CN103502707A

CN103502707A - 密封件

Info

Publication number: CN103502707A
Application number: CN201280021913.0A
Authority: CN
Inventors: 蒂埃里·吉拉尔多; 多米尼克·吕铎
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: EP2554878B1; EP2554878A1; JP2014521899A; RU2559101C1; EP2739885A1; EP2739885B1; CN103502707B; JP5933715B2; WO2013017755A1

Abstract

本发明涉及一种密封件(1)，其包括承载环(2)和密封垫圈(4)，所述承载环带有轴向支脚(3)；所述密封垫圈(4)被放置或设置在承载环(2)上，并在外部周边围绕着轴向支脚(3)。该密封件(1)的特征在于，密封垫圈(4)伸出超过轴向支脚(3)的自由端(5)，从而形成一突出部(6)。

Description

密封件

技术领域

本发明涉及一种密封件，该密封件包括承载环和密封垫圈，所述承载环带有轴向支脚，所述密封垫圈被放置或设置在承载环上，并在外部周边围绕轴向支脚。

更具体地说，本发明涉及一种用于安装在外壳或类似封装的孔径或类似开口中的密封件，以便在该外壳与穿过所述孔径运动的机器或马达元件(如旋转轴或者轴)之间提供密封。

背景技术

现有技术披露了具有密封垫圈的密封件，其配备有由聚四氟乙烯(PTFE)组份组成的动态密封唇。通常，这些密封件包括由弹性材料构成的静态密封件。在该处通过注模使支撑体被弹性材料涂覆，这种材料被成形以得到用于附接所述动态密封唇和静态密封件的区域。

例如，在WO-A-2008／009317中还披露了这样的密封件：其中由同一个附接的、例如由PTFE组份组成的密封垫圈形成了静态密封件以及动态密封唇，这使得制造更为容易，尤其是降低了成本。然而，实际中可能存在的一个问题在于：在把密封件安装到外壳孔径中时，密封垫圈可能会脱开，这一方面使得安装过程困难得多且繁琐得多，另一方面可能会损坏密封件，或者由于在放置密封件期间处于该水平的垫圈脱离，使得其外部周边的密封材料至少部分不能与孔壁相接触。

最后，还已知有一些密封件，尤其是文献DE102006034056和DE102006059398公开了的密封件，这些密封件的轴向支脚具有层叠或阶梯形构造，带有径向突出部(在自由端)和径向凹陷部。密封垫圈仅仅附接到支脚的轴向凹陷部，因此本质上免受突出部分隔的影响。然而，在该实施例中，轴向支脚的外表面并未完全被垫圈所覆盖，在支脚和接纳壳体之间没有密封材料存在。

发明内容

本发明的一个目的是对导言部分所提到类型的密封件进行改进，导言部分中提到的密封件例如在文件WO-A-2008／009317中描述，这种改进使得安装更为方便，并且有利的是，大大减小、甚至消除了垫圈从承载环的轴向支脚脱开的风险。

该目的通过权利要求1的特征来实现。从属权利要求涉及有益的构造或附加的特征。

为了实现这一预定目标，根据本发明的密封垫圈伸出超过轴向支脚的自由端，从而形成突出部。优选的是，密封垫圈完全盖住轴向支脚(也就是说，盖住其外部周边表面)，并抵住轴向支脚，密封垫圈通过材料粘合被组装到该轴向支脚。由材料粘合实现的组装借助于设置在承载环和密封垫圈之间的适当的粘合物来完成。

正如例如在文件WO-A-2008／009317中所描述的那样，密封垫圈可以通过施加压力被附接和紧固到承载环上，在敷设粘合剂之后，可以加热也可以不加热(这取决于具体的粘合剂)。

在没有突出部的情况下，在密封垫圈与轴向支脚之间会形成缝隙(其对应于通过粘合物所形成的组装平面的可视边缘)。在安装期间，根据密封件和外壳孔径的直径大小，在径向方向和轴向方向上有很大的力作用在密封件上，作用在轴向方向上的力特别是可具有通过剪切使密封垫圈从轴向支脚脱开的效果(密封件在轴向支脚的自由端方向上被轴向引入)。因此，密封件可能会被损坏，或者至少是削弱了静态密封效果。

