CN103765059B - 具有轴向唇状件的润滑密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旋转密封件（200），包括第一部分（210），其具有轴向密封唇状件（215）以及第二部分（220），其具有轴向配合面（227），轴向密封唇状件（215）支承抵靠轴向配合面（227）。根据本发明，第一部分和第二部分旋转的其中之一设置有用于保持油脂（260）的体积在轴向密封唇状件的径向向内位置处的储液器（230）。储液器设计为使得在离心力作用下油脂的运动被防止，但是允许从保持在储液器中的油脂的体积流出的基体油的运动。因此，基体油至密封接触的供给发生更长的时间，其延长了密封件的寿命。

Description

具有轴向唇状件的润滑密封件
技术领域
本发明涉及旋转密封件，其具有至少一个轴向密封唇状件，该轴向密封唇状件支承抵靠轴向取向的配合面。更具体地，本发明涉及这种油脂润滑密封件，因此该密封件适于改进在轴向密封唇状件和配合面之间的接触接口的润滑。
背景技术
从US2010/0066030已知具有轴向密封唇状件的旋转密封件的例子。本文献说明了用于适于旋转轴线承内圈的轮轴承布置结构的密封件装置。该装置包括弹性密封元件，安装至轴承布置结构的旋转部上，以及金属甩油环（slinger），安装至轴承布置结构的旋转部。弹性元件具有径向唇状件，其支承抵靠甩油环的圆柱表面并且进一步具有轴向唇状件，其支承抵靠甩油环的凸缘表面。轴向唇状件的主要功能是防止污染物进入轴承。轮轴承必须在沙砾和水气频繁出现的环境中运转，轴向唇状件因此与甩油环的凸缘表面紧密接触，以为了保证没有侵入发生。在动态条件下，因此的滑动接触产生了摩擦和热，意味着润滑对于防止密封件的早期失效是必需的。
在US2010/0066030中，解决方案被提出用于改进轴向接触接口的润滑。密封件设置有油脂润滑剂以及轴向唇状件的非接触部分包括油脂保持部用于保持供给至唇状件的接触部的油脂。油脂保持部可以设置有非接触部的表面上的凹坑形式，或者环形或者径向凹槽。
油脂是半固态物质，其通常包括保持在浓缩器矩阵中的基体油。在液力润滑条件下，来自于油脂的基体油形成润滑剂膜用于防止弹性唇状件和金属配合面之间的直接接触。当油脂被供给至滑动接触接口，如上述文献所教导的，油脂将会被剪切。该剪切机构时其中一个机构，通过其基体油从油脂释放，但是也具有增加摩擦损失的效果。
因此，在此有改进的空间。
发明内容
本发明是基于在旋转密封件中油脂润滑的改进的理解。
在油脂润滑密封件中，润滑条件，或者膜厚度被假设为由靠近密封接触的可获得的润滑剂确定。本发明人已经发现可获得的润滑剂主要来源于在密封件的旋转部分上存在的油脂。随着时间，在旋转部分上的油脂损失它的基体油并且最终变成不能提供充分分离密封接触的油膜厚度。不充分的膜厚度出现的时间可以通过增加在密封件的旋转部分上的油脂的数量得到延长。
因此，本发明旨在旋转密封件，包括具有密封唇状件的第一部分以及具有轴向配合面的第二部分，轴向密封唇状件抵靠轴向配合面，凭此第一和第二部分的其中一个关于第一和第二部分的另一个旋转。根据本发明，旋转部分在轴向密封唇状件的径向向内的位置处设置有储液器用于保持一定容积的油脂。储液器设计为使得在离心力作用下防止油脂的运动，但是允许从保持在储液器中的油脂的容积流出的基体油的运动。因此，供给基体油至密封接触发生更长的时间阶段，这延长了密封件的寿命。
在本发明的第一实施例中，密封件的第二部分是旋转的。第二部分可以是甩油环，包括圆柱部和径向凸缘部。在一个例子中，储液器由凸缘部中的弯曲件形成，其形成了沿着径向方向保持油脂容积的保持表面。适合地，以相对于密封件的旋转轴线成小于40度的角度，保持表面沿着轴向方向延伸。保持表面的角度可以适于取决于旋转部发的运行速度（即，作用在油脂容积上的离心力的大小）。例如，在低速应用中，可以使用20度和40度之间的角度。在高速应用中，优选小于20度的角度。因此。作用在油脂容积上的离心力的轴向分量不足以引起油脂的横向运动，但是足以允许基体油的侧向流动。在一些应用中，为了防止油脂的运动，保持表面可以平行于旋转轴线，从而离心力的轴向分量是0。在该应用中，在旋转油脂中形成的压力差足够引起基体油的侧向流动。
