CN105637226A - 径向轴封 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个径向轴封，用于密封由以液体介质充满的空间引出来的旋转轴，例如用于密封冷却剂泵的驱动轴。本发明的目的在于研制新型的径向轴封，该径向轴封使双唇密封系统中的密封唇上的磨损、且尤其是启动磨损最小化，即使在通过冷却剂泵没有冷却液的“生产线终端”发动机测试中在长达直到数小时的时间上也能够不损伤径向轴封。按照本发明的径向轴封的特征尤其在于，在具有接合的金属支撑体（11）的密封外壳（5）里面设置两个密封体（8）、即在压力侧的外唇部件（15）和在大气侧的内唇部件（16），具有顶靠在轴（3）或回转套（10）上的密封圆柱体，其中这些密封圆柱体这样配有并排的密封圆柱体部位，使得分别在压力侧上总是设置进入锥面（22），对置地在负压侧上总是设置排出锥面（23），其中在进入锥面（22）与排出锥面（23）之间总是存在圆柱形的接触区（24），并且由外唇（19）、支撑体（11）内唇部件（16）与内唇（20）和轴（3）或回转套（10）构成在所有侧面上密封的润滑室（21），在其中设置在室温时流动的润滑介质，具有在充满后的0.005bar至0.01bar的剩余过压条件下的5000mm²/s至1000mm²/s的动态粘度。

Description

径向轴封

技术领域

本发明涉及一个用于密封从以流体介质加载的空间中引出来的旋转轴的径向轴封，具有密封外壳、至少一设置在密封外壳里面的、利用密封唇密封地顶靠在轴上的环形密封体、和至少一定位密封体在密封外壳里面的环形的金属支撑体，用于相对于外室、最好大气密封以液体充满的内室。

背景技术

这种轴封的使用范围是机器、设备和汽车结构，例如相对于具有少许润滑添加剂的稀液、水基冷却剂密封冷却剂泵的驱动轴。

由DE102008010338A和DE102008010341A已知用于水泵的径向轴封，具有两个相互间隔设置的密封体，它们分别具有两个密封地线状地顶靠在轴上的密封唇。对于上述两种结构形式的特征是，两个密封体分别相同地构成并因此可以在相同的模具中制成。

与DE102008010338A相比DE102008010341A具有用于泄漏液体收集室，防旋转地与要密封的轴连接的离心部件伸到收集室里面。

对于所有这些上述的结构形式的特征是，线状地顶靠在轴上、或者说设置在轴上的轴回转套上的密封体的密封唇“楔形”地构成，即，这些窄的、在运行状态中顶压在轴或轴回转套上的密封体线表面处于高度磨损，其中与内室相邻的、最强烈地面对污物的密封薄膜体的密封唇首先磨损，由此更外设置的第二密封薄膜体的密封唇必需密封通过磨损的密封唇流出的泄漏。即，在这些结构形式中在“第一”密封磨损以后后置的“第二”密封得承担第一密封的任务。但是因为第二密封薄膜体的密封唇未冷却的在轴或者轴回转套上“回转，迫使它们处于增加的磨损并且在相对短的使用时间以后变硬。由此使它们失去其为了避免泄漏必需的密封应力，并且在一定的使用时间以后（即当它们本身消耗时）不再完全满足其作为密封的任务，由此使这个轴封在运行时间上的泄漏损失明显增加。

由本申请者提交的DE10141138C2描述了另一径向轴封，具有两个相互间隔设置的相对于压力方向倾斜地、线形密封地顶靠在轴上的密封唇，它们设置在两个相互嵌合设置的密封体上，其中在两个密封体之间设置支撑体，它支撑与内室相邻的密封薄膜在其背离内室的一侧上。在这个结构形式中在两个密封薄膜之间的空间里面已经充满高温油脂。

由WO002007101429A1，已知本申请者对于径向轴封的另一解决方案，具有两个相互间隔设置的、相对于压力方向倾斜地、线形密封地顶靠在轴上的密封唇，其中在两个密封薄膜之间的空间同样已经以高温油脂充满。按照在DE10141138C2、也包括在WO002007101429A1中介绍的解决方案，在两个密封薄膜之间的空间已经以高温油箱充满的特性与在这两个结构形式中呈现的密封唇几何形状相结合已经导致，约200℃滴点的高温油脂在冷却剂泵启动状态中粘液地“粘接”在壁体上，并且不能起到润滑以微小的顶压力线形顶靠在回转套上的楔形密封唇的作用。

