CN110914580A - 具有腔室的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液压密封可以平移或旋转相对移动相对于彼此移动的组件的密封面的密封装置，所述装置具有坚固的弹性密封装置密封体(1)，其具有至少一个滑动表面(10)，所述至少一个滑动表面(10)被分配给所述组件中的一个的至少一个密封面，多个腔室(2a、2b；22)形成在所述至少一个滑动面(10)中，所述腔室具有朝向所述滑动面(10)彼此分隔开的闭合轮廓。所述腔室(2；2a、2b；22)的所述轮廓具有在轮廓纵向(X)上的较长尺寸(x)以及在轮廓横向(Y)上的较短尺寸(y)。

Description

具有腔室的密封装置

技术领域

本发明涉及一种用于液压密封在组件上的密封表面的密封装置。

背景技术

在相关技术中，已知例如，在线性旋转或移动的同时针对液体密封壳体中的轴或活塞的密封件。

在密封件的滑动表面与组件或机器部分的待密封的表面之间存在有在干燥状态下较高且在被液体润湿表面的状态下减小的静摩擦和滑动摩擦的摩擦力。已知在操作液体积聚的密封件处提供凹入的腔室。当在适当对齐的压力下时，接收操作液体的这种润滑袋释放积聚的操作液体中的一部分，从而在表面之间产生作为动态密封件的流体静力润滑膜。随后，在静态密封期间，润滑膜再次积聚在腔室中。

而且，腔室导致了在密封件与待密封的表面之间的表面接触的整体表面减小，由此降低了摩擦力的粘附分量。结果，可以降低在密封件与机器部分之间的静摩擦和滑动摩擦。

另外，可以改善密封效果，这是因为操作液体必须经由从密封件的一端到另一端，或者更确切地说，是在密封唇口之间的密封拉伸来通过在其之间具有压力差的部分。

从DE10120403B4已知一种密封体，优选为具有微凹槽的密封卡圈。在作为密封卡圈的一种实施方式中，该密封体包括径向循环的微凹槽，其延伸超过密封唇口的端部并且针对液体或气体介质密封在组件的两个相邻表面之间的间隙。微凹槽通过根据由移动引起的压力降低摩擦力来增加了抗摩擦性能。由此降低了静摩擦和滑动摩擦，并且静摩擦的水平接近滑动摩擦的水平。

EP1611380B1公开了一种基于具有改善的耐磨损性的带凹槽的环形杆密封件的密封布置。一个从属的替代方面描述了采用半球形帽状物或球形帽形状的微结构，其改善了在可以布置在内表面处的杆处的U形杯的抗摩擦性能。由此没有明显的关于提供具有半球形帽状物的微结构的进一步的结构细节。

然而，在具有循环微凹槽的结构中，润滑膜累积流体静力压力的能力易于受到损坏，诸如刮擦，其可能是由来自周围的操作液体的杂质颗粒在微凹槽处的接触表面之间引起的。在任何位置，诸如横向通过相邻凹槽的刮擦或切口处的局部泄露部位因此导致总压力在每个相关的凹槽中下降。结果，在受影响的凹槽的周围区域中不会产生流体静力润滑膜，并且摩擦力可以增加。

在另一方面，所提及的具有半球形帽状物的结构具有以下缺点：其具有腔室的凹入表面与腔室深度的固定比率。因此，具有半球形帽状物的结构可以具有腔室的凸起和凹入的表面部分与深度的比例的比率，这对于具体的应用来说是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有腔室的密封装置，该腔室的流体静力润滑膜的加压更能抵抗局部损坏，特别是由杂质颗粒引起的刮擦。

本发明的另一个目的是提供一种具有腔室的密封装置，该腔室的结构允许针对凸起和凹入部分与深度的表面比率对应用进行优化。

这些目的是通过具有权利要求1的特征的密封装置来解决的。

特别地，用于液压密封在组件上的密封表面的本发明的密封装置的特征在于以下事实：腔室的轮廓在轮廓纵向上具有较长尺寸，并且在轮廓横向上具有较短尺寸。

本发明首次提供了一种作为液压密封件的密封装置，其允许相关于凸起区域、凹入区域和凹入深度对应用进行几何优化，并且其在整个接触表面累积流体静力压力的能力对局部刮擦具有相对抗性且跨越了相邻腔室。因此，可以有利地确保提供流体静力润滑膜的有效且持久的功能。

