CN105240533B - 密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封环，其部件件数少，能够简单并且廉价地制造，即使经过较长时间仍然具有良好的使用特性，特别是朝向应该密封的机械元件的应该密封的表面产生足够大的施力，从而产生必要的气密性。本发明的密封环，其为截面形状基本上形成Y字状的密封环，具备支承部(3)、和固定于所述支承部(3)的同时能够滑动地接触于配套构件的第一密封唇(1)以及第二密封唇(2)，所述密封环的特征在于，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)，具有在安装前的自由状态下最大呈60°的两密封唇(1、2)之间的第一角度(4)。

Description

密封环
技术领域
本发明涉及一种包括两个共同地固定于支承部并且动态地动作的密封唇的密封环。另外，本发明涉及一种具备两个被一体地保持于支承部的同时能够滑动地接触于配套构件的密封唇的密封环。
背景技术
就这样的密封环而言，已知有下述的专利文献1中所记载的密封环。先前以来已知的该密封环由弹性塑料材料构成，并且，除了动态地动作的密封唇之外，还包括静态的密封区域。一个动态地动作的密封唇具备独立形成的弹簧元件，该弹簧元件由金属带构成。弹簧元件为环状，截面形状为U字状或者V字状，并且向轴向一方张开形成，该弹簧元件的弹力对附属的密封唇带来0.3～0.6N/mm密封唇长的加压力。
弹簧元件向相对于应该密封的机械元件的应该密封的表面动态地动作的密封唇施加必要的施力，因此，弹簧元件是为了达成必要的气密性所必须的。
先前以来已知的密封环的制造，由于弹簧元件而花费费用，因此价格高。
先前以来已知的密封环用作风力能源设备中的轴承密封件。
另外，已知有下述的专利文献2中的另一密封环，该密封环包括两个动态地动作的密封唇，该两个密封唇双方均使唇端向相同方向(朝向应该密封的空间的方向)弯曲。密封环一体地并且由同一材料形成。一个动态地动作的密封唇与在应该密封的机械元件的半径方向上延伸的应该密封的第一底切部(アンダーカット部)(台阶部的立起面)接触，另一个动态地动作的密封唇与在半径方向的外侧连接于底切部的应该密封的表面(外周面)接触。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：德国实用新型第202008017339号
专利文献2：德国专利第102010045671号公开
发明内容
(发明要解决的问题)
本发明鉴于上述现有技术，其课题在于进一步发展开头所述的种类/构造的密封环，以使得部件件数少，能够简单并且廉价地制造，即使经过较长时间仍然具有良好的使用特性，特别是朝向应该密封的机械元件的应该密封的表面产生足够大的施力，从而产生必要的气密性。
(解决技术问题的技术方案)
该技术问题通过本发明的密封环解决。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案的密封环，其为截面形状基本上形成Y字状的密封环，具备支承部(3)、和一体地设置于所述支承部(3)的同时能够滑动地接触于配套构件的第一密封唇(1)以及第二密封唇(2)，所述密封环的特征在于，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)，具有在安装前的自由状态下最大呈60°的两密封唇(1、2)之间的第一角度(4)。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述第一角度(4)最大为45°。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述支承部(3)在其轴向中央具备假想的半径方向平面(5)，所述第一密封唇(1)以及第二密封唇(2)在与所述半径方向平面(5)之间分别具有最大呈45°的第二角度(6)以及第三角度(7)。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述第二角度(6)以及所述第三角度(7)最大分别为25°。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述支承部(3)具有轴向宽度(10)，所述密封唇(1、2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)相对于所述轴向宽度(10)的比为1.25～2。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)具备密封边缘(11、12)，同时，具有从所述密封边缘(11、12)向所述支承部(3)连续增加的厚度(13)。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封边缘(11、12)具有在安装前的自由状态下最大为0.1mm的密封边缘半径r。