CN105121923A - 滑环密封件 - Google Patents

Abstract

一种滑环密封件，包括能够沿轴向运动地支承的滑环(1)且包括匹配环(3)，其中，所述滑环(1)和所述匹配环(3)分别具有彼此抵靠的密封面(1a、3a)，其中，所述滑环(1)的密封面(1a)与所述匹配环(3)的密封面(3a)相对，并且其中，所述滑环(1)通过波纹管状的弹性装置(4)顶压到所述匹配环(3)上，目的是，设计并且改进开头所述类型的滑环密封件，使得该滑环密封件在低成本和毫无问题的制造之后具有特别柔性的滑环和/或匹配环，其特征在于，至少一个密封面(1a、3a)具有大小为0.1μm至Wmm的隆起部或不平整部位，其中，W根据公式W＝0.03Dm/s算出，其中，平均直径Dm是圆环形的密封面(1a、3a)的外径(Da)和内径(Di)的平均值，并且其中，s表示所述滑环(1)或匹配环(3)的厚度。

Description

滑环密封件

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的滑环密封件。

背景技术

DE102011114349A1已经公开一种具有波纹管状的弹性装置的滑环密封件。在前述的滑环密封件中，匹配环容纳在支承环中，其中，支承环又配属于轴。支承环固定连接到轴，以在轴旋转期间驱动匹配环。

在该背景下，需要具有特别柔性的滑环或匹配环的滑环密封件，以毫无问题地补偿振动。

发明内容

因此，本发明的目的是设计并且改进开头所述类型的滑环密封件，使得该滑环密封件在低成本和毫无问题的制造之后具有特别柔性的滑环和/或匹配环。

本发明通过权利要求1的特征实现了前述目的。

根据本发明，至少一个密封面具有大小为0.1μm至W的隆起部或不平整部，其中，W根据公式

W＝0.03Dm/s，

计算，其中，平均直径Dm是圆环形的密封面的外径和内径的平均值，并且其中，s表示滑环或匹配环的厚度。根据本发明，首先已经认识到，对于密封面非常柔性的滑环密封件，可相对毫无问题地补偿由制造引起的不平整性。具体而言，已经认识到，在滑环上和/或在匹配环上的由制造引起的不平整性可通过波纹管状的弹性装置来补偿。仅通过波纹管状的弹性装置的弹性力即可补偿不平整性。因此不需要在匹配环和滑环的密封面上进行麻烦的后续改进工作和后续加工。由现有技术可知，制造滑环密封件，使得其密封面具有最多几微米的不平整部。根据本发明可节省此制造步骤，因为由于柔性的密封面，更大的不平整部是可以容许的。在本说明书意义下的隆起部、不平整部或平整部是根据DINISO1101测量的。

前述的系数0.03也可为更高的值，本领域技术人员可根据本说明书找到合适的值。

在此背景下，至少一个密封面可具有大小在1μm至W之间、优选大小在5μm至W之间、特别优选大小在20μm至W之间、最优选大小在50μm至W之间的隆起部或不平整部，其中，隆起部或不平整部不包括表面粗糙度或气槽。说到底，隆起部或不平整部为密封面的环绕路径上出现的波峰和波谷。就此而言，表面粗糙度或气槽不属于影响滑环和/或匹配环的不平整度或波度的结构。

隆起部或不平整部位可为波谷和波峰的形式。隆起部或不平整部是在密封面的环绕路径上出现的波峰和波谷。因此有利的是，也可使用呈波浪形的滑环和匹配环。

隆起部或不平整部在密封面上可具有至少两个高点和两个低点、优选三个高点和三个低点、特别优选四个高点和四个低点。说到底，隆起部或不平整部位即为在密封面的环绕路径上出现的波峰和波谷。根据波度可出现不同数量的波峰和波谷。该波度可基本被处理平整。

至少一个密封面上的隆起部或不平整部可通过波纹管状的弹性装置至少局部地变形，使得在滑环密封件工作期间不会对功能产生不利影响。波纹管状的弹性装置可将力施加到密封面上，该力将密封面的波度基本上处理平整。完全地平整也是可能的。