此外，相应轮廓的较长尺寸和较短尺寸的尺寸度量允许改善应用特定的相对移动方向。因此，与具有半球形帽状物的结构相比，可以根据方向设置在密封装置与待密封的表面之间的滑动性能。

从属权利要求的目的是提供本发明有利的另外的实施例。

根据本发明的一个方面，腔室可以具有椭圆形轮廓。

与半球形帽状物相比，在操作液体被污染的情况下，腔室的椭圆形状实现了更好地接收颗粒物质，这是因为具有横向于相对移动方向的更大的延伸。然而，与凹槽结构相比，椭圆形腔室的闭合轮廓确保了在密封体与组件之间发生位移或在那两个摩擦配对件中的一个中发生刮擦的情况下的流体静力润滑膜的可靠累积。

根据本发明的一个方面，腔室可以在相关于轮廓横向的组件中的一个的相对移动方向上对齐。

通过在相对移动方向上对齐较短尺寸，使得结构更加灵敏。此外，由于在相对移动的影响下进一步倾斜的毗邻脊的更陡的倾斜，增加了流体静力加压的响应。

根据本发明的一个方面，在轮廓横向上彼此相邻的腔室可以被构造为在轮廓纵向上在滑动表面中彼此偏离。

偏离布置增加了每个表面的腔室密度，即，凹入表面与未处理的凸起表面的表面比率。同时，与椭圆形轮廓相结合，可以在移动方向上提供更大的腔室相交，这进一步减少了密封体的滑动表面的空运行区域的出现。此外，通过使相邻的腔室偏离，提高了结构，即，滑动表面在轮廓纵向上的中央部分中的凸起的脊状表面部分的稳定性。

根据本发明的一个方面，密封体可以具有旋转对称的形状，并且至少一个滑动表面可以形成密封体的侧表面。

以这种方式，可以实现用于组件之间的旋转相对移动的本发明的密封装置。也可以实现一种用于在组件，例如，壳体与活塞之间的平移性相对移动的密封套。

根据本发明的一个方面，所有腔室可以具有共同的轮廓纵向，其相关于旋转对称的密封体的中心轴线以螺旋形状延伸。

当腔室的横向具有固定尺寸时，腔室的这种布置可以使凹入表面与未处理的滑动表面的表面比率最大化。

根据本发明的一个替代方面，多个径向循环的轮廓纵向可以沿着旋转对称的密封体的中心轴线设置，并且腔室可以沿着轮廓纵向径向分布。

腔室的这种布置也可以使凹入表面与未处理的滑动表面的表面比率最大化。

根据本发明的另一个方面，腔室可以在轮廓的对齐方面彼此不同。

在椭圆腔室中的作为整体的轮廓对齐允许，例如，改善的非线性移动的磨损，或减缓对摩擦力的粘合分量和滞后分量所导致的基于速度的振动刺激的共振，如稍后将解释的。

根据本发明的一个方面，密封装置可以具有至少两个不同组的腔室，所述腔室在轮廓对齐方面相同。

作为整体地减少腔室轮廓的各种选定的对齐减少了结构图案的复杂性以及密封装置或用于模制过程的相应模具的制造的复杂性。

根据本发明的一个方面，腔室可以相关于轮廓的尺寸而彼此不同。

通过使用腔室的不同大小和相应深度，可以实现剩余滑动表面相关于在密封体的磨损深度的磨损过程或大小。因此，可以提供具有至较小深度的完整的、较小腔室的初级磨损阶段，以及由于较大腔室的剩余的较深部分的具有应急运行能力的次级磨损阶段。

