CN107654651A - 密封组件和该密封组件的制造方法 - Google Patents

密封组件和该密封组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种密封组件，包括以下特征：基体，所述基体包括密封元件，所述基体包括保持元件，所述保持元件与所述密封元件相对并连接到所述密封元件；所述保持元件包括面对所述密封元件的支撑表面，支撑元件，所述支撑元件抵靠在所述支撑表面上，并且所述支撑元件由带状的支撑元件制成，其中基部支撑元件的两个端部相对于彼此以如下这样的距离固定：使得如此形成的支撑元件与所述支撑表面的尺寸相适配。

Description

密封组件和该密封组件的制造方法
技术领域
本发明涉及密封组件和该密封组件的制造方法。
背景技术
已知各种实施方式的密封组件，密封组件例如用于在机动车辆的变速器或发动机中密封填充有液体的内部，而且还可以用于许多可比较的情况。这里，转轴常用于力传递，该轴从内部延伸到环境中。为了密封的目的，已知的密封组件(例如径向轴密封环)通常包括例如由钢制成的圆形保持环，密封元件通过硫化附接于保持环。保持环以摩擦配合的方式放置在壳体(housing)上的对应的座(seat)内，使得密封元件的密封唇包围轴并进而相对于环境密封内部。为了确保摩擦配合，支撑环的径向外置端部还可以被塑料包围。
密封元件在径向外侧部分常包括用于容纳弹簧的环形槽。由此密封唇在轴上的接触压力通过在密封唇上产生扭矩的弹簧而增大。然而，还存在不使用弹簧的实施例。已知的径向轴密封环的密封元件通常由聚四氟乙烯(PTFE)或弹性体材料构成。
这种密封组件常常是大批量生产并相应地大量出售的物品。在这方面，这里也可以使用比较复杂的生产步骤，例如硫化或在相应的模具中注射成型，并且可以以需要的量生产支撑环。
此外，已知这样的密封组件：保持环和密封元件通过由塑料环或塑料管进行机械加工而制成一体。在这里根据规定的安装状况的所需尺寸精确地生产密封组件是有利的。这里，首先，在径向轴密封环的情况下，外径能够适配于壳体座，对密封唇的内径也是如此。塑料环的材料必须足够软，以确保密封唇在轴上的充分密封效果。这种密封组件例如在少量的情况下使用，包括更换有缺陷的密封件。这些密封组件可以是单个单元生产件(single-unit productions)。
为了稳定保持环，在这种密封组件中经常使用另一个钢环，这是因为塑料不具有将密封组件牢固地保持在壳体座内的必要稳定性。然而，由此产生以下缺点：由于大量的可能尺寸，因此必须要保持能够在广泛的各种尺寸内获得相匹配的钢环，或者必须对应于尺寸地单独制造相匹配的钢环，这使仓储或制造变得非常复杂。
作为一种选择，可以使用由比密封元件和支撑环的塑料硬的塑料制成的稳定环来稳定保持环。这里通常使用聚甲醛(POM)或聚酰胺(PA)。与使用钢环相比，有利的是，这种由塑料制成的稳定环也可以通过由坯料进行机械加工而制成。这里不利的是，由于两种塑料的热膨胀系数不同，因此稳定环在加热和冷却期间比保持环膨胀或收缩的程度大。由此可能发生稳定效果的损失，结果是密封组件不再牢固地保持在壳体座内。于是密封组件可能与轴一起转动或者从壳体脱出。结果，这种密封组件不像具有支撑钢环的密封组件那样普遍使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免了上述缺点的、能够以多种方式使用的密封组件。本发明的另一个目的是提供一种密封组件的制造方法。
本发明的目的通过具有技术方案1的特征的密封组件或通过具有技术方案9的方法步骤的方法来实现。
根据技术方案1，一种优选的密封组件，包括以下特征：
-基体，
-所述基体包括密封元件，
-所述基体包括保持元件，所述保持元件与所述密封元件相对并连接到所述密封元件；所述保持元件包括面对所述密封元件的支撑表面，
-支撑元件，所述支撑元件抵靠在所述支撑表面上，并且
