆提供滑动底座的引导衬里R。 
然而图1所示类型的已知密封组件不是完全令人满意的，这是由于它因为所包括的连接部件的数目而比较庞大并且组装比较复杂，并且随着温度降低具有变差的性能。尤其是橡胶垫片A，目前由称为FKM的特殊的碳氟化合物合成弹性体制成，该材料具有-15℃的最低操作温度，而目前的应用要求-40℃的最低操作温度。 
EP1074760B1描述了一种被特殊地设计成经受疲劳应力并且因此有效地操作较长时间的减震器杆密封组件。然而，在EP1074760B1中描述的密封组件仅仅适用于设计成在平均5到15巴的较低压力下操作 的所谓的双管道减震器，并且其中在很低温度下性能降低是较小的问题。 
发明内容
本发明一个目的在于提供用于插入作为减震器的杆和相关引导底座的相对运动、尤其是而非必须是线性往复运动中的两个机械部件之间的一种密封组件，该组件被设计成克服已知技术的缺陷，并且，尤其是，被特殊地设计用于单管道减震器中并且无论如何可被用于在大大低于-15℃的很低温度下、并且更一般地在例如-40℃和+200℃之间的宽温度范围中操作的机构之间。 
具体地，本发明一个目的在于提供一种以上类型的密封组件，它在很低温度下也具有良好性能、非常易于组装、生产和组装成本低廉，并且是紧凑型的。 
根据本发明，提供一种密封组件，所述密封组件当使用时能够插在相对运动的两个部件之间，特别是插在用作单管道减震器的杆和相关引导底座的线性运动的两个部件之间，并且该密封组件包括：密封环，该密封环由弹性体材料制成并且具有一体单件式的至少一个可弹性变形的环形密封唇缘，该密封唇缘的至少一部分从紧邻密封环的第一轴向端部的相应的根部朝向密封环的与第一轴向端部相对的第二轴向端部从密封环轴向凸出并且径向向内凸出；和环形加强结构，该结构由能够至少部分地弹性变形但是相对地比密封环和密封唇缘的弹性体材料坚硬得多的材料制成，所述加强结构至少部分地嵌入密封环中；其特征在于，该加强结构至少部分地沿着所述密封唇缘但是在密封唇缘的相对侧上、至少部分地在轴向方向上延伸；该密封唇缘被设计成当未变形时在自身和密封环的径向内侧壁之间形成预定的径向间隙。 
更具体地，根据本发明的密封组件包括：由弹性体材料制成并且具有一体单件式的至少一个可弹性变形的环形密封唇缘的密封环，该 密封唇缘的至少一部分从紧邻密封环的第一轴向端部的相应根部并且朝向密封环的与第一轴向端部相对的第二轴向端部从密封环径向向内地轴向凸出；和环形加强结构，该结构由能够至少部分地弹性变形但是比密封环和密封唇缘的弹性体材料坚硬得多的材料制成，该加强结构至少部分地嵌入密封环中。 
根据本发明的一个方面，该加强结构至少部分地沿着但是在密封唇缘的相对侧上至少部分地沿着轴向方向延伸；并且该密封唇缘被设计成当未变形时在其自身和密封环的径向内侧壁之间形成预定的径向间隙。 
该加强结构包括从密封环的第二轴向端部朝向第一轴向端部轴向延伸并且基本终止于密封唇缘的根部的套筒部分，从而该根部和密封环的第一端部不具有加强结构。该套筒部分可以完全嵌入密封环中，或者仅仅部分地嵌入其中以形成它的径向内侧壁的至少一部分。 
该加强结构优选地具有基本L形的径向截面，并且也包括从与密封环的所述第一轴向端部齐平的套筒部分的第一端部在密封环的径向内侧壁的相对侧上延伸径向的凸缘部分。加强结构的该凸缘部分不被嵌入密封环中，并且可以从、并且基本齐平于密封环的第一轴向端部径向凸出以在密封环外侧上径向地形成用于组装密封组件的环形轴向台肩。 
在使用时，加强结构的套筒部分因此与密封唇缘弹性地配合从而在一方面限制密封唇缘的最大径向变形，并且在另一方面提供机械支撑件，该支撑件由于所采用的几何形状能够令人意外地在低于-15℃的很低操作温度时防止在图1所示类型的用于单管道减震器的已知密封组件中通常发生的性能降低的情形。 