另外，通过提供不同大小的腔室，可以相关于静摩擦或滑动摩擦来精确地影响和设置在方向变化处或在相对移动的速度范围处的流体静力加压的所产生的行为。

根据本发明的一个方面，密封装置可以具有至少两个不同组的腔室，其具有相同的轮廓尺寸。

减少轮廓的各种选定的大小减少了结构图案的复杂性以及密封装置或用于模制过程的相应模具的制造的复杂性。

根据本发明的一个方面，腔室可以具有相关于滑动表面的为10至40μm的深度。

在所提到的范围内，可以有利地设置腔室的深度，使得对于不同的应用领域，特别是不同的液体介质具有毛细作用。

根据本发明的一个方面，在腔室的轮廓横向上的较短尺寸可以具有为15至200μm的最大尺寸。

在所提到的范围内，也可以以优化的方式设置由于接收的体积而导致的流体静力润滑膜的触发行为。

根据本发明的一个方面，在轮廓纵向上的较长尺寸与在轮廓横向上的较短尺寸的比率可以是3至6的值。

根据本发明的一个方面，腔室的轮廓可以在至滑动表面的过渡边缘处倒圆。在腔室和滑动表面之间的这种圆形形状对于在负载情况下的滑动行为，以及在制造过程期间从模具移除密封体时都是有利的。

在该尺寸比率范围内，借助于模拟和测试确定了相关于面向应用的表面粗糙度和滑动速度的范围的优选动态密封性能。

附图说明

下面参考附图中的示例性实施例更详细地解释本发明。其中：

图1是具有形成至密封体的滑动表面的椭圆轮廓的彼此偏离的腔室的结构图案；

图2是具有两组大小不同的椭圆腔室的规则布置的结构图案；

图3A是以横截面平面图示出的具有不同对齐的轮廓和不同大小的腔室的结构图案；

图3B是沿图3A的结构图案的线A-A截取的横截面视图；以及

图4是旋转对称的密封体上的结构图案，其中所有腔室是沿着共同的螺旋形轮廓纵向或垂直于密封体的中心轴线平行布置的。

具体实施方式

下面，参考图1描述密封装置的第一实施例。

通常，本发明的密封装置密封两个可相对于彼此移动的组件之间的间隙，例如活塞或轴和通孔，以防止液体泄漏。在本发明中，密封表面是指组件的表面，在该表面上，旨在提供密封件，且为此目的，该表面面向密封装置且被分配给该密封装置。

图1以剖视图示出了密封体1的部分。密封体1包括滑动表面10，其与组件(未示出)，例如，活塞或轴等的待密封的表面接触，以密封液体输送或流体输送区域。当组件是移动组件时，密封体1，例如，以这样的对齐方式进行安装，使得组件的待密封的表面朝向密封体1的滑动表面10的相对移动在所示的方向上延伸。

在滑动表面10内形成了一种结构，特别是具有腔室2的微结构，该腔室用于以周围的操作液体朝向组件的待密封的表面生成流体静力润滑膜。更精确地，腔室2经由滑动表面10与待密封的表面之间的密封间隙吸收要密封以防止泄漏的操作液体。所接收的操作液体由于其毛细作用而存储或保持在腔室中。

腔室结构在铸造模具(未示出)中是互补的。具有微结构的密封体1是在模制工具中模制的，即在一次成型过程中制造的，其中腔室2是在模制期间由铸造模具中的相应旋钮状突起提供的。

密封体1是由粘塑性材料，例如，具有硬度的弹性体制成的，当使用肖氏A单位的测量方法时，该硬度具有小于100，优选为小于90的值，例如，在50至85单位之间的值或参考材料的硬度以等效测量方法测得的类似值。当垂直于滑动表面10的平面的方向分量由于组件(未示出)的移动在腔室2上施加压力时，或剪切力由于静摩擦或滑动摩擦而作用在腔室2之间的密封体1的剩余部分或脊上的滑动表面10的平面方向中时，腔室2变形。

该变形导致腔室2的体积减小，由此将毛细作用保持的操作液体中的一部分释放到滑动表面10与组件的待密封表面之间的密封间隙中。由于未改变的或局部减小的间隙尺寸，流体静力润滑膜与释放的操作液体一起在滑动表面10与待密封的表面之间生成。局部较高的压力提供了腔室2的部分较大的结构变形以及保持在其中的操作液体的相应较高的体积释放，这有助于润滑膜的加压。在移动之后，腔室2再次从其可逆的原始形状的较大体积中的密封间隙吸收操作液体，这转而导致流体静力压力再次下降并且导致润滑膜或其暂时的增加量再次减小。

流体静力润滑膜降低了在密封体1和组件之间的静摩擦和滑动摩擦，这使得本发明的密封装置特别适于在对于耐久性和操作可靠性来说易运行性或高耐磨损性是优选的应用中的液压密封可线性移动或旋转的组件。

