CN105257828A - 预密封件、预密封装置和包括该预密封件的密封环 - Google Patents

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CN105257828A CN201510702715.6A CN201510702715A CN105257828A CN 105257828 A CN105257828 A CN 105257828A CN 201510702715 A CN201510702715 A CN 201510702715A CN 105257828 A CN105257828 A CN 105257828A
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Abstract

本发明涉及一种预密封件、预密封装置和包括该预密封件的密封环，所述预密封件包括基本上构成为圆环状的由导电且透气的材料(2)制成的盘形体(1)和支承体(3)，所述盘形体(1)相对于支承体(3)构成为独立制造的单个部件并且与支承体(3)相连接。

Description

预密封件、预密封装置和包括该预密封件的密封环
技术领域
本发明涉及一种预密封件、预密封装置和包括所述预密封件的密封环。
背景技术
通常已知密封环，该密封环包括至少一个受动载荷的密封唇和预密封件，该预密封件以轴向间距邻近于密封唇设置，其中，预密封件由导电材料制成，也已知一种包括这种密封环的密封装置。在此，密封环可以构成为径向轴密封环，其中，密封唇沿轴向朝向要被密封的介质。与此相反，所述预密封件沿轴向朝向周围环境。
所述预密封件具有这样的任务，即防止污染物从周围环境推进到密封唇。由此，在长时间使用期间实现密封环更好的使用性能。
密封环和由此构成的密封装置由DE10340802A1公开。密封环包括具有至少一个密封唇的第一组件，所述密封环的这些组件由具有橡胶弹性特性的导电材料制成。先前已知的密封环实现使用包括啮合部的构件的密封，在这些啮合部运动时产生电荷分离(Ladungstrennung)。由此产生的电流相应地部分由使用的润滑剂引出，并且该电流部分地被输送到要被相对密封的构件中。通过制成密封环的第一组件的导电的橡胶弹性材料，优点在于，电流可简单地通过密封环导出。在一个先前已知的实施例中，为受动态载荷的密封唇在轴向背离要被密封的空间的侧面上配置防尘唇，该防尘唇与密封唇构成为一件式的并且材料一致，因此其同样由导电的橡胶弹性材料制成。提及聚酰胺作为导电材料的示例。
由DE10314924A1一种另外的密封环，该密封环被用于在密封装置中密封机器元件、优选轴。该密封环包括用于容纳泄漏物的存储部(Depot)，其中该存储部通过测量装置进行监测。该测量装置由电容器构成，并且该存储部用作为电介质。优选地，该存储部构成为吸收性和/或能膨胀的圆环状的盘形体，该盘形体由多孔材料构成。所述存储部可以由通过容纳泄漏物才改变其电介质特性的无纺布制成。在此，存储部的可测量的容量的与此相关的变化量表示用于具有泄漏物的存储部的饱和度的尺度。因此，通过测量容量可以推断出在存储部中的流体的泄漏量。
发明内容
本发明的目的在于，进一步改进预密封件、预密封装置和包括该预密封件的密封环，使得通过预密封件防止要被相对密封的机器元件的静电加载和由此产生的损坏。
这个目的通过权利要求1、18和21的特征实现。各回引的权利要求涉及有利的设计方案。
为了实现这个目的设置有一种预密封件，该预密封件包括基本上构成为圆环状的由导电的透气的材料构成的盘形体和支承体，所述盘相对于支承体构成为独立制造的单个部件并且与支承体连接。通过预密封件，在要被相对密封的机器元件之间实现导电连接和电位平衡。在此，要被相对密封的机器元件可以例如由轴和壳体构成，所述轴穿过壳体。
预密封件导致在机器元件之间的受控制的电位平衡。
因此，由于这些机器元件之一的静电加载而产生的机器元件的机械损坏以及对具有其它电位的其它机器元件所产生的接着的电压击穿由此被排除。在预密封装置中，这些机器元件中之一接地到限定的接地电位上(例如作为电接地电位的机动车车身)，使得通过导电的预密封件实现对其它的机器元件的电位平衡。