在第一实施例的第二示例中，储液器包括悬垂唇状件，从而油脂的容积保持在径向方向和轴向方向。储液器可以是分离的部件，其模制到或者粘结固定到密封件的第二部分。为了允许基体油的运动，储液器进一步包括通道。通道可以是设置在唇状件中的凹槽，其允许油侧向流动流出储液器。通道也可以是设置在储液器中的通孔，其允许基体油沿着径向向外方向流动。在又进一步的实施例中，储液器由多孔性材料制成，凭此在储液器中的孔作为用于基体油的通道。优选地，通道具有小于1mm的宽度，从而油脂不能经由通道从储液器逸出。通道的数量和通道的尺寸基于有利地供给至密封接触的基体油的容积进行选择。
在根据本发明的密封件的第二实施例中，密封件的第一部分是旋转的。储液器接着适合模制于轴向密封唇状件设置在其上的弹性元件。储液器可以包括悬垂唇状件并且进一步包括通道，如上所述。可替换地，储液器可以由弹性元件上粗糙的保持表面形成。再次，粗糙的保持表面优选地沿着轴向方向以相对于旋转轴线小于40度的角度延伸。在高速应用中，角度优选地小于20度。
根据本发明的密封件可以在任何旋转应用中使用，用于密封在外部件和内部件之间的间隙，外部件围绕内部件共轴安装。密封件的第一部分可以包括根据本发明的储液器以及可以安装至内部件或者至外部件，这取决于在使用中哪个部件是旋转的。类似地，密封件的第二部分可以包括储液器以及可以被安装至内部件或者外部件。如所述的，密封件的第二部分可以是甩油环。第二部分也可以是第一部分安装在其中的组件的一体部分。例如，在适于内圈旋转的轮轴承单元中，具有用于轴向密封唇状件的配合面的部分可以是轴承单元的轮安装凸缘。轮安装凸缘接着包括储液器构件，其可以被模制在上面或者粘结附连。可替换地，取决于轮安装凸缘的材料，在例如金属锻造过程之后，储液器构件可以被铸造在凸缘中，或者机加工在凸缘中。
根据本发明的密封件设置有油脂润滑剂。油脂可以设置在密封件的腔中，具有比储液器中所保持的油脂的容积更大的数量。在有利的改进中，储液器特别地填充有油脂，从而油脂的保持容积表示在密封件中油脂的总容积的至少80%。因为，在储液器中的油脂是用于润滑密封接触的基体油的主要的来源，所以使用的油脂的数量可以被显著降低，而且同时密封件寿命得到延长。
从接下来的详细说明和附图，其它优点将变得明显。
附图说明
图1是传统密封件的部分横截面视图；
图2是根据本发明的第一实施例的密封件的例子的部分横截面视图，其中储液器构件设置在旋转甩油环部件中；
图3是根据第一实施例的密封件的进一步示例的部分横截面视图；
图4是根据本发明的第二实施例的密封件的示例的部分横截面视图，其中储液器构件设置在旋转唇状件部件中；
图5a是根据第二实施例的密封件的进一步示例的部分横截面视图；
图5b是图5a的旋转唇状件部件的部分的透视图。
具体实施方式
图1示出了传统密封件的部分的示例。密封件100具有第一部分110，其包括结合至金属壳体元件118的弹性元件112。密封件的第二部分120包括甩油环，其具有径向凸缘部分125和圆柱部分122。弹性元件112具有轴向密封唇状件115，其支承抵靠径向凸缘部分的轴向内表面127。该轴向内表面将被称作轴向配合面。第一部件的弹性元件112也具有径向密封唇状件，其支承抵靠甩油环120的圆柱部分122上的径向配合面。
图1中示出的密封件适合用于轮轴承单元中，该轮轴承单元适用于内圈旋转。通常，金属壳体元件118被安装至轴承单元的固定外圈，甩油环120被安装至旋转内圈。为了测量内圈的旋转速度，甩油环的凸缘部分125的轴向外表面设置有磁橡胶模压件129。改变的磁场通过例如霍尔传感器获取并且相关的旋转速度数据被供给至诸如ABS的车辆控制系统。
