CN107429845B - 具有可压力激活的预紧元件的密封布置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封布置系统(10)，其具有：第一机器部件(12)和第二机器部件(14)，它们在构成密封间隙(16)的情况下设置成彼此隔开并能沿运动轴线(18)相对于彼此运动；带密封唇(30)的密封元件(20)，密封元件以压配合中保持在第一机器部件(12)的密封部保持结构(22)的多个槽(24)中，密封唇(30)沿轴向延伸离开密封部保持结构(22)；设置在第一机器部件(12)的保持槽(32)中的预紧元件(34)，通过预紧元件能将密封唇(30)预紧到第二机器部件(14)的密封面(38)上，以便相对于密封布置系统(10)的低压区(N)密封能以工作压力加载的高压区(H)，保持槽(32)具有用于预紧元件(34)的楔导向面(40、42)，楔导向面在相对于运动轴线(18)以角度α倾斜地延伸，其中α<90°，并且预紧元件(34)由于以工作压力(P1、Pmax)在高压侧的加载而能向着和沿着楔导向面(40、42)运动，以便以由工作压力(P1、Pmax)导出的压紧力(Fquer、Fquer.max)将密封唇(30)向密封面(38)预紧。

Description

具有可压力激活的预紧元件的密封布置系统
技术领域
本发明涉及一种密封布置系统，所述密封布置系统具有第一机器部件和第二机器部件，这两个机器部件在构成密封间隙的情况下设置成彼此隔开地能沿运动轴线相对于彼此运动。所述密封布置系统具有带有密封唇的密封元件，所述密封元件在两个机器部件之一的密封部保持结构中保持地设置，其中密封唇沿轴向方向延伸离开密封部保持结构。预紧元件用于，将密封唇向第二机器部件的密封面预紧，以便相对于密封布置系统的低压区密封高压区。预紧元件设置在第一机器部件的保持槽中。
背景技术
在很多技术应用中，例如在减振器、液压的致动器、动力缸、或双轮车技术领域中的悬架装置中都建立这种密封布置系统，并且例如由DE 10 2012 218 358 A1已知这种密封布置系统。
密封布置系统的使用寿命决定性地取决于所安装的密封元件的磨损。这里对于密封元件的磨损重要的因素是密封元件的贴靠在第二机器部件的密封面上的密封唇的摩擦。在一系列技术应用场合中，在安装状态下只很少、即偶尔操作密封布置系统，但同时两个机器部件在运行使用中持续地以空载运行的方式相对于彼此运动。例如在用于使载重车驾驶室相对于车架倾斜以及必要时还保持载重车驾驶室倾斜的所谓的驾驶室倾斜缸中是就这种情况。必须不考虑其持续负荷而使这种密封布置系统在空载运行期间在需要时保持使用准备就绪并且确保有足够的密封能力。
发明内容
本发明的任务是，这样改进前面所述的密封布置系统，使得所述密封布置系统制造成本低的同时具有改善的使用寿命，并且在此同时适用于高压和极高压应用场合。这种密封尤其是也应适用于前面所述的空载运行。
按照本发明的任务通过一种密封布置系统来解决，所述密封布置系统具有：
-第一机器部件和第二机器部件，所述第一机器部件和第二机器部件在构成密封间隙的情况下设置成彼此间隔开并且能沿运动轴线相对于彼此运动；
-带有密封唇的密封元件，所述密封元件设置成压配合地保持在第一机器部件的密封部保持结构的多个槽中，其中密封唇沿轴向方向延伸离开密封部保持结构；
-预紧元件，所述预紧元件设置在第一机器部件的保持槽中，并且借助所述预紧元件密封唇能预紧到第二机器部件的密封面上，以便相对于密封布置系统的低压区密封能以工作压力加载的高压区，
其中，预紧元件这样确定尺寸，使得密封元件在高压区的无压力加载的状态下没有预紧力地贴靠在密封面上，
其中保持槽具有用于预紧元件的楔导向面，所述楔导向面设置成以角度α相对于运动轴线倾斜地延伸，其中α<90°，并且预紧元件通过在高压侧以工作压力的加载能向着并沿着楔导向面运动，以便以从工作压力导出的压紧力将密封唇向密封面预紧。