同时，使用用于密封唇缘的相同混合材料(FKM)，在并不特别 低的温度条件下性能保持基本上不变，并且尤其是，密封组件沿着轴向和径向紧凑得多，并且组装容易得多，因此能够显著节约成本。 
最后，根据本发明的密封组件可以与减震器杆引导衬套一起用于形成可在一次操作中被装配到减震器本体的预装配单元。 
为此，本发明的密封组件通过利用密封环的平坦部分以不透流体方式将其搭扣装配到所述衬套上而被轴向锁定于引导衬套的杯形底座部分中，该平坦部分从密封环的第二端部径向延伸并且终止于最外的径向周边更厚的边缘，该边缘成形为O型环的形状并且在面向密封环的所述第一端部的一侧上从平坦部分以悬臂方式、并且以能够在使用时以不透流体方式与减震器本体的侧壁相配合的方式轴向延伸。 
以此方式，由引导衬套和密封组件形成的单元的轴向体积实现了进一步的并且显著的降低。 
附图说明
参考附图通过示例描述本发明的多个非限制实施例，其中： 
图1示出装配有已知杆密封的减震器的一个部分的径向截面概略侧视图； 
图2示出结合有根据本发明的密封组件的减震器杆密封和引导单元的径向截面概略侧视图； 
图3示出装配有图2密封和引导单元的减震器的大比例径向截面概略侧视图； 
图4概略示出图3的减震器的相同侧视图，但是其装配有图2密封组件的优选的、另外的可能实施例；和 
图5到8是示出在不同操作压力下在根据本发明的密封组件中的根据FEM分析的应力分布。 
具体实施方式
图2和3中的标记1表示用于插入在正常操作条件下相对运动的两个机械部件之间的密封组件；在示出的非限制实施例中，所述机械部件进行线性往复运动，并且特别地由单管道减震器4的减震器杆2和相关引导底座3构成，在图3中仅仅示出该减震器的端部。底座3以已知方式通过基本已知的衬套5形成，例如利用密封环7并且通过以已知方式将减震器4的单管道本体6的端部8铆接或者堵缝到衬套5，例如衬套5的环形的最外径向凹槽121中，该衬套在使用中在减震器4的本体6中以不透流体的方式被驱动。该衬套也设有用于杆2的径向最内的已知引导衬里151，该引导衬里也具有减摩擦能力，且为引导底座3的内侧加衬里。 
密封组件1(图3)关于轴线X(图2)轴向对称，并且包括由弹性体材料制成并且具有成一体单件式的至少一个能够弹性变形的环形密封唇缘11的密封环10，该密封唇缘的至少一部分从紧邻密封环10的第一轴向端部13的相应根部12并且朝向密封环10的与端部13相对的第二轴向端部14从密封环10径向向内轴向凸出。 
密封组件1也包括环形加强结构20，该结构由至少能够部分地弹性变形但是比密封环10和相关密封唇缘11的弹性体材料相对刚硬得多的材料制成。更具体地，虽然环10和相关唇缘11优选地由碳氟化合物弹性体混合、典型地由FKM制成，但加强结构20优选地由例如钢板或者适当地精压的铜合金板的金属制成，或者由可能与密封环10的弹性体材料在化学方面兼容的适当的非弹性体合成塑料材料制成。 
加强结构20至少部分地嵌入密封环10中，并且在固化阶段至少化学地和机械地以已知方式粘结到密封环。根据本发明的一个特征，加强结构20至少部分地沿着轴向方向、至少部分地沿着密封唇缘11但在密封唇缘11的相对侧上延伸；并且，与以上特征相结合，唇缘11被设计成当未变形时(即当未与杆2相配合时，在使用中，唇缘11以径向过盈方式装配到杆2，如在图2中未按比例并且用点线示意性地示 出的)，在其自身和密封环10的径向内侧壁21之间形成预定径向间隙G(图2)。 
更具体地，加强结构20包括从密封环10的第二轴向端部14朝向第一端部13轴向延伸并且基本终止于根部12的套筒部分22，从而根部12和密封环10的端部13不具有加强结构20，而是定位成靠近套筒部分22的与端部14相对的端部23。 
加强结构20优选地具有基本L形的径向截面，并且除了套筒部分22外还包括凸缘部分24，该凸缘部分在密封环10的径向内侧壁21的相对侧上从与密封环10的轴向端部14齐平且和端部23相对的套筒部分22的端部27径向延伸。 
