CN102203444A - 用于密封利用液体润滑剂润滑的轴承组件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于密封旋转部件的轴承组件的装置，该轴承组件利用液体润滑剂润滑。该装置具有在圆周方向上的至少一个内圆周密封腔以及在圆周方向上的一个外圆周密封腔。该密封腔通过密封空隙相对应设置。外密封腔相对于周围环境利用迷宫密封装置来密封。每个密封腔在旋转部件的壳体内具有至少一个排液通道。在预定用途的情况下，外密封腔内的排液通道在圆周方向上位于密封腔的最低点处。根据本发明，至少一个第二排液通道位于外密封腔内，并且该第二排液通道在圆周方向上位于密封腔的最低点的上方。

Description

用于密封利用液体润滑剂润滑的轴承组件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于密封旋转部件的轴承组件的装置，该轴承组件利用液体润滑剂润滑，并且该装置具有根据权利要求1的前序部分所述的特征。

背景技术

这种以无接触迷宫密封装置的形式设计的用于旋转部件、尤其是旋转轴的密封装置是普遍通用的和典型的。这些密封装置通常包括两个或多个密封腔，这些密封腔也称为迷宫腔。在各种情况下，在密封腔之间形成简单的或曲折的密封空隙，从而，一方面可实现旋转部件的无接触旋转，并且，另一方面代表用于液体润滑剂的流阻。然后，外密封腔相对于周围环境利用实际的迷宫密封装置来密封。该迷宫密封装置包括在两个部件之间形成通常总为曲折的密封空隙的结构，这两个部件旋转并且相互不接触。所有的密封腔都具有排液通道，从而在密封腔中收集的液体润滑剂通过这些排液通道可返回到壳体内。由于排液通道的区域中的压力远远没有密封空隙的区域中的压力下降得快，因此，液体润滑剂基本上或几乎全部通过排液通道引流，同时，没有润滑剂或只有最小量的润滑剂通过密封空隙到达周围环境中。

这种密封腔通常按照特殊的规定来设计以确保适当的功能。例如，在科技刊物Konstruktion，2007年7/8月刊，41页就进行了说明。

尤其是在轴承组件用于直径例如大于300mm的轴和/或在外圆周上通常具有大于30m/s的圆周速度的高速轴的情况下，引起如下特殊问题，即，气-液混合物或气-润滑剂混合物因此通过轴的高圆周速度带走，并且，根据排液通道的结构形状，在排液通道中形成相应的严重的堵塞。在排液通道内形成堵塞是非常不利的，因为这会造成液体或气-润滑剂混合物通过迷宫密封装置的密封空隙向外渗透，这种问题是必须要避免的。

因此，在上述科技刊物Konstruktion的41页就指出了排液通道要进行相应的设计并具有合适的回流隔板，其在此称为“角板”。

设计实验已经表明，根据上述科技刊物的提议的相应结构略有改善，但是在超高速轴的情况下，尤其是大直径并且圆周速度相对高的轴的情况下，在外密封腔内仍会形成液体润滑剂的严重的堵塞，这会造成轴承配置的相应的泄露。尤其是在通过滚柱轴承安装在所谓的X配置内的结构，并且尤其是如果由于滚柱或锥形轴承而通过轴承产生额外的输送效果的情况下，这种情况就会出现，从而远远更多的容积流体通过轴承渗透进入用于密封轴承配置的装置的内密封腔内。在由于通常有限的安装空间使得内密封腔一般设计得非常小的情况下，从内密封腔到外密封腔内，以及通过曲折的密封空隙从外密封腔到周围环境的区域中的液体润滑剂的溢流相对较大。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进用于密封轴承组件的装置，其以这种方式安装高速旋转部件和/或大直径的旋转组件，即，可在安装空间的最小要求下实现可靠的密封。