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)以没有弹簧的方式形成。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)以及所述支承部(3)呈一体，并且由同一材料形成。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述同一材料为聚氨酯材料。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述聚氨酯材料中含有聚氨酯基体，该聚氨酯基体中嵌入有使摩擦降低的混合材料。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述混合材料由聚四氟乙烯材料和/或超高分子量聚乙烯材料和/或石墨材料形成。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述聚氨酯材料具有80至95的肖氏A硬度。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)于轴向上在彼此相对的侧面分别具有槽状的表面轮廓(14、15)。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述表面轮廓(14、15)作为润滑剂槽(16、17)形成。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)以在安装状态下朝向轴向相反侧彼此弯曲成弓状的方式形成。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)在安装状态下在两密封唇(1、2)之间形成润滑剂积存部(18)。
本发明技术方案的密封环，其特征在于，在上述的本发明技术方案所记载的密封环中，所述密封唇(1、2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)通过切断工序能够可变地调整。
如上所述的本发明的密封环，其为截面形状基本上形成Y字状的密封环，具备支承部、和一体地设置于所述支承部的同时能够滑动地接触于配套构件的第一密封唇以及第二密封唇，所述密封环的特征在于，所述第一密封唇以及所述第二密封唇，具有在安装前的自由状态下最大呈60°的两密封唇之间的第一角度。
利用这样的密封环，能够对例如转动的、旋转的、或者以螺旋状动作的旋转轴、棒、心轴或者轴承等进行密封。密封是对于例如像油、润滑油、水这种应该密封的介质进行的，或者出于对如污物、粉尘、盐和/或湿气这种环境影响的保护而进行的。由于密封环的制造时被制约的状态下的两个密封唇之间的比较小的第一角度，在按照指定使用密封环的情况下，即，在两个密封唇在应该密封的机械元件的应该密封的表面在轴向上向相反方向展开，进行密接的同时进行密封的情况下，在应该密封的表面产生了密封唇的足够大的施力，由此，产生了良好的密封性。由于制造时被制约的狭小的第一角度，相对于密封唇向应该密封的机械元件的表面的足够大的施力，不需要使用附加的弹簧元件。本方明的密封环不仅具有良好的使用特性，特别是部件件数也少，能够简单并且廉价地制造。
进一步，优选的是，第一角度最大为45°。通过这样较小设定第一角度，密封唇在应该密封的表面进行密接的同时进行密封的弹性施力得以进一步增强。
密封环的较薄的基本上Y字状的轮廓的理由在于，能够恒久地吸收其中配置有密封环的组装空间的半径方向间隙的振动性变动。
有效的最小的第一角度为5°，进一步优选为最小10°。在这种情况下，第一角度的大小以如下方式设定：一方面，能够对应该密封的表面施加密封唇的足够大的施力，以及其他方面，例如按照指定使用密封环的情况下，不产生由于过度膨胀而可能缩短密封环的使用时间的、密封唇不希望的较大机械应力。
基于有利的方式，能够预定：支承部在轴向的中心具有假想的半径方向平面；以及第一和第二密封唇通过半径方向平面分别被限定为最大45°、进一步优选为分别最大25°的第二以及第三角度。通过这样的方式，两个密封唇分别在制造时被制约，从而能够实现相对于应该密封的机械元件的应该密封的面而足够倾斜地形成。第二以及第三角度能够基本上相同大小地以及基本上相对于假想的半径方向平面镜面对称地配置。
密封唇分别具有密封唇长，以及支承部具有轴向的宽度，在这种情况下，各密封唇长相对于该支承部的宽度的比优选为1.25至2。
该比对于以没有弹簧的方式形成的密封唇的使用而言，考虑到施力的大小在长期的使用时间内不会产生变化，从而证明为有利。通过该比，密封唇以不会过弱的方式形成，由此能够保证总是维持向应该密封的表面的所需要的施力。在另一方面，通过该比，密封唇易于足够弹性地弯曲，由此能够实现良好地密封，并且如上述那样能够恒久地吸收组装空间的半径方向间隙的振动性变动。