在所示非限制实例中，加强结构20的凸缘部分24未被嵌入密封环10中，并且从轴向端部14并与轴向端部14基本齐平地径向凸出以在密封环10的外侧上径向地形成环形轴向台肩30，通过该环形轴向台肩将密封组件1组装在底座3内。 
密封环10还包括布置成离开套筒部分22预定径向距离“d”的径向外侧壁31，以与套筒部分22和密封环10的轴向端部13一起形成密封环的静态密封部分33。静态密封部分33在使用中以过盈方式装配到底座3的底座部分3a；底座部分3a是杯形的以在使用中容纳密封组件1，并且形成于相对线性运动的所述部件的第一个部件中，在此情形中，该第一部件为衬套5。 
如在图3左侧所示，加强结构20的套筒部分22沿着密封环10的径向内侧壁21延伸，并且完全嵌入密封环10中。 
相反地，在图3右侧上由虚线示出的一种变型中，面向唇缘11，特别地面向唇缘11的径向外部侧表面41的密封环10的径向内部环形 部分40可以被消除，从而套筒部分22的径向内表面44的至少一部分不被嵌入密封环10中，并且至少部分地形成密封环10的径向内侧壁21。 
径向间隙G在第一情形中在表面41和侧壁21之间并且在第二情形中在表面41和表面44之间形成。 
优选地，加强结构20的套筒部分22稍微地锥形对称，朝向密封环10的第一轴向端部13逐渐变细以与轴线X形成角度α(图2)；并且，在径向截面中，环形密封唇缘11也从侧壁21朝向密封环10的轴向端部14稍微倾斜，并且朝向根部12径向厚度变薄。 
更具体地，环形密封唇缘11以一定长度从密封环10的第一轴向端部13轴向凸出从而恰好在未达到密封环10的相对的第二轴向端部14处终止，并且具有多个径向内部密封边缘50、51、52，在径向截面中，该边缘呈锯齿形状并且朝向根部12尺寸变小。 
密封环10可以包括灰尘唇缘形式的能够弹性变形的第二密封唇缘60(在图3中以虚线示出)，并且该第二密封唇缘在轴向端部14的相对侧上从密封环10的第一轴向端部13轴向凸出。 
通过如此配备，根据本发明的密封组件1可被预装配到衬套5中的底座3中以形成用于单管道减震器4的杆2的液压密封和引导单元100(图2)。单元100因此包括：杆2的引导衬套5，在使用中，该衬套以不透流体的方式固定到减震器4的本体6的内侧壁；和如上所述的密封组件1，在使用中，它被装配到底座3的杯形部分3a中，所述杯形部分形成在面向减震器本体6的内部的衬套5的第一端部102中，并且优选地通过面向衬套5的第一端部102的杯形底座部分3a的周边边缘106的皱褶部分105被轴向地锁定在杯形底座部分3a中。 
单元100包括容纳在衬套5的外侧上径向形成的环形凹槽120中的密封环7；并且在内部包括用于杆2的引导衬里151。 
现在参考图4，其中与已经被描述的那些类似或者相同的细节以相同的附图标记表示，附图标记200表示本发明密封单元的不同的和优选的实施例，它被示为装配在衬套5a上替代前述密封单元1以形成密封和引导单元100a，如已经关于密封组件1描述的那样。 
与密封组件1所示的相反，由于从端部14并且在凸缘部分24的前表面202上径向延伸从而覆盖面对轴向台肩30的表面202的密封环10的平坦部分201，密封组件200以不透流体的方式被搭扣装配在衬套5a上，因此将凸缘部分24部分地嵌入密封环10中。 
平坦部分201实际上终止于最外径向周边较厚的边缘204，该较厚的边缘成形为O型环并且在与表面202相对的一侧上，即在面向端部13的一侧上从平坦部分201以悬臂方式轴向延伸O型环形状的边缘204被特别地成形以便能够在使用中在其径向外侧上与减震器4的本体6的侧壁的内表面以不透流体的方式配合，并且在其径向内侧上与环形底座205以不透流体的方式配合，该环形底座在径向截面上基本半圆形并且设置在衬套5的径向最外边缘上与杯形底座部分3a相同的侧上的前部。 
