CN108779858B - 尤其是防止外部物质污染的改进型密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转轴或销的密封装置，具有密封圈，密封圈固定安装在轴穿过的通道中而提供密封屏障，一方面由支承环、另一方面由密封垫片构成，支承环具有外轴向翼部和径向翼部，密封垫片附接在支承环上，围绕轴向翼部，沿径向翼部的朝外的表面向内延伸，以终止于滑动支承在待密封的旋转轴上的密封唇部，密封装置还具有防止外部污染物特别是灰尘、水或泥型污染物的构件。密封装置(1)的特征在于，防止外部污染物的构件(9)具有附加环，其与旋转轴(2)固连在一起，相对密封圈(3)布置在外侧，具有径向翼部(10)，径向翼部通过与密封圈(3)的支承环(5)的径向翼部(6')配合而形成隔板式或迷宫式环形结构。

Description

尤其是防止外部物质污染的改进型密封装置

技术领域

本发明涉及用于具有在开口、通道、轴承或类似处需密封的旋转或转动部件如轴或销的设备、机械、车辆或类似物的装备的领域。

更准确的说，本发明涉及一种改进型密封装置，特别是防止外部物质污染的密封装置。

背景技术

在旋转转动部件、例如从发动机罩壳伸出的轴或销或者支承并引导于轴承中的轴的情况下，在一般存在润滑剂的待保护内部环境与外部环境之间的密封通常由圆形静态密封圈进行，密封圈的至少一个挠性唇部滑动地支承在轴上。这种密封圈例如由文献FR2986598、EP2044351、EP2895773和EP2739885中已知。

但是，对于对要保护的内部环境而言尤其载有污染物质、污染介质和污染材料的环境来说，还已知使辅助密封件或者防护构件结合于前述类型的密封圈装置，以保护轴通道和在位的密封圈(对于内部流体的密封)防止外部污染物(水、泥、灰尘等)侵入。

作为例子，这种已知的附加密封件和防护构件可以举出固定的防尘唇部(不接触，但存在缝隙，间隙会允许污染物靠近轴表面通过)和迷宫式唇部型密封圈，其一般用无纺纤维制成(与转轴接触，因而摩擦损耗大)。

还已知形成风机或者风扇的装置，其为一种特殊叶片式轮的形式，安装在旋转轴上，位于密封圈的上游并与之隔开一定距离，以形成传输空气流来传输污染物(例如参见：GB2123498、CN202469005)。

在前述不同的情况下，涉及到特有的附加结构，其既不与安装的密封圈相互作用，也不与密封圈配合，相反另外还导致成本过高，体积大，重量重，构造复杂性高。

发明内容

对于现有技术的上述局限性，本发明主要旨在提供一种密封与污染物防止的组合解决方案，其性能良好，结构简单，成本不高，至多产生仅少量损耗。

为此，本发明旨在一种用于旋转轴或销的密封装置，密封装置具有密封圈，密封圈固定安装在所述旋转轴或销穿过的通道或开口中，从而在内部环境与外部环境之间提供密封屏障，密封圈一方面由支承体、另一方面由密封垫片构成，所述支承体为具有外轴向翼部和径向翼部、优选呈L形截面的支承环的形式，所述密封垫片附接在支承环上，在支承环的外周廓上围绕外轴向翼部，并且朝待密封的旋转轴或销方向、沿径向翼部的朝向外部环境的表面向内延伸，以终止于延伸超过径向翼部的内边缘并能滑动地支承在所述旋转轴或销上的密封唇部，所述密封装置还具有用于防止外部污染物特别是灰尘、水或者泥类型污染物的附加防护构件，

密封装置的特征在于，用于防止外部污染物的附加防护构件具有附加环，附加环与旋转轴或销固连在一起，附加环相对于密封圈布置在外侧上，具有径向翼部，附加环的径向翼部通过与密封圈的支承环的径向翼部配合而形成隔板式或迷宫式环形结构；附加环的径向翼部的朝向密封圈的表面间断或者局部地、优选线性地滑动接触所述密封垫片的覆盖密封圈的支承环的径向翼部的部分；密封垫片的所述部分在表面上具有至少一个凸起和/或凹陷结构，用以至少在低压力下接触附加环的径向翼部的相面对的所述表面的相应的平面区域；和/或附加环的径向翼部的所述表面在面上具有至少一个凸起和/或凹陷结构的覆盖支承环的径向翼部的所述部分的相面对的所述表面的平面区域。

