CN113028063A - 密封装置和轴承组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封装置和轴承组件。密封装置用于在第一构件(1)和第二构件(2)之间进行密封，密封装置包括骨架(3)和密封件(4)，密封件(4)与密封面相互抵靠并且形成密封，其中，骨架(3)固定于第一构件(1)并且夹持密封件(4)，其中，密封件(4)由薄金属层(42)和在薄金属层(42)两侧包覆的导电聚四氟乙烯层(41、43)构成。轴承组件包括轴承和上述密封装置。

Description

密封装置和轴承组件

技术领域

本发明涉及密封装置，特别涉及导电密封装置。本发明还涉及包括该密封装置的轴承组件。

背景技术

对于一些应用于电机轴上轴承，尤其滚动轴承，例如经常应用于铁路领域的牵引电机的电机轴上的轴承，当电机工作时，可能会由于变频器等因素引发轴承电流。具体地说，由于在轴承内部通过润滑油或润滑脂进行润滑，由此在滚动元件和内滚道或外滚道之间形成润滑膜。因此当收集足够电荷，电压非常大时，才能传导电流。这种高压会产生火花放电，燃烧润滑油或润滑脂，并在滚道上引起点蚀和类似搓板状的隆起损坏，这将极大地影响轴承的质量，导致高噪音并且缩短轴承的使用寿命。在某些情况下，除轴承损坏或故障外，电流还会影响与轴承相关联的设备，例如其他设备可能会受到杂散电流或甚至少量静电的负面影响。由于机器故障，可能会产生大量成本和收入损失。除与机器故障相关的维修成本外，成本还因维修期间机器停机时间的收入损失和由此导致的生产损失而增加。

因此，这种轴承电流是应当避免的。为此针对变频器设置的滤波器可能无法完全滤波，残余电压依然会影响轴承。因此，在轴承上的电流难以消除的情况下，可通过采取预防措施来防止或至少显著地减少对轴承的损坏。已知的预防措施包括几类方法：

一类方法是使轴承与外部残余电压隔离。例如采用陶瓷滚动元件来防止电流通过的轴承。由于陶瓷具有非常高的电阻，因此相比于标准轴承，电流更难通过这些具有陶瓷滚动元件的轴承。但是，陶瓷滚动元件一方面非常昂贵，另一方面还是存在电流导致轴承失效的可能性。又例如采用陶瓷涂层的外圈来防止电流通过的轴承。然而，将绝缘陶瓷涂层施加到外圈的工艺步骤非常昂贵并且涂层也可能会磨损失效。此外，这种情况下的绝缘仅限于外圈，而不是整个轴承。

另一类方法是在轴承上建立一个利用滚动元件的电流通路，其能够容易地释放电荷。例如采用填充有导电油脂的轴承，如在专利文件CN100347460C中所公开的。然而，当导电油脂用作润滑剂时，其润滑性能具有不利的一面，从而会干扰轴承功能并且形成污染物。此外，在大多数情况下，导电油脂不能提供令人满意的电流传导。

还有一类方法是在轴承上建立一个不同于第二类方法所述的替代的电流通路，以引导大部分电流通过该电流通路，因此润滑膜和滚道之间没有电压，轴承可以得到保护，例如采用特殊的导电环或在密封时喷涂导电涂层。然而特殊的导电环也很昂贵，并且需要更多的轴承空间来固定它。而对于在密封时喷涂导电涂层的方案，如在专利文件DE102010018270A1中所公开的，在密封件上的导电涂层昂贵且易于磨损。

发明内容

基于上述存在的问题，本发明所要解决的技术问题是：提供一种替代的电流通路、尤其导电密封装置，其具有良好的导电性能、较长的使用寿命以及较低的成本；此外还提供一种轴承组件，其能有效地防止轴承因火花放电而损坏，具有较长的使用寿命，同时轴承组件的成本也较低。

上述技术问题可以通过一种密封装置解决，该密封装置用于在第一构件和第二构件之间进行密封，密封装置包括骨架和密封件，密封件与密封面相互抵靠并且形成密封，其中，骨架固定于第一构件并且夹持密封件，其中，密封件由薄金属层和在薄金属层两侧包覆的导电聚四氟乙烯层构成。

在此，密封装置可以用于密封需要实现电流通路的环形间隙、直线形间隙或任何其他可能形状的间隙。密封装置在第一构件和第二构件之间的密封可以是静态密封，也可以是动态密封。骨架例如由金属构成，其能够导电并且具有用于支撑密封件的强度。骨架可以例如通过压配合或形状配合固定于第一构件，骨架也可以例如粘接在第一构件上或通过另外的元件固定在第一构件上。骨架可以通过自身结构夹紧密封件，尤其通过压配合实现对密封件的夹持。密封件由此借助骨架固定于第一构件。密封面可以形成在第二构件上，也可以形成在与第二构件固定连接的部件上。