由于在内室里面没有活跃的内压，也没有其它有效的顶压力，用于使面对“干室“的密封唇顶压在轴上，这些密封唇趋于相对于轴的接触损失，由此当然非常快速地使较稀的润滑剂从两个密封唇之间的空间逸出。

由于所述的“缺少”润滑剂在面对干室的密封唇上产生非常高的磨损。

此外由现有技术已知解决方案，其中外部的弹性体唇与位于其下面的由具有高PTFE含量的塑料制成的唇组合，其中在两个唇之间加入少量市场上常见的润滑脂，在此油脂也用于弹性体唇的短时间润滑。

但是在长达数小时没有冷却剂的干燥持续运行中已经证实，在这些结构形式中宽面积地放置在轴上的塑料唇由于加入摩擦能磨损。在两个唇之间加入的市场上常见的润滑脂无论如何不能显示出所期望的改善运行的效果。

在具有大面积地顶靠在轴上的密封唇的其它唇几何形状中，如同例如在DE917942A,DE977331A,US2467210A,US2630357A,US5303935A或也在DE102010044427A1中那样，在相对短的使用时间以后结合不良润滑的介质（冷却液体）在大面积顶压在轴上的密封唇的棱边部位产生这种增加的磨损，因为通过投入运行立刻产生混合摩擦并由此产生增加的磨损，由此也在具有大面积顶靠在轴或轴回转套上的密封唇的双唇密封系统中出现所有上述的缺陷，它们尤其在于，在干燥回转运行中两个唇并且在具有冷却剂的标准运行中内部的、即背离冷却剂的唇在泵投入运行以后处于非常强烈的磨损。

这种在泵投入运行以后在冷却循环中产生的初始磨损可能导致特别有损于唇密封并导致其提前失效。

所有在现有技术中描述的解决方案都不能解决在冷却循环投入运行时增加初始磨损的基本问题。

与此相关产生的有问题的摩擦在相对短的运行时间以后总是导致面对水泵轴承的密封唇失效，因为密封唇在这个启动状态中无润滑地以干摩擦工作并由此显著提高温度和磨损。

这种激烈启动磨损的原因只能由此解释，内部密封唇在正常运行条件下一般这样长时间地干运转，直到冷却剂通过外部密封唇挤入到内部密封唇，然后才“润滑/可以润滑“内部密封唇。

对于在类似结构形式中使用的弹性体密封唇，也包括在那里使用的PTFE基塑料密封唇，这种干回转时间长度在较高转速和没有冷却液时在摩擦上不利的混合摩擦/干摩擦中持续这样长的时间，以至于在相对较短的运行时间以后出现损伤、即由于混合摩擦磨损或干摩擦磨损引起“燃烧“，这种损伤导致完全损坏内部密封唇，由此在继续运行中只外部密封唇还能承担密封功能。

但是在所有上述的在冷却剂泵中使用的径向轴封结构形式中“生产线终端”发动机测试、即长达数小时的具有冷却剂泵没有冷却剂的发动机测试导致密封唇完全损坏。

在现有技术中描述的结构形式的其它缺陷还由许多单个零部件引起，由这些单个零部件组成在现有技术中描述的径向轴封，也包括由对于其符合功能的加工和装配引起的加工精度，它们明显增加与加工和装配有关的成本。

在机动车冷却系统中使用径向轴封时目前存在的另一问题是，这样实现冷却系统的首次充满，利用抽吸泵抽真空冷却系统，检验密封性，并接着在利用产生的负压的条件下无空气地以冷却剂充满。在此在密封唇上的上述磨损现象当然不影响这种首次充满。但是因为已经在许多车间在修复或维护工作范围内以负压无空气地充满，通过不密封的磨损的密封唇空气伴随由此带来的缺陷可能进入到冷却循环。

发明内容

因此本发明的目的是，研制一个新型的径向轴封，用于相对于大气密封由以液体介质充满的空间引出来的旋转轴，该径向轴封也在使用稀液的、水基的具有略微润滑添加剂的冷却剂的冷却剂泵中克服现有技术的上述缺陷，即使通过冷却剂泵没有冷却液的“生产线终端”发动机测试在长达直到数小时的时间上也能够不损伤径向轴封，并且在旋转轴中与目前的现有技术相比明显使双唇的密封系统中的密封唇上的磨损、且尤其是初始磨损最小化，泄漏损失与现有技术相比明显降低，还可靠地避免停机泄漏，同时在加工技术上可以简单地制成和装配，由此明显降低在精加工中的加工和装配成本，并由此除了使用寿命以外也明显提高可靠性，即使在较长使用时间以后也还能够”无空气“地真空充满冷却剂泵。

