CN102656394B - 密封环，特别是用于液压活塞泵的密封环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封环，特别是用于液压活塞泵的密封环，所述密封环用于密封填充有流体的压力腔(30)，其中密封唇(16)以轮廓(18)贴靠在密封面(28)上并且可相对于该密封面移动，所述密封唇(16)的轮廓(18)与密封唇(16)相对于密封面(28)的速度相匹配，从而调节来自压力腔(30)的流体的限定的漏损。

Description

密封环，特别是用于液压活塞泵的密封环

技术领域

本发明涉及一种密封环，特别是用于液压活塞泵的密封环，用于密封填充有流体的压力腔，其中密封唇以轮廓贴靠在密封面上并且可相对于该密封面移动。此外，本发明还涉及一种密封环的应用、一种用于制造活塞泵的方法、一种活塞泵以及一种车辆制动系统。

背景技术

液压活塞泵的用于对填充有液压流体的压力腔进行密封的密封环通常具有基本上光滑的面，该面贴靠在可在圆柱形腔室内移入和移出的活塞上。在此，在密封环的面和活塞之间产生摩擦，这导致密封环磨损。

由DE102006036442A1已知一种用于在泵活塞处进行密封的密封和导向装置。该密封和导向装置包括导向环、支撑环和密封元件，其中支撑环设置在密封元件和导向环之间。导向环相对于支撑环的接触面具有至少一个区域，该区域位于垂直于活塞纵向轴线的平面之外，其中所述区域倾斜于所述平面地布置。

这个密封和导向装置在长的密封寿命的情况下提供良好的密封性，因为在泵工作期间密封元件压靠在不位于所述平面内的区域上，使得对支撑环施加一个指向径向内侧的力。由此防止密封元件被压在支撑环和活塞之间的区域中，这可能会导致密封元件损坏并导致泄漏。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有很小的磨损现象的密封环。此外，密封环应能使得流体没有漏损或只有限定的漏损。

根据本发明提出一种密封环，特别是用于液压活塞泵的密封环，用于密封填充有流体的压力腔，其中密封唇以轮廓贴靠在密封面上并且可相对于该密封面移动，并且其中密封唇的轮廓与密封唇相对于密封面的速度相匹配，从而调节来自压力腔的流体的限定的漏损。

液压活塞泵有利地包括圆柱形腔室以及可在该圆柱形腔室内移入和移出的活塞，所述圆柱形腔室的界限由圆柱形的壁部确定。在圆柱形的壁部和活塞之间设有根据本发明的密封环，该密封环将填充有流体的压力腔密封。在活塞从圆柱形的腔室移出时活塞将流体吸入压力腔内，并且在移入时活塞将流体从压力腔挤压到液压系统中以做功。

流体在这里应理解为气体或液压液体，例如矿物油基或乙二醇基的液压液体。

根据本发明的密封环包括具有限定的轮廓的密封唇。密封唇以限定的轮廓贴靠在密封面上，即，或者贴靠在活塞的外周面上或者贴靠在圆柱形的壁部的内周面上，以密封压力腔。在活塞移入圆柱形腔室和从圆柱形腔室移出时，密封唇和密封面相对彼此运动。

根据本发明，密封唇的轮廓与密封唇相对于密封面的速度相匹配，从而调节来自压力腔的流体的限定的漏损。

该漏损一方面可以被调整成，该漏损在密封面上提供一个限定的润滑膜，从而密封面以相对小的磨擦在密封唇上滑过，而不会产生密封唇的明显磨损。另一方面，漏损可以很小或者说流体从密封面到压力腔的回送程度可以调整为不会出现值得注意的、可能会导致相邻部件的功能性损坏的泄漏损失。

特别地，密封唇的轮廓可以与速度相匹配，其中活塞的移入速度与活塞的移出速度是不同的。

活塞的移入和移出速度的确定的比例可以通过驱动活塞的偏心轮的不对称性来设定。当希望没有漏损或流体的回送或者只希望有很少的漏损或流体的回送时，设定一个移入速度大于移出速度的比例。当希望有较大的漏损，例如用来形成润滑膜时，设定一个移入速度小于移出速度的比例。密封唇的轮廓针对移入和移出速度进行调节，从而提供限定的漏损。