-所述支撑元件由基部支撑元件制成，所述基部支撑元件包括相对于彼此以如下这样的距离固定的两个端部：使得如此形成的支撑元件与支撑表面的尺寸相适配。
这样的密封组件可以以适于对应的安装状况的简单方式制成。与分别需要的支撑表面相适配的支撑元件可以由基部支撑元件通过相应地固定端部而产生，使得仅需提供少量的基部支撑元件(在最简单的情况下甚至仅提供一种类型的基部支撑元件)以便能够制造大量的不同尺寸的密封组件。由于如此避免了上述缺点，因此这对于通过机械加工坯料而产生的少量生产而言是特别有利的。
在圆形密封组件的情况下，支撑表面也优选具有带有直径的圆形轮廓，并优选位于保持元件的径向内侧。支撑元件具有相应的径向外置圆形轮廓。因此能够以简单的方式沿着支撑表面的圆周实现支撑效果。
在本发明的一个有利的实施例中，所述基部支撑元件包括至少两个彼此对应的连接单元，使用该至少两个连接单元，所述基部支撑元件的两个端部能够以不同的距离彼此固定。从而提供了使支撑元件的尺寸与支撑表面的尺寸相适配的特别简单的可能性。通过使这两个端部相对于彼此固定，支撑元件被由基部支撑元件形成，使得支撑元件与支撑表面的尺寸相适配。如此形成的支撑元件具有稳定保持元件所需的稳定性。
在本发明的一个有利的实施例中，所述连接单元中的一者被实施为固定元件。所述连接单元中的另一者包括多个接合元件，所述多个接合元件被构造成使得通过使所述固定元件与所述接合元件中的至少一个接合元件接合，所述两个端部能够以各种距离彼此固定。由于这种设计，提供了一种易于处理的装置，以用于使(两个)端部以不同的距离彼此固定，结果能够特别简单地制造适配的支撑元件。
在本发明的一个有利的实施例中，密封组件还具有以下特征：
-所述固定元件包括与所述基部支撑元件的第一端部相关联的至少一个凸起(projection)，
-所述接合元件由与所述基部支撑元件的第二端部相关联的凹部形成，该凹部能够被与所述至少一个凸起接合。
以这种方式设计的基部支撑元件特别容易制造，并使得以简单的方式制造具有适配尺寸的支撑元件成为可能。通过选择性地使凸起与凹部中的一个接合，能够容易地调节与支撑表面适配的尺寸。通过释放接合并重新与不同的凹部接合来进行的重新调整也是可能的，结果是容易地纠正(remedy)制造中的误差(error)。
这里恰好一个端部凸起可以与第一端部相关联，该凸起能够与凹部中的恰好一个凹部接合。该实施例特别易于制造。作为一种选择，也可以是两个或更多个凸起与第一端部相关联，然后这些凸起被与相应数量的凹部接合。由此实现了改善的(特别是更稳定的)两个端部的固定。这里在一个可能的实施例中，凸起以与凹部类似的方式间隔开。
作为一种选择，凸起还可以具有比凹部大的间隔，其中然后，例如，间隔被选择成使得凸起中的第一个被与凹部中的第一个接合，并且凸起中的第二个被与凹部中的第二个接合。于是不与凸起接合的至少一个凹部位于这两个凹部之间。由此可以进一步改善固定。
此外，在本发明的可选择的实施例中，其中如所述的，在基部支撑元件上设置有多个凸起，凸起能够简单的方式移除，以形成与要求对应的两个端部的固定。为此目的，凸起具有例如预定的断点。因此，例如在将所有凸起移除减至一个(down to one)的情况下，能够产生固定刚度不太重要的、相对紧凑的支撑元件。然后还可以通过使用多个凸起来由同一基部支撑元件产生更大的支撑元件，于是其具有增大的固定刚度。
在本发明的一个有利的实施例中，所述凹部被间隔开，使得通过选择性地将所述至少一个凸起与对应于多个凸起的多个凹部接合，能够制成具有与尺寸相适配的周长的大致圆形的支撑元件。这里，通过选择合适的凹部，可以由同一类型的支撑元件以简单的方式制成各种周长的支撑元件，然后该支撑元件被与支撑表面的周长适配。