腔室2具有细长的形状，其具有较长的尺寸x和较短的尺寸y，该腔室的功能布置则均匀地对齐。在图1中所示的实施例包括腔室2，其中空部分是以椭圆形半球的形状进行构造的，如可以在滑动表面10处的轮廓中可以看到的，其表示椭圆形状。微结构的所有腔室2被布置成使得其在共同的轮廓纵向X和共同的轮廓横向Y上相关于与其横向地延伸的较长尺寸x和较短尺寸y进行对齐。有利的是，腔室2的布置进行对齐，使得组件的相对移动方向垂直于共同的轮廓纵向X，即，在共同的轮廓横向Y中延伸。因此，使用相关于箭头B所示的方向分量的更灵敏的变形行为，以便由于从变形的腔室2释放出操作液体而实现更好的流体静力加压响应。

通过以偏离的方式布置相邻的腔室2，实现了在滑动表面10上的腔室2的更高密度以及其间剩余部分或脊的更一致的强度。

图2示出了腔室2的结构的第二实施例，其中腔室2被分成大椭圆形腔室2a和小椭圆形腔室2b的两个不同的组。两组的大腔室2a和小腔室2b转而又彼此偏离并且相继地交替布置，以使得相关于大腔室2a组和小腔室2b组形成平行的行，在两组的共同的腔室纵向X的方向以及两组的共同的腔室横向Y的方向上均是如此。

通过提供具有不同大小的腔室2a、2b并且由于由此产生的相应中空部分的变性性能，可以以针对该应用优化的方式设置流体静力润滑膜相关于静摩擦和/或滑动摩擦的响应。此外，如在图3B中可以看到的，可以基于腔室的分布和深度提供随着密封体的磨损深度增加，滑动表面10大小变化及其摩擦的进程。

作为所示结构图案的替代方案，可以提供两组以上的不同腔室大小以及不同腔室2的不同布置或阵列。

在图3中示出了结构图案的第三实施例，其包括不同的腔室大小和深度，以及椭圆形轮廓相对于相应轮廓纵向和轮廓横向的不同对齐。第三实施例的结构图案使得能够相关于待密封的组件的表面粗糙度进行优化。

作用在密封体1的滑动表面10上的摩擦力可以细分为粘附分量和滞后分量。还影响静摩擦的粘附分量可以归因于在弹性体与组件之间的粘合剂结合的静态形成和破裂，并且取决于在腔室2之间的剩余滑动表面10的表面大小。摩擦力的滞后分量是由伴随能量消散的弹性体的变形而引起的。与在密封装置的滑动表面10处的局部变形的穿透深度或幅度，以及由局部变形的发生频率或频率引起的相对移动的速度有关的组件的待密封表面的表面粗糙度会在接触表面产生应力和松弛。

这样的一个说明性极端情况是在横向于相对移动延伸的组件的待密封的表面中的边缘或任何其他突起。将这样的反向轮廓短暂地浸入腔室中涉及在椭圆形腔室的轮廓横向上比在轮廓纵向上进行更陡峭的插入，这随后可能导致更大的摩擦力以及针对剪下的轮廓边缘的点的增加的磨损。轮廓横向和相对移动之间的角度实现了将反向轮廓更平滑地插入和抽出腔室的椭圆形轮廓。

相关于待密封的组件的相对移动，具有采用不同对齐的椭圆形轮廓的所示结构图案实现了对在剩余的滑动表面10处的应力和松弛的局部弹性响应分布，其可以设置为特定于应用的参数的操作范围。

在第二和第三实施例的替代改进方案中，腔室的结构图案可以由轮廓的不同大小和不同对齐组成。

图4示出了在旋转对称或圆柱形密封体1上的结构图案的第四实施例。在该实施例中，腔室22的较短尺寸y在几乎整个较长尺寸x上是恒定的。因此，滑动表面10上的形状是长方形的，而不是如在第一和第二实施例中的椭圆形。所有腔室22具有相同的较短尺寸y并且在共同的螺旋形轮廓纵向X上相继布置在密封体1的侧形滑动表面10上。因此，生成了与由分段划分的螺纹相当的结构图案，每个腔室22的分隔脊的轮廓横向Y对应于螺纹螺栓的外螺纹。因此，共同的轮廓纵向X不正交于密封体1的中心轴线延伸，而是具有与螺纹角相对应的可忽略的倾斜度。