波纹管状的弹性装置能以环形的接触区域抵靠在滑环上，并且以环形的连接区域固定到壳体上，其中，接触区域和连接区域通过至少一个可弹性变形的铰接区域相互连接。通过该具体的设计方案，使得弹性装置具有这样的几何形状，该几何形状允许弹性装置无论在径向上、扭转方向上还是在轴向方向上都能轻易地偏转和变形。无论如何，通过铰接区域和对弹性体刚度的合适选择，可将适当的接触压力施加到滑环上。在此背景下，铰接区域在横截面中可为S形。这种铰接区域可尤其轻易地并且毫无问题地在径向、扭转方向和轴向方向上偏转。波纹管状的弹性装置优选由聚合物、尤其是弹性体制成。特别优选地，弹性体是天然橡胶或具有天然橡胶。

匹配环可由支承体容纳，该支承体具有轴向突伸部,以用于压到轴上。由此可实现在支承体和轴之间的过盈配合。

突伸部的区域在横截面中可以为截锥形，使得突伸部的用于容纳轴的内部空间呈锥形地延伸。突伸部的内部空间基本上是与截锥形部分邻接的空心圆柱。内部空间的锥形轮廓便于将支承体引入到轴上。锥形构造允许容纳直径稍许波动的轴。

由于锥形轮廓的形成，确保一个区域不抵靠在轴上。由此，过盈配合所引起的变形不以这种程度传递到支承体上，即，以不利的方式影响匹配环的取向。因此，在安装处理过程中，匹配环产生更小的位置差错，使得滑环密封件非常稳固。因为锥形轮廓提供解耦，所以在金属板中的较大重叠和塑性变形都是允许的。支承体可以此方式安置在轴上，使得无需额外的密封辅助就提供了密封座。密封座可以呈现金属密封。塑性变形使得可以可靠地封闭泄漏通道。

滑环上面对弹性装置的第一圆环状区域和在弹性装置与滑环抵靠的抵靠区域之间延伸的突伸的第二圆环状区域的商被选择，使得由于压力变化(在空间20中，参见图4)而使沿轴向朝滑环的方向作用到突伸的第二圆环状区域上的第二力介于第一力的1％和100000％之间、优选10％和1000％之间、特别优选10％和100％之间，该第一力由于压力变化(在空间20中，参见图4)而沿轴向朝匹配环的方向作用到第一圆环状区域上。由此，更高的压力差和尤其是波动的压力状况对可靠的密封几乎没有影响。

此外，在此结构下，在非常小的安装空间内的构造可以获得压力稳定。甚至在无波动的压力负荷的情况下，可利用很小的安装空间。

在给定区间中的所述百分比值可根据具体的应用、基于待密封的压力差进行合适的选择。因此，可简单地实现具有大约为0的k系数的滑环密封件。通常，滑环密封件必须具有在0.6至0.8的范围中的k系数，以针对压力提供可靠的密封。

k系数是所谓的液压负荷系数。但是已知的滑环密封件只能有限地应用在波动压力状况下。具有非常小的k系数的滑环密封件甚至可承受住波动压力状况，并且针对该压力状况提供可靠的密封。作为上限，可以想到本领域一般技术人员基于本说明书可以适当发现的更高的百分比值。

弹性装置可具有依靠在滑环上的径向唇，该径向唇具有与支承体相同的内径或比它更大的内径。优选地，径向唇与弹性装置材料一致地并且整体式地构造。由此防止污染物进入到密封面的区域中。

在此背景下，弹性装置可具有依靠在滑环上的径向唇，其具有与支承体相同的内径。通过该具体设计方案，确保径向唇轻微地依靠在轴的外周面上，并且使得几乎没有颗粒能够进入到密封面的区域中。

弹性装置可具有径向唇，该径向唇以某一角度从滑环突伸，并且具有与支承体相同的内径或比它更大的内径。由于此角度，径向唇可轻易地变形，并且可毫无问题地压靠到轴的外周面上。