在本发明的一个有利的实施例中，所述至少一个凸起形成为至少一个突片，所述凹部形成为孔。以这种方式，突片和凹部可以特别易于制造并且易于彼此接合。在该实施例中，在可生成的支撑元件的尺寸之间存在尺寸差，该尺寸差由孔对于彼此的距离确定。例如，如果两个孔之间的距离为大约3.14mm，即大约πmm，则由相邻选择的孔与突片相接合而产生的两个支撑元件的直径差为大约1mm。因而，通过选择下一个对应的孔，所产生的支撑元件的直径可以对应增大1mm。相应地，然后利用机械加工来产生支撑表面的尺寸。
在本发明的一个有利的实施例中，所述基部支撑元件包括扁平的金属带。金属的支撑元件在稳定性和热膨胀方面具有有利的性能。另外，它们易于制造并且可以容易地加工成适配的支撑元件。
在本发明的一个有利的实施例中，金属带由弹簧钢制成，其在稳定性和可制造性方面具有特别好的性能。这里优选考虑金属板。
在本发明的一个可选择的实施例中，固定元件包括可转动的螺丝元件。接合元件由开口、穿孔或隆起形成，其中螺丝元件能够与开口、穿孔或隆起中的至少一者接合。由于螺丝元件的可转动性，因此使得能够几乎无级地放大和收缩基部支撑元件，以用于与支撑表面的尺寸适配。
在本发明的一个优选的实施例中，螺丝元件被保持在壳体内，该壳体包括通道开口，包括了开口、穿孔或隆起的基部支撑元件的端部能够引导通过该通道开口。通道开口设置在壳体内，使得在引导端部通过通道开口的情况下，螺丝元件与开口、穿孔或隆起接合。以这种方式，能够提供一种简单的机构，其使得能够几乎无级地放大和收缩基部支撑元件，以用于使其与支撑表面的尺寸适配。
在本发明的一个可选择的实施例中，基部支撑元件的两个端部各自具有保持单元。这两个保持单元通过连接元件连接，其中保持单元和连接元件被设计成使得两个端部的间隔是可变的。
在本发明的一个优选的实施例中，保持元件被实施为销，每个销各自包括螺丝用的插座。连接元件被实施为螺丝，使用该螺丝，能够将两个端部以限定的距离彼此固定。通过转动螺丝，能够改变距离，使得能够产生与支撑表面的尺寸适配的支撑元件。
根据技术方案9，密封组件的制造方法被指定为本发明的另一方面，包括以下方法步骤：
-制造基体，所述基体包括具有与给定的安装状况相适配的尺寸的密封元件和保持元件，
-产生支撑表面，所述支撑表面的尺寸被限定为使得能够由提供的基部支撑元件制造支撑元件，
-通过使尺寸与所述支撑表面适配，来由所述基部支撑元件制造支撑元件，
-将所述支撑元件抵靠在所述基体的支撑表面上。
这种易于执行的方法的特征特别在于高灵活性。因此，即使是小的系列或者即使是单个密封组件，也能够经济有效地制造。通过很少的制造步骤，能够制造稳定的密封组件(这种密封组件通过单个适配的支撑元件来稳定)。因而能够有效地防止例如由于热效应而导致的稳定性的损失。
在产生与支撑元件对应的支撑表面的情况下，注意限定相应的尺寸，使得可以由所提供的基部支撑元件制造合适的支撑元件。特别是对于使用尺寸不能以无级方式变化的基部支撑元件而言，这是必要的。特别是在所述的本发明的实施例中，突片与孔接合，在支撑元件的可产生的尺寸之间存在尺寸差，该尺寸差由孔对于彼此的距离来确定。如果两个孔之间的距离例如为大约3.14mm，即大约πmm，则由相邻选择的孔与突片接合而产生的两个支撑元件的直径差为大约1mm。因而，通过选择下一个对应的孔，所产生的支撑元件的直径可以对应增大1mm。相应地，然后利用机械加工来产生支撑表面的尺寸。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节来自以下参照附图描述的本发明的示例性实施例。
图1示出了本发明的一实施例，
图2示出了根据本发明的实施例的基部支撑元件，
图3示出了根据本发明的实施例的支撑元件的详细视图，
图4示出了根据本发明的实施例的支撑元件的闭合机构的可选择的实施例，
图5示出了根据本发明的实施例的支撑元件的可选择的实施例，
图6示出了根据本发明的实施例的支撑元件的另一可选择的实施例，以及
图7示出了图1至图6的实施例的制造方法的示意图。
附图标记说明
10 径向轴密封环
12 基体
14 保持元件