在按照本发明的密封布置系统中，预紧元件或者说预紧元件的指向高压区的端侧由于保持槽与高压区的流体连接而以工作介质、尤其是工作流体的存在于高压区中的工作压力加载。预紧元件由此在保持槽中沿运动轴线的方向向着并且，沿着楔导向面被挤压，并且如果预紧元件是能弹性变形的，则贴靠在楔导向面上。预紧元件因此以由相应的工作压力导出的压紧力将密封元件的密封唇压向第二机器部件的密封面。这意味着，密封元件的密封能力可以通过存在于密封布置系统的高压区的工作压力来控制。换而言之，密封唇以接触压力贴靠在第二机器部件的密封面上，所述接触压力至少在确定的工作压力区间上与存在于密封布置系统的高压区中的工作压力同向地变化。如果存在于密封布置系统的在高压区的工作压力升高，所述高压区借助密封元件相对于低压区密封，则通过预紧元件将密封元件的密封唇压向第二机器部件的密封面(预紧)的压紧力也升高，利用所述压紧力，反之亦然。由此可以以结构上极为简单的方式实现密封元件的与需求相符的动态密封能力。密封布置系统此外特别适用于前面说明的技术应用场合，在这些应用场合，密封布置系统的两个机器部件持续被动地相对于彼此移位，而密封布置系统实际上没有被操作(激活)。在按照本发明的密封布置系统中，对于密封布置系统这样的“空载运行”，在第二机器部件的密封唇和密封面之间的摩擦可以最小化，其方式为，密封唇在密封布置系统的不受压力加载的运行状态下没有接触压力或预紧力地或只以小的接触压力接触密封面。由此即使在两个机器部件相对于彼此有高的加速度或运动速度时，也能可靠地抑制密封元件的不必要的磨损。由于密封部保持结构具有一个或多个槽，密封元件设置成以压配合中保持在所述槽中，因此密封元件可以简单地压入密封部保持结构的槽中。这在制造技术方面是有利的。在密封元件构造成径向密封元件构成的情况下，这例如可以通过导入第一机器元件中的装配芯轴进行。按照本发明的密封布置系统具有结构上简单的构造并且此外由于其构件数量小而能低经济地制造。
根据本发明，楔导向面优选设置成以20°<α<80°的角度α相对于密封面倾斜延伸地。这里，角度α越小，密封布置系统对工作压力的变化的响应特性则越敏感。
根据本发明的一个优选的改进方案，楔导向面可以具有至少两个纵向区段，所述纵向区段设置成以不同的角度α相对于密封面倾斜地延伸。由此可以例如根据需要调节密封布置系统的响应特性。这样楔导向面可以例如具有指向高压区的相对于密封面具有较小的第一斜率的第一纵向区段和在朝低压侧的方向连接在第一纵向区段上的相对于第一斜率具有较大的第二斜率的第二纵向区段。
为了实现密封布置系统的在前面所述的空载运行中在密封唇和密封面之间尽可能小的摩擦，已经证明有利的是，预紧元件这样确定尺寸，使得密封元件在高压区的无压力加载的状态下没有预紧力或以确定的(基本)预紧力贴靠在密封面上。在后面一种情况下，(基本)预紧力优选选择成这样小，即，使得在密封唇和密封面之间的由此出现的摩擦在运行中导致的密封元件的磨损可以忽略不计。
在制造技术的观点上，保持槽的楔导向面有利地与保持槽设置在低压侧的槽侧面连接或形成所述槽侧面。由此楔导向面可以(与保持槽一起)直接通过第一机器部件的材料或通过固定在第一机器部件上的嵌件形成。
按照本发明，楔导向面和/或保持槽的槽底为了使贴靠在其上的预紧元件具有尽可能小的黏滑效果或滑动摩擦可以设有优选干燥润滑的滑动涂层。所述滑动涂层尤其是可以包含聚合物材料、例如聚四氟乙烯，或也可以包含金属或金属合金。
尤其是在通过保持槽或第一机器部件形成楔导向面的情况下，所述预紧元件可以是可橡胶弹性地变形的。预紧元件这里优选由弹性体制成。
为了在密封布置系统的无压力加载的状态下精调密封唇对密封面的基本预紧力，保持槽或第一机器部件可以具有用于预紧元件的调整部件。这里，调整部件在第一机器部件上可以设置成能够横向于两个机器部件的运动轴线相对于第二机器部件调节。预紧元件在槽底侧支承在调整部件上。调整部件可以是与保持槽的槽底分开的构件或包括所述槽底。根据本发明的一个改进方案，调整部件能手动或压力介质操作或电动地调节。
根据本发明的一个优选的改进方案，保持槽具有相对于运动轴线倾斜延伸地设置的第二槽侧面。第二槽侧面沿轴向方向与第一槽侧面相对设置。由此密封布置系统也可以在高压区和低压区之间的压力反转状态下和在预紧元件的必要时短时地从其轴向的初始位置向高压侧的轴向的偏移时使其滑动回到初始位置中。初始位置对应于在密封布置系统的无压力加载的运行状态下预紧元件相对于第一机器部件的轴向的位置。
密封元件可以由聚四氟乙烯或其他粘塑性的材料、尤其是聚合物材料形成。
密封部保持结构的一个槽/多个槽尤其是可以沿运动轴线的方向扩张。由此可以密封元件一方面简化地与第一机器部件的密封部保持结构压紧。此外，由此可以在沿轴向有力作用在密封元件上时减轻在槽的槽边缘的区域中对密封元件的刻痕作用或剪切作用。