底座205和O型环形状的边缘204还成形为使得该边缘搭扣配合在底座中以便将密封组件200轴向锁定到衬套5以替代图3的皱褶部分105。同时，O型环形状的边缘204以不透流体的方式与底座205配合并且在使用中同时以不透流体的方式与本体6的侧壁合作，从而使得图3的单元100的O型环7是不必要的。因此，衬套5a沿着轴向方向比衬套5更短，因为它不需要用于O型环7的底座。 
现在参考图5到8，其清楚地示出由前述密封组件结构令人意外地 实现的优点。图5和6示出当装配在不承受压力载荷(减震器中的油压等于零)的减震器中时，图3的密封组件1中的应力分布的FEM分析；特别地，图5示出密封环10内，并且特别地在其密封唇缘11中的应力分布，并且图6示出密封唇缘11的密封边缘50、51、52中的应力分布。图7和8示出图5和6的相同细节的FEM分析，但是减震器承受最大额定压力载荷(减震器中的油压等于20巴)。 
可见，应力在整个密封环10内并且朝向加强结构20都均匀地分布，正好对应于密封唇缘10的根部形成一种“结”点。而且，与密封边缘50、51、52相应的应力以线性方式更好地分布，从而保证最佳密封性能。所示出的在压力下的具体应力分布因此即使在大大低于-15℃的极低温度下也允许保持很好的密封性能。 

Claims (13)

1.一种用于单管道减震器(4)的杆(2)的液压密封和引导单元，包括：杆引导衬套(5；5a)，该杆引导衬套在使用中以不透流体的方式固定到所述减震器的本体(6)的内侧壁；和密封组件(1；200)，所述密封组件在使用中装配到杯形底座部分(3a)内，所述杯形底座部分形成在面向减震器本体(6)的内部的衬套(5；5a)的第一端部(102)中；所述密封组件包括：密封环(10)，所述密封环(10)由弹性体材料制成，并且具有成一体单件式的至少一个可弹性变形的环形密封唇缘(11)，所述密封唇缘的至少一部分从紧邻密封环的第一轴向端部(13)的相应的根部(12)朝向所述密封环的与第一轴向端部相对的第二轴向端部(14)从密封环轴向凸出并且径向向内凸出；以及环形加强结构(20)，该环形加强结构(20)由能够至少部分地弹性变形但是比所述密封环和所述密封唇缘的弹性体材料相对刚硬得多的材料制成，所述加强结构(20)至少部分地嵌入所述密封环(10)中；其中，所述加强结构(20)至少部分地沿着所述密封唇缘但是在所述密封唇缘(11)的相对侧上、至少部分地在轴向方向上延伸；该密封唇缘被设计成当未变形时在自身和所述密封环的径向内侧壁(21)之间形成预定的径向间隙(G)；所述加强结构(20)包括套筒部分(22)，所述套筒部分(22)从所述密封环的所述第二轴向端部(14)朝向第一轴向端部(13)轴向延伸，并且，所述套筒部分(22)基本终止在所述密封唇缘的所述根部(12)处，使得所述密封环( 10)的所述根部(12)和所述第一轴向端部(13)不具有加强结构。
2.根据权利要求1所述的液压密封和引导单元，其特征在于，通过使面向所述衬套(5)的所述第一端部(102)的所述杯形底座部分(3a)的周边边缘卷边，将所述密封组件(1)轴向锁定在所述杯形底座部分(3a)内。
3.根据权利要求1所述的液压密封和引导单元，其特征在于，通 过利用所述密封环(10)的平坦部分(201)以不透流体的方式将所述密封组件卡扣装配到所述衬套(5a)上，所述密封组件(1)被轴向锁定在所述杯形底座部分(3a)内，所述平坦部分从所述密封环的所述第二端部(14)径向延伸，并且终止于最外的径向周边较厚的边缘(204)，该最外的径向周边较厚的边缘具有O型环的形状，并且在面向所述密封环(10)的所述第一端部(13)的一侧上从所述平坦部分(201)以悬臂方式轴向延伸，并且以这种方式能够在使用中以不透流体的方式与减震器本体(6)的侧壁相配合。