附图说明

借助于参照示意性附图解释的、作为非限制性例子给出的优选实施方式所作的下述说明，本发明将得到更好理解，附图中：

图1是穿过开口的轴的沿包含旋转轴线的平面的局部剖面图，根据本发明的密封装置(示意地示出)布置在轴与开口的通道之间；

图2A是沿与图1所示对象的旋转轴线平行的方向X的正视图；

图2B是图1和2A的密封装置的不同比例的透视局部剖面图；

图3A和3B是图1中细部A的不同比例的视图，示出根据本发明的密封圈装置的第一种实施方式的两个变型；

图4A和4B是图1中细部A的不同比例的视图，示出根据本发明的密封圈装置的第二种实施方式，分别为正视图(图4A)和透视图(图4B)；

图5A和5B是图1中细部A的不同比例的视图，示出根据本发明的密封圈装置的第三种实施方式，分别为正视图(图5A)和透视图(图5B)；

图6A和6B是图1中细部A的正视图，各示出根据本发明的密封装置的第四种实施方式的不同的变型(被密封通道未示出)；以及

图7A和7B是用于附接在根据本发明的密封圈装置的支承环上的密封垫片的两个实施变型的具有一定结构的表面的正视局部平面示意图。

具体实施方式

图1至6示出用于旋转轴或销2的密封装置1，其具有密封圈3，密封圈固定安装在所述轴或销穿过的通道或者开口4中，从而在内部环境和外部环境之间提供密封屏障(见图1)。

内部环境MI和外部环境ME之间的这种分界，例如是通道4布置在其中的罩壳壁1'存在的结果。

密封圈3一方面由支承体5、另一方面由密封垫片7构成，所述支承体5为具有外轴向翼部6和径向翼部6'、因而优选呈L形截面的支承环的形式，所述密封垫片7附接在支承环5上，在所述环5的外周廓上围绕轴向翼部6，并沿径向翼部6'的朝外的表面向内延伸，以终止于能滑动地支承在待密封的旋转轴或销2上的密封唇部8。

密封装置1还具有用于防止外部污染物特别是灰尘、水或者泥型污染物的防护构件。

根据本发明，用于防止外部污染物的防护构件9具有附加环，附加环与旋转轴或销2固连在一起，附加环相对于密封圈3布置在外侧上，具有径向翼部10，附加环的径向翼部通过与密封圈3的支承环5的径向翼部6'配合而形成隔板式或迷宫式环形结构。

因此，借助于简单的技术手段，本发明可提供一种在外面覆盖密封圈3的、有效防止特别是固态和液态的污染物的旋转防护屏9，这不仅是由于其独有的起阻碍作用的存在，而且也是由于其与密封圈3和通道4的紧密形状配合。

有利地，形成环形挡板的附加环9密封地安装在旋转轴或销2上。此外，其径向翼部10优选在与包含密封圈3的径向翼部6'的平面P'平行的平面P上，优选径向向外延伸，直至距开口4的通道的内表面4'一段短距离。

这种布置显著地减弱外部污染物向密封圈3的逼进，阻止污染物沿轴或销2的表面进入，在很大程度上限制、乃至主动防止这种污染物沿通道或圆形开口4的内表面4'进入(该内表面与环形翼部10的外圆形周廓的距离有利地小于1毫米，优选约为百分之几至十分之几毫米)。

当然，径向翼部10的表面10'可与密封圈3保持短距离，不接触所述环5的被垫片7覆盖的径向翼部6'。

于是产生封闭气隙的环形间隙空间15。

但是，根据本发明，如图3至6所示，考虑附加环9的径向翼部10的朝向密封圈3的表面10'间断或者局部地、优选线性地滑动接触所述密封垫片7的覆盖密封圈3的支承环5的径向翼部6'的部分7'。