按照本发明这个目的通过如本发明主权利要求特征所述的径向轴封得以实现。本发明的有利结构、细节和特征由从属权利要求以及下面的按照本发明的实施例描述结合按照本发明解决方案的附图给出。

附图说明

下面借助于实施例结合附图详细解释本发明。

在此示出：

图1按照本发明的径向轴封在安装状态中的侧视剖面图，在最终装配以后，即在安装以后，例如在冷却剂泵里面；

图2按照本发明的径向轴封，具有安装的回转套10，在最终装配之前的俯视图；

图3按照本发明的径向轴封，具有安装的回转套10，在最终装配之前，按照图2的剖面线A-A的剖面图；

图4按照本发明的径向轴封，没有回转套10，在最终装配之前的侧视剖面图；

图5按照图4的按照本发明的径向轴封的细节X，具有按照本发明的内唇20；

图6按照图4的按照本发明的径向轴封的细节Y，具有按照本发明的外唇19。

具体实施方式

在图1中示出按照本发明的径向轴封在冷却剂泵中的安装状态，即在最终装配以后。

这个图1示出按照本发明的径向轴封，用于相对于外室4、例如大气密封从工作外壳2的以流体介质充满的压力室1引出来的旋转轴3。在工作外壳2的孔里面设置具有后壁6的金属密封外壳5。轴过孔7位于这个后壁6里面。在密封外壳5里面设置两个由弹性材料组成的环形密封体8，它与设置在这个密封体8上的密封唇9直接顶靠在防旋转地设置在轴3上的回转套10上，其中两个密封体8在密封外壳5里面同时利用环形金属支撑体11定位。

本发明重要的是，在要定位在密封外壳5里面的金属支撑体11上设置具有轴过孔7定位板12，并且要定位在密封外壳5里面的支撑体11的外边缘14相对于密封外壳5的内径具有过尺寸，并因此使支撑体11以挤压配合接合在密封外壳5里面。

金属支撑体11在金属密封外壳5里面的挤压配合也保证在温度变化时支撑体11可靠地配合在密封外壳5里面。与此相关的特征也在于，在支撑体11上这样定位两个密封体8、即在压力侧一个外唇部件15和在大气侧一个内唇部件16，使外唇部件15全表面地顶靠在支撑体11的定位板12上，并且内唇部件16全表面地顶靠在密封外壳5的后壁6上，由此即使在高的压力负荷下两个密封体8也同时位置稳定地定位在密封外壳5里面。

在此本发明重要的也是，不仅在外唇部件15上而且在内唇部件16上，在分别顶靠在轴3或回转套10上的部位设置总是只向着压力侧变形的以圆柱形密封唇9结构形式的密封圆柱体，具有设置在密封圆柱体外圆周上的外槽17，其中在密封唇9的这个外槽17里面分别设置线簧18，它不仅使外唇部件15的密封圆柱体15、外唇19而且也使内唇部件16的密封圆柱体、内唇20都挤压在轴3或者防旋转地布置在轴3上的回转套10上，由此在各自的密封圆柱体与轴3或者回转套10之间总是保证对于旋转轴3的最佳顶压力，它此外也使泄漏损失最小，特别地避免停机泄漏。

而且重要的也是，由外唇19、支撑体11、内唇部件16与内唇20和轴3或回转套10构成所有侧面都密封的润滑室21，其中顶靠在轴3或回转套10上的密封唇9的密封圆柱体、即不仅外唇19的密封圆柱体、而且内唇20的密封圆柱体都这样分成三个并排的密封圆柱体部位，分别在外唇19的压力侧、而且在内唇20的压力侧总是设置进入锥面22，并且对置地在外唇19的负压侧、而且也在内唇20的负压侧总是设置排出锥面23，并且在两个锥面之间设置圆柱形的接触区24，并且外槽17的槽中心轴线25设置在从接触区24到排出锥面23的过渡部位。由此可以保证在整个、与轴3或回转套10产生功能连接的那个密封唇9的工作宽度上精确定义的压力变化。

这个结合图1刚才描述的按照本发明的径向轴封在图2中通过安装的回转套10、即在最终装配之前以俯视图示出。

图3示出这个按照本发明的径向轴封按照图2的剖面线A-A的侧视图。

在图4中为了表明按照本发明的密封唇9的结构现在以剖面侧视图示出没有回转套10的按照本发明的径向轴封。

图5示出按照图4的按照本发明的径向轴封的细节X，具有示出的按照本发明的内唇20，并且在图6中示出按照图4的按照本发明的径向轴封的细节Y，具有按照本发明的外唇19。