在此背景下，弹性装置可具有径向唇，该径向唇以某一角度从滑环突伸，并且具有与支承体相同的内径。这种径向唇轻微地依靠在轴的外周面上，由此几乎不会有颗粒能够经过该径向唇。

弹性装置可具有依靠在其止挡区域上的防尘唇，其具有与支承体相同的内径或比它更大的内径。防尘唇没有与弹性装置材料一致地构造。防尘唇例如可由无纺布织物制成。具体地可以考虑，设有由无纺布构成的垫片。通过防尘唇可防止灰尘进入到密封面的区域中。

在此背景下，弹性装置可具有依靠在其止挡区域上的防尘唇，该防尘唇具有与支承体相同的内径。通过该具体设计方案，确保防尘唇轻微地依靠在轴的外周面上。通过该具体设计方案，几乎不会有灰尘能经过防尘唇。

弹性装置可具有依靠在其连接区域上的防尘唇，该防尘唇具有与支承体相同的内径或比它更大的内径。通过将防尘唇连接到连接区域上，可使防尘唇轻易地柔性变形，而在此不会撞击到弹性装置上，并不会干扰该弹性装置。

在此背景下，弹性装置可具有依靠在其连接区域上的防尘唇，该防尘唇具有与支承体相同的内径。通过该具体的设计方案，可实现可轻易变形的柔性的防尘唇，该防尘唇在正常状态下轻微地依靠在轴的外周面上。

弹性装置可至少局部地在轴向和/或径向方向上被壁包围。由此实现迷宫式密封件。

在此背景下，壁可以是支承体的一部分，在该部分中容纳有匹配环。通过该具体的设计方案，无需设置单独的壁，而支承体可压到轴上，并且同时形成迷宫式密封件。

在突伸部和匹配环之间可形成间隙。在该间隙中可形成涡流，由此把脏污颗粒截留在间隙中，而无颗粒的空气却可进入到密封面之间。

此外可考虑的是，间隙用作油的收集槽。已经收集在间隙或者收集槽中的油可通过匹配环的旋转而被输送回来。

突伸部可在轴向方向上延伸一定程度，使得突伸部也在滑环的下方伸展。通过该具体的设计方案，空气可有利地被引导到密封面之间。

在此所述的滑环密封件可以是气体润滑的。令人惊奇地发现，滑环密封件尽管有在此所述的隆起部或不平整部，但是在使用气体的情况下仍然工作。本领域技术人员可能已经预料到，滑环密封件仅在使用液体时良好地工作。

滑环的密封面和/或匹配环的密封面可具有流体动力结构、尤其是镰刀形的结构。由此改善在密封面之间压力的积聚。这种类型的结构已经公开在EP1054196A2中。在此背景下也可考虑设置沿两个旋转方向作用的流体动力结构。

这里所述的滑环密封件可用作内燃机的曲轴的密封件。该密封件对此特别合适，因为该密封件呈现出很小的摩擦。

这里所述的滑环密封件可用于在很高的滑动速度和适当的压力的情况下的变速器密封件。特别是可考虑将滑环密封件用在汽车工业中。在此具体可考虑的是，滑环密封件用作涡轮增压器密封件、曲轴密封件、变速器密封件或电机的密封件。