借助于这种布置，在附加环9与密封圈3之间实现了附加密封，其阻止接近由密封唇部8与唇部支承在其上的旋转轴或销2表面之间的滑动接触区域所构成的关键的动态密封区域。

此外，在例如本申请人名下的递交文件FR2986598、EP2044351和EP2739885中公开的前述密封圈3的情况下，本发明的这种布置还允许有利地利用垫片7的部分7'，该部分迄今未在现有技术中在密封情形下或作为屏障功能使用。

此外，通过配置优选呈线性、或者至少断续的接触区域，限制了摩擦损耗，特别是当接触材料允许获得低摩擦系数时。

根据例如图6A和6B中所示的本发明的第一实施变型，密封垫片7的所述部分7'在表面上具有至少一个凸起和/或凹陷结构11，用以至少在低压力下接触附加环9的径向翼部10的相面对的所述表面10'的相应的平面区域。

根据本发明的第二实施变型——其两个选择方案示于图4和5中，附加环9的径向翼部10的所述表面10'在面上具有至少一个凸起(图5)和/或凹陷(图4)结构12，用以至少在低压力下接触所述密封垫片7的覆盖支承环5的径向翼部6'的所述部分7'的相面对的表面7"的平面区域。

这个或者这些结构可模制而成，或者成型或冲压而成。

当所述结构呈凹陷形成时(图4)，是结构11、12的与翼部10或者垫片7的表面保持齐平的部分构成接触区域(其则有利地是与没有这类结构的、也是接触的表面区域齐平)。

前述两种布置也可以同时和累加使用。

在这种情况下，根据图3A所示的结合前述两个变型的本发明的一种实施方式，作为例子，可提出凸起和/或凹陷结构11、12布置在所述密封垫片7的部分7'上和附加环9的径向翼部10上，这两个结构11和12定位在围绕旋转轴或销2处于不同距离处的分开的非重叠的环形周边区域中

当然，对于这两种类型的凸起结构11和12，可以考虑不同的配置和构形。

因此，可采用一个整体结构、或者按照确定图案布置的多个分开的结构。同样地，所述结构的轨迹(凸肋、槽)的横截面可以不变或者可以变化，可具有有利于限定有限接触区域的形状(例如：小宽度的半圆形、三角形、矩形、切割状的截面)。

根据实用的实施变型，所述凸起和/或凹陷结构11、12或者所述凸起和/或凹陷结构中的至少一个由螺旋形部(螺旋线)构成。该螺旋形部从外向内的盘旋方向，对于环9上的结构12来说相应于旋转轴或销2的旋转方向，而对于垫片7上的结构11来说相应于相反旋转方向。

因此，属于垫片7组成部分的结构11的螺旋形部的轨迹的由内向外的旋转方向与轴或销2的旋转方向相同。而对于结构12来说，方向则是相反的。

这种结构11或12除了其多层屏障功能之外，还在旋转时产生离心推离作用。

根据另一实施变型，按照结构11和/或12的分成几部分的构造，所述凸起或凹陷结构11、12或者所述凸起或凹陷结构中的至少一个由定向的一些单独叶片或定向的一些单独沟槽所形成的环状构型构成，并且其中，所述环状构型的相邻叶片或者相邻沟槽之间彼此部分重叠。

根据未专门实现推离作用的另一实用实施变型，所述凸起和/或凹陷结构11、12或者其中的至少一个由具有至少两个同心环形的凸肋或槽的结构图案构成(从而获得沿径向的相继的多个屏障)。

作为对上述结构11、12的补充或者相对于上述结构作为替换，可设置成附加环9的径向翼部10在与密封垫片7所覆盖的支承环5的径向翼部6'相面对但间隔开的所述表面10'上，具有一个或多个凸起和/或凹陷成型部16，凸起和/或凹陷成型部能在轴2、因而附加环9旋转时，在密封圈3与附加环9之间的间隙空间15中产生离心空气流(见图3B)。所述成型部16例如可具有与结构11和12(叶片、螺旋形部等)类似的形状。