在此尤其图5和6示出按照本发明的密封唇结构，它们的特征在于，进入锥面22相对于轴线26具有压力进入角α的进入锥，该角度按照本发明位于1°至10°。

本发明重要的是，如同在图5和6中所示那样，接触区24的圆柱形壁体与轴线26旋转对称地延伸，并且排出锥面23相对于轴线26具有1°至15°压力排出角β的排出锥。

按照本发明的外唇19进入锥面22在运行状态、即如同在图1中所示的处于压力室1中的工作压力下时起到在向着接触区24部位中建立压力的作用，接触区在线簧18的弹簧压力负荷下保证最小工作密封间隙，由此利用按照本发明的解决方案通过排出锥面23以最小的泄漏损失同时以向着润滑室21的压力降实现混合摩擦范围最小化。

几乎类似的内唇20构造以类似方式达到与外唇19相结合所描述的功能，区别仅仅在于减小的压力水平，即，从润滑室中的内压减小到外室4中的大气压。

本发明重要的也在于，支撑体11在轴过孔7部位具有环形的、压力侧成角度的外唇定位面13，它避免通过工作压力加载的、弹性的外唇19材料挤出到支撑体11的轴过孔7与轴11或回转套10之间的间隙中。

此外重要的是，在按照本发明的径向轴封的整个润滑室21里面设置在室温时流动的润滑介质，具有在充满后的0.005bar至0.01bar的剩余过压条件下的5000mm²/s至1000mm²/s范围的动态粘度，即在充满后润滑室始终完全被充满，并且润滑室内的润滑介质处于略微的过压下。

在本实施例中润滑室21的容积在密封直径为30mm时约为1cm³。

按照本发明的密封唇形状的按照本发明布置与按照本发明的设置在按照本发明的润滑室21里面的润滑介质相结合起到这种惊奇的按照本发明的摩擦学上的效果，即使在具有冷却剂泵没有冷却液体的“生产线终端”发动机测试，即，按照本发明的径向轴封的干运转测试，以直到4000U/min的转速在12小时的测试时间上也不会导致密封唇有损功能的损坏。

在此在这些极限条件下已经以最小的密封唇磨损以令人惊奇的方式结合按照本发明的在密封唇形状上的扁平锥角实现上述的按照本发明的最佳密封功能。在已执行的约7300小时的持续测试中，按照本发明的径向轴封结合在冷却剂泵中使用还显示出非常惊奇的泄漏特性，具有非常微小、但是还可测量的泄漏状态已经反复地被不可测量的泄漏状态替换。

通过这个不同泄漏状态的反复效果还谈及在密封特性中的“自优化效应”，但是这个效应目前在技术上还不能给出依据。

在通过按照本发明的、组合到冷却剂泵中的径向轴封的实践测试中已经明确地证实，即使“生产线终端”发动机测试，具有冷却剂泵没有冷却液在长达数小时的时间上也能够毫无问题地不损伤按照本发明的径向轴封。

因此按照本发明的径向轴封即使在极限条件下也保证高度可靠性和长使用寿命。

也有利的是，如图2和3所示，径向轴封预装配回转套10，并且在润滑室21中已经设置按照本发明的润滑介质。

如此预装配的按照本发明的径向轴封能够实现简单地安装，例如在冷却剂泵里面，并且通过使用例如由特种钢制成的、极细加工的回转套10保证，密封唇9的最小磨损，在通过按照本发明设置在润滑室21里面的润滑介质最佳地润滑密封唇9的同时，润滑介质还同时连续地冷却由橡胶弹性的材料组成的密封唇，并且也连续地在运行使用期间“照护”/润滑密封唇，并由此避免，润滑介质使密封唇的橡胶硬化，并且例如“埋在”轴3或回转套10的“回转部位”并且磨损。