密封唇分别具有密封边缘，并且具有从每个密封边缘朝向支承部连续增加的厚度。根据这种方式，能够得到从密封边缘向支承部到密封唇的结合部为止连续增加的刚性。由此，特别是从密封唇向支承部的过渡区域中的密封环的坚固性被最优化。由此，实质上就排除了该区域内并不期望出现的松弛、以及随之出现的使密封边缘密接接触于应该密封的表面的施力的并不期望的减小、和/或作为结果而成为密封环的缺陷的该区域内的密封环的损伤。通过增加的厚度的连续的推移，防止了可能招致密封唇破损的密封唇内的切口应力的发生。
密封边缘具有在密封环的制造时被制约的状态下分别最大0.1mm的密封边缘半径r。该密封边缘半径通常被称为“锐边”。
该锐边的密封边缘例如能够通过在用于制造密封环的压出成形法中加入的切断工序来制造。
密封唇的密封唇长能够通过切断工序进行可变调整。
密封唇优选分别以没有弹簧的方式形成。由于先前所述的基本上为Y字状的密封环的特别的形状，因此，无需使用将密封唇按压于应该密封的各表面的弹簧。因此，密封环能够特别简单地形成，并且能够廉价地制造。
密封唇和支承部能够一体地彼此移动并且通过同一材料形成。由此，促进了同样地简单并且廉价制造的可能性。一体地通过同一材料形成的密封环能够良好地适用于诸多适用案例。
在相对于各适用案例需要对应功能技术而个别化制作密封唇的情况下，密封环能够作为多成分部件而形成。在这种情况下，密封唇能够由彼此不同的材料构成。这样的密封环能够通过例如多成分射出成型法制造。
基于有利的方式，能够预定通过同一材料的聚氨酯材料构成密封环。在这种情况下，存在如下优点：聚氨酯材料具有极其良好的耐摩耗性，具有较低的摩擦系数、能够调整的广泛的硬度范围以及弹性率范围、较大的拉伸强度以及断裂伸长率，在广泛的温度范围内相对于矿物油具有抵抗性，并且具有出众的耐臭氧性以及耐氧化性。除此之外，聚氨酯材料还具有较高的缓冲性能，并且对于龟裂形成和龟裂成长极为稳定，这对于仅由构成密封唇的材料来生成密封唇分别向应该密封的各表面的施力的情况来说是极为突出的优点。进一步，聚氨酯材料还具有良好的耐加水分解性。从上述的这些所有的优点来看，整体上能够得到在按照指定的使用中发挥作用的密封环的较长的使用时间，在这种情况下，在整个使用时间中，密封环的使用特性实际上并未产生变化。
聚氨酯材料通常比丁腈橡胶材料/三元乙丙橡胶材料硬。丁腈橡胶材料/三元乙丙橡胶材料制的密封唇并不适合没有附加的弹簧体对应该密封的表面施加密封唇的足够的施力而进行运转的情况。
由于聚氨酯材料比较高的硬度，与两个密封唇之间的狭小的第一角度组合，即使没有弹簧元件也能够实现密封环的良好的使用特性。
聚氨酯材料的其他优点在于该材料能够焊接。由此，密封环在压出成形法中制造、适当的切断之后，在其两末端区域能够焊接为环状。聚氨酯材料的焊接接缝具有100％的性能，这意味着关于坚固性和使用特性，与邻接配置于焊接接缝的区域无差别。
虽然丁腈橡胶材料/三元乙丙橡胶材料能够可靠地贴合或者对接硫化，但是也存在对接部位在密封环的使用过程中可能被剥落的弱点。
聚氨酯材料中能够包含聚氨酯基体，该聚氨酯基体中嵌入有降低摩擦的混合材料。
该混合材料可以为PTFE(聚四氟乙烯)、和/或UHMWPE(超高分子量聚乙烯)、和/或石墨材料。由于混合材料，摩擦扭矩减少，以及该密封环具有优异的故障防止运转特性以及试运行运转特性。
在此，列举的材料可分别单独使用或者组合使用。
基于石墨以及PTFE的混合材料的优点为在极限摩擦状态以及干式摩擦状态下发挥效果。向UHMWPE基底的嵌入，主要使由于油性或者膏状的润滑剂而产生的润湿性得到改善，随之改善用于通过润滑薄膜分离摩擦对象而使用的运转条件。
聚氨酯材料能够具备优选80至95的肖氏A硬度。该硬度于如下情况有利：密封唇仅以材料条件，即，在没有附加的弹簧元件的情况下，必须通过足够的弹性施力气密地接触于应该密封的表面。
密封唇于轴向上在彼此相对的侧面能够分别具有槽状的表面轮廓。该表面轮廓能够形成为润滑剂槽。
该方式促进摩擦扭矩的降低，并且同样地改善故障防止运转特性以及试运行运转特性。在润滑剂槽的内部，配置有例如应该密封的介质即例如润滑油。
在按照指定使用密封环的情况下，密封唇能够在轴向上向相反侧以彼此弯曲成弓状的方式形成。由此，实现了密封系统与单独唇部处理相比具有两倍的安全性。进一步，双重唇部提供了通过润滑油填满润滑剂积存部的可能性。
在按照指定使用密封环的情况下，密封唇在轴向的两侧限定润滑剂积存部。润滑剂积存部例如能够通过遮断润滑油填满，所述遮断润滑油防止应该密封的介质从应该密封的空间的一方分别向另一方的应该密封的空间流出。
上述的密封环能够在风力设备中使用，在这种情况下，对于这样使用的密封环常常具有例如400mm以上的特别大的直径。具有这样大的直径的密封环，在使用聚氨酯材料的情况下，通过压出成形制造，在这种情况下，被切断的密封环单股(ストランド)如上述在其两正面的区域中彼此焊接。小的直径能够使用射出成型制造。