根据本申请的突出部克服了这些缺点，额外地使安装更为便利。

特别是，该突出部盖住轴向支脚，使得在轴向方向上施加的力不会产生由于剪切(分离)使密封垫圈从轴向支脚脱开的效果。该突出部优选地在中轴方向上径向向内弯曲。因而在该突出部的区域内直径减小，这以斜切方式减小了密封件的外部直径。一方面，这种直径减小实现了帮助确定中心的作用，从而便于(安装期间)密封件在外壳孔径中的定位和导向。另一方面，在操作中轴向力产生了使密封垫圈抵住轴向支脚的作用。它与剪切应力对抗，使得密封垫圈在安装期间不会从承载环脱开。因而，该突出部在周向上构成了一截头圆锥形状的支脚，至少部分盖住径向支脚的端部边缘，尤其是外部边缘的附近区域。

密封垫圈优选由聚四氟乙烯(PTFE)组份组成。为了减少蠕变倾向，PTFE组份至少在与轴向支脚相连的区域内可带有纤维增强，例如玻璃纤维增强。由于PTFE制成的静态密封件具有极低的摩擦系数，因而使用PTFE作为静态密封件的材料减小了安装力。

与合成橡胶材料相比，PTFE具有低得多的弹性。但是，已经发现PTFE就其本身而言仍然适合用作静态密封件。通过局部挤压或膨胀移动由弹性密封件所补偿的形状差异，对于由PTFE所制成的静态密封件而言，是通过该材料的局部迁移(也就是说通过有限的蠕变过程)而得到补偿的。然而，在本发明的上下文中，蠕变过程最好是被局部限制在维持静态密封件的预应力并使密封件以可靠方式固定到外壳孔径中的程度。

为了保证密封件在孔径或者类似的接纳开口中的刚性楔形安装，而无需采用额外的紧固或固定手段，并同时提供优化的静态密封条件，优选承载环有HYS(高抗屈服强度)的板材形式，优选其抗屈强度Re为：Re≥210N／mm²，抗拉屈服强度Rm为：Rm≥350N／mm²，例如符合HC340LA标准的板材。采用这种类型的板材(例如厚度在0.6mm到1.2mm之间，优选在0.8mm到1.0mm之间)，允许根据本发明的密封件在用力或者有径向应力存在的条件下安装的前提下满足前面提到的要求，通过压缩密封垫圈的紧固在轴向支脚上的部分来保证静态密封(环和壳体之间)。

通过借助于形成承载环的板材的弹性，轴向支脚可进一步允许例如由于温度变化而导致在壳体上形成的孔径或开口的尺寸变化，从而确保了在不同应用阶段均能保持密封。

为了实现所希望的紧密、楔入式的安装，例如在有压力作用的情况下将所述垫圈应用(粘合，滚轧)到所述支脚上期间，通过调节施加到该支脚上的压强，密封垫圈的紧固到承载环的轴向支脚上的部分(该部分盖住了该轴向支脚的整个外部周边表面)的厚度可以被精确调节，从而使密封件的外部直径比孔径或接纳开口的内部直径稍微大出一个预定的量。

在这些紧密安装的情况下，突出部的优势对于正确防漏安装更有利和更重要。

为了实现这种紧密、楔入式安装，可以通过压力辊精确调节密封垫圈的紧固在承载环的轴向支脚上的部分的厚度，例如在将垫圈应用在支脚上期间，通过调整施加在该支脚上的压强来实现。

在该滚轧期间，所得到的材料的位移可至少部分地形成所述突出部。

优选的是，形成挤压密封件的垫圈部分的厚度小于所述垫圈与所述环的轴向支脚相接合的部分的厚度，例如，其比率的数量级为0.7到0.8，优选约为0.75，相当于垫圈的这个部分在滚轧操作期间厚度减小的数量级为20％到30％。

由密封垫圈可形成密封唇，以抵住要密封的机器元件，如轴或旋转轴。因而，在这种情况下，本发明所述的密封件只有两个结构元件：即承载环和密封垫圈。密封垫圈可以被装配在密封唇带有排斥结构、如螺纹或螺旋槽的区域内。这种排斥结构以微小的摩擦应力提高了动态密封效果。

突出螺线的材料厚度随形成排斥结构的螺纹槽的圈匝而变化，有利的是，螺线材料厚度大于密封垫圈的分别与承载环的轴向和径向支脚相接合的部分的厚度。

例如，所述突出部的厚度例如等于密封垫圈施加到轴向支脚的部分的厚度的大约1.6到1.7倍。

有利的是，排斥结构可通过在有压力作用的情况下(滚轧)把垫圈施加到环上期间进行压印或模压而形成，例如在文件WO2008／009317中示意性描述和表示的那样(参见图4及相应描述)。