预密封件涉及脱耦的电桥。在这种情况下“脱耦”可理解为，使得例如与预密封件组合的密封环的密封功能与电桥的功能脱耦，即避免电压击穿以及产生在机器元件之间的电位平衡。预密封件不与要被密封的介质直接接触。在此有利的是，预密封件的电阻在预密封件的整个使用寿命期间基本上是恒定的。如果预密封件与要被密封的介质接触，那么电阻将不受控制地进行变化。
制成所述盘形体的材料不仅是导电的而且也是透气的。透气性通过制成该盘形体的材料开孔性来实现。因此，所述预密封件仅具有很小的径向力，通过该径向力使其紧贴地接触要被相对密封的机器元件。通过材料的透气性，压力平衡能在预密封件的轴向两侧实现，使得当在常规使用期间在预密封件轴向侧面上形成相对的过压或者相对的低压时，预密封件于是也可以无问题地与密封环组合地使用。预密封件通过其透气性在轴向两侧上产生压力平衡。此外优点在于，通过小的摩擦力，摩擦力矩以及由此预密封件的磨损也可以忽略不计。在此，该材料的透气性应至少相应于径向轴密封环的供气能力或者超过该供气能力。例如，由FKM材料构成的用于直径为85mm轴的径向轴密封环在40°和4000U/mm时输送大约10ml空气/秒。
按有利设计方案可设置有，盘形体具有≤100Ω的电阻，进一步优选为≤10Ω。
为了调节这种在整个使用寿命期间应保持恒定的电阻，预密封件与要被密封的介质的密封件脱耦(如前面已经解释的那样)是至关重要的。
上述电阻通过下面所描述的盘形体材料和设计结构实现。如果与预密封件例如密封环、尤其是径向轴密封环一起使用，那么所述盘形体和径向轴密封环的密封唇具有彼此不同的材料。在此，预密封件首先是导电件，其次是预密封件。
上述电阻的大小具有这样的优点，即它们覆盖小于或者等于100欧姆的范围。但对于更特殊的应用时，它们也可在小于或者等于10欧姆的范围中调节。
所述支承体可以例如通过由坚韧的材料制成支承环构成。支承环可以例如由金属材料或者聚合物材料制成。在这种情况下，盘形体间接地或者直接地与支承环连接，其中这种预密封件在组合结构系统的意义上可与密封环进行组合。盘形体在其安装空间内通过支承环来保持。
根据另一种设计方案具有这样的可能性，即支承体由密封环构成。在这种情况下，盘形体和密封环可以构成可预装配的单元。密封环可以例如构成为径向轴密封环。
连接盘形体和支承体的可能性在于使两个所述的部件相互粘接。粘接可以简单且费用低地进行。
制成盘形体的材料可以由无纺布构成。无纺布特别好地满足上述要求：它们可以制造/配置和构成为足够的透气性的和足够的导电的。
为了机器元件之间的电位平衡，即为了防止具有随后的电压击穿的静电加载，尤其是包含具有2mm到200mm的纤维长度的纤维的无纺布被证明是合适的。这种材料具有足够的导电性。
按另一种有利设计方案可设置有，无纺布具有20g/m2到200g/m2的单位面积重量。这种无纺布具有有利的较小径向压紧力、良好的导电性并且足够透气。通过小的径向的压紧力使摩擦热的产生最小化，即使在转速达到25,000min-1时。具有所述纤维长度和所述单位面积重量的无纺布的由运行引起的磨损特别小。
由无纺布制成的盘形体相对于例如也是已知的刷转子(Buerstenlaeufern)尤其有利的是相对于刷在无纺布中的各向同性的纤维定向。因此实现相对于刷在无纺布中的纤维以相对于要被密封的机器元件不同设置角度的接触。在电刷中，纤维的端部大多数仅垂直于要被密封的机器元件要被密封的表面，类似于盘形体上的栓体。与此相对地，无纺布的纤维还包括切向的弧形段，该弧形段大面积地可以说撑开地(aufgespleiβt)贴靠在轴上，使得由无纺布制成的盘形体尽管径向压紧力较小仍具有低的接触电阻。该大面积的接触使得在机器元件之间可构成特别有效的电位平衡，预密封件设置在这些机器元件之间。
按另一设计方案，制成盘形体的材料可由织物构成。织物相对于无纺布具有这样的优点，即纤维长度在此相对于无纺布可以再一次被进一步增加。但是在此，各向同性定向仅在使用多层压制品时是可能的，这在经济方面是不利的。