该目的根据本发明通过权利要求1的特征部分所述的特征实现。

由于在外密封腔内提供有至少一个在圆周方向上位于密封腔的最低点的上方的第二排液通道，因此，在旋转部件运行的过程中，有大量的容积流体流向该第二排液通道。第一排液通道在圆周方向上位于外密封腔的最低点处以及第二排液通道在圆周方向上位于密封腔的最低点的上方的这种组合方式可实现从外密封腔引导大量的液体润滑剂。因此，不会在外密封腔内造成润滑剂堵塞，润滑剂通过迷宫密封装置曲折的密封空隙可与周围环境接触。具有至少一个内密封腔和外密封腔的组合结构根据本发明具有一个额外的排液通道，因此，即便是在最小安装空间的情况下，也可相应地密封旋转部件的轴承组件。

安装回流隔板，从而其可堵住外密封腔的大部分横截面，以及保留在回流隔板和旋转部件之间的空隙，该空隙的横截面比迷宫密封装置的密封空隙更大。

因此，回流隔板将堵住大部分横截面，例如，60-70％的横截面。尽管如此，比迷宫密封装置的区域中的密封空隙更大的空隙还是会保留为打开状态。因此，可以确定的是，可能聚集的润滑剂在通过迷宫密封装置与周围环境接触前会渗透经过回流隔板处的该空隙。

在本发明一个尤其有利的实施例中，回流隔板位于外密封腔的第二排液通道的区域中。

回流隔板这样设计，即该回流隔板相应地阻断了液体润滑剂或相应的润滑剂-气混合物的流动，如上述现有技术所述的角板那样随旋转部件旋转，并把容积流体通过其设计导入到排液通道内。因此，可根据目的引导相对多的容积流体，从而不会在外密封腔内造成液体润滑剂堵塞。

在其另一设计中，还可能的是，回流隔板具有把润滑剂容积流体按目的导流到排液通道中的导流元件。

除了通常根据现有技术描述以类似三角形的基本形状相当简单地典型安装的角板之外，该示范性实施例中的回流隔板还可以具有额外的凸出部，导流肋部、或类似物等，其可把回流隔板的基本形状拉长为导流元件，尤其是拉长超过三角形原来的平面。导流元件可以根据排液通道的几何设计实现，因此其具有最好的条件来把润滑剂容积流体引入到排液通道内。

在本发明的另一尤其优选的设计中，还可能的是，回流隔板也位于外密封腔的第一排液通道的区域中。

因此，在通过这种回流隔板或角板在圆周方向上位于最低点处的排液通道的区域中也可实现润滑剂容积流体的导流的改进。

然而，根据其一相应有利的改进，可能的是，该回流隔板设计为不具有把润滑剂容积流体按目的导流到排液通道中的导流元件。

实验已经说明，这种导流元件对于外密封外打开的至少一个第二排液通道是非常有利的。在外密封腔的排液通道在圆周方向上位于最低点处的情况下，回流隔板相应有利地单独处于其与三角形类似的基本形状的状态中。但是已经证明的是，如果安装有导流元件则是非常不利的，这是因为，在该区域中，润滑剂容积流体的排液通道会由回流隔板上的额外的导流元件造成堵塞而不是获得支持。

在本发明的一个特别有利的改进方案中，回流隔板在此这样设计，即回流隔板在很大部分上堵塞外密封腔的横截面，其中在回流隔板和旋转部件之间的空隙保留，其横截面大于迷宫密封装置的密封空隙。

回流隔板也就在很大部分上、例如60-70％堵塞横截面。然而仍然有一个空隙保持打开，该空隙相应地比迷宫密封装置的区域中的密封空隙更大。因此确保了，即同样也堵塞的润滑剂不久前在回流隔板上渗透经过这个空隙，其通过迷宫密封装置进入到周围环境中。