这样预装配的径向轴封通过在润滑室21里面的按照本发明的工作压力同时提高可靠性，并且同时起到明显降低加工中的装配成本，例如在冷却剂泵中使用按照本发明的径向轴封时。

通过按照本发明的解决方案已经成功研制了新型的径向轴封，用于相对于大气密封从以流体介质充满的空间中引出来的旋转轴，所述径向轴封也在冷却剂泵中在使用稀液的、具有略微润滑的添加剂的水基冷却剂的条件下克服现有技术的缺陷，即使“生产线终端”发动机测试具有冷却剂泵没有冷却液，并且在冷却剂泵里面组合按照本发明的径向轴封，在长达数小时的时间上也能够不损伤径向轴封，并且在轴旋转时在双唇密封系统时与目前的现有技术相比明显减小密封唇上的磨损，与现有技术相比泄漏损失明显降低，此外可靠地避免停机泄漏，同时在加工技术上简单地加工和装配，并由此明显降低在精加工中的加工和装配成本，同时除了使用寿命以外也明显提高可靠性，使得在较长使用时间以后也还能够“无空气”的真空充满。

附图标记清单

1压力室

2工作外壳

3轴

4外室

5密封外壳

6后壁

7轴过孔

8密封体

9密封唇

10回转套

11支撑体

12定位板

13外唇定位面

14外边缘

15外唇部件

16内唇部件

17外槽

18线簧

19外唇

20内唇

21润滑室

22进入锥面

23排出锥面

24接触区

25槽中心轴线

26轴线

α压力进入角

β压力排出角。

Claims (2)

1.一种用于相对于外室（4）、如大气密封从以流体介质充满的工作外壳（2）的压力室（1）中引出来的旋转轴（3）的径向轴封，具有一设置在工作外壳（2）的孔里面的金属密封外壳（5），该密封外壳具有后壁（6）和设置在这个后壁（6）里面的轴过孔（7），其中在密封外壳（5）里面设置多个由弹性材料制成的环形的密封体（8），它们通过设置在这个/这些密封体（8）上的密封唇（9）直接顶靠在轴（3）上或者顶靠在防旋转地设置在轴（3）上的回转套（10）上，其中所述密封体（8）利用环形金属支撑体（11）定位在密封外壳（5）里面，其特征在于，

-在要定位在密封外壳（5）里面的金属支撑体（11）上设置具有轴过孔（7）的定位板（12），其中要定位在密封外壳（5）里面的支撑体（11）的外边缘（14）相对于密封外壳（5）的内径具有过尺寸，因此所述支撑体（11）以挤压配合接合在密封外壳（5）里面，并且

-在支撑体（11）上这样定位两个密封体（8）、即在压力侧的外唇部件（15）和在大气侧的内唇部件（16），使所述外唇部件（15）全表面地顶靠在定位板（12）和支撑体（11）的外唇定位面（13）上，并且所述内唇部件（16）全表面地顶靠在密封外壳（5）的后壁（6）上，并且

-不仅在外唇部件（15）而且在内唇部件（16）上，分别在顶靠在轴（3）或回转套（10）上的部位里面，以圆柱形密封唇（9）的结构形式设置总是只向着压力侧变形的密封圆柱体，具有设置在密封圆柱体外圆周上的外槽（17），其中在这个外槽（17）里面分别设置线簧（18），该线簧不仅使外唇部件（15）的密封圆柱体、外唇（19）、而且使内唇部件（16）的密封圆柱体、内唇（20）都挤压在轴（3）或者防旋转地设置在轴（3）上的回转套（10）上，因此

-由外唇（19）、支撑体（11）、内唇部件（16）与内唇（20）和轴（3）或回转套（10）构成在所有侧面上密封的润滑室（21），其中顶靠在轴（3）或回转套（10）上的密封唇（9）的密封圆柱体、即不仅外唇（19）的密封圆柱体、而且内唇（20）的密封圆柱体都这样分成三个并排的密封圆柱体部位，使得分别在外唇（19）的压力侧、而且在内唇（20）的压力侧上总是设置进入锥面（22），对置地在外唇（19）的负压侧上、而且在负压侧的内唇（20）上总是设置排出锥面（23），并且在这些锥面之间设置圆柱形的接触区（24），其中外槽（17）的槽中心轴线（25）设置在从接触区（24）到排出锥面（23）的过渡部位，并且

-所述进入锥面（22）相对于轴线（26）具有1°至10°压力进入角α的进入锥，所述接触区（24）的圆柱体壁体与轴线（26）旋转对称地延伸，并且所述排出锥面（23）相对于轴线（26）具有1°至15°压力排出角β的排出锥，并且

-在按照本发明的径向轴封的整个润滑室（21）里面设置在室温时流动的润滑介质，具有在充满后的0.005bar至0.01bar的剩余过压条件下的5000mm²/s至1000mm²/s的动态粘度。

2.如权利要求1所述的径向轴封，其特征在于，所述支撑体（11）在轴过孔（7）部位具有环形的、在压力侧成角度的外唇定位面（13）。