根据本发明密封环的第一种有利的改进方案，所述轮廓具有至少一个边部。

在这种改进方案中，轮廓具有至少两个边部，其中，一个边部布置在靠近压力腔的一侧上并且另一个边部布置在远离压力腔的一侧上。边部与密封面形成一个角度。已证实有利的是，在靠近压力腔的一侧上的边部与密封面形成的角度大于在远离压力腔的一侧上的边部与密封面形成的角度。

根据本发明密封环的第二种有利的改进方案，在靠近压力腔一侧上的边部与密封面形成一个从55°至80°的角度。

从55°至80°的角度已证实是有利的。通过在靠近压力腔一侧上的相对大的角度，可以提供密封唇的长期的可操作性以及密封性。

根据本发明密封环的第三种有利的改进方案，在远离压力腔一侧上的边部与密封面形成一个从10°至25°的角度。

这种改进方案在远离压力腔一侧上提供一种轮廓，该轮廓在相对较长的密封环使用时间之后也不会显著变化，因此确保基本上保持不变的限定的漏损或流体的回送。

根据本发明密封环的第四种有利的改进方案，轮廓具有曲率半径为0.02mm至0.5mm的弯曲的第一部分、大致平行于密封面延伸的0.01mm至1mm的第二部分以及曲率半径为0.07mm至0.5mm的弯曲的第三部分。

该轮廓布置在两个边部之间并且形成支撑面，该支撑面被压在密封面上。在活塞泵工作时，对这个支撑面施加最大的挤压压力。

通过这个改进方案提供了一种轮廓，该轮廓特别地与密封唇相对于密封面的速度相匹配，其中移入速度等于移出速度。这种轮廓在密封唇的长的行驶里程下提供高的密封性以及很小的漏损。

大致平行于密封面延伸的0.01mm至1mm的第二部分对于密封唇被流体中可能存在的杂质颗粒损坏的情形实现了所谓的密封环自动再生。

弯曲的第三部分也可以具有大于0.5mm的曲率半径。但在这种情况下，密封环的行驶里程下降，其下降的程度为曲率半径较小的弯曲部分所附加提供的行驶里程。

此外可想到的是，轮廓具有至少一个曲率半径为0.03mm至0.5mm的弯曲部分，该部分将在靠近压力腔一侧上的边部和在远离压力腔一侧上的边部相连接。

根据本发明密封环的第五种有利的改进方案，所述轮廓被构造为，其形成0.08mm至0.12mm的圆角部。

圆角部在这里应理解为在两个边部之间，即在靠近压力腔一侧上的边部和在远离压力腔一侧上的边部之间延伸的区域。

在一种这样的改进方案中，提供一种密封唇，特别是可以用在液压活塞泵中的密封唇，该液压活塞泵要求密封唇具有长的行驶里程或者说使用寿命。在这里，确保基本上始终很小的来自压力腔的流体的漏损。

此外还提出了一种根据本发明的密封环在液压活塞泵中用于产生限定的润滑膜的应用。

密封环的密封唇的轮廓与密封唇相对于密封面的速度相匹配，从而调整来自压力腔的流体的限定的漏损。为了产生在密封面上形成限定的润滑膜的漏损，活塞的移入速度小于移出速度。在这里，移入速度可以比移出速度小3倍。在这种情形下，密封唇的轮廓被构造为，该轮廓在位于靠近压力腔一侧上的边部和位于远离压力腔一侧上的边部之间形成一个长度为0.01mm的部分，或者说一个0.01mm的所谓的圆角部。

此外，移入速度可以比移出速度小6倍。密封唇的轮廓在这情形下被构造为，该轮廓在位于靠近压力腔一侧上的边部和位于远离压力腔一侧上的边部之间形成一个长度为0.1mm的部分，或者说一个0.1mm的所谓的圆角部。