16 密封元件
18 密封唇
20 槽
22 支撑表面
24 支撑元件
26 连接元件
28 形状
100 基部支撑元件
102 金属带
104 突片
106、106’ 凹部
500 基部支撑元件
502 金属带
504 插座
506 销
508 螺丝
510 狭槽
600 基部支撑元件
602 金属带
603 端部
604 开口
606 端部
608 调节元件
610 壳体
612 螺丝元件
具体实施方式
图1示出了作为本发明的优选实施例的径向轴密封环(radial shaft seal ring)10的截面图。径向轴密封环10包括由塑料制成的基体(base body)12，该基体12包括多个局部区域。在基体12的径向外侧区域，形成有保持元件14，保持元件14例如在未示出的安装状况下插入壳体座(housing seat)内。在径向内侧区域，基体12包括密封元件16，密封元件16包括形成在臂状延伸部上的密封唇18，该密封唇18在安装状态下抵靠在未示出的轴上。与密封唇18相对的是，设置有可插入弹簧(这里未示出)的槽20。弹簧引起通过选择在臂状延伸部上的弹簧常数而限定的扭矩，结果是产生密封唇18在轴上的接触力。由此确保了密封唇18的密封效果。
保持元件14的径向内置侧(radially inner lying side)包括支撑表面22，支撑环24插入在该支撑表面22上。支撑环24由强度比基体高的材料构成，例如，由诸如钢或铝等的金属构成。优选使用弹簧钢。支撑环24的外径与支撑表面22的直径相适配。支撑环24使保持元件14稳定。由于支撑环24的使用，因此施加在保持元件14上的扭矩不会导致保持元件14弯曲或变形，结果是，在安装状态下，保持元件被牢固地保持在壳体座内。
保持元件14在(一个)轴向端部通过连接元件26连接到密封元件16。在轴向相对的端部，保持元件14具有朝向径向内侧且部分地包括支撑元件24的形状(shaping)28。由此防止支撑元件24轴向滑动。
保持元件14、密封元件16和连接元件26优选在基体12中形成一体，并且由例如筒形或环形的塑料坯料(plastic blank)通过机械加工(machining)而制成。这里，合适尺寸的坯料被选择，并且例如在机床(lathe)中加工。因而保持元件14、密封元件16和连接元件26，以及密封唇18、槽20、支撑表面22和形状28通过材料的去除(ablation)而生成(developed)。这些元件的尺寸(dimensioning)与径向轴密封环10的计划安装状况对应地发生。支撑表面22的内径被生成为使得：与该内径适配的支撑元件24可以由基部支撑元件(base support element)产生，该基部支撑元件基于以下附图进行说明。
图2示出了由弹簧钢制成的扁平金属带102构成的基部支撑元件100。金属带102在一侧包括略微朝向径向内侧弯曲的突片(tab)104。在金属带102的相对端部，引入多个采用孔的形式的凹部106，该多个凹部106优选等距地设置。凹部106的尺寸被选择成使得突片104能够从外部引入到凹部106中的一个内。由于这种连接，因此能够产生大致圆形的稳定的环，然后将该环作为支撑元件24插入保持元件14内。支撑表面22的轴向尺寸根据支撑元件24的宽度产生。
在这里描述的实施例中，凹部106在金属带102上的间隔为大约3.14mm，其对应于大约πmm。这在图3的详细图中示出。因而，通过将突片104引入到凹部106中的一个内，可以由相同的基部支撑元件制成具有不同的直径和周长的不同的支撑元件24。这里，通过选择距离金属带102的端部最远(lying farthest)的凹部来制成具有最小周长U0的支撑元件24。其它可制成的支撑元件24的可能的周长由下式给出：
Un＝U0+n·π，
其中n是自然数。支撑元件24的直径通过变形给出：