密封件的主要目的是为了保护轴承单元的功能。密封件同时保持在轴承腔中的润滑剂以及防止诸如水气和沙砾的侵入。轴向密封唇状件115对于防止污染物的进入特别地重要以及因此通常与轴向配合面127紧密接触。为了保证保持紧密接触，密封件的第一部分可以进一步包括夹紧弹簧140。因此，当甩油环120旋转时，产生摩擦。为了减少摩擦，密封件100设置有在凹腔145中的油脂润滑剂160，凹腔145在轴向密封唇状件115和甩油环120的圆柱部分122之间。
现在将讨论在轴向密封唇状件115和轴向配合面127之间的密封接触的润滑。在旋转条件下，大部分油脂160将被甩到固定弹性元件112并且相对小量的油脂160将保持在甩油环上，如图1中所示。油脂包括保持在稠化基体中的基体油。在甩油环上的油脂将缓慢地释放基体油，用于润滑密封接触，凭此最终的油流动由来自于旋转运动的大离心力驱动。在弹性元件上的静止油脂也将释放油，但是在更长的时间标度上，这是由于缺乏这些力。
在液力润滑条件下，释放的油形成油膜，其分离轴向密封唇状件和轴向配合面。随着时间，由于损失油，膜厚度降低。当释放油的供给率变得不足够充分以重新补足密封接触时，膜厚度将达到非常关键的值，在此轴向密封唇状件和轴向配合面不再充分地分开。密封功能的磨损和损失将接着很快发生。
本发明人已经发现通过增加在密封件的旋转部分上的油脂的容积，其对于供给基体油脂密封件是可获得的，直到达到关键厚度值的时间可以被显著地增长。因此，密封件寿命可以延长。
因此，根据本发明的密封件，密封件的旋转部分包括用于保持油脂的容积的储液器构件。储液器适于防止在离心力作用下油脂的运动，但是允许基体油的运动，其从容置在储液器中的油脂流出。
根据本发明的密封件的第一实施例的例子在图2中示出。密封件200适合用于适于上述内圈旋转的轮轴承单元中。密封件包括具有弹性元件212的第一部分210，弹性元件212具有轴向密封唇状件215，凭此，第一部分210与图1中所示的密封件的第一部分相同。密封件的第二部分220由甩油环形成，其具有径向凸缘部分225和圆柱部分222。密封接触限定在在径向凸缘部分上的轴向配合面227和轴向密封唇状件215之间，以及甩油环围绕旋转轴线250旋转。根据本发明，甩油环设置有用于保持油脂260的容积在密封接触的径向向内的位置处的储液器230。在该示例中，储液器230由甩油环的凸缘部分225的弯曲件形成，从而凸缘部分进一步包括轴向延伸表面235。该表面，将被称作保持表面，作为径向保持油脂260的容积的悬垂件。
在该示例中，密封件填充有大量的油脂在凹腔245中，凹腔245在甩油环的圆柱部分222和轴向密封唇状件215之间。在离心力的作用下，大部分油脂将会被甩到固定弹性元件212上。一些油脂-油脂容积260-将被甩到在甩油环的凸缘部分225上的悬垂保持表面235上。适合地，保持表面235以相对于旋转轴线250小于40度的角度α延伸。在图2的示例中，角度近似是25度。因此，作用在油脂容积260上的离心力具有相对小的轴向部件，其不足够允许油脂的横向运动，但是其允许来自于油脂的基体油的侧向流动。当到达保持表面235的边缘时，基体油会接着向着密封接触沿着径向向外的方向流动、
比较图2的创造性密封件与图1的传统的密封件，明显的是，创造性密封件在旋转的甩油环上保留油脂的更大的体积。如上所解释的，这产生了更长的密封件寿命。
在图3中示出，根据本发明的密封件的进一步的示例，包括具有储液器构件的甩油环。密封件300再次包括第一部分310，其具有包括轴向密封唇状件315的弹性元件，轴向密封唇状件315与甩油环320的凸缘部分325密封接触。在该示例中，储液器330通过一模制件形成，该模制件设置在凸缘部分325的轴向内表面上。如图2中所示的例子，油脂储液器330具有悬垂表面，其沿着径向方向保持油脂360的容积。此外，油脂储液器330包括唇状件332，其在轴向方向保持油脂。唇状件332也防止了基体油的运动。因此，为了允许基体油沿着径向向外方向向着密封接触运动，储液器330包括多个通孔337，其从储液器的径向内表面延伸至储液器的径向外表面。适合地，通孔具有小于1mm的直径，从而来自于油脂容积360的油脂不能通过。