通过将根据本发明的密封环应用于液压活塞泵，可以在密封唇和密封面之间提供一个润滑膜，该润滑膜确保密封唇相对于密封面的摩擦相对较小的移入和移出。密封唇的磨损很小，从而密封环具有长的使用寿命。同时，来自压力腔的流体的漏损很小，由此可以避免相邻部件的功能性损坏。

根据本发明的密封环可以用在所有承受震动的密封装置中，其密封作用通过密封唇实现。但对密封性和/或行驶里程提出高的要求时，这种密封环的应用被证实是特别有利的。

此外，当密封环非常紧地贴靠在活塞上时，特别是存在处于5％至20％范围内的所谓的过度挤压时，根据本发明的密封环的应用证实是有利的。

此外，提出了一种用于制造液压活塞泵的方法，包括下列步骤：

-制造并提供密封环，

-提供活塞以及圆柱形腔室，该圆柱形腔室的界限由圆柱形的壁部划定，

-将活塞插入圆柱形腔室中，使得活塞能够在所述圆柱形腔室中移入和移出，

-将密封环嵌入在活塞和圆柱形的壁部之间，使得密封环的密封唇以限定的轮廓贴靠在密封面上并且能够相对于该密封面移动，从而将填充有流体的压力腔密封，

根据本发明，在制造所述密封环时对所述轮廓进行调节，使得在小于活塞的移入速度小于移出速度的情况下，在所述密封唇和所述密封面之间形成流体的确定的润滑膜厚度。

本发明的优点在于，润滑膜厚度足够大，从而密封唇和密封面可以相对无摩擦地在彼此上滑过。因此，密封环的磨损被最小化，使用寿命得以优化。此外，来自压力腔的流体的漏损在液压活塞泵的使用期间很小，从而在相邻部件上不会出现功能性损坏。

此外，提出了一种具有根据本发明的密封环的活塞泵。

根据本发明的活塞泵包括圆柱形腔室，该圆柱形腔室的界限由圆柱形壁部限定。活塞被布置为可在圆柱形腔室中移入且移出。具有密封唇和限定的轮廓的密封环布置在活塞和圆柱形的壁部之间，并且根据上述特征将填充有流体的压力腔密封。

此外，提出了一种车辆制动系统，其具有带根据本发明的密封环的活塞泵。

这种车辆制动系统可以例如为具有液压制动调制单元的制动系统、防抱死系统(ABS)或电子稳定程序(ESP)。在这种制动系统中特别有利的是。活塞泵的漏损具有一个限定的值并且在密封面上敷有限定的润滑膜，以便在长的行驶里程下提供制动系统最优的功能。此外，在车辆制动系统中的漏损不允许具有过高的值，由此防止相邻部件上的功能性损坏。

附图说明

下面依据示意性附图对根据本发明的解决方案的实施例进行详细阐述。附图中：

图1示出了根据本发明的密封环的俯视图，

图2示出了根据图1的横剖视图Ⅱ-Ⅱ，

图3示出了图2中的局部放大图Ⅲ，

图4示出了图3中的局部放大图Ⅳ，

图5示出了表示在当移出速度恒定时移入速度变化的条件下润滑膜厚度差的图表，以及

图6示出了表示密封唇在行驶里程变化下的磨损的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的密封环10，具有内周面12和外周面14。在内周面12上，密封环10具有密封唇16，该密封唇带有限定的轮廓18(参见图2)。

图2示出了密封环10，其布置在圆柱形腔室的圆柱形壁部20与液压活塞泵的活塞22之间。密封环10以其外周面14贴靠在圆柱形壁部20的内周面24上，并且以密封唇16的限定的轮廓18贴靠在活塞22的外周面26上。活塞22被构造为可在圆柱形腔室内部移入以及移出，并且在密封唇16和其外周面26之间的接触面上形成密封面28，该密封面是相对于密封环10的密封唇16可移动的。密封环10在这里将填充有流体的压力腔30密封。