附图说明
图1是示出本发明的实施例所涉及的密封环成形后/安装前的状态的主要部分截面图。
图2是示出同一密封环的安装状态的主要部分截面图。
符号说明
1、2 密封唇
3 支承部
4 第一角度
5 假想的半径方向平面
6 第二角度
7 第三角度
8、9 密封唇长
10 支承部的宽度
11、12 唇边缘
13 密封唇的厚度
14、15 表面轮廓
16、17 润滑剂槽
18 润滑剂积存部
19 密封部(静态密封区域)
20 第一机械元件
21 第二机械元件。
具体实施方式
图1以及图2示出本发明的实施例所涉及的密封环。
该密封环成形为环状，由包括其中心轴线的假想的平面所切断的截面形状如图所示基本上成形为Y字状。密封环例如在风力设备中的叶片轴承的密封部使用，除此之外，也在转盘的密封部等中使用。通过使用这种密封环，能够以使系统外部(机外)的异物不会进入系统内部(机内)的方式进行密封的同时使机内的密封介质(润滑油等)不会向机外流出。
密封环具备能够滑动地接触(动态接触)于滑动的配套构件的第一密封唇1以及第二密封唇2，两密封唇1、2配置于密封环的半径方向的内周侧。在密封环的半径方向的外周侧，设置有静止地接触(静态接触)于配套构件的密封部(密封区域)19。两密封唇1、2以及密封部19均与密封环的支承部(支承体)3一体地并且由同一材料成形。
图1示出通过模具成形密封环后/安装前的状态，即安装前的自由状态，在该自由状态下，在两密封唇1、2之间设定有大致40°的第一角度4。
相对于在轴向中央将上述支承部3分为两个的假想的半径方向平面5，第一密封唇1具备第二角度6，同时，第二密封唇2具备第三角度7，第二角度6设定为大致15°，第三角度设定为大致25°。
在本发明的众多方式中，第一密封唇1侧的第二角度6以及第二密封唇2侧的第三角度7以彼此不同的方式进行设定是有效的，特别地，将第一密封唇1侧的第二角度6设定为比第二密封唇2侧的第三角度7小是有效的。这在如下情况下具有意义，即将第一密封唇1配置于机外侧的同时将第二密封唇2配置于机内侧，并且为了使机外的异物(污染物等)不进入机内，而将第一密封唇1相对于作为滑动的配套构件的第一机械元件20的轴的压紧力设定为比第二密封唇2大，在这种情况下，由于第二密封唇2的密封边缘12的压紧力比较小，因此，使应该密封的介质(润滑油等)少量通过，由此，能够润滑第一密封唇1的滑动部。
密封唇1、2的密封唇长8、9相对于支承部3的宽度(轴向宽度)的比为约1.5。
密封环的成形材料例如为聚氨酯材料，在这种情况下，将使摩擦降低的混合物嵌入聚氨酯基体。聚氨酯材料具有80至95的肖氏A硬度。
在于轴向上彼此相对的密封唇1、2的内侧，分别设置有带槽的表面轮廓(粗糙度)14、15，该表面轮廓14、15构成润滑剂槽16、17。表面轮廓14、15分别具备细微构造。在按照指定使用密封环的情况下，应该密封的介质(润滑油等)被放入润滑剂槽16、17，能够降低摩擦扭矩以及改善故障防止运转特性和试运行运转特性。
图2示出密封环的安装状态。在该安装状态下，密封唇1、2接触于作为滑动的配套构件的第一机械元件20的轴，彼此向轴向相反侧弯曲成弓状，与轴共同形成润滑剂积存部18的空间，润滑剂积存部18被应该密封的介质(润滑油等)填满。因此，防止了机外的异物(污染物等)进入。第一机械元件20也可以为轴以外的旋转侧构成部件。
关于密封环的安装，不仅是作为滑动的配套构件的第一机械元件20，安装密封环的一侧的第二机械元件21也需要其存在，该第二机械元件21为例如包围轴的密封壳体。密封环静止地固定于该第二机械元件21，使用上述静止的密封部19对与该第二机械元件21之间进行密封。
密封唇1、2在朝向支承部3的相反的侧面分别具备自由端(唇端)，自由端被密封边缘11、12限定。在按照指定使用密封环的情况下，密封边缘11、12能够滑动地接触于应该密封的第一机械元件20的表面。
密封唇1、2具有从密封边缘11、12开始向支承部3的方向连续增加的厚度13。
由于密封环的上述几何学的形状，特别是由于密封环制造时被制约的状态下的两个密封唇1、2之间的第一角度4，以及由于通过同一材料构成密封环的聚氨酯材料，因此，产生了能够以没有弹簧的方式形成密封唇1、2的可能性。仅通过密封环乃至密封唇1、2的材料自身便能够达成密封边缘11、12向第一机械元件20的应该密封的表面的足够的按压。
(产业上的利用可能性)
本发明能够在例如风力设备的密封部中使用。

Claims (19)

1.一种密封环，其为截面形状基本上形成Y字状的密封环，具备支承部(3)、和一体地设置于所述支承部(3)的同时能够滑动地接触于配套构件的第一密封唇(1)以及第二密封唇(2)，所述密封环的特征在于，
所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)，具有在安装前的自由状态下最大呈60°的两密封唇(1、2)之间的第一角度(4)；