根据本发明所述的装置的一个特别有利的结构设计在于，至少一部分的回流隔板设计为与壳体集成或一部分设计为与壳体旋转固定。

用于这种轴承配置或旋转部件的壳体和固定在其上的可选部分通常通过相应的铸造方法产生。因此，通过相对较少的投入，回流隔板已经简单并且有效地引入到该装置的非旋转部分中。另外，已经表明的是，对于外密封腔的非旋转部分来说，在普通铸造方法的情况下可实现的表面质量是完全能满足要求的，因此对于相应的部件无需任何后续处理。因此，该回流隔板可直接集成地铸造到壳体中，而不会妨碍例如通过车削方式实现的后续处理。因此，在铸造的生产过程中可简单并且有效地实现具有回流隔板的外密封腔的相对复杂的设计。

根据该装置的一个特别有利的改进方案，回流隔板还承担锁定元件的任务。

这些回流隔板可与壳体集成或可稍后引入到壳体内。然而，在任何情况下都要安装这些回流隔板，从而其可固定另外的部件，这些另外的部件可相对于在外腔和内腔之间的旋转部件、例如密封环或外腔的迷宫密封装置保持固定，并相对于壳体内的旋转部件来旋转固定这些部件。因此，可省去可替换的元件，例如螺栓或类似物。

根据本发明的一个特别有利和优选的设计，该至少一个第二排液通道在旋转部件的旋转方向上，在外密封腔的下半部中在圆周方向上跟随在第一排液通道之后。

通过该配置，由于部件带走气-润滑剂混合物，因此，在从第一排液通道引出的第二排液通道的方向上的相应的润滑剂容积流体可通过旋转部件的旋转获得支持，在第一排液通道内，可能会造成润滑剂容积流体堵塞。

实际上已经表明的是，通过相应的结构根据本发明，从第一排液通道的区域到第二排液通道的区域中形成较强的润滑剂容积流体。如果第二排液通道在旋转部件的旋转方向上跟随在第一排液通道之后，则该较强的润滑剂容积流体会再次增强，通过该润滑剂容积流体，可从外密封腔引导润滑剂，由此该配置本身与周围环境保持完全表面密封。另外，外密封腔的相应的下半部的配置也是非常适当的，因为以这种方式反向于重力的方向在引流前只输送了最少部分的润滑剂容积流体或完全没有输送润滑剂容积流体。

基本上也可想到另外的排液通道，这些排液通道围绕着旋转部件分布，或尤其是它们在两个方向上位于外密封腔的下半部中。这在如果旋转部件在多个方向上旋转的情况下可以是尤其有利的。因此可不取决于旋转部件的旋转方向通过两根第二排液通道的配置对称于外密封腔的下半部内的第一排液通道实现最好的效果。

在本发明的一个有利的设计中，还可能的是，至少一个内密封腔的至少一个排液通道在圆周方向上位于密封腔的最低点的上方。

取决于安装空间可以提供一个或多个内密封腔，尤其在有限的安装空间的情况下，一个内密封腔就完全足够了。每个内密封腔可具有一个或多个排液通道，通常为两个排液通道。在至少一个内密封腔内，尤其是最里面的那个内密封腔内，这些排液通道在圆周方向上分别位于密封腔的最低点的上方，因此，在旋转部件减速后，亦即其静止的时候，在圆周方向上密封腔的最低点和排液通道之间形成相应堆积的液体润滑剂。保留在内密封腔内或腔内的液体润滑剂则确保最小润滑，这对于旋转部件的启动过程来说是非常有利的，因为，在达到旋转部件的特定最小速度时，通过通常由于轴承产生的输送动作首先开始润滑。因此，排液通道开口的相应配置确保了旋转部件的最小润滑或开始润滑。