密封唇16的轮廓18在这里与密封唇16相对于密封面28的速度相适应，从而调节来自压力腔30的流体的限定的漏损。

在图3中详细示出了密封唇16的轮廓18。轮廓18包括两个边部32、34，其中一个边部32布置在靠近压力腔30的一侧上而另一边部34布置在远离压力腔30的一侧上。两个边部32、34在它们相遇的顶点形成一个区域36。这个区域36形成在密封唇16和活塞22的外周面26之间的接触面以及限定了密封面28。在靠近压力腔30一侧上的边部32在这里与密封面28形成一个从大约55°至大约80°的角度α。相反，在远离压力腔30一侧上的边部34与密封面28形成一个从大约10°至大约25°的角度β。

密封环10在这里设有视觉特征，用来简化地区分边部32、34以及角度α、β。这个视觉特征可以是确定的颜色、确定的表面特性或者还可以是标记。

密封环10的总宽为活塞行程的0.1至3倍。

在密封环10的新状态下可以实现根据本发明的密封环16的轮廓18或者由于相邻部件的力的作用才对其进行调节。

在图4中示出了区域36。从左向右依次看，密封唇16的轮廓18在这个区域36中具有第一部分38、第二部分40和第三部分42。在这里，第一部分38相对于密封面28被弯曲成凸状的，其曲率半径为大约0.02mm至0.5mm，第二部分40基本上平行于密封面28延伸，其长度为大约0.01mm至大约1mm，并且第三部分42相对于密封面28被弯曲成凸状的，其曲率半径为大约0.07mm至0.5mm。

密封唇16的这个轮廓18适应于工作情形，使得活塞22的移入速度等于移出速度并且在密封环10的长的行驶里程期间确保密封面28上的高密封性，而在活塞22移入圆柱形的腔室期间不会有显著的漏损。当轮廓18被在这个部分40中可能存在的外界颗粒损坏时，大致平行于密封面28延伸的第二部分40实现了所谓的密封环16再生。

密封环10被用在车辆制动系统(例如带有液压的制动调制单元的制动系统、ABS或ESP系统)的活塞泵中。

图5示出了具有两个轴的图表，其中在垂直的y轴上以nm表示润滑膜厚度差，在水平的x轴上以mm/s表示活塞22移入圆柱形活塞的速度。

润滑膜厚度差应理解为在活塞22移入到圆柱形腔室中时在与压力腔30对置的一侧上未被蹭去，而被输送回压力腔30中的润滑膜的厚度。因此，润滑膜厚度差是被输送出的润滑膜与漏损的差，因此是在活塞22的移入和移出过程之间流体回送的量。

根据图5的图表针对具有不同轮廓18的四种密封唇10描绘了在活塞22的移入速度变化时相应的润滑膜厚度差。在此，活塞22的移出速度总是等于300nm/s并且在压力腔30和远离压力腔30的一侧之间存在20Mpa的压力差。

曲线44涉及具有两个边部32、34的密封唇16，这两个边部与密封面28形成不同的角度α、β。在布置于靠近压力腔30一侧上的边部32和密封面28之间的角度α在这里为大约55°至80°。相反，在布置于远离压力腔30一侧上的边部34和密封面28之间的角度β为大约10°至25°。

曲线46涉及根据曲线44的密封唇16，其中密封唇16已经历经大约810km的行驶里程。密封唇16在大约810km的行驶里程后具有的磨损使得所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，为0.1mm。

曲线48涉及根据曲线44的密封唇16，其中密封唇16已经历经大约300km的行驶里程。密封唇16在大约300km的行驶里程后具有的磨损使得所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，为0.01mm。

曲线50涉及根据曲线44的密封唇16，其中密封唇16已经历经大约200km的行驶里程。密封唇16在大约200km的行驶里程后具有的磨损使得所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，为0.003mm。

在图6中示出了描绘根据图5的密封唇16的轮廓18在不同的行驶里程上的变化。在垂直的y轴上表示所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，而在水平的x轴上示意性地表示轮廓18的纵向分布。

曲线52形象地示出了在新状态下的根据图5中的曲线44的轮廓18。曲线54形象示出了在200km行驶里程之后的根据图5中的曲线50的轮廓18。曲线56形象示出了在300km行驶里程之后的根据图5中的曲线48的轮廓18。曲线58形象示出了在810km行驶里程之后根据图5中的曲线46的轮廓18。