可行的是，在此所述的滑环密封件被设计为气体润滑的滑环密封件。此外可行的是，密封面设有起流体动力作用的结构。

附图说明

在附图中：

图1是滑环密封件的上部的剖视图，其中，匹配环和滑环是柔性的，使得匹配环和滑环可补偿0.1至500μm的不平整部，

图2示出了一个滑环密封件，其具有支承体，该支承体通过圆环状区域过盈配合固定在轴上，

图3是支承体的局部剖视图，其中，该支承体的突伸部的大约三分之二抵靠在轴的外周面上，并且突伸部的大约三分之一从外周表面升高，以形成呈锥形地延伸的环状间隙，

图4示出了一个滑环密封件，其中，图示了圆环状区域，压力可作用在此圆环状区域上，

图5示出了一个滑环密封件，其中，径向唇平行于密封面延伸，

图6示出了另一滑环密封件，其中，稍微更长的径向唇平行于密封面延伸，

图7示出了一个滑环密封件，其中，径向唇适当倾斜，从而其与轴的旋转轴线夹成不同于90°的角度，

图8示出了具有同样倾斜的径向唇的一个滑环密封件，该径向唇轻微地靠在轴的外周面上，

图9示出了一个滑环密封件，其中，在弹性装置上布置有无纺布垫片，

图10示出了另一滑环密封件，其中，在弹性装置上固定有无纺布垫片，该无纺布垫片与轴的外周面轻微地接触，

图11示出了一个滑环密封件，其中，无纺布垫片与滑环间隔很远，

图12示出了另一滑环密封件，其中，无纺布垫片与滑环间隔相对较远，但依靠在轴的外周面上，

图13示出了一个滑环密封件，其中，设有迷宫式密封件，

图14示出了另一滑环密封件，其中，设有迷宫式密封件，其中，迷宫式密封件的壁与支承体材料一致地并且整体式地形成，

图15示出了另一滑环密封件，其中，在匹配环和支承体之间设有间隙，

图16示出了根据图15的滑环密封件的下部，其中，间隙用作油的收集槽，

图17示出了一个滑环密封件，其中，支承体的突伸部既在匹配环的下方又在滑环的下方伸展，

图18示出了一个滑环密封件，其中，支承体的突伸部以金属密封的方式依靠在轴的外周面上，以及

图19的上面的视图为密封面的俯视图，其下面的视图示出了环绕密封面的经标准化的不平整部的曲线图。

具体实施方式

图1示出了一个滑环密封件，其包括一个以可沿轴向运动的方式支撑的滑环1和一个匹配环3，其中，滑环1和匹配环3分别具有彼此抵靠的密封面1a、3a，其中，滑环1的密封面1a定位成与匹配环3的密封面3a相对，并且其中，滑环1通过波纹管状的弹性装置4压靠到匹配环3上。

至少一个密封面1a、3a具有大小为0.1μm至W(单位mm)的隆起部或不平整部，其中，W根据公式

W＝0.03Dm/s，

计算，其中，平均直径Dm是圆环形的密封面1a、3a的外径Da和内径Di的平均值，并且其中，s表示滑环1或匹配环3的厚度。

Dm和s的值需要使用相同的单位，例如m。

至少一个密封面1a、3a具有大小为0.1μm至500μm之间的隆起部或不平整部。匹配环3由支承体5容纳，该支承体5具有轴向突伸部6，以用于压到轴7上。

隆起部或不平整部为波谷和波峰的形式。

至少一个密封面1a、3a上的隆起部或不平整部可通过波纹管状的弹性装置4至少局部地变形，使得在滑环密封件工作期间不会对功能产生不利影响。

波纹管状的弹性装置4通过环形的抵靠区域8抵靠在滑环1上，并且通过环形的连接区域9固定在壳体10上，其中，抵靠区域8和连接区域9通过至少一个可弹性变形的铰接区域11相互连接。铰接区域11在横截面中为S形。

图2示出，支承体5可以通过其轴向突伸部6压在轴7上。

图3示出，突伸部6的区域6a在横截面中为截锥形，使得突伸部6的用于容纳轴7的内部空间呈锥形地延伸。由此，匹配环3与通过突伸部6的过盈配合而引入到支承体5中的力解耦。

图4示出了一个滑环密封件，其中，在滑环1上形成有第一圆环状区域12，第一力F1可沿轴向朝匹配环3的方向作用在该第一圆环状区域12上。

此外设有突伸的第二圆环状区域13。突伸的第二圆环状区域13在弹性装置4抵靠滑环1的抵靠区域8和弹性装置4与壳体10连接的连接区域9之间沿径向延伸。

由于压力负荷而沿轴向朝滑环1的方向作用到突伸的第二圆环状区域13上的第二力F2介于第一力F1的1％和100000％之间，该第一力沿轴向朝匹配环3的方向作用到第一圆环状区域12上。

