CN109323002A - 液力减速器的机械密封装置和液力减速器 - Google Patents

液力减速器的机械密封装置和液力减速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械密封装置，特别是减速器机械密封装置，其包括：具有第一旋转滑环和第一固定滑环的第一机械密封件，这两个滑环之间限定了第一密封间隙；附加密封件；冷却介质腔，该冷却介质腔填充有冷却介质并且延伸到第一机械密封件的密封间隙，其中，第一机械密封件将冷却介质腔相对于环境密封；冷却介质入口，用于向冷却介质腔输送冷却介质；以及冷却介质出口，用于从冷却介质腔排出冷却介质，附加密封件设置在冷却介质入口中，附加密封件设置为，当冷却介质入口中的压力上升超过冷却介质腔中的第一压力时，该附加密封件打开，并且当冷却介质入口中的第二压力小于冷却介质腔中的第一压力时，该附加密封件关闭。

Description

液力减速器的机械密封装置和液力减速器
技术领域
本发明涉及一种液力减速器的机械密封装置和一种具有机械密封装置的液力减速器。
背景技术
液力减速器在车辆的驱动器中使用，特别是用于诸如卡车或公共汽车等。在此，通过填充和排空减速器工作腔来启动或关闭减速器，该工作腔内设置有定子和与减速器轴相连的转子。工作介质是液体，通常是油或水。减速器通常用于车辆制动。为了将减速器相对于环境密封，例如可使用机械密封件。而在此出现的问题是，当减速器未运行时，也就是当减速器腔中没有液体，并且车辆例如在一个较长的时间内没有刹车时，在机械密封件上没有足够的由减速器液体所供应的润滑介质。由此可能导致机械密封件的所谓干运转，而这会导致机械密封件处产生过多的热量，并且在极端情况下可能导致机械密封件的损坏或失效。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种液力减速器的机械密封装置，其结构简单，能够简单且低成本地制造，同时使用寿命更长且机械密封失效的风险降低。此外，本发明的任务还在于提供一种机动车液力减速器，其在减速器轴处的密封得以改良且更耐用。
这种任务通过具有技术方案1所述的特征的机械密封装置以及具有技术方案12所述的特征的液力减速器实现。其他技术方案分别示出了本发明的优选实施方案。
具有技术方案1所述的特征的根据本发明的机械密封装置的优点在于，确保了机械密封装置的充分润滑。因此，即使在减速器长时间未运行时，例如在一段长时间没有刹车的高速公路驾驶中，也能够立即实现机械密封装置的充分润滑和冷却。由此，机械密封装置具有比至今为止的现有技术显著更长的使用寿命。这通过确保在机械密封装置的密封间隙附近存在足够量的液体冷却介质和/或润滑介质来实现。在下文中将统一使用术语“冷却介质”，术语“冷却介质”是指既具有冷却性能又具有润滑性质的介质。因此，冷却介质既负责机械密封装置的冷却又负责机械密封装置的滑动面区域的必要润滑。冷却介质优选为油。根据本发明，设置有冷却介质腔，其在减速器的每个运转状态下填充有冷却介质，以此为机械密封装置的密封间隙提供冷却介质。在此，根据本发明的减速器的机械密封装置包括第一机械密封件，该第一机械密封件具有旋转滑环和固定滑环，这两个滑环之间限定了密封间隙。此外，机械密封装置包括附加密封件，即第二密封件，以及包括冷却介质腔，该冷却介质腔填充有冷却介质，并且延伸到第一机械密封件的密封间隙。第一机械密封件在此将冷却介质腔相对于环境区域密封。此外，设置进入冷却介质腔的冷却介质入口和从冷却介质腔出来的冷却介质出口。冷却介质入口用于输入冷却介质，并用于连接冷却介质腔和减速器工作腔。冷却介质出口用于从冷却介质腔排出冷却介质。附加密封件在此设置在冷却介质入口中，并将冷却介质腔相对于例如减速器工作腔密封。在此，该附加密封件设置为，当冷却介质入口中的压力升高，即例如减速器工作腔中的压力升高，超过冷却介质腔中的第一压力P1时，附加密封件打开，从而使来自减速器工作腔的冷却介质经由冷却介质入口进入冷却介质腔。附加密封件还设置为，当冷却介质入口中的压力小于冷却介质腔中的第一压力P1时，附加密封件关闭，并由此将冷却介质腔与冷却介质入口分隔开。