替代地，所示出的布置也可以倒置，使得具有腔室22的滑动表面10被布置在旋转对称的密封体1的内侧表面处，并且待密封的表面被布置在圆柱形组件的外侧表面处。

在图4的第四实施例的替代改进方案中，所有腔室22都是相关于其垂直于密封体1的中心轴线的轮廓纵向X进行布置的，即，使轮廓横向朝向组件的相对移动进行布置而布置。因此，生成一种结构图案，其中腔室22的环形走向沿着密封体1的中心轴线平行地彼此相邻。

可以个别地且不同地选择各个腔室22的较长尺寸x。例如，类似于第二实施例，连续的腔室22可以被构造为在轮廓纵向X上具有不同尺寸x的组，以便由于不同的长宽比实现不同的变形行为，从而可以设置流体静力润滑膜相关于针对特定应用整体优化的静摩擦和/或滑动摩擦的响应。

与图4的图示相反，第四实施例的结构图案及其替代改进方案也可以用在轮廓横向Y上具有不同尺寸和不同对齐的各组腔室22实现；位于其间的不同部分或脊因此实现了不同的变形行为。另外，第三实施例的结构外观及其替代改进方案可以用具有相同或不同大小的椭圆形轮廓的腔室2，而不是腔室22或采用细长孔的形状的腔室22与椭圆形腔室2的组合来实现。

相反地，第一实施例和第二实施例的结构图案可以用采用细长孔形状或与其相组合的腔室22来实施。

Claims (15)

1.一种用于液压密封在能以平移或旋转相对移动相对于彼此移动的组件上的表面的密封装置，其包括：

粘塑性密封体(1)，所述粘塑性密封体(1)具有至少一个滑动表面(10)，所述至少一个滑动表面(10)被分配给所述组件中的一个的至少一个密封表面；其中，

在所述至少一个滑动表面(10)中形成有具有闭合轮廓的多个腔室(2；2a、2b；22)，所述多个腔室(2；2a、2b；22)相关于所述滑动表面(10)彼此分离；

其特征在于，

所述腔室(2；2a、2b；22)的所述轮廓具有在轮廓纵向(X)上的较长尺寸(x)以及在轮廓横向(Y)上的较短尺寸(y)。

2.根据权利要求1所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b)具有椭圆形轮廓。

3.根据权利要求2所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b；22)在相关于所述轮廓横向(Y)的所述组件中的一个的相对移动方向上对齐。

4.根据权利要求3所述的密封装置，在所述轮廓横向(Y)上彼此相邻的腔室(2；2a、2b；22)被构造为在所述轮廓纵向(X)上在所述滑动表面(10)中彼此偏离。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的密封装置，所述密封体(1)具有旋转对称的形状，并且所述至少一个滑动表面(10)形成所述密封体(1)的侧表面。

6.根据权利要求5所述的密封装置，所有所述腔室(22)具有共同的轮廓纵向(X)，其相关于所述旋转对称的密封体(1)的中心轴线以螺旋形状延伸。

7.根据权利要求5所述的密封装置，多个径向循环的轮廓纵向(X)沿着所述旋转对称的密封体(1)的中心轴线布置，并且所述腔室(22)是沿着所述轮廓纵向(X)径向分布而形成的。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b；22)在所述轮廓的对齐方面彼此不同。

9.根据权利要求8所述的密封装置，所述密封装置具有至少两个不同组的腔室(2；2a、2b；22)，所述腔室(2；2a、2b；22)在所述轮廓的对齐方面相同。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b；22)相关于所述轮廓的所述尺寸(x、y)彼此不同。

11.根据权利要求10所述的密封装置，所述密封装置具有至少两个不同组的腔室(2a、2b)，其具有相同的所述轮廓的尺寸(x、y)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b；22)具有相关于所述滑动表面的为10至40μm的深度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的密封装置，在所述腔室(2；2a、2b；22)的所述轮廓横向(Y)上的所述较短尺寸(y)具有为15至200μm的最大尺寸。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的密封装置，在所述轮廓纵向(X)上的所述较长尺寸(x)与在所述轮廓横向(Y)上的所述较短尺寸(y)的比率为3至6的值。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的密封装置，所述腔室(2；2a、2b；22)的所述轮廓在至所述滑动表面(10)的过渡边缘处倒圆。

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