密封件通过将导电聚四氟乙烯(导电PTFE)覆层于薄金属层两侧制成。也就是说，密封件包括依次布置的导电聚四氟乙烯层、薄金属层和导电聚四氟乙烯层。在密封件的边缘处，薄金属层可以是开放的、即暴露的，也可以由导电聚四氟乙烯材料包覆。根据在工艺上有利的实施方式，薄金属层在密封件边缘是开放的。

导电聚四氟乙烯层可以及时传导电荷，薄金属层可以有利地增强密封件整体的导电性能。通过使用这种结构的密封件，可以非常快速且有效地消除或者说释放电荷。当密封装置用于密封轴承时，这种设计可以避免火花放电对轴承造成的损坏。与背景技术部分中所述的陶瓷滚动元件、特殊的附加导电环等方案相比，这种简单的结构可以很好地解决因电气应用中的电荷引起火花放电而导致轴承损坏的问题，并且密封装置成本非常低。

此外，由于导电聚四氟乙烯的摩擦系数非常低，即使需要较大面积的密封接触，其产生的摩擦扭矩也非常小，因此在密封装置的整个使用寿命中磨损非常小。由此可知，这种结构的密封件在整个使用寿命期间可以确保与密封面的良好接触，进而实现良好密封性能。特别对于动态密封的情况，这种结构的密封件还能实现在高速情况下良好的密封性能。

在一种优选实施方式中，薄金属层具有网状结构。即薄金属层可以实施为金属网结构。柔软而薄的金属网结构可以提供良好的韧性，特别有利于动态密封的应用。

在一种有利的实施方式中，密封装置具有环形结构。在这种情况下，密封装置可以应用于轴承组件。

在此，优选地，骨架通过其外周表面固定于第一构件。由此可以实现稳固的安装，并且不会对密封装置的导电性能产生负面影响。例如，骨架通过其外周表面与第一构件产生压配合，由此简便且低成本地实现二者的固定连接。该方案特别适用于第一构件环绕第二构件的设计。例如，第一构件构造为轴承的外圈，第二构件构造为轴承的内圈，在此骨架固定于轴承的外圈。

备选地，骨架通过其内周表面固定于第一构件。由此也可以实现稳固的安装，并且不会对密封装置的导电性能产生负面影响。该方案特别适用于第二构件环绕第一构件的设计。例如，第一构件构造为轴承的内圈，第二构件构造为轴承的外圈，在此骨架固定于轴承的内圈。

对于环形密封装置的设计方案，有利地，骨架的密封件夹持部包括轴向延伸区段和径向延伸区段。由此，骨架可以通过其密封件夹持部的轴向延伸区段稳定地固定在第一构件上。同时，骨架可以通过其密封件夹持部的径向延伸区段向密封件提供径向支撑，从而确保密封件与密封面的可靠接触。

在一种优选实施方式中，骨架一体式构造。在此可以例如通过弯折等工艺构造密封件夹持部。

备选于一体式构造的方案，骨架也可以由至少两个骨架部段组合地构造。在此，至少两个骨架部段可以通过连接共同地形成密封件夹持部，例如通过压配合和/或粘接和/或焊接。至少两个骨架部段也可通过几何结构的设计在相互不接触的情况下实现对密封件的夹持并且形成易于搬运或装配的整体单元。例如在环形的密封装置方案中，可以设置同芯布置的两个环形的骨架部段，骨架部段通过合理的直径设计沿径向稳固地夹紧密封件、尤其密封件的轴向延伸部分，并且两个骨架部段和密封件形成整体单元，易于搬运和装配等各个工序。

在一种优选实施方式中，密封面直接形成在第二构件上。在此，密封面可以形成在第二构件的沿任意方向延伸的表面上。例如，在第二构件设计为台阶轴的情况下，密封面可以是台阶轴的外周表面，也可以是其台阶部的环形的轴向端面。

对于工作环境更为严苛的情况，密封装置还包括防护部件，防护部件固定于第二构件，密封面形成在防护部件上。由此可以提高密封装置的密封性能。防护部件在此为金属构件。在环形的密封装置中，防护部件例如是抛油环，密封面在此可以形成在抛油环的轴向延伸区段和/或径向延伸区段上。

上述技术问题还可以通过一种轴承组件解决，该轴承组件包括轴承和具有上述特征的密封装置。在此，第一构件可以构造为轴承外圈或内圈，第二构件相应地构造为轴承内圈或外圈。通过本发明提供的导电密封装置可以在实现良好密封效果的同时有效地防止轴承因火花放电而损坏，具有较长的使用寿命，同时轴承组件的成本也较低。