也可以设置结构11、12起两种作用(屏障和产生空气流)，即结构局部地与相面对的表面进行接触。

此外，垫片7的部分7'可具有在离轴或销2不同的距离上的至少两个分开的、相同类型或者不同类型的成型部11。在变型中，环9的径向翼部10的表面10'可具有至少两个分开的、相同类型或者不同类型的、具有不同的环直径的成型部12。

为了实现动态密封，密封唇部8优选通过其配有传输(refoulement)结构的自由端的表面，通常直接贴靠到旋转轴或销2上(作为例子，参见文献FR2986598)，如图3、5和6A所示。

在变型中，该唇部8还可贴靠在附接于所述轴或销2上的元件上。

如图6B和图4所示，轴向翼部13围绕旋转轴或销2密封地贴靠在旋转轴或销上，可提供旋转轴或销的轴向有限的外轴套，轴向翼部13沿所述旋转轴或销2、超过包含支承环5的径向翼部6'的平面P'延伸，形成密封圈3的密封唇部8用的滑动支承面。

因此，在前述两个变型中，因此可设置成至少所述密封唇部8的挠性支承在轴2上或者附加环9的轴向翼部13上的部分的表面具有传输结构8'，传输结构例如在截面上具有锯齿型面，围绕密封垫片7的内周廓螺旋形地延伸。

传输结构所形成的螺旋形部8'的盘旋方向与垫片7的成型部11的盘旋方向相同。

为以附加的方式在防护构件9的上游产生动态驱离作用或者排斥作用，以及在防护构件9与通道或开口4之间通过空气循环提供有效密封，附加环9可以优选地在其径向翼部10的与密封圈7相反的或者朝外的表面上，和/或在该翼部10的外周廓上，具有众多凸起或凹陷成型部14，所述众多凸起或凹陷成型部优选在圆周上均匀地分布。

例如在图2、3和5中所示的这些成型部14能够和用于在轴或销2旋转时产生空气流、有利的是涡流，所述空气流取向成阻止外部污染物进入所述附加环9与所述通道或开口4的壁的内表面4'之间的间隙中。

如图2、3和5所示，这些成型部14可以例如由翼片构成。但是，也可以考虑单一成型部，例如螺旋形结构，其能产生排斥空气流。此外，开口或通道4的朝向外部环境的入口边缘必要时也可以具有一种有助于使产生的空气流形成或者定向的特殊构造或构形。

本发明还涉及组合前述彼此相容的两种或更多种实施方式和变型的装置1的实施方式，尽管附图中未示出。

有利地，密封垫片7由聚四氟乙烯(PTFE)制成，允许以非常小的摩擦进行滑动接触，无需任何润滑(因而适合于高转速)，支承环5由HLE类型板制成。

例如，如图所示，附加环9可由两个部分组成，这两个部分即形成轴向翼部13、紧密嵌锁在轴2上的金属环形基座(金属板)，以及形成径向翼部10、包覆成型在基座上、具有可能的优选模制而成的结构12和成型部14的塑料环形盘。

形成环5和9中每一个的板可以是用不同质量钢带机加工或者冲压而成的钢板(例如DCO4和HLE)、不锈钢板或者加防腐处理保护层的板。

当然，本发明并不局限于所述和附图所示的实施方式。尤其是在各种元件的组成方面或者通过等同技术的置换，仍可以进行一些改变，而这并不会超出本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于旋转轴或销(2)的密封装置(1)，密封装置具有密封圈(3)，密封圈固定安装在所述旋转轴或销(2)穿过的通道或开口(4)中，从而在内部环境(MI)与外部环境(ME)之间提供密封屏障，密封圈一方面由支承体、另一方面由密封垫片(7)构成，所述支承体为具有外轴向翼部(6)和径向翼部(6')的支承环的形式，所述密封垫片附接在支承环(5)上，在支承环(5)的外周廓(5')上围绕外轴向翼部(6)，并且朝待密封的旋转轴或销(2)方向、沿径向翼部(6')的朝向外部环境(ME)的表面向内延伸，以终止于延伸超过径向翼部(6')的内边缘并能滑动地支承在所述旋转轴或销(2)上的密封唇部(8)，