附图说明

下面根据附图对由从属权利要求以及示范性实施例中产生的本发明的另外的有利设计进行详细说明。

图中示出：

图1示出了穿过旋转部件的纵截面及其轴承组件和轴承组件的密封的示意图；

图2示出了多个密封腔，具有示意性在横截面中示出的排液通道；

图3示出了回流隔板的横截面示意图；以及

图4示出了可能的回流隔板的两种变体的示意图。

具体实施方式

图1所示为非旋转壳体2内的旋转部件1。相应地，旋转部件以1开头的参考数字表示，而非旋转部件以2开头的参考数字表示。

旋转部件1在驱动系统中为轴，并且为相对大直径的，通常大于300mm。旋转部件相对较快旋转，从而在轴的外圆周上形成大于或远大于30m/s的圆周速度。除了旋转部件1之外，轴承壳101也跟着旋转，其在此是如同锥形滚柱轴承的轴承3的轴承壳101。该轴承3设计具有在所谓的X配置中的支座(未示出)并安装旋转部件1。连同轴承壳101以及旋转部件1一起，旋转迷宫密封环102也作为用于密封轴承3的装置4的一部分旋转。除了当前的壳体，壳体2还具有用于轴承3的滚柱体5的轴承壳201。并且，其还具有密封环202，密封环相对于外密封腔7相应地密封第一内密封腔6。外密封腔7由固定式迷宫密封环203限定，固定式迷宫密封环连同旋转迷宫密封环102一起形成迷宫密封装置。两个迷宫密封环102和203基本上不相互接触，但是在它们之间形成基本上曲折的迷宫密封空隙8，其通过相对高的压力降阻止液体润滑剂或气-润滑剂混合物通过其流动。内密封腔6和外密封腔7通过密封环202相互密封，如上所述，该密封环也就设计为不接触旋转部件101和102并因此仅通过密封空隙9密封。因此，内密封腔6和外密封腔7通过该密封空隙9彼此相对应设置。

现在在壳体2的区域中添加液体润滑剂，尤其是油。由于旋转轴承3、尤其是轴承3的X配置产生的输送动作，液体润滑剂容积流体通过轴承3连续地输送到内密封腔6的区域中。

图2非常示意性地示出了两个密封腔6和7的横截面示意图。如图所示，旋转部件1位于中心点，并且在该示例中，按照箭头R所示的方向顺时针旋转。内密封腔6可以看出与旋转部件1邻接，旋转部件相对于外密封腔7与密封环202分开，外密封腔依次相对于周围环境由迷宫密封环203密封。虽然未在图2中明确示出，但是，在此除了在各个密封腔6和7的区域中示出的非旋转元件202和203之外，还示出了轴承壳101和迷宫密封元件102的旋转壁。这些壁将在旋转部件1的旋转方向R上带走液体润滑剂，并因此确保圆周方向上的容积流体，该容积流体在此仅在外密封腔内标明并以V₁表示。

如上所述，由于轴承3的输送动作，在内密封腔6的区域中出现大量的液体润滑剂。但是，由于轴承的有限的安装高度，密封腔6通常容积不能过大。为了从密封腔6中去除油容积流体，提供了两个排液通道61，密封腔6内收集的液体润滑剂可以通过该排液通道至少部分地返回到壳体2的区域中。两个排液通道61在圆周方向上不位于内密封腔6的最低点62处，而是比上述最低点相应高出了高度h。由此实现了，当旋转部件1为固定式时，来自内密封腔6的横截面的低于高度h的剩余润滑剂残留在内密封腔6内。残留的润滑剂可用于旋转部件1启动期间的润滑。

如图1所述，在旋转部件1的运行过程中以常规操作通过排液通道61不能去除的润滑剂将通过密封空隙9引入到外密封腔7内。随着旋转部件1旋转的旋转壁位于迷宫密封环102的区域中的外密封腔内。相应地，在此也将产生容积流体V₁，其在圆周方向上随着旋转R通过外密封腔7。排液通道71位于外密封腔7内，并且排液通道在圆周方向上所示位于密封腔7的最低点处。该位于最低点处的排液通道71的任务是引导润滑油，润滑油在运行过程中到达密封腔7处。另外，润滑油也可从密封腔6的区域中去除，密封腔通过该静止的排液通道与穿过密封空隙9的密封腔7接触。为了使外密封腔的区域中的润滑剂较少或无润滑剂，排液通道71在圆周方向上位于最低点处。由于排液通道71的横截面通常代表比曲折的迷宫密封空隙8更低的压力降，因此可能出现的润滑剂通常通过排液通道71引导，并因此不会通过迷宫密封空隙与周围环境接触。