该材料可包括导电颗粒。所述颗粒可以例如由碳纤维构成或者由金属颗粒、尤其通过金属丝构成。使用由碳纤维所构成的颗粒的优点在于，良好的导电性在此与卓越的弹性结合起来，所述卓越的弹性使无纺布盘形体与多层弹簧一样持久地在最小的径向力作用下贴靠在轴上。
与此相对地，如果考虑到高氧化的周围环境条件，那么将例如金属丝用作为导电颗粒。但是在此，弹簧弹性稍有减小并且可能发生的粘附磨损或者研磨磨损是不利的。
如果盘形体另外具有由PTFE分散剂制成的浸渍剂，那么形成预密封件的进一步改进的使用性能。这是令人惊讶的，因为PTFE被公认为是差的电导体，并且及尽管如此，通过浸渍改善了无纺布的导电性。通过PTFE分散剂而改善导电性也许应该归因于，分散剂在浸渍时存储到无纺布的中间空间内，并且在干燥之后无纺布的导电纤维更强地保持在一起。
所述盘形体在即可使用的状态下可以具有与制造有关的原始厚度的25％至95％的压延厚度。在压延时应该注意，无纺布不能过多地增强；透气性必须为了上述的使用性能保持。如果无纺布在其通过PTFE分散剂进行浸渍之后经过压延处理，那么与无纺布中的纤维接触进一步得到支持并且持久地包封(umsiegelt)。通过压延无纺布的耐磨性得到改善，使得盘形体以及由此整个预密封件在较长的使用寿命期间具有始终不变的良好的使用性能。
备选地，蜡分散剂可以用作另一种结合方式，并且用于另一个功能的填充材料例如借助浸渍必要时可以被加入到盘形体中。
预密封装置包括预密封件，如上述那样，所述预密封件的盘形体密封紧贴地接触要被密封的第一机器元件的要被密封的表面，所述要被密封的第一机器元件以径向间距邻近于第二机器元件地设置，所述预密封件的盘形体设置在由该径向间距构成的间隙内，所述第二机器元件接地到限定的接地电位上，所述第二机器元件由盘形体紧贴地接触，并且因此所述第一机器元件和第二机器元件导电地相互连接。经由两个机器元件通过导电的盘形体的这种导电连接在两个机器元件之间实现电位平衡，并且由于电压击穿而产生的机器元件的机械损坏被排除。
在预密封装置中，这些机器元件中的一个接地，使得通过电位平衡其它的机器元件也接地。通过预密封装置的电位平衡和接地，由电压击穿所产生的机器元件机械损坏被避免。在没有电位平衡的情况下，要被相对密封的机器元件的由电压击穿所产生的机械损坏可以通过下面的方式产生，即机器元件的不同大小的电位通过电压击穿构成。具有不同电位的机器元件彼此邻近地越接近地配置，那么这种电压击穿就越有可能。这种电压击穿可以以相对较小的加载导致在机器元件上的材料损害并且在进行电压击穿的区域内改变材料组织结构。
盘形体在与制造相关的状态下可以具有与相互被电连接且要被相对密封的机器元件的重叠的重叠部，该重叠部为0.5mm到5mm。考虑到良好的导电性，这种重叠部被证明是有利的。不期望的大的压紧力和由此所产生的不期望的摩擦热量及较大的磨损因此被最小化。
第一机器元件可以由电机的驱动轴构成，第二机器元件由与电机连接的且包围驱动轴的传动机构的壳体构成。预密封装置的这种特殊应用是尤其有利的。如果电机和传动机构共同构成一个驱动单元，那么通过电机的运行通常能获得驱动单元的各构件的静电加载并且因此在没有被静电加载的构件之间获得电位差。一般存在这样的可能性，即通过相对成本较高的设计方法在具有不同电位的构件之间造成电位平衡。在本发明的预密封装置中，这种电位平衡通过本发明的预密封件实现，该预密封件具有简单的结构并且可以简单且费用低地制造。在常规地电机使用期间，其驱动轴可以被静电加载。电机的驱动轴延伸到与电机相连接的传动机构中。在没有进行电位平衡的情况下存在这样的危险，即在被静电加载的驱动轴和传动机构的构件之间产生电压击穿，并且传动机构的机器元件由于电压击穿受到机械损坏。为了避免这种损坏，按本发明地设置为，电位平衡通过本发明的预密封件实现。驱动轴的静电加载借助由导电且透气的材料(例如由无纺布或者织物所构成的)制成的盘形体放电到邻近的接地到限定的接地电位上的机器元件上。因此，驱动轴也接地。通过使在驱动轴和传动机构的邻近构件之间没有电位不同，也可以使得不产生可能导致机械损坏的电压击穿。
此外，本发明涉及一种密封环，该密封环至少包括受动载荷的密封唇和上述的预密封件，该预密封件以轴向间距邻近于密封唇设置。该密封唇可以由弹性体材料制成。