另外，通过有利的方式，这种排斥结构可由多匝具有大体上为三角形的横截面的螺旋形槽构成。

这种三角形横截面可具有(相对于形成槽底部的边缘)非对称的构造或轮廓，使得其能够以令人惊讶的方式，在旋转要密封的旋转轴或者轴期间，根据非对称形状的取向，提供指向两侧中的一侧、或者指向要以防漏方式隔离的两个环境中的一个环境的排斥动作。

根据另一配置或者以附加方式，可以从密封垫圈形成防尘唇。该防尘唇在要密封的机器元件的方向上轴向伸出，但并未搭在该机器元件上。当密封垫圈由PTFE组份构成时，这种防尘唇本身也可以由PTFE组份构成。

在一个变体中，可以通过对所述密封垫圈进行隔离和成形，从密封垫圈形成密封唇和防尘唇。

根据另一特征，径向支脚可以被连接到承载环的轴向支脚，并且密封垫圈可以盖住该径向支脚的与轴向支脚相反的一侧。这样，密封垫圈就盖住了承载环的一侧。当腐蚀性液体作用到承载环被密封垫圈所盖住的一侧时，这是特别有利的。由PTFE组份构成的密封垫圈能够抵御多种腐蚀性液体。

由其形成密封唇的一个附加的密封垫圈可以被放置在承载环上。这里的优点是可以根据它们各自的用途优化选择密封垫圈和附加密封垫圈的材料。因而，密封垫圈可以由具有特别低的蠕变倾向和改进的粘附特性的材料构成，而附加的密封垫圈则可以由具有减小的摩擦系数的材料构成。

密封垫圈可以被放置在径向支脚的与轴向支脚相反的一侧，而附加密封垫圈则可以被放置在径向支脚朝向轴向支脚的一侧。通过这种配置，在径向支脚的每一侧上均可以放置一个密封垫圈。当两个密封垫圈的材料彼此不兼容时，这是特别有利的。

密封垫圈和附加密封垫圈均可以被放置在径向支脚的与轴向支脚相反的一侧。通过这种配置，这两个密封垫圈都被放置在同一侧。这里的至少一个密封垫圈至少部分地盖住另一个密封垫圈，从而简化了紧固，因为外部的密封垫圈为内部的密封垫圈提供了附加的紧固。这种配置对于安装来说也是有利的，因为形成有密封唇的那个密封垫圈在安装期间受到来自承载环方向上的压力，因而不会松脱。根据一种附加的配置，密封垫圈随后可以至少部分地盖住附加密封垫圈。在这种配置情况下，动态密封唇是从附加密封垫圈形成的。附加密封垫圈以特别可靠的方式被紧固，因为该附加密封垫圈的一侧被紧固到承载环、另一侧被形成有防尘唇的密封垫圈盖住。

密封垫圈可以至少部分地被一垫圈形式的元件盖住。防尘唇可以由该元件形成。这里，该元件可以由各种不同的材料构成：可设想的材料包括弹性材料或金属材料，由塑料或无纺布材料制成的垫圈。

附图说明

下面将借助附图更加详细地解释根据本发明的密封件的几个示例性实施例，这些示例性实施例作为本发明可能的实施例，而并不意图作为限制，附图中以示意性的方式示出了：

图1通过截面图示出了在安装完毕的状态下的带有密封垫圈的密封件；

图2通过截面图示出了带有密封垫圈和附加密封垫圈的密封件；

图3通过截面图示出了其中密封垫圈盖住附加密封垫圈的密封件；

图4通过截面图示出了带有密封垫圈和垫圈形式的元件的密封件；

图5通过截面图示出了与图1所示相同类型的密封件，其中密封垫圈具有特殊的形状；

图6A是形成图5中所示密封件的密封唇的端部的局图视图；

图6B是图6A所示密封唇的一个部分的不同比例的细节图；

图7通过截面图示出了构成图1所示实施例的一个变体的密封件；

具体实施方式

在图1至图5以及图7中以不同变体的形式示出了根据本发明的密封件1。

因而，图1示出了用于密封外壳13中的壳体孔12的密封件1。该密封件1具有由金属材料制成的承载环2，该承载环2带有轴向支脚3。密封件1另外还具有由PTFE组份组成的密封垫圈4，该密封垫圈被放置在承载环2上，并在外部周边围绕着轴向支脚3。径向支脚10被连接到承载环2的轴向支脚3，并且密封垫圈4盖住径向支脚10的与轴向支脚3相反的一侧。密封垫圈4通过材料粘合、借助一层粘合物被组装到承载环2上。密封垫圈4被配置为使得其伸出超过轴向支脚3的自由端5，从而形成一突出部6。该突出部6在中轴方向上径向地向内弯曲，造成直径减小。由该密封垫圈附带地形成密封唇7，用于抵住要密封的机器元件8。该密封唇7带有螺纹形式的排斥结构14。