密封元件优选具有一个或多个滑动导向区段，第二机器部件以滑动间隙形锁合在所述滑动导向区段中被引导。密封元件起由此用于支撑第二机器部件。滑动导向区段在此沿相对于运动轴线的横向在第一机器部件上形锁合地贴靠地支承，从而支承质量仅通过粘塑性的或橡胶弹性的变形确定，而不通过滑动导向区段相对于第一机器部件的偏离或偏移确定。通过滑动导向区段形成的用于第二机器部件的滑动支承件由此可以构造成能横向于运动轴线柔韧或橡胶弹性变形。
按照本发明的一个优选的改进方案，密封元件可以具有第二密封唇，所述第二密封唇沿与第一密封唇相反的方向轴向延伸离开密封部保持结构。第二密封唇可以以与第一密封唇相对应的方式配置有设置在保持槽中的预紧元件。第二保持槽也可以设有至少一个楔导向面。
按照本发明，两个机器部件之一尤其是可以构造成缸，而两个机器部件中的另一个构造成在缸中引导的活塞。在这种情况下，密封元件构造成环形的径向密封元件。
密封布置系统可以在很多不同的技术任务中使用。由此，密封布置系统例如可以构造成液压的致动器、尤其是驾驶室倾斜缸，或者构造成减振器或缓冲器。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例来详细说明本发明。
在各图中这样示出实施例，使得可以很好地看出对本发明重要的构件以及其功能上的相互作用。
其中：
图1示出密封布置系统，该密封布置系统具有两个设置成能相互调节的机器部件，并且具有密封元件，所述密封元件用于相对于密封布置系统的低压区密封高压区，其中密封元件的密封唇能通过可压力激活的预紧元件向两个机器部件的密封面预紧。
图2示出在以第一工作压力P1对高压区压力加载时图1的密封布置系统；
图3示出在以最大工作压力Pmax对高压区压力加载时图1的密封布置系统；
图4示出密封布置系统的另一个实施例；
图5示出具有调整部件的密封布置系统，所述调整部件用于在密封布置系统的无压力加载的状态下调节密封唇对两个机器部件之一的密封面的基本预紧力；
图6示出密封布置系统的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出密封布置系统10，所述密封布置系统具有第一机器部件12和第二机器部件14，这两个机器部件设置成彼此间隔开地构成密封间隙16。两个机器部件12、14沿运动轴线18能相对于彼此平移运动。第一机器部件12例如可以构造成缸，而第二机器部件14可以构造成在缸中引导的活塞，如在图1中就是这种情况。
以20表示的密封元件用于将密封布置系统10的能以工作压力加载的高压区H相对于低压区N密封。密封元件20在当前构造成环形的径向密封元件。
密封元件20设置成位置固定地保持在第一机器部件12的密封部保持结构22中。密封部保持结构22在当前情况下具有多个槽24，密封元件20延伸进入所述槽中。密封元件20在其装配在第一机器部件12上时压入密封部保持结构22的槽24中并且由此设置成以压配合持久地保持在槽24中。
如图1所示，槽24具有沿朝运动轴线18的方向增宽的横截面。由此简化了密封元件20与第一机器部件12的压紧。此外可以由此在有力沿轴向作用在密封元件20上时(未示出)抑制在槽24的槽边缘26的区域中出现对密封元件20不希望的刻痕作用或对密封元件20的剪切作用。
密封元件20在所示的实施例中附加地用于将第二机器部件14滑动支承在第一机器部件12上。密封元件20为此具有滑动导向区段28，第二机器部件14以滑动间隙形锁合在所述滑动导向区段上引导。滑动导向区段28沿径向的方向覆盖第一机器部件12的密封部保持结构22并且形锁合地贴靠在第一机器部件12上。密封元件20的滑动导向区段因此在其整个纵向尺寸上沿径向方向支承在第一机器部件12上。
密封元件20具有密封唇30，所述密封唇沿轴向方向延伸离开密封部保持结构22。
密封唇30沿轴向方向一直轴向延伸到第一机器部件12的保持槽32上。保持槽32设置成与第一机器部件12的密封部保持结构22沿轴向隔开，由此也与密封元件20的滑动导向区段28沿轴向隔开。
在保持槽32中设置预紧元件34。预紧元件34由能橡胶弹性地变形的材料、例如弹性体构成。预紧元件34用于将密封元件20的密封唇30向第二机器部件14的密封面36预紧(挤压)。
保持槽32具有槽底部或槽底，所述槽底沿轴向方向通过第一楔导向面40和第二楔导向面42与各槽侧面44连接。槽侧面44垂直于运动轴线18延伸地定向。
第一和第二楔导向面40、42沿轴向方向设置成分别以α<90°的统一角度α相对于运动轴线倾斜地延伸。当然，这两个楔导向面40、42的角度α也可以是彼此不同的。第一或第二楔导向面可以设置成以20°<α<80°的角度α相对于密封面倾斜地延伸。