因此，通过与第一机械密封件的密封间隙相邻地设置冷却介质腔，该冷却介质腔在每个运转状态下都填充有冷却介质，可以确保通过冷却介质对密封间隙的充分润滑，从而能够显著延长例如减速器的机械密封装置的使用寿命。此外，通过在减速器运行期间更换冷却介质腔中的冷却介质，即当减速器工作腔中的压力大于冷却介质腔中的压力时更换冷却介质腔中的冷却介质，也可以实现机械密封装置的充分散热。
优选的是，在冷却介质出口中设置闭合元件，用以释放和关闭冷却介质出口。由此可以确保冷却介质腔中保留有足够量的冷却介质。
闭合元件特别优选为压力控制的止回阀。由此，一旦冷却介质腔中的第一压力P1高于打开止回阀所需的预定压力，就能够自动打开止回阀。这种止回阀非常便宜，并能够确保冷却介质出口的可靠的释放和关闭。
如果附加密封件优选是唇形密封件，就可以提供特别低成本且简单的机械密封装置。唇形密封件优选由弹性材料制成，优选由弹性塑料制成，其能够低成本地制备且非常可靠。在此，除了密封功能之外，唇形密封件还具有阀功能，这是因为当冷却介质腔外部的压力升高时，唇形密封件从该唇形密封件的密封唇所抵靠的密封面抬起，并由此建立与冷却介质腔的连通。唇形密封件优选具有一个密封唇，唇形密封件通过该密封唇抵靠并密封密封面。唇形密封件则通过其弹性变形开启，由此实现从密封面的抬起。
特别优选的是，唇形密封件密封旋转滑环的外周区域。由此能够实现特别紧凑且节省空间的构造。
根据本发明的另一个优选实施方案，附加密封件为第二机械密封件。该第二机械密封件具有可轴向移动的滑环。由此，可以通过该可轴向移动的滑环的轴向移动来增大密封间隙，从而能够打开第二机械密封件。特别优选的是，该可轴向移动的滑环是第二机械密封件的固定滑环。
若第一机械密封件的第一旋转滑环和第二机械密封件的第二旋转滑环集成在单个共有部件中，就可以实现特别紧凑和简单的构造。该共有部件则具有用于第一机械密封件的第一滑动面和用于第二机械密封件的第二滑动面。在两个滑动面之间优选设置缺口，例如凹槽或类似部件，用于分隔两个滑动面。
特别优选的是，第一和第二机械密封件的两个滑动面设置在共有部件的同一侧上。
此外，优选的是，第二机械密封件的可轴向移动的滑环具有朝向冷却介质入口并同时指向轴向的密封面，这样当冷却介质腔外部的压力比冷却介质腔自身中更高时，可轴向移动的滑环发生轴向移动。由此，第二机械密封件的开启可以通过可轴向移动的滑环上的一个表面自动实现。在此，该表面可以垂直于机械密封件的轴向或与轴向成锐角。第二机械密封件的开启特性在此可以通过选择可轴向移动的滑环上的控制面的大小来确定。特别优选的是，该控制面由可轴向移动的滑环上的肩部提供。
此外，优选的是，冷却介质腔设置在截面成C形的壳体部件中。这使机械密封装置能够作为预组装组件提供，并因此能够例如作为供应部件供应，例如用于安装在减速器中。
此外，优选的是，机械密封装置的第一机械密封件和第二机械密封件在轴向上排列为所谓的串联密封。
此外，本发明涉及一种液力减速器，其包括减速器轴、定子、转子、减速器壳体和根据本发明的机械密封装置。优选的是，机械密封装置沿轴向紧邻液力减速器设置，并直接密封减速器轴。
附图说明
以下将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中：
图1示出了具有根据本发明的第一实施例的机械密封装置的液力减速器的截面示意图，其中，该减速器未运行；
图2示出了图1中的减速器的机械密封装置的截面示意图，其中，该减速器正在运行；
图3示出了根据本发明的第二实施例的液力减速器的机械密封装置的截面示意图，其中，该减速器未运行；以及
图4示出了图3中的机械密封装置的截面示意图，其中，减速器正在运行。
附图标记说明
1 机械密封装置
2 第一机械密封件
3 旋转滑环
4 固定滑环