在图3所示的例子中，模制的油脂储液器330作为一部分工艺成形，其中（用于速度检测的）磁化橡胶329被模制到甩油环的凸缘部分325的轴向外侧。适合地，凸缘部分包括开口328，其允许橡胶延伸至凸缘部分325的轴向内侧，以形成储液器330。在该示例中的储液器因此是不连续的。如将被理解的那样，储液器也可以通过连续的部分形成，该连续的部分模制或者粘结固定至凸缘部分的轴向内侧。
在迄今所讨论的例子中，密封件的第二部分（包括轴线配合面的部分）已经形成了密封件的旋转部分。在第二实施例中，密封件的第一部分形成旋转部分。该根据本发明的密封件的第一示例在图4中示出。
密封件400的第二部分再次由甩油环420形成，其具有在凸缘部分425上的轴向取向的配合面427。密封件的第一部分410包括弹性元件412结合到其上的金属壳体元件。弹性元件具有轴向密封唇状件415，其与配合面427密封接触。此外，弹性元件412包括根据本发明的储液器430，其在密封接触的径向向内的位置处保持油脂460的容积。在该示例中的油脂容积460特定地设置在储液器430上，并且构成在密封件中的大多数油脂。
在该示例中，储液器430包括保持表面435，其是粗糙的以促进油脂的粘结。一部分的保持表面沿着轴向方向延伸，基本上平行于密封件的旋转轴线。油脂460的容积因此在离心力作用下，沿着径向方向保持且不会沿着侧向方向运动。在旋转条件下，在油脂中产生的压力差允许基体油的侧向流动，其会最终向着密封接触流动。
根据本发明的密封件的第二示例，凭此密封件500的第一部分包括储液器，在图5a中示出。在该第二示例中，储液器530被模制进第一部分510的弹性元件512并且包括悬垂唇状件532。因此，油脂容积560沿着径向方向和轴向方向被保持在弹性元件上。为了允许来自于油脂容积560的基体油的运动，唇状件532设置有凹槽537。弹性元件512的细节，示出了轴向密封唇状件515和油脂储液器的悬垂唇状件532，在图5b中示出。
凹槽537从唇状件532的轴向内侧延伸至唇状件的轴向外侧，凭此允许基体油的侧向流动，其最终会沿着径向向外的方向向着密封接触流动。适合地，凹槽具有油脂无法通过的小于1mm的宽度。
本发明不被认为限于上述的实施例，在附随的权利要求的范围内，大量的额外的变化和改进是可能的。
附图标记
100 传统的密封件
110 密封件的第一部分
112 弹性元件
115 轴向密封唇状件
118 金属壳体元件
120 密封件的第二部分（甩油环）
122 甩油环的圆柱部分
125 甩油环的凸缘部分
127 轴向配合面
129 磁化橡胶模压件
140 夹紧弹簧
145 油脂凹腔
160 油脂
200 根据本发明的密封件
210 密封件的第一部分
212 弹性元件
215 轴向密封唇状件
120 密封件的第二部分（甩油环）
222 甩油环的圆柱部分
225 甩油环的凸缘部分
227 轴向配合面
230 储液器构件
235 保持表面
245 油脂凹腔
250 旋转轴线
260 在储液器中的油脂容积
α 关于旋转轴线保持表面的角度
300 根据本发明的密封件
310 密封件的第一部分
315 轴向密封唇状件
320 密封件的第二部分（甩油环）
325 甩油环的凸缘部分
328 凸缘部分中的开口
329 磁化橡胶模压件
330 储液器构件
332 悬垂唇状件
337 通孔
260 在储液器中的油脂容积
400 根据本发明的密封件
410 密封件的第一部分
412 弹性元件
415 轴向密封唇状件
420 密封件的第二部分（甩油环）
425 甩油环的凸缘部分
427 轴向配合面
430 储液器构件
435 粗糙的保持表面
460 在储液器中的油脂容积
500 根据本发明的密封件
510 密封件的第一部分
515 轴向密封唇状件
520 密封件的第二部分（甩油环）
527 轴向配合面
530 储液器构件
532 悬垂唇状件
537 在悬垂唇状件中的凹槽