密封环可以包括至少一个受动载荷的密封唇和至少一个受静载荷的密封件。所述受动载荷的密封唇可以包围例如要被密封的轴，并且所述密封件可以密封地接触壳体的孔。
为了实现目的设置为，密封环的预密封件由导电且透气的无纺布制成。
在此有利的是，密封环的预密封件构成在要被相对密封的机器元件之间的导电连接，并且因此在机器元件之间产生电位平衡。因此，由于电压击穿所产生的机器元件的机械损坏被排除。除了电位平衡之外，预密封件还保护密封唇以防来自周围环境的杂质进入。
预密封件的透气性防止在盘形体的轴向两侧上产生不利的压力差，例如在周围环境温度和要被密封的空间内的温度相对于彼此变化时也是这样。
密封唇可以由弹性材料制成。作为用于密封唇的密封材料的弹性材料是公知的，其中不同的材料可用于不同的应用中。在许多应用情况中，弹性材料可成本低地使用并且简单地处理。
在密封唇和预密封件的盘形体之间轴向地可设置防污唇。这种防污唇构成防止来自周围环境的杂质沿着密封唇的方向进入的进一步保护。沿着密封唇方向已经经过预密封件的盘形体的杂质于是由防污唇挡住。预密封件和防污唇设置为在功能方面是串联的。根据有利的设计方案可设置有，防污唇和密封唇构成为一件式地过渡到彼此中并且材料一致的。因此，密封环的制造被简化。但是，根据使用情况的各自实际情况也存在这样的可能性，即防污唇和密封唇由相互不同的密封材料制成。由此每个唇在功能技术上是独立地匹配于各自的任务。
附图说明
在图1和2中示意性地示出具有要求保护的预密封件的要求保护的预密封装置的两个实施例并且在下面更详细地描述。附图示出：
图1示出第一实施例，在该实施例中，预密封件的支承体通过径向轴密封环构成，其中，盘形体与径向轴密封环连接；
图2示出第二实施例，在该实施例中，支承体通过支承环构成，所述支承环和盘形体设置在径向轴密封环的轴向背离要被密封的空间的侧面上。
具体实施方式
在图1和2中各示出按本发明的预密封装置，所述预密封装置包括按本发明的预密封件。预密封件设置在第一机器元件10和第二机器元件12之间的间隙13内，所述间隙13由径向间距11构成。
第一机器元件10由动力总成(Aggregat)的轴构成，第二机器元件12由该动力总成的壳体构成。该动力总成例如可以是电机，但或者也可以是传动装置。该轴可以是电机轴或传动装置轴。
预密封件包括构成为圆环状的盘形体1，该盘形体由导电且透气的材料2制成。在这里示出的实施例中，该材料2由无纺布构成，该无纺布具有纤维长度为2mm到200mm的纤维。该元纺布的单位面积重量为20g/m2到200g/m2，并且在所述无纺布中设置有导电的颗粒7，该颗粒在示出的实施例中由碳纤维构成。此外，盘形体1在示出的实施例中分别设有由PTFE(聚四氟乙烯)分散体制成的浸渍剂8，其中这里示出的即可使用的盘形体1的厚度为盘形体1的由制造情况决定的初始厚度的大约50％。盘形体1的电阻是≤10Ω。
预密封件的盘形体1紧贴地接触要被密封的第一机器元件10的要被密封的表面9。第二机器元件12接地到限定的接地电位上，所述第二机器元件12也由盘形体1紧贴地接触。因此，第一机器元件10和第二机器元件12通过盘形体1导电地相互连接。在由制造决定的状态下，盘形体1具有与相互电连接的且相对密封的机器元件10、12重叠的重叠部14，所述重叠部总共大约为2.5mm。通过该重叠部14，盘形体1的径向内边缘和径向外边缘在常规使用期间分别沿着轴向向前隆起。通过由盘形体1在第一机器元件10和第二机器元件12之间的导电连接形成在两个机器元件10、12之间的电位补偿。除了该电位补偿之外，通过预密封件还使得防止污染物从周围环境17在轴向推进到密封唇部15。
在图1中，预密封件的支承体3由密封环5来构成，该密封环5在此构成为径向轴密封环6。盘形体1和径向轴密封环6在其彼此沿着轴向相对的侧面上相互连接。由此，预密封件和径向轴密封环6构成可预装配的单元。
在图2中，支承体3与此相对地由支承环4构成，盘形体1也与该支承环4连接。这样构成的预密封件根据组合部件的种类与不同构造的密封环组合或者也可以与密封环分离地单独运行。
在密封唇15和盘形体1之间存在轴向间距16，所述密封唇在示出的实施例中由弹性材料构成。