但是，在外圆周上的圆周速度大于30m/s的高速轴以及内密封腔6的区域中的压力相对高的情况下，在运行过程中，从内密封腔6的区域到外密封腔7的区域中形成相对大的容积流体。排液通道开口71通常不能容纳这么大的容积流体，因此润滑剂造成堵塞并会造成装置的相应泄露。

因此，根据本发明，提供第二排液通道72。理想的情况下，该第二排液通道72在旋转部件1的旋转方向R上位于排液通道71后面。因此，理想的情况下，当旋转部件1旋转时引入的容积流体可从最低点引入，并因此从第二排液通道72的区域中的一个点引入，在该点处大部分液体造成堵塞。实际上，实践已经表明，在这种结构的情况下，在第二排液通道的方向上形成箭头所示的大容积流体V2。然后，该容积流体通过第二排液通道72可返回到壳体2内。该结构可避免润滑剂通过曲折的密封空隙8流出，因此，该结构是密封的。

除了在此所示的排液通道72之外(其通常位于圆周下半部，从而使得在逆向于重力的方向上输送距离不长)，还额外提供了另外的排液通道73，其和上述排液通道72的配置情况相同。在图2所示的示范性实施例中，该排液通道73在旋转部件1的旋转方向R上与排液通道71的另一侧相连。其显示了一定的作用，但是没有排液通道72所需的作用强。但是，如果现在使用的旋转部件1的旋转方向是变化的，在理想情况下，可使用可选择地示出的第三排液通道73以确保在轴的旋转方向与所示的旋转方向R相反的情况下引导液体润滑剂容积流体。

或者可替换地，在旋转部件1的仅仅一个旋转方向R的情况下，如果出现相应大量的润滑剂，则需要使用多个第二排液通道，例如均匀分布在圆周周围或相互连续紧密排列。

图3所示为这种排液通道71，72，或73的详细示意图。回流隔板204位于排液通道的区域中，其也就设计为相对于旋转部件1旋转固定，或者，如图3所示，相对于旋转迷宫密封环102旋转固定。偶尔，该回流隔板204在上述现有技术中也称为所谓的角板。回流隔板204设计为覆盖外密封腔7的大约60-70％的横截面。仅在其自身和旋转部件1或在此情况下是部件102之间形成相应的空隙。但是，该空隙的横截面比迷宫密封装置的相应的曲折的密封空隙8大得多，因此在不确定的情况下，相对于通过曲折的密封空隙8，润滑剂更简单地通过该空隙，并因此，整个系统的密闭性得以保证。否则，由现有技术所知的回流隔板204将改进从外密封腔7的区域中对液体润滑剂的引导，并因此有助于整个系统的密封。内密封腔6的容积相应地设计比外密封腔7的容积小。溢流到外密封腔7中的液体润滑剂将通过排液通道71和72以及可选择地通过排液通道73去除，并且不会通过曲折的密封空隙8与周围环境的区域接触。

图4示出了这种回流隔板的两种不同的构造。图4a示出了这种回流隔板204的典型构造的俯视图和侧视图。该回流隔板204基本上为三角形并具有相应的厚度。这种回流隔板204可尤其用于排液通道71并具有现有技术所知的优点。图4b示出了回流隔板204′的俯视图和侧视图。其与图4a所示的典型的回流隔板204不同，即，其还具有导流元件205，导流元件用于把润滑剂容积流体按目的导流到排液通道中。已经表明，这种具有导流元件205的回流隔板204′可以尤其有利地特别用在排液通道72的区域中和可选择的排液通道73的区域中。因为从排液通道72或73返回到壳体2中的导流元件通常位于限定为三角形的回流隔板204′的主平面外，所以，在理想的情况下，位于回流隔板204′的主平面外的导流元件205可支持液体润滑剂的这种容积流体的导流。