5 密封间隙
6 附加密封件
7 冷却介质腔
8 冷却介质入口
9 冷却介质出口
10 闭合元件/止回阀
11 减速器
12 减速器轴
13 定子
14 转子
15 减速器壳体
16 减速器工作腔
17 轴承
18 轴肩
19 间隙
20 第一偏置元件
21 机械密封装置的壳体
22 O形环
23 O形环
24 套筒
30 环境
31 环境密封件
32 旋转滑环的径向外周
33 第一旋转滑环3的第一滑动面
60 第二机械密封件
61 固定滑环
61a 控制面
62 第二偏置元件
63 旋转滑环的第二滑动面
64 第二固定滑环的滑动面
65 密封间隙
66 唇形密封件
66a 密封唇
A 第二固定滑环61的轴向移动
B 冷却介质流入和流出冷却介质腔
C 密封唇的移动
P0 减速器未运行时减速器工作腔中的压力
P1 冷却介质腔中的压力
P2 减速器运行时减速器工作腔中的压力
X-X 机械密封装置的轴向
α 控制面61a的角度
具体实施方式
以下参照图1和图2详细说明根据本发明的第一优选实施例的机械密封装置1和液力减速器11。
图1示出了减速器11的截面视图，其包括减速器轴12，定子13，转子14和减速器壳体15。该减速器壳体15包围减速器工作腔16。定子13在此固定在减速器壳体15上。转子14连接到减速器轴12。附图标记17表示安装有减速器轴12的轴承(悬臂支撑)。
液力减速器例如用在车辆中，特别是用于诸如卡车或公共汽车等。在此，通过用液体(例如油)填充减速器工作腔16来执行减速器的制动工作，即转换成热量。在制动操作成功之后，再将液体从减速器工作腔16排出。
现在用根据本发明的机械密封装置1密封减速器轴12。在此，减速器轴12具有轴肩18，机械密封装置1安装在该轴肩上。
机械密封装置1包括具有第一旋转滑环3(对置环)和第一固定滑环4的第一机械密封件2，这两个滑环之间限定了密封间隙5。在此，机械密封装置1将减速器工作腔16相对于环境30密封。
机械密封装置1还包括附加密封件6，该附加密封件在该实施例中设计为第二机械密封件60。第二机械密封件60包括第二固定滑环61，其中，第一机械密封件2的旋转滑环3还为第二机械密封件60提供第二旋转滑环的滑动面63。从图1中可以看出，第一和第二机械密封件2、60的旋转滑环集成在共同的部件(由附图标记3表示)中。因此，旋转滑环3具有两个滑动面，即用于第一机械密封件2的第一滑动面33和用于第二机械密封件60的第二滑动面63。
此外，第一机械密封装置1包括冷却介质腔7。该冷却介质腔7设置为，用于持续地，即在减速器的每个运行状态中向第一机械密封件2供应冷却介质，该冷却介质也用作润滑介质。其优点在于，可以确保在第一和第二机械密封件2、60上始终存在冷却介质，以便润滑和冷却该机械密封件。
冷却介质腔7设置在第一机械密封件2的壳体21内部。该壳体21具有大致成C形的横截面，在其内部形成冷却介质腔7。冷却介质腔7设置有冷却介质入口8和冷却介质出口9，该冷却介质入口具有新鲜冷却介质的输送区域，在该实施例中，新鲜冷却介质直接来自减速器工作腔16。
从图1中可以看出，冷却介质出口9直接设置在壳体21中。在此，在冷却介质出口9中以自动打开的止回阀的形式设置有闭合元件10。一旦冷却介质腔7中的第一压力P1大于流动方向(箭头B)上止回阀之后的区域中的压力，止回阀就打开(见图2)。
第一机械密封件2还包括第一偏置元件20，该第一偏置元件沿轴向X-X向第一固定滑环4施加偏压，特别是施加大约100N。此外，在第一固定滑环4上设置有O形环22用于机械密封装置的壳体21处的密封。
第二偏置元件62设置在第二机械密封件60上的第二固定滑环61上，以在轴向X-X上提供该第二机械密封件的第二固定滑环61的偏置。
因此，在该实施例中，第二机械密封件60由旋转滑环3的一部分提供，该部分包括用于第一机械密封件2的第一滑动面33和用于第二机械密封件60的第二滑动面63。此外，第二机械密封件60在第二固定滑环61上具有滑动面64，从而形成滑动面64和第二机械密封件60的滑动面63之间的密封间隙65。