根据图5中的曲线44，在移入速度与活塞22的移出速度相同，即在300mm/s时，调节为正的、大小为35nm的润滑膜厚度差，也就是流体的回送程度。

在密封唇18历经300km的行驶里程后(参见图6中的曲线56)，密封唇16的轮廓18磨损成大约为0.01mm的所谓圆角部。由此，润滑膜厚度差下降至大约6nm，即，在这种磨损下只存在原流体回送程度的1/7(参见图5中的曲线48)。

在密封环10历经大约800km的行驶里程的情况下，所谓的圆角部增加至0.1mm或者通过磨损而平行于密封面28形成一个大约0.02至1mm长的部分40(参见图6中的曲线60)。在此，令人惊讶地，润滑膜厚度差又增加至大小为30nm的值，也就是增加至初始值的大约6/7(参见图5中的曲线46)。

最初的效应，即在300km的行驶里程下润滑膜厚度差首先减小，其原因在于角度α的变化，该角度由边部32和密封面28在靠近压力腔30的一侧上围成。相反，润滑膜厚度差在约810km行驶里程后重新升高至大约30nm，其原因在于所谓的圆角部从0.01mm增大至0.1mm。该圆角部增大确保更高的流体回送程度。

轮廓18的变化或者说密封唇16的磨损基本上在边部32、34相遇的区域36上发生。特别地，由边部32和密封面28在靠近压力腔30的一侧上形成的角度α变化。由边部34和密封面28在远离压力腔30的一侧上形成的角度β在密封唇16磨损期间不明显变化(参见图6中的曲线52、56、60)。

此外，在图5中示出了为了润滑的目的(负的润滑膜厚度差)所希望的漏损的调整。为了实现限定的漏损，活塞22的移入速度被设定为小于移出速度。在移入速度比移出速度小3倍时，在所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，为大约0.01mm时已经实现了负的润滑膜厚度差(参见曲线48)。相反，在移入速度比移出速度小6倍时，在所谓的圆角部，也就是在靠近压力腔30一侧上的边部32和在远离压力腔30一侧上的边部34之间的部分，为大约0.1mm时才实现了负的润滑膜厚度差(参见曲线46)。

上述给出的示例值与各种参数有关，例如活塞22在圆柱形腔室中的行程、活塞22的表面特性、温度条件、流体类型以及所使用的材料，并且受到这些参数的影响。

Claims (8)

1.一种用于液压活塞泵的密封环，所述密封环用于密封填充有流体的压力腔(30)，其中密封唇(16)以轮廓(18)贴靠在密封面(28)上并且能够相对于该密封面移动，其特征在于，所述密封唇(16)的轮廓(18)与所述密封唇(16)相对于所述密封面(28)的速度相匹配，从而调节来自压力腔(30)的流体的限定的漏损，所述轮廓(18)具有曲率半径为0.02mm至0.5mm的弯曲的第一部分(38)、大致平行于所述密封面延伸的0.01mm至1mm的第二部分(40)以及曲率半径为0.07mm至0.5mm的弯曲的第三部分(42)。

2.按照权利要求1所述的密封环(10)，其特征在于，所述轮廓(18)具有至少一个边部(32、34)。

3.按照权利要求2所述的密封环(10)，其特征在于，在靠近所述压力腔(30)一侧上的边部(32)与所述密封面(28)形成一个从55°至80°的角度(α)。

4.按照权利要求2或3所述的密封环(10)，其特征在于，在远离所述压力腔(30)一侧上的边部(34)与所述密封面(28)形成一个从10°至25°的角度(β)。

5.按照权利要求1所述的密封环(10)，其特征在于，所述轮廓(18)被构造为，该轮廓在两个边部之间形成一个长度为0.08mm至0.12mm的部分。

6.按照权利要求1至5中任意一项所述的密封环(10)在液压活塞泵中用于产生限定的润滑膜的应用。

7.一种活塞泵，其特征在于，具有按照权利要求1至5中任意一项所述的密封环(10)。

8.一种车辆制动系统，其特征在于，具有按照权利要求7所述的活塞泵。