结果，由于凹部106的如此限定的间隔，因此通过选择对应的相邻凹部106，完成的(finished)支撑元件24的直径可以增加大约1mm。为了通过选择相邻的凹部106来建立直径的其它增加，在本发明的其它实施例中，凹部106可以以不同的间隔在金属带上形成。
在图3中，还部分地(sectionally)示出了完成的支撑元件24。突片104被引入到凹部106’中的一个内，由此基部支撑元件100的端部被连接。在突片104引入到凹部106’内之后，金属带102的仍可能突出的端部可以被切割至适当的长度(cut to length)。除此之外，由此减小了完成的径向轴密封环10的重量。
在图4中，绘出了改善的突片104与凹部106的连接方式。类似突片104，金属带100的端部110朝向径向内侧弯曲，该端部110包括凹部106并且可能已经切割至适当的长度。从而减小了这两个端部的偏移(该偏移朝向径向外侧出现(arises)，能够在图3中看见)，结果是支撑元件24能够更好地抵靠在支撑表面22上。支撑元件24的朝向径向内侧部分不会抵接在基体12上，结果是突片104和端部110不影响径向轴密封环10的功能性。
在图5中，示出了采用金属带502形式的基部支撑元件500的可选择的实施例。其设计与图2所示的金属带类似；然而，其具有不同的用于改变直径或周长的机构。在金属带502的两个端部中的每一个上形成有插座(receptacle)504，各插座504内插入有销506。这两个销506在它们的中心具有螺纹，螺丝508插入该螺纹内。这些(部件)使两个销506连接。为了螺丝508的自由移动性和可接近性(accessibility)，金属带502在两个端部分别具有狭槽(slot)510。通过转动螺丝，销506以及进而金属带502的(两个)端部可以朝向彼此移动或彼此远离移动。由此基部支撑元件500的直径可以变化并产生与支撑表面22适配的支撑元件24。基部支撑元件500的直径或周长的最大变化由螺丝508的长度确定(established)。
在图6中，绘出了采用金属带602形式的基部支撑元件600的另一可选择的实施例。与图2所示的实施例类似，金属带602包括从一个端部发展出的(emanating)采用孔的形式的多个凹部604。作为一种选择，这些(凹部)还可以被实施为隆起(embossments)或穿孔。在另一端部606，附接有调节元件608，调节元件608包括壳体610。螺丝元件612可转动地保持在壳体610内。在螺丝元件612与金属带602的端部606之间，设置有通道开口(tunnelopening)610，金属带602的端部603能够被引导通过该通道开口。然后螺丝元件612接合到凹部604内，使得通过转动螺丝元件612，端部603能够抵靠端部606移动。因而在本发明的这个示例性实施例中也可以产生径向轴密封环10用的不同直径或周长的支撑元件。这里甚至能够以几乎无级(stepless)的方式并且还在已经安装的状态下改变周长。
图1至图6所示的实施例例如可以根据下面描述的并在图7中示意性地示出的方法制造。这里以示例性方式描述在图1至图4中示出的实施例的制造。首先在方法步骤701中，制造基体12的外轮廓(contour)，包括保持元件14、包括了密封唇18的密封元件16、和连接元件26。基体12通过机械加工由塑料制成的筒形坯料而产生。保持元件14的外径、密封唇的内径以及密封元件16的臂状延伸部的角度以根据给定的安装状况适配的方式制造。
在第二方法步骤703中，通过机械加工来产生基体12的内轮廓，包括形状28、槽20和支撑表面22。支撑表面22的内径和轴向宽度被选择成使得在以下方法步骤705中，能够由基部支撑元件100来制造合适的支撑元件24。在该第三方法步骤705中，提供基部支撑元件100，并且突片104被引入到凹部106中的一个内。这里，凹部106’被选择(成使得)，如此形成的支撑元件24的外径与支撑表面22的内径对应。