图2示出了一密封件1，其具有由塑料材料制成的承载环2，该承载环2带有轴向支脚3。密封件1另外还具有由PTFE组份制成的密封垫圈4，该密封垫圈被放置在承载环2上，并在外部周边围绕着轴向支脚3。密封垫圈4通过材料粘合、借助一层粘合物被组装到承载环2上。密封垫圈4被配置为使得其伸出超过轴向支脚3的自由端5，从而形成一突出部6。该突出部6在中轴方向上径向向内弯曲，造成直径减小。由密封垫圈4形成防尘唇9。一个附加密封垫圈11被放置在承载环2的与密封垫圈4相反的一侧上，也就是说，被放置在径向支脚10朝向轴向支脚3的一侧上。这个附加密封垫圈11本身也由PTFE组份构成。由该附加密封垫圈11形成密封唇7。该密封唇7带有螺纹形式的排斥结构14。

图3示出了根据图2的密封件1，密封垫圈4和附加密封垫圈11均被放置在径向支脚10的与轴向支脚3相反的一侧，密封垫圈4至少部分地盖住附加密封垫圈11。

图4示出了根据图1的密封件1，一个垫圈形式的元件15部分地盖住密封垫圈4，并在与径向支脚10相反的一侧被固定到密封垫圈4。由该元件15形成防尘唇9，并且该元件由无纺布构成。

图5示出了与图1或图4所示类型相同的密封件1(在后一种情况下附带地具有防尘唇9)，各个相同的组成部件用相同的附图标记来表示。

图5更为清楚地表明：密封垫圈4与轴向支脚3相组合的部分4’可具有调整后的厚度，尤其是其厚度小于所述垫圈4与所述环的径向支脚10相组合的部分4”的厚度。

特别是，部分4’的厚度A可以是0.75B的数量级，其中B是部分4”的厚度。

类似地，部分4’的厚度A小于排斥结构14的突出圈匝15’的厚度C，所述突出圈匝15’与凹陷圈匝交替而形成槽15。

有益地，可以大体上证明厚度A与厚度C具有下列关系：A=0.6C。

在没有应力的情况下，并且对于要安装在圆柱形的圆形接纳开口12中的密封件1来说，轴向支脚3有利地形成了一个略显截头圆锥形的套管，它在所述支脚3的自由端方向上呈喇叭状。有利的是，喇叭张角可以在0.5°到5.0°之间，密封件1在相对于径向支脚10成直角的位置处的外直径大体上等于开口或孔径12的内直径。

这样，密封件1借助支脚3处的弹性弯曲应力被安装在开口12中，从而确保锁定到位，以及在密封垫圈4覆盖支脚3的部分相对于开口12的内壁施加压力的情况下确保可靠的应用。

如同样在图5中所示，根据本发明的一个有利的特征，密封唇7可具有螺纹形式的排斥结构14，其具有带有不同倾斜度的相对侧翼14’、14”的槽15，最好带有大体上非对称的三角形横截面或轮廓。在横截面中，这个槽15可以包括第一侧翼或侧面14’以及第二侧翼或侧面14”，当所述密封唇7抵住要密封的机器元件8时，相对于承载平面PA，所述第一侧翼或侧面14’以较小的斜率倾斜，所述第二侧翼或侧面14”以较大的斜率倾斜。

优选的是，在把密封件1放置到用于接纳该密封件的孔径12中并使密封唇7抵住机器元件8之后，形成所述排斥结构14的槽15的圈匝的第一侧翼14’朝向外部环境ME取向，而第二侧翼14”朝向要密封的内部环境MI取向。

这样的排斥结构的形状使得可以提供具有朝向要密封的环境取向的优选排斥方向的动态密封。

图6A和6B以非限制性示例的方式示出了形成排斥结构14的槽15的一个可能的实际实施例。

密封唇7相对于平面PA的倾斜角α在没有应力的情况下可以在15°到75°之间。

具有三角形横截面的槽15的开放角β(即由第一侧翼14’和第二侧翼14”所形成的角度)可以在60°到120°之间。

此外，形成排斥结构的螺旋线的节距p可以在0.2mm到1.0mm之间，而槽15的深度h(在槽的各圈匝之间槽15的底部与突起15’的项部之间的距离)可以在0.05mm到0.5mm之间。