如图1中还可以看出，固定滑环61上设置有控制面61a。该控制面61a由固定滑环61上的肩部形成。控制面61a在此朝向冷却介质入口8，并由此与减速器工作腔16相连。控制面61a设置为与第二机械密封件60的密封间隙65成锐角α，优选成45°。由此实现了，冷却介质入口8中的压力可以通过倾斜的控制面61a向固定滑环61施加部分轴向力。
第二机械密封件60的固定滑环61通过O形环23相对于机械密封装置1的壳体21密封。
此外，环境密封件31设置为弹性密封件形式，其设置在机械密封装置1的壳体21上，并且实现了壳体21和减速器轴12之间的间隙相对于环境30的密封。
根据本发明的第一实施例的机械密封装置1的功能如下。在运转状态下，即当减速器11启动时，液体被输送到减速器工作腔16中且减速器执行制动工作，减速器工作腔16中的压力从图1中的压力P0升高到图2中的压力P2。在此，减速器工作腔16中的压力P0在减速器不工作的情况下小于冷却介质腔7中的第一压力P1。现在，当减速器工作腔16中的压力升高到超过第一压力P1时，第二机械密封件60的固定滑环61的轴向运动是可能的。在此，在减速器工作腔16中的升高的压力P2(见图2)向固定滑环61上的控制面61a施加作用在轴向上的力A，从而使固定滑环61对抗第二偏置元件62的偏置力而在轴向X-X上移动。由此，第二机械密封件60的密封间隙65增大，从而使介质能够如由图2中的箭头B所示，从减速器工作腔16流入冷却介质腔7。由此，冷却介质腔7中的压力也升高，从一个特定的压力水平起，冷却介质出口9中的止回阀形式的闭合元件10打开，从而将冷却介质从减速器工作腔16经由冷却介质腔7输送回冷却介质储存器。由此也实现了第一机械密封装置1的冷却。
若减速器11不再工作，则液体从减速器工作腔16排出，从而使减速器工作腔16中的压力又降到压力P0并排空该减速器工作腔。然后，第二偏置元件62如图1中箭头F2所示，又将固定滑环61推回起始位置。由于冷却介质腔7中的压力下降，闭合元件10也通过弹簧负载自动关闭。
这确保了，即使在减速器11不运转的情况下，也总是在冷却介质腔7中存在足够的冷却介质，该冷却介质腔通过闭合元件10和第二机械密封件60以及第一机械密封件2封闭。因此，特别是可以防止第一机械密封件2的干燥情况，机械密封装置1由此可以具有显著更长的使用寿命。在此，除了密封冷却介质腔7的密封功能之外，第二机械密封件60还具有阀功能，用于加宽第二机械密封件60的密封间隙65，从而能够在减速器运转期间使足够量的冷却介质流入冷却介质腔7。特别是，当在减速器上使用时，根据本发明的机械密封装置1可以因此确保在减速器启动时的可靠密封，而没有单独的冷却介质输送。
应当注意的是，通过调节第二偏置元件62的偏置力或选择第二机械密封件60的固定滑环61上的控制面61a的大小，可以在减速器工作腔16中发生变化时调节第二机械密封件的开启特性。
图3和图4示出了根据本发明第二实施例的机械密封装置1，其中相同或功能相同的部件用相同的附图标记表示。
在第二实施例中，机械密封装置1具有唇形密封件66代替第二机械密封件作为附加密封件。该唇形密封件66由弹性材料制成，并具有密封唇66a，该密封唇密封第一机械密封件2的旋转滑环3的径向外周。在此，图3再次示出了附加密封件的密封状态，因此冷却介质腔7填充有冷却介质并且被密封，以确保第一机械密封件2的润滑。唇形密封件66优选由弹性材料制成。
从图3中还可以看出，第一机械密封件2包括套筒24，该套筒设置在第一机械密封件2的固定滑环4上，并且第一偏置元件20的偏置力通过该套筒传递到固定滑环4。