有利的是，第一力F1大于第二力F2。作用在滑环1上的压力可由弹性装置4补偿。

因此，滑环1上面对弹性装置4的第一圆环状区域12和在弹性装置4抵靠滑动环1的抵靠区域8和弹性装置4与壳体10之间的连接区域9之间延伸的突伸的第二圆环状区域13的商被选择，使得由于空间20中的压力变化，沿轴向朝滑环1的方向作用到突伸的第二圆环状区域13上的第二力F2介于第一力F1的1％和100000％之间，该第一力F1由于空间20中的压力变化而沿轴向朝匹配环3的方向作用到第一圆环状区域12上。

图5示出了一个滑环密封件，其中，弹性装置4a具有依靠在滑环1上的径向唇14a，该径向唇14a具有比支承体5′更大的内径。

图6示出，弹性装置4b具有依靠在滑环1上的径向唇14b，该径向唇14b具有与支承体5′相同的内径。

图7示出，弹性装置4c具有径向唇14c，该径向唇以某一个角度从滑环1突伸，并且具有比支承体5′更大的内径。

图8示出，弹性装置4d具有径向唇14d，该径向唇14d以某一个角度从滑环1突伸，并且具有与支承体5′相同的内径。

图9示出，弹性装置4具有依靠在其抵靠区域8上的防尘唇15a，该防尘唇15a具有比支承体5′更大的内径。

图10示出，弹性装置4具有依靠在其抵靠区域8上的防尘唇15b，该防尘唇15b具有与支承体5′相同的内径。

图11示出，弹性装置4具有依靠在其连接区域9上的防尘唇15c，该防尘唇15c具有比支承体5′更大的内径。

图12示出，弹性装置4具有依靠在其连接区域9上的防尘唇15d，该防尘唇15d具有与支承体5′相同的内径。

图13示出，弹性装置4至少局部地在轴向和/或径向方向上被壁16包围。由此实现了对弹性装置4的包纳。产生了迷宫式密封件。

图14示出，壁16a是支承体5″的一部分，匹配环3容纳在该部分中。

图15示出，在突伸部6″′和匹配环3之间形成有间隙17。

图16示出了根据图15的滑环密封件的下部。间隙17在此作用为可被输送回来的油的收集槽。

图17示出，突伸部6在轴向方向上延伸一定程度，使得突伸部6也在滑环1的下方伸展。

匹配环3形成和/或布置成，使得旋转力引起小的锥度或变形。这也适用于图1至18中所描述的所有滑环密封件。

图18示出一个滑环密封件，其中，壳体的区域10a以金属密封、完全橡胶化或部分橡胶化的方式或在插入密封化合物、特别是密封漆的情况下应用到匹配壁18上。

在根据图1至图18的滑环密封件中，匹配环3可以是对称设计，使得离心力对其变形没有影响。

突伸部6可相对于轴7静态密封。该静态密封可以是完全橡胶化、部分橡胶化的形式或设有密封漆或金属密封的形式。

在根据图1至图18的滑环密封件中，为匹配环3配置信号跟踪器19。由此，滑环密封件可同时用作编码器。信号跟踪器19可由弹性体构成，该弹性体中嵌有可磁化的或已磁化的颗粒。

图19示出了滑环1在其密封面1a上环绕路径上的波度。角度φ的值介于0和360度之间。

图19中示出，当在密封面1a上环绕一周时，经过两个高点和两个低点。在密封面1a上的隆起部或不平整部因此具有两个高点和两个低点，具体而言即两个波峰和两个波谷。

在密封面1a、3a上的隆起部或不平整部、具体而言即波谷和波峰可通过波纹管状的弹性装置4至少局部地变形，使得在滑环密封件工作期间没有对功能产生不利影响。

Claims (20)

1.一种滑环密封件，包括以可沿轴向运动的方式支撑的滑环(1)和匹配环(3)，其中，所述滑环(1)和所述匹配环(3)分别具有彼此抵靠的密封面(1a、3a)，其中，所述滑环(1)的所述密封面(1a)定位成与所述匹配环(3)的所述密封面(3a)相对，并且其中，所述滑环(1)通过波纹管状的弹性装置(4)压靠到所述匹配环(3)，其特征在于，至少一个密封面(1a、3a)具有大小为0.1μm至Wmm的隆起部或不平整部，其中，W根据公式