图7示出了图1所示密封件1的一个变体实施例，其中，通过对形成所述垫圈4的内部边缘的部分进行适当的细分和成形，使得密封唇7和防尘唇9均由同一密封垫圈4形成。

图8通过截面图示意性地示出了用于制造如图1所示的密封件1的设备，具体来说，从具有L形横截面的承载环2以及密封垫圈3开始。本领域技术人员可以理解的是，在闭合模具(将两个部分17和17’合到一起)期间，一方面通过使伸出超过径向支脚10的内部边缘的突出部、另一方面使排斥结构14在唇7上同步成型，从而将垫圈4卷装到环2上。

当然，本发明并不限于在附图中所描述和表示的实施例。可以做出改动，尤其是从构成不同要素的观点来看，或者通过技术等同替换，而不会背离本发明的保护范围。

Claims

1.一种密封件(1)，包括承载环(2)和密封垫圈(4)，所述承载环(2)带有轴向支脚(3)；所述密封垫圈(4)被放置或设置在所述承载环(2)上，并围绕在所述轴向支脚(3)的外部周边；其特征在于，所述密封垫圈(4)伸出超过所述轴向支脚(3)的自由端(5)，从而形成突出部(6)。

2.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述突出部(6)径向向内弯曲朝向中轴方。

3.如权利要求1或2所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)由聚四氟乙烯(PTFE)组成。

4.如权利要求1至3中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)形成密封唇(7)，以抵住要密封的机器元件(8)。

5.如权利要求1至3中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)形成防尘唇(9)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的密封件，其特征在于，径向支脚(10)连接到所述承载环(2)的轴向支脚(3)，并且所述密封垫圈(4)盖住所述径向支脚(10)的与所述轴向支脚(3)相反的一侧。

7.如权利要求1至6中任一项所述的密封件，其特征在于，在所述承载环(2)上放置附加密封垫圈(11)，该附加密封垫圈(11)形成密封唇(7)。

8.如权利要求7所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)被放置在所述径向支脚(10)的与所述轴向支脚(3)相反的一侧，并且所述附加密封垫圈(11)被放置在所述径向支脚(10)的朝向所述轴向支脚(3)的一侧。

9.如权利要求7所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)和所述附加密封垫圈(11)被放置在所述径向支脚(10)的与所述轴向支脚(3)相反的一侧上。

10.如权利要求9所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)至少部分地盖住所述附加密封垫圈(11)。

11.如权利要求1至10中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)至少部分地被垫圈形式的元件(15)盖住。

12.如权利要求11所述的密封件，其特征在于，所述垫圈形式的元件(15)通过使其自由端指向机器元件(8)而构成防尘唇(9)。

13.如权利要求1至6和11中任一项所述的密封件，其特征在于，通过所述密封垫圈(4)的内部端部分的隔离和成形，所述密封垫圈(4)形成密封唇(7)和防尘唇(9)。

14.如权利要求1至13中任一项所述的密封件，其特征在于，所述承载环(2)由HYS型的板材制成。

15.如权利要求1至14中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封垫圈(4)组装于轴向支脚(3)的部分(4’)具有调整后的厚度，尤其是其厚度小于所述密封垫圈(4)组装于所述承载环的径向支脚(10)的部分(4”)。

16.如权利要求4、7和13中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封唇(7)具有螺旋形或螺纹形状的排斥结构(14)，所述排斥结构(14)具有带有不同倾斜度或斜角的相对侧翼(14’，14”)的槽(15)，所述槽(15)最好带有大体上非对称的三角形横截面或轮廓。

17.如权利要求16所述的密封件，其特征在于，所述槽(15)包括第一侧翼或侧面(14’)以及第二侧翼或侧面(14”)，当所述密封唇(7)抵住要密封的机器元件(8)时，相对于承载平面(PA)，所述第一侧翼或侧面(14’)以较小的斜率倾斜，所述第二侧翼或侧面(14”)以较大的斜率倾斜。

18.如权利要求17所述的密封件，其特征在于，在把所述密封件(1)放置到用于接纳该密封件的孔径(12)中并使密封唇(7)抵住机器元件(8)之后，形成所述排斥结构(14)的槽(15)的圈匝的第一侧翼(14’)朝向外部环境(ME)，而第二侧翼(14”)朝向要密封的内部环境(MI)。