如果壳体2设计为铸造部分，图3和图4所示的回流隔板204和204′可很好地集成在壳体内，因为它们已经相应地在铸造模具中提供。对此可替换地，其也可采用相似的方法拧入，压入或固定。此外，因为回流隔板204和204′固定了绞合锁定在壳体2内的密封环202或迷宫密封环203，因此回流隔板可完成额外的任务，因此密封环或迷宫密封环不能相应地随着旋转部件1或运行的元件102，103旋转。通过把回流隔板204和204′用作锁定元件，可省去另外的对于该目的所需的元件，例如螺栓或类似物。

因此，本发明利用简单但是有效的结构使密封效果大为提高，尤其是在高速轴和/或大轴径的情况下。尤其是，其可用于安装和密封例如轨道车辆或类似物中的万向轴或驱动轴。例如，大轴可理解为直径大于300mm的轴。高速轴包括在其外圆周上的圆周速度大于或远大于30m/s的那些轴。

Claims (14)

1.一种用于密封旋转部件的轴承组件的装置，所述轴承组件利用液体润滑剂润滑，所述装置具有：

1.1在圆周方向上的至少一个内圆周密封腔；以及

1.2在圆周方向上的一个外圆周密封腔；

1.3所述密封腔通过密封空隙相对应设置；并且

1.4所述外密封腔相对于周围环境利用迷宫密封装置来密封；

1.5每个密封腔在所述旋转部件的壳体内具有至少一个排液通道；并且

1.6在预定用途的情况下，所述外密封腔内的排液通道在圆周方向上位于所述密封腔的最低点处；

其特征在于，

1.7在所述外密封腔(7)内设有至少一个第二排液通道(72，73)，所述第二排液通道在圆周方向上位于所述密封腔(7)的最低点的上方，

1.8回流隔板(204，204′)位于所述外密封腔(7)的至少一个第二排液通道(72，73)的区域中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述回流隔板(204，204′)具有把润滑剂容积流体按目的导流到至少一个第二排液通道(72，73)中的导流元件(205)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置，其特征在于，回流隔板(204)位于所述外密封腔(7)的所述排液通道(71)的区域中。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述回流隔板(204)设计为不具有把润滑剂容积流体按目的导流到排液通道(71)中的导流元件(205)。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述回流隔板(204，204′)堵住所述外密封腔(7)的大部分横截面，以及保留在回流元件(204，204′)和所述旋转部件(1)之间的空隙，所述空隙的横截面比所述迷宫密封装置的所述密封空隙(8)更大。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，至少一部分回流隔板(204，204′)设计为与所述壳体(2)集成或一部分(201，203)设计为与所述壳体(2)旋转固定。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少一部分回流隔板(204，204′)设计为用于所述装置的另外的部件的锁定元件。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个第二排液通道(72，73)在所述旋转部件(1)的旋转方向(R)上，在所述外密封腔(7)的下半部中在圆周方向上跟随在所述第一排液通道(71)之后。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个内密封腔(6)的至少一个排液通道(61)在圆周方向上位于所述内密封腔(6)的最低点(62)的上方。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的装置，其特征在于，所述内密封腔(6)设计为在所述内密封腔的朝向所述轴承组件(3)的一侧上打开，所述内密封腔的另一侧设计为通过密封空隙(9)与最接近的内密封腔或外密封腔(7)相对应。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的装置，其特征在于，所述轴承组件(3)在X配置中设计为滚柱轴承组件。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转部件(1)设计为高速轴和/或大直径轴。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转部件(1)在常规操作中在外圆周上的圆周速度大于30m/s。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的装置，其特征在于，所述外密封腔(7)的容积大于至少一个邻近的内密封腔(6)的容积。

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