所述支承部(3)在其轴向中央具备假想的半径方向平面(5)，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)在与所述半径方向平面(5)之间分别具有最大呈45°的第二角度(6)以及第三角度(7)；
通过将所述第一密封唇(1)侧的所述第二角度(6)设定为比所述第二密封唇(2)侧的所述第三角度(7)小，将所述第一密封唇(1)相对于作为滑动的所述配套构件的第一机械元件(20)的轴的压紧力设定为比所述第二密封唇(2)大；
将所述第一密封唇(1)配置于机外侧的同时将所述第二密封唇(2)配置于机内侧；
通过将所述第一密封唇(1)的压紧力设定为比所述第二密封唇(2)大，密封异物以使机外的所述异物不进入机内；
通过将所述第二密封唇(2)的压紧力设定为比所述第一密封唇(1)小，使应该密封的介质少量通过，润滑所述第一密封唇(1)的滑动部。
2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，
所述第一角度(4)最大为45°。
3.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，
所述第二角度(6)以及所述第三角度(7)最大分别为25°。
4.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，
所述支承部(3)具有轴向宽度(10)，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)相对于所述轴向宽度(10)的比为1.25～2。
5.根据权利要求2所述的密封环，其特征在于，
所述支承部(3)具有轴向宽度(10)，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)相对于所述轴向宽度(10)的比为1.25～2。
6.根据权利要求3所述的密封环，其特征在于，
所述支承部(3)具有轴向宽度(10)，所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)相对于所述轴向宽度(10)的比为1.25～2。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)具备密封边缘(11、12)，同时，具有从所述密封边缘(11、12)向所述支承部(3)连续增加的厚度(13)。
8.根据权利要求7所述的密封环，其特征在于，
所述密封边缘(11、12)具有在安装前的自由状态下最大为0.1mm的密封边缘半径r。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)、所述第二密封唇(2)以没有弹簧的方式形成。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)、所述第二密封唇(2)以及所述支承部(3)呈一体，并且由同一材料形成。
11.根据权利要求10所述的密封环，其特征在于，
所述同一材料为聚氨酯材料。
12.根据权利要求11所述的密封环，其特征在于，
所述聚氨酯材料中含有聚氨酯基体，该聚氨酯基体中嵌入有使摩擦降低的混合材料。
13.根据权利要求12所述的密封环，其特征在于，
所述混合材料由聚四氟乙烯材料和/或超高分子量聚乙烯材料和/或石墨材料形成。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述聚氨酯材料具有80至95的肖氏A硬度。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)、所述第二密封唇(2)于轴向上在彼此相对的侧面分别具有槽状的表面轮廓(14、15)。
16.根据权利要求15所述的密封环，其特征在于，
所述表面轮廓(14、15)作为润滑剂槽(16、17)形成。
17.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)、所述第二密封唇(2)以在安装状态下朝向轴向相反侧彼此弯曲成弓状的方式形成。
18.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)、所述第二密封唇(2)在安装状态下在两密封唇(1、2)之间形成润滑剂积存部(18)。
19.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，
所述第一密封唇(1)以及所述第二密封唇(2)具有密封唇长(8、9)，所述密封唇长(8、9)通过切断工序能够可变地调整。
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