综上所述，本发明提供一种密封装置和包括该密封装置的轴承组件。密封装置的密封件通过将导电聚四氟乙烯覆层于薄金属层两侧制成。导电聚四氟乙烯层可以及时传导电荷，薄金属层可以有利地增强密封件整体的导电性能，从而密封装置、尤其密封件可以非常快速且有效地消除或者说释放电荷。密封件通过其导电聚四氟乙烯层与密封面形成密封接触，而导电聚四氟乙烯的摩擦系数非常低，尤其对于动态密封，即使需要较大面积的密封接触，其产生的摩擦扭矩也非常小，因此在密封装置的整个使用寿命中磨损非常小。骨架可以通过自身结构夹紧密封件，从而可以确保密封装置在整个使用寿命中安装稳固且密封严密。在采用上述密封装置的轴承组件中，密封装置与外圈和内圈均能够良好接触。同时，轴承组件可以有效避免火花放电对轴承造成的损坏。与陶瓷滚动元件、特殊的附加导电环等方案相比，这种方案成本较低。此外，密封装置的摩擦扭矩非常小，轴承组件可用于高速轴承的方案。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是根据第一实施方式的密封装置的示意性的半剖视图，以及

图2是根据第二实施方式的密封装置的示意性的半剖视图。

在上述附图中，相同的或功能相同的部件采用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施方式的密封装置的示意性的半剖视图。该密封装置用于密封滚动轴承，在此仅示出滚动轴承的外圈1和内圈2的局部。密封装置在本实施方式中具有环形结构。

如图1所示，密封装置包括骨架3和密封件4。

密封件4的径向外端部由骨架3夹持。密封件4的径向内端部形成密封唇密封件4并且抵靠在内圈2的外周表面上。密封件4具有依次布置的第一导电聚四氟乙烯层41、薄金属层42和第二聚四氟乙烯层43。在此，薄金属层42具有网状结构，即薄金属层42构造为薄金属网。导电聚四氟乙烯层41、43可以及时传导电荷，薄金属网42可以有利地增强密封件4整体的导电性能。同时，柔软而薄的金属网结构可以提供良好的韧性，特别有利于本实施方式中的动态密封的应用。根据本实施方式的密封件4的密封唇与内圈2的密封接触面积较大，由此可以实现可靠的密封。同时，导电聚四氟乙烯的摩擦系数非常低，因此密封接触产生的摩擦扭矩非常小，从而密封件4在密封装置的整个使用寿命中磨损非常小。

骨架3在此包括两个同心布置的环形的骨架部段，即位于径向外侧的第一骨架部段31和位于径向内侧的第二骨架部段32。第一骨架部段31和第二骨架部段32通过在径向上和轴向上的压配合将密封件4夹持在这二者之间，由此骨架3形成用于密封件4的密封件夹持部。骨架3为金属构件，由此可以通过密封件夹持部实现与密封件4的电流通路。如图1所示，骨架3或者具体地说第一骨架部段31以其外周表面通过压配合固定于外圈1的内周表面。密封件夹持部在密封装置的径向外侧形成轴向延伸区段，由此骨架3可以更稳定地固定在外圈1上。密封件夹持部还形成径向延伸区段，由此可以向密封件4提供径向支撑，从而确保密封件4与密封面、即内圈2的外周表面的可靠接触。由此，密封装置与外圈1和内圈2均能够良好接触，从而密封装置可以形成外圈1和内圈2之间的电流通路，非常快速且有效地消除或者说释放电荷，有效避免火花放电对轴承造成的损坏。

图2示出了根据第二实施方式的密封装置的示意性的剖视图。本实施方式与图1所示的第一实施方式类似，但相对于第一实施方式附加地设置有抛油环5。本实施方式的密封装置可以用于工作环境更为严苛的轴承。在此，密封件4的密封唇抵靠在抛油环5的沿径向延伸的区段上并且形成密封，从而为轴承提供更好的防护。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1 外圈

2 内圈

3 骨架

31 第一骨架部段

32 第二骨架部段

4 密封件

41 导电聚四氟乙烯层

42 薄金属层

43 导电聚四氟乙烯层

5 防护部件

Claims (10)

1.密封装置，用于在第一构件(1)和第二构件(2)之间进行密封，所述密封装置包括骨架(3)和密封件(4)，所述密封件(4)与密封面相互抵靠并且形成密封，

其特征在于，所述骨架(3)固定于所述第一构件(1)并且夹持所述密封件(4)，其中，所述密封件(4)由薄金属层(42)和在所述薄金属层(42)两侧包覆的导电聚四氟乙烯层(41、43)构成。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述薄金属层(42)具有网状结构。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置具有环形结构。

4.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于，所述骨架(3)通过其外周面固定于所述第一构件(1)。

5.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于，所述骨架(3)的密封件夹持部包括轴向延伸区段和径向延伸区段。

6.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述骨架一体式构造。

7.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述骨架(3)由至少两个骨架部段(31、32)组合地构造。

8.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封面形成在所述第二构件(2)上。

9.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括防护部件(5)，所述防护部件(5)固定于所述第二构件(2)，所述密封面形成在所述防护部件(5)上。

10.轴承组件，其特征在于，所述轴承组件包括轴承和根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置。

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