在第四方法步骤707中，将金属带102的突出超过(projecting over)突片104的端部切割至适当的长度，结果是在与突片104接合的凹部106’附近出现新的端部。在第五方法步骤709中，使金属带102的新产生的端部在与突片104接合的凹部106’的区域朝向径向内侧变形，使得(产生)与朝向内侧倾斜的突片104几乎对称但相反的路线(course)。由此产生支撑元件24的几乎无级的外径，因而支撑元件24能够几乎完全沿着其圆周抵靠在支撑表面22上。
在第六方法步骤711中，将所产生的支撑元件24插入在基体12内，使得支撑元件24抵靠在连接元件26与形状28之间的支撑表面上。随后将适当长度的弹簧插入槽20内。
所描绘的本发明的实施例可以以简单的方式转用于(transferred)其它的密封型式，使得这些密封型式也可以从简化的且更灵活的制造方法以及灵活的可用性中受益。根据本发明的示例性实施例还增大了通过机械加工而制成的密封件的使用范围，结果是还能够成本有效地(甚至以单个的方式)制造更换零件和小型生产运行件。

Claims (9)

1.一种密封组件，包括以下特征：
-基体，
-所述基体包括密封元件，
-所述基体包括保持元件，所述保持元件与所述密封元件相对并连接到所述密封元件；所述保持元件包括面对所述密封元件的支撑表面，
-支撑元件，所述支撑元件抵靠在所述支撑表面上，并且
-所述支撑元件由基部支撑元件制成，所述基部支撑元件包括相对于彼此以如下这样的距离固定的两个端部：使得如此形成的支撑元件与所述支撑表面的尺寸相适配。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述基部支撑元件包括至少两个彼此对应的连接单元，使用该至少两个连接单元，所述基部支撑元件的两个端部能够以不同的距离彼此固定。
3.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，所述连接单元中的一者被实施为固定元件，所述连接单元中的另一者被实施为多个接合元件，所述多个接合元件被构造成使得通过使所述固定元件与所述接合元件中的至少一个接合元件接合，所述两个端部能够以各种距离彼此固定。
4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，还包括以下特征：
-所述固定元件包括与所述基部支撑元件的第一端部相关联的至少一个凸起，
-所述接合元件由与所述基部支撑元件的第二端部相关联的凹部形成，该凹部能够被与所述至少一个凸起接合。
5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述凹部被间隔开，使得通过交替地将所述至少一个凸起与对应于多个凸起的多个凹部接合，能够制成具有与尺寸相适配的周长的大致圆形的支撑元件。
6.根据权利要求4或5所述的密封组件，其特征在于，所述至少一个凸起形成为至少一个突片，所述凹部形成为孔。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的密封组件，其特征在于，所述基部支撑元件包括扁平的金属带。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的密封组件，其特征在于，所述金属带由弹簧钢形成。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的密封组件的制造方法，包括以下方法步骤：
-制造基体，所述基体包括具有与给定的安装状况相适配的尺寸的密封元件和保持元件，
-产生支撑表面，所述支撑表面的尺寸被限定为使得能够由基部支撑元件制造支撑元件，
-通过使尺寸与所述支撑表面相适配，来由所述基部支撑元件制造支撑元件，
-将所述支撑元件抵靠在所述基体的支撑表面上。
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