如由图1所示，保持槽32通过密封间隙16与密封布置系统10的高压区H流体连接。由此能够以介质(未示出)的相应存在于密封布置系统的高压区中的工作压力加载预紧元件34。
如图1所示，预紧元件34可以在密封布置系统10的无压力加载的运行状态下具有卵形或椭圆形的或者其他、例如圆形或多边形的横截面。
预紧元件34在该实施例中这样确定尺寸，使得在密封布置系统10或高压区H的无压力加载的状态下密封唇30没有预紧力(接触压力)地形锁合地贴靠在密封面上。按照密封布置系统10的一个备选的实施形式，预紧元件34可以这样确定尺寸，使得在预紧元件的无压力加载的状态下密封唇30以确定的基本预紧力压向密封面。
在无压力加载的状态下，密封元件20相对于第一机器元件12设置在其用46表示的轴向的初始位置中。
通过以工作压力在高压侧加载，预紧元件34能够这样向着并沿着第一楔导向面40运动，使得密封唇30通过预紧元件34以由相应的工作压力导出的(并且因此变化的)压紧力向密封面36预紧。
在图2中示出在压力加载的第二运行状态下的密封布置系统10，其中以第一工作压力P1加载高压区H。
通过由此引起的对预紧元件34的压力加载，移动力F1axial朝低压区N的方向施加到预紧元件34上，通过所述移动力，预紧元件34从其轴向的初始位置46相对于第一机器部件12轴向移动到与初始位置隔开设置的第一工作位置48中并且在贴靠在第一楔导向面40上的情况下沿径向的方向克服其固有的弹性复位力扩张。预紧元件由此以由工作压力P1导出的压紧力F1quer将密封唇压向第二机器部件14的密封面38。密封唇30向密封面38的接触压力走势以垂直于密封面38延伸的箭头表示。
在高压区H中的工作压力降低时，弹性可变形的预紧元件34由于其固有弹性从其轴向位置、即从工作位置48沿第一楔导向面40轴向朝高压区H和其轴向的初始位置46的方向滑动返回。
在图3中，示出在压力加载的第三运行状态下的密封布置系统10，在这个状态下，以最大的工作压力Pmax加载密封布置系统10的高压区H。
通过由此引起的对预紧元件34的压力加载，最大移动力Faxial.max朝低压区N的方向施加到预紧元件34上，通过所述最大移动力，预紧元件34从其轴向的初始位置46相对于第一机器部件12轴向移动到与初始位置隔开设置的第二工作位置50中并在贴靠在第一楔导向面40上的情况下沿径向的方向克服其固有的弹性复位力扩张。预紧元件由此以由该工作压力Pmax导出的压紧力Fquer.max将密封唇压向第二机器部件14的密封面38。预紧元件34贴靠在低压侧的槽侧面44上。密封唇30向密封面38的接触压力走势以垂直于密封面38延伸的箭头示出。
在高压区H中的工作压力降低时，如结合图2说明的那样，能弹性变形的预紧元件34朝高压区H和其轴向的初始位置46的方向滑动返回。
在图4中用局部的剖面图示出密封布置系统10的另一个实施例。第一楔导向面40具有两个纵向区段52，所述纵向区段设置成以不同的角度α相对于密封面倾斜地延伸。保持槽32的设置在低压侧的槽侧面44通过第一楔导向面40的纵向区段52之一构成。第一楔导向面40因此直接与第一机器部件12的指向第二机器部件的表面连接或转入所述表面中。
在前面所述实施形式中，第一机器部件12的第一和必要时还有第二楔导向面40、42可以设有滑动涂层54，以便能够实现预紧元件34在相应的楔导向面40、42上的尽可能低摩擦的滑动。滑动涂层54尤其是可以设计成干燥润滑的。
在图5中示出密封布置系统10的另一个实施例，该实施例与在图1中示出的实施例的主要区别在于，在保持槽32中设置用于预紧元件34的调整部件56。预紧元件34贴靠在调整部件56上。调整部件56设置成能相对于第二机器部件14横向于运动轴线18、即在当前情况下沿径向的方向调节。借助调整部件56可以调节或设置预紧元件向密封唇30以及由此还有密封唇30向密封面38的基本预紧力。
按照图6的密封布置系统与在图1至3中示出的密封布置系统的主要区别在于，第一机器部件12构造成活塞，而第二机器部件14构造成缸，在缸中，活塞沿运动轴线18可平移调节地被引导。预紧元件构造成环形的。密封元件20设计成径向密封元件，并通过夹紧元件58、在这里即所谓的固定卡箍固定在密封部保持结构22上。夹紧元件58从外面包围密封元件20并将其压入密封部保持结构22的一个槽24中。