现在，当减速器工作腔16中的压力从图3所示的初始压力P0开始(减速器不具有冷却介质或工作介质)，通过冷却介质的输送升高到压力P2(图4)时，唇形密封件66弹性变形，从而使密封唇66a从旋转滑环3的径向外周32上抬起。由此实现了冷却介质从减速器工作腔16向冷却介质腔7的流动，如图4中箭头B所示。唇形密封件66的弹性变形在图4中由箭头C示出。第二实施例可以特别经济地制备，因为可以使用廉价的唇形密封件66代替第二机械密封件。如图3和图4所示，唇形密封件66通过附加构件与冷却介质腔7的外壳21相连接。因此，唇形密封件66又具有阀功能和密封功能，从而使冷却介质腔7中总是存在足够量的冷却介质，特别是用于润滑第一机械密封件2的冷却介质。
以上在液力减速器的背景下描述了本发明。然而应该注意的是，根据本发明的机械密封装置1也可以用在具有旋转轴和液体的其他设备上，例如泵。

Claims (14)

1.一种机械密封装置，特别是减速器机械密封装置，其包括：
-第一机械密封件(2)，其具有第一旋转滑环(3)和第一固定滑环(4)，所述第一旋转滑环(3)和所述第一固定滑环(4)之间限定了第一密封间隙(5)，
-附加密封件(6)，
-冷却介质腔(7)，其填充有冷却介质并且延伸到所述第一机械密封件(2)的所述密封间隙，
-其中，所述第一机械密封件(2)将所述冷却介质腔相对于环境密封，
-冷却介质入口(8)，用于向所述冷却介质腔(7)输送冷却介质，以及
-冷却介质出口(9)，用于从所述冷却介质腔(7)排出冷却介质，
-其中，所述附加密封件(6)设置在所述冷却介质入口(8)中，并且
-其中，所述附加密封件(6)设置为，当所述冷却介质入口(8)中的压力上升超过所述冷却介质腔(7)中的第一压力(P1)时，所述附加密封件打开，并且当所述冷却介质入口(8)中的第二压力(P0)小于所述冷却介质腔中的所述第一压力(P1)时，所述附加密封件关闭。
2.根据权利要求1所述的机械密封装置，其中，在所述冷却介质出口(9)中设置有闭合元件(10)，用于释放和关闭所述冷却介质出口(9)。
3.根据权利要求2所述的机械密封装置，其中，所述闭合元件(10)是止回阀。
4.根据前述权利要求的任一项所述的机械密封装置，其中，所述附加密封件(6)是唇形密封件(66)。
5.根据权利要求4所述的机械密封装置，其中，所述唇形密封件(66)具有密封唇(66a)，并且其中，所述唇形密封件以所述密封唇密封所述旋转滑环(3)的外周区域(32)。
6.根据权利要求1至3的任一项所述的机械密封装置，其中，所述附加密封件(6)是第二机械密封件(60)，其具有能轴向移动的滑环。
7.根据权利要求6所述的机械密封装置，其中，所述能轴向移动的滑环是所述第二机械密封件(60)的第二固定滑环(61)。
8.根据权利要求7所述的机械密封装置，其中，所述第一机械密封件(2)的所述第一旋转滑环(3)和所述第二机械密封件(60)的所述第二旋转滑环集成在单个共同部件中，所述共同部件具有第一滑动面(33)和第二滑动面(63)。
9.根据权利要求8所述的机械密封装置，其中，所述第一滑动面(33)和所述第二滑动面(63)设置在所述共同部件的同一侧上。
10.根据权利要求6至9的任一项所述的机械密封装置，其中，所述能轴向移动的滑环具有朝向所述冷却介质入口(8)且指向轴向(X-X)的控制面(61a)，这样当所述冷却介质入口(8)中的压力大于所述冷却介质腔(7)中的第一压力(P1)时，所述能轴向移动的滑环发生轴向移动(A)。
11.根据前述权利要求的任一项所述的机械密封装置，其中，所述冷却介质腔(7)设置在截面成C形的壳体(21)中。
12.一种液力减速器，其包括减速器轴(12)、定子(13)、转子(14)、减速器壳体(15)和根据前述权利要求的任一项所述的机械密封装置。
13.根据权利要求12所述的液力减速器，其中，所述机械密封装置直接密封所述减速器轴(12)。
14.根据权利要求12或13所述的液力减速器，其还包括环境密封件(31)，特别是弹性塑料环境密封件，所述环境密封件密封所述机械密封装置(1)和所述减速器轴(12)之间。
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