560 在储液器中的油脂容积

Claims (14)

1.一种密封件(200，300，400，500)，包括：第一部分(210，310，410，510)以及第二部分(220，320，420，520)，第一部分包括轴向密封唇状件(215，315，415，515)，第二部分包括轴向取向配合面(227，327，427，527)，凭此：
密封接触被限定在轴向密封唇状件和轴向取向配合面之间；
第一部分和第二部分的其中一个关于第一部分和第二部分中的另一个旋转，从而在密封件的使用中，第一和第二部分的其中一个经历离心力；
其特征在于：
第一部分和第二部分其中旋转的一个设置有储液器(230，330，430，530)，其将一定容积的油脂(260，360，460，560)保持在轴向密封唇状件的径向向内的位置处，储液器适于防止在离心力作用下油脂的运动，但是允许从保持在储液器中的一定容积的油脂流出的基体油的运动朝向密封接触；
所述储液器包括保持表面，该保持表面是粗糙的以促进油脂的粘结。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，储液器(230，330，430，530)至少部分由轴向延伸的保持表面(235，435)形成，保持表面用于沿着径向方向保持一定容积的油脂(260，360，460，560)。
3.根据权利要求2所述的密封件，其中，保持表面(235，435)沿着相对于密封件的旋转轴线(250)呈小于40度的角度延伸。
4.根据权利要求2所述的密封件，其中，保持表面(235，435)沿着相对于密封件的旋转轴线(250)呈小于20度的角度延伸。
5.根据权利要求2所述的密封件，其中，储液器(230，330)进一步包括用于沿着轴向方向保持一定容积的油脂(360，560)的唇状件(332，532)，以及基体油通过其能够流动的一个或者多个通道(337，537)。
6.根据权利要求5所述的密封件，其中，所述通道(337，537)包括通孔。
7.根据权利要求5所述的密封件，其中，所述通道(337，537)包括在储液器(330，530)的唇状件(332，532)中的凹槽(537)。
8.根据权利要求5所述的密封件，其中，所述储液器由多孔材料制成并且通道由材料中的孔形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的密封件，其中，所述密封件的第二部分(220，320，420，520)是旋转部分。
10.根据权利要求9所述的密封件，其中，所述储液器(330)模制到或者粘结固定到第二部分(320)的轴向内表面。
11.根据权利要求9所述的密封件，其中，所述第二部分是甩油环(220)以及所述储液器(230)由所述甩油环的径向凸缘部分(225)中的弯曲形成。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的密封件，其中，
所述密封件的第一部分(410，510)是旋转的；
所述轴向密封唇状件(415，515)是弹性元件(412，512)的一部分；
所述储液器(430，530)被模制到所述弹性元件中。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的密封件，其中，保持在储液器中的油脂(260，360，460，560)的体积表示在密封件中的整个油脂体积的至少80％。
14.一种轴承组件，包括围绕内部件同轴布置的外部件，进一步包括根据前述权利要求1至13任何其中之一所述的密封件(200，300，400，500)，其中所述密封件的第一部分(210，310，410，510)与内部件和外部件的其中之一连接，所述密封件的第二部分(220，320，420，520)与所述内部件和外部件中的另一个连接，或者成形为所述内部件和外部件中的另一个的一部分。
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