4.根据权利要求1所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述加强结构(20)具有基本L形的径向截面，并且还包括凸缘部分(24)，该凸缘部分(24)在所述密封环的所述径向内侧壁(21)的相对侧上、从与所述密封环的所述第二轴向端部(14)齐平的所述套筒部分( 22)的第一端部径向延伸。
5.根据权利要求4所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述加强结构的所述凸缘部分(24)没有嵌入所述密封环(10)中，并且从所述密封环(10)的所述第二轴向端部(14)径向凸出并且与所述密封环(10)的所述第二轴向端部(14)基本齐平，以在所述密封环的外侧上径向地形成环形轴向台肩(30)，通过所述环形轴向台肩组装所述密封组件。
6.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述密封环(10)还包括径向外侧壁(31)，所述径向外侧壁(31)定位成离开所述套筒部分(22)预定径向距离(d)，从而与所述套筒部分和所述密封环的所述第一轴向端部(13)一起形成所述密封环的静态密封部分(33)，该静态密封部分过盈配合到所述杯形底座部分(3a)。
7.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征 在于，所述加强结构(20)的所述套筒部分(22)沿着所述密封环的所述径向内侧壁(21)延伸，并且完全嵌入所述密封环(10)中。
8.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述套筒部分(22)具有径向内表面(44)，该径向内表面(44)的至少一部分没有嵌入所述密封环(10)中，从而形成所述密封环的所述径向内侧壁(21)的至少一部分。
9.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述加强结构的所述套筒部分(22)朝向所述密封环的所述第一轴向端部(13)逐渐变细地稍微呈锥形对称。
10.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，在径向截面中，所述环形密封唇缘(11)朝向所述密封环的所述第二轴向端部(14)稍微倾斜离开所述密封环的所述径向内侧壁(21)，并且朝向所述根部(12)在径向厚度上变得更薄。
11.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述环形密封唇缘(11)从所述密封环的所述第一轴向端部(13)轴向凸出这样的长度，从而恰好在未到达所述密封环的所述第二轴向端部(14)处终止；所述环形密封唇缘(11)具有多个径向内部密封边缘(50；51；52)，所述多个径向内部密封边缘在径向截面中具有锯齿形状，并且朝向所述根部(12)尺寸变小。
12.根据权利要求1-5中一项所述的液压密封和引导单元，其特征在于，所述密封环(10)包括呈防尘唇缘形式的可弹性变形的第二密封唇缘(60)，并且该第二密封唇缘从所述密封环的所述第一轴向端部(13)并且在所述密封环的所述第二轴向端部(14)的相对侧上轴向凸出。 
13.一种具有根据权利要求1至12中任一项所述的液压密封和引导单元(100；100a)的单管道减震器。 
CN2007103076040A 2006-12-29 2007-12-29 液压密封和引导单元及其减震器 Active CN101418861B (zh)

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