在附图中示出的密封布置系统中，密封元件20尤其是可以由聚四氟乙烯或其他粘塑性的材料形成。
结合图1至6说明的密封布置系统10例如可以构造成液压的致动器、尤其是驾驶室翻转气缸，构造成减振器或缓冲器。

Claims (14)

1.密封布置系统(10)，所述密封布置系统具有：
-第一机器部件(12)和第二机器部件(14)，所述第一机器部件和第二机器部件在构成密封间隙(16)的情况下设置成彼此间隔开并且能沿运动轴线(18)相对于彼此运动；
-带有密封唇(30)的密封元件(20)，所述密封元件设置成压配合地保持在第一机器部件(12)的密封部保持结构(22)的多个槽(24)中，其中密封唇(30)沿轴向方向延伸离开密封部保持结构(22)；
-预紧元件(34)，所述预紧元件设置在第一机器部件(12)的保持槽(32)中，并且借助所述预紧元件密封唇(30)能预紧到第二机器部件(14)的密封面(38)上，以便相对于密封布置系统(10)的低压区(N)密封能以工作压力(P1、Pmax)加载的高压区(H)，
其中，预紧元件(34)这样确定尺寸，使得密封元件(20)在高压区(H)的无压力加载的状态下没有预紧力地贴靠在密封面(38)上，
其中保持槽(32)具有用于预紧元件(34)的第一楔导向面(40)和第二楔导向面(42)，所述第一楔导向面和第二楔导向面与所述保持槽(32)的槽底连接，所述第一楔导向面和第二楔导向面设置成以角度α相对于运动轴线(18)倾斜地延伸，其中α<90°，并且预紧元件(34)通过在高压侧以工作压力(P1、Pmax)的加载能向着并沿着第一楔导向面(40)运动，以便以从工作压力(P1、Pmax)导出的压紧力(Fquer、Fquer.max)将密封唇(30)向密封面(38)预紧。
2.按照权利要求1所述的密封布置系统，其特征在于，第一楔导向面(40)或第二楔导向面(42)设置成以20°<α<80°的角度α相对于密封面(38)倾斜地延伸。
3.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，第一楔导向面(40)具有至少两个纵向区段，所述至少两个纵向区段设置成在与密封面成不同的角度地倾斜延伸。
4.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，至少第一楔导向面(40)和第二楔导向面(42)设有滑动涂层(54)。
5.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，预紧元件(34)能橡胶弹性地变形。
6.按照权利要求1所述的密封布置系统，其特征在于，保持槽(32)具有用于预紧元件(34)的调整部件(56)，所述调整部件设置成能横向于运动轴线(18)相对于第二机器部件(14)调节。
7.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，密封元件由粘塑性的材料形成。
8.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，密封元件由聚四氟乙烯形成。
9.按照权利要求1所述的密封布置系统，其特征在于，密封部保持结构(22)的槽(24)朝运动轴线(18)的方向扩张。
10.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，密封元件具有滑动导向区段(28)，第二机器部件(14)以滑动间隙形锁合在所述滑动导向区段上引导，其中滑动导向区段(28)形锁合地贴靠在第一机器部件(12)上。
11.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，其特征在于，两个机器部件(12、14)之一构造成缸，而两个机器部件(12、14)中的另一个构造成在缸中引导的活塞，并且密封元件(20)是环形的径向密封元件。
12.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，所述密封布置系统构造成液压的致动器。
13.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，所述密封布置系统构造成减振器。
14.按照权利要求1或2所述的密封布置系统，所述密封布置系统构造成缓冲器。
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