密封装置(1)的特征在于，

所述密封装置(1)还具有用于防止外部污染物的附加防护构件，

用于防止外部污染物的附加防护构件具有附加环，附加环与旋转轴或销(2)固连在一起，附加环相对于密封圈(3)布置在外侧上，具有径向翼部(10)，附加环的径向翼部通过与密封圈(3)的支承环(5)的径向翼部(6')配合而形成隔板式或迷宫式环形结构，

附加环的径向翼部(10)径向向外延伸，直至距所述开口(4)的通道的内表面(4')一段短距离，

附加环(9)在其径向翼部(10)的与密封圈(3)相反或朝外的表面上，和/或在附加环的径向翼部(10)的外周廓上，具有众多凸起或凹陷成型部(14)，所述众多凸起或凹陷成型部能在旋转轴或销(2)旋转时产生涡流形式的空气流，所述涡流形式的空气流取向成阻止外部污染物进入所述附加环(9)与所述通道或开口(4)的壁的内表面(4')之间的间隙中，

附加环(9)的径向翼部(10)的朝向密封圈(3)的表面(10')间断或者局部地滑动接触所述密封垫片(7)的覆盖密封圈(3)的支承环(5)的径向翼部(6')的部分(7')，

密封垫片(7)的所述部分(7')在表面上具有至少一个凸起和/或凹陷结构(11)，用以至少在低压力下接触附加环(9)的径向翼部(10)的相面对的所述表面(10')的相应的平面区域，和/或

附加环(9)的径向翼部(10)的所述表面(10')在面上具有至少一个凸起和/或凹陷结构(12)，用以至少在低压力下接触所述密封垫片(7)的覆盖支承环(5)的径向翼部(6')的所述部分(7')的相面对的表面(7”)的平面区域。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，凸起和/或凹陷结构(11，12)一方面布置在所述密封垫片(7)的所述部分(7')上，另一方面布置在附加环(9)的径向翼部(10)上，两个凸起和/或凹陷结构(11，12)定位在围绕旋转轴或销(2)处于不同距离处的分开的非重叠的环形周边区域中。

3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述凸起和/或凹陷结构(11，12)或者所述凸起和/或凹陷结构中的至少一个由螺旋形部构成。

4.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述凸起和/或凹陷结构(11，12)或者所述凸起和/或凹陷结构中的至少一个由定向的一些单独叶片或一些单独沟槽所形成的环状构型构成，其中，所述环状构型的相邻叶片或者相邻沟槽之间彼此部分重叠。

5.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，附加环(9)的径向翼部(10)在与密封垫片(7)所覆盖的支承环(5)的径向翼部(6')相面对但间隔开的所述表面(10')上，具有一个或多个凸起和/或凹陷成型部(16)，凸起和/或凹陷成型部能在附加环(9)旋转时，在密封圈(3)与附加环(9)之间的间隙空间(15)中产生离心空气流。

6.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，形成环形挡板的附加环(9)密封地安装在旋转轴或销(2)上。

7.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，附加环(9)还具有轴向翼部(13)，附加环的轴向翼部围绕旋转轴或销(2)密封地贴靠在旋转轴或销上，提供旋转轴或销的轴向有限的外轴套，附加环的轴向翼部(13)沿所述旋转轴或销(2)延伸超过包含支承环(5)的径向翼部(6')的平面(P')，形成密封圈(3)的密封唇部(8)用的滑动支承面。

8.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述众多凸起或凹陷成型部(14)在圆周上均匀地分布在所述附加环(9)的径向翼部(10)处。

9.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，至少所述密封唇部(8)的挠性支承在旋转轴或销(2)上或附加环(9)的轴向翼部(13)上的部分的表面具有传输结构(8')。

10.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，密封垫片(7)由PTFE制成；并且，支承环(5)由HLE类型板制成。

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