Claims (23)

1.预密封件，所述预密封件包括基本上圆环状构成的盘形体(1)和支承体(3)，所述盘形体由导电且透气的材料(2)制成，其特征在于，所述盘形体(1)相对于支承体(3)构成为独立制造的单个部件并且与支承体(3)连接。
2.按权利要求1所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)具有≤100Ω的电阻。
3.按权利要求1或2所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)具有≤10Ω的电阻。
4.按权利要求1至3任一项所述的预密封件，其特征在于，所述支承体(3)通过由坚韧材料制成的支承环(4)构成。
5.按权利要求1至3任一项所述的预密封件，其特征在于，所述支承体(3)由密封环(5)来构成。
6.按权利要求5所述的预密封件，其特征在于，所述密封环(5)构成为径向轴密封环(6)。
7.按权利要求1至6任一项所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)具有透气性，所述透气性至少与径向轴密封环(6)的供气能力相应。
8.按权利要求1至7任一项所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)和支承体(3)相互粘接。
9.按权利要求1至8任一所述的预密封件，其特征在于，制成所述盘形体(1)的材料(2)由无纺布构成。
10.按权利要求9所述的预密封件，其特征在于，所述无纺布具有纤维长度为2mm到200mm的纤维。
11.按权利要求9或10所述的预密封件，其特征在于，所述无纺布具有20g/m2到200g/m2的单位面积重量。
12.按权利要求1至8任一项所述的预密封件，其特征在于，制成盘形体(1)的材料(2)由织物构成。
13.按权利要求1至12任一项所述的预密封件，其特征在于，所述材料(2)包括能导电的颗粒(7)。
14.按权利要求13所述的预密封件，其特征在于，所述颗粒(17)由碳纤维构成。
15.按权利要求13所述的预密封件，其特征在于，所述颗粒(7)由金属构成。
16.按权利要求15所述的预密封件，其特征在于，所述颗粒(7)由金属丝构成。
17.按权利要求1至16任一项所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)具有由PTFE分散剂制成的浸渍剂(8)。
18.按权利要求1至17任一项所述的预密封件，其特征在于，所述盘形体(1)具有与制造有关的原始厚度的25％至95％的压延厚度。
19.一种预密封装置，所述预密封装置包括按权利要求1至18任一项所述的预密封件，其中，预密封件的盘形体(1)密封地紧贴地接触要被密封的第一机器元件(10)的要被密封的表面(9)，其中，所述要被密封的第一机器元件(10)以径向间距(11)邻近于第二机器元件(12)地设置，其中，在由该径向间距(11)构成的间隙(13)中设置所述预密封件的盘形体(1)，其中，所述第二机器元件(12)接地到限定的接地电位上，其中，所述第二机器元件(12)由盘形体(1)紧贴地接触，并且其中，由此第一机器元件(10)和第二机器元件(12)导电地相互连接。
20.按权利要求19所述的预密封装置，其特征在于，所述盘形体(1)在与制造相关的状态下具有与要相互被电连接的且要相对密封的机器元件(10、12)的重叠部(14)，所述重叠部为0.5mm到5mm。
21.按权利要求19或20所述的预密封装置，其特征在于，所述第一机器元件(10)由电机的驱动轴构成，并且所述第二机器元件(12)由壳体构成。
22.密封环，所述密封环包括至少一个受动载荷的密封唇(15)和按权利要求1至18任一项所述的预密封件，所述预密封件以轴向间距(16)邻近于密封唇(15)设置。
23.按权利要求22所述的密封环，其特征在于，所述密封唇(15)由弹性体材料制成。
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