W＝0.03Dm/s

计算，其中，平均直径Dm表示圆环形的密封面(1a、3a)的外径(Da)和内径(Di)的平均值，并且其中，s表示所述滑环(1)或匹配环(3)的厚度。

2.根据权利要求1所述的滑环密封件，其特征在于，至少一个密封面(1a、3a)具有大小在1μm至W之间、优选大小在5μm至W之间、特别优选大小在20μm至W之间、最优选大小在50μm至W之间的隆起部或不平整部。

3.根据权利要求1或2所述的滑环密封件，其特征在于，所述隆起部或不平整部为波谷和波峰的形式。

4.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述密封面(1a、3a)上的所述隆起部或不平整部具有至少两个高点和两个低点、优选三个高点和三个低点、特别优选四个高点和四个低点。

5.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，至少一个密封面(1a、3a)上的所述隆起部或不平整部可通过所述波纹管状的弹性装置(4)至少局部地变形，使得在所述滑环密封件工作期间不会对功能产生不利影响。

6.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述波纹管状的弹性装置(4)以环形的抵靠区域(8)抵靠在所述滑环(1)上，并且以环形的连接区域(9)固定到壳体(9)[SIC！]，其中，所述抵靠区域(8)和所述连接区域(9)通过至少一个可弹性变形的铰接区域(11)相互连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述匹配环(3)由支承体(5)容纳，该支承体(5)具有轴向突伸部(6)，以用于压到轴(7)上。

8.根据权利要求7所述的滑环密封件，其特征在于，所述突伸部(6)的区域(6a)在横截面中为截锥形的形式，使得所述突伸部(6)的用于容纳所述轴(7)的内部空间呈锥形地延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述滑环(1)上面对所述弹性装置(4)的第一圆环状区域(12)和在所述弹性装置(4)与所述滑环(1)抵靠的抵靠区域(8)和所述弹性装置(4)与壳体(10)连接的连接区域(9)之间延伸的突伸的第二圆环状区域(13)的商被选择，使得沿轴向朝所述滑环(1)的方向作用到突伸的第二圆环状区域(13)上的第二力介于第一力的1％和100000％之间、优选10％和1000％之间、特别优选10％和100％之间，该第一力沿轴向朝所述匹配环(3)的方向作用到所述第一圆环状区域(12)上。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述弹性装置(4a)具有依靠在所述滑环(1)上的径向唇(14a)，该径向唇(14a)具有与所述支承体(5′)相同的内径或比它更大的内径。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述弹性装置(4c)具有径向唇(14c)，该径向唇(14c)以一个角度从所述滑环(1)突伸，并且具有与所述支承体(5′)相同的内径或比它更大的内径。

12.根据权利要求7至9中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述弹性装置(4)具有依靠在其抵靠区域(8)上的防尘唇(15a)，该防尘唇(15a)具有与所述支承体(5′)相同的内径或比它更大的内径。

13.根据权利要求7至9中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述弹性装置(4)具有依靠在其连接区域(9)上的防尘唇(15c)，该防尘唇(15c)具有与所述支承体(5′)相同的内径或比它更大的内径。

14.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述弹性装置(4)至少局部地在轴向和/或径向方向上被壁(16)包围。

15.根据权利要求14所述的滑环密封件，其特征在于，所述壁(16a)是支承体(5″)的一部分，在该部分中容纳有所述匹配环(3)。

16.根据权利要求7至15中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，在所述突伸部(6″′)和所述匹配环(3)之间形成间隙(17)。

17.根据权利要求7至16中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述突伸部(6)在轴向方向上延伸到一定程度，使得所述突伸部(6)也在所述滑环(1)的下方伸展。

18.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于气体润滑机构。

19.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件，其特征在于，所述滑环(1)的所述密封面(1a)和/或所述匹配环(3)的所述密封面(3a)具有流体动力结构。

20.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封件作为内燃机的曲轴的密封件的应用。