CN113309856A - 密封环及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封环，所述密封环在横截面中观察构造成7字形的，所述密封环包括第一轴向支腿(1)和具有密封唇(3)的密封支腿(2)，其中，所述密封支腿(2)借助于第一铰链(4)而与第一轴向支腿(1)的第一端面(5)连接。所述密封支腿(2)在其轴向朝向第一端面(5)的一侧上具有防污唇(6)，所述防污唇具有至少一个密封棱边(7)、径向内部第一限定面(8)和径向外部第二限定面(9)。

Description

密封环及其应用

技术领域

本发明涉及一种密封环及其应用，其中，该密封环在横截面中观察构造成7字形的，所述密封环包括第一轴向支腿和具有密封唇的密封支腿，其中，该密封支腿借助于铰链而与所述轴向支腿的第一端面连接。

背景技术

由DE 102016011448 A1已知这种密封环及其应用。

密封环还具有用于在径向方向上稳定密封支腿的张紧元件。张紧元件构造成环形的并且在横截面中观察由构造成7字形的弹簧形成。张紧元件具有第二轴向支腿和稳定支腿，其中，第二轴向支腿与第一轴向支腿连接，并且稳定支腿与密封支腿连接。

所述已知的密封环与待密封直径的尺寸无关地在较长的使用寿命期间具有改善的使用性能。与密封环的安装情况无关，密封唇在长的使用寿命期间始终以恒定的径向预紧部密封地接触待密封的机械元件的待密封表面。通过张紧元件密封支腿连同其密封唇是设置在密封环径向内部还是密封径向外部不影响良好的使用性能。

由EP 2988035 A1已知另一种密封环，所述密封环包括用于在径向方向上稳定密封支腿的张紧元件。

已知的密封环用于密封润滑脂并且包括设置在密封环的安装槽中的张紧元件。该安装槽设置在密封支腿的径向背离密封唇的一侧上，其中，安装槽在径向背离密封唇的一侧上具有用于张紧元件的安装开口，该安装开口由两个在轴向方向上彼此间隔开且相邻设置的导向接片限定。在径向方向上看并且在密封环的由制造决定的状态中，铰链设置在密封环的中间。同样在径向方向上在密封环的中间，在铰链区域中设有在轴向方向上一侧开口的、基本上为C形的铰链空间。所述铰链空间这样构造，使得位于其中的、待密封的介质从该铰链空间中被导出。由于在铰链空间中不含待密封的介质，因此防止了不希望的密封环硬化，并且密封支腿能够跟随待密封的机器元件的高动态偏转运动，且密封唇密封地接触待密封的机器元件的压紧力不显著改变。

由DE 102009053558 A1已知另一种开头所提类型的密封环。该密封环构造成7字形的并且包括在径向方向上相对厚的第一轴向支腿和具有密封唇的密封支腿，其中，所述密封支腿借助于铰链与所述轴向支腿的第一端面连接。与此相比，未设置用于在径向方向上稳定密封支腿的单独制造的张紧元件。在径向方向上看并且在密封环的由制造决定的状态中，铰链设置在密封环的中间。轴向支腿的两个端面构造有突起并且借助所述突起支撑在密封组件的安装空间中，其中，通过所述突起防止密封环在其按照规定的使用期间在安装空间中转动/倾斜。所述突起可构造为在周侧环绕的、自身闭合的隆起，通过所述隆起在安装空间中实现对轴向支腿的特别好的夹紧作用。

所有上面提到的密封环中没有一个具有防止来自密封环环境的污物不利地渗透到密封唇的装置。

发明内容

本发明的任务在于，进一步改进开头所提类型的密封环，以便更好地保护密封唇免受来自密封环环境的、降低使用寿命污物的污染。因此，密封环应在长的使用寿命期间始终具有良好的使用性能。密封唇损伤/损坏的风险由此应最大程度地减少。

此外，应给出特别适合于根据本发明的密封环的应用。

根据本发明，所述任务通过权利要求1和13的特征来解决。直接或间接引用权利要求1的权利要求涉及密封环的有利实施方式。

为了解决所述任务而规定，密封支腿在其轴向朝向第一端面的一侧上具有防污唇，该防污唇具有至少一个密封棱边、径向内部第一限定面和径向外部第二限定面。

通过在密封唇的朝向密封环环境的一侧上设置防污唇，可有效地保护密封唇免受污物污染。特别是在密封环用于严重污染的环境中时，以功能技术串联方式在环境方向上连接在密封唇上游的防污唇是特别有利的。防污唇防止污物渗透到密封唇。受防污唇保护的密封唇因此在长的使用寿命期间始终良好地起作用。

防污唇可借助第二铰链铰接在密封支腿上。由此产生密封支腿和防污唇在功能上耦合的优点。如果密封支腿在密封环的按照规定的使用期间沿径向方向向外部或向内部运动，则防污唇以相应的方式跟随，因为该防污唇借助第二铰链铰接在密封支腿上。通过将防污唇铰接在密封支腿上，防污唇自动在密封支腿的整个径向工作区域上相应地跟随密封支腿，而不会不利地影响密封支腿上的密封唇的功能。

第二铰链可具有径向内部铰链半径和径向外部铰链半径，防污唇构造成通过所述径向内部铰链半径和径向外部铰链半径过渡到密封支腿中。

进一步优选地，内部铰链半径大于外部铰链半径。

对于大多数应用情况已证明有利的是，内部铰链半径与外部铰链半径的比值至少为2。

通过铰链半径的不同设计，它们各自的功能可彼此独立地适应相应的应用情况。径向内部铰链半径主要影响接触力，防污唇以该接触力在密封环的按照规定的使用期间贴靠地包围待密封的机器元件。铰链半径越大，接触力就越强。

与此相比，径向外部铰链半径影响防污唇在径向方向上的柔性。所述半径越大，防污唇的柔性就越低。

密封支腿和防污唇可在密封环的由制造决定的状态中在径向内侧和径向外侧限定基本上直角。通过这种设计一方面在污物密封的良好密封效果与另一方面防污唇以尽可能小的摩擦损耗在待密封机器元件上的运行之间实现了良好的折衷。

如果在密封环的由制造决定的状态中观察密封唇具有第一直径并且密封棱边具有第二直径，第一直径小于第二直径，则也有助于此。在密封环的按照规定的使用期间，即在其安装到密封组件的状态中，密封唇以比密封棱边相对更大的径向预紧部包围待密封的机器元件。

上面描述的有利的使用性能可通过下述方式进一步增强，即，在防污唇的径向内部限定直角的第一限定面具有第一长度，并且密封支腿的第三限定面具有不同于第一长度的第三长度，其中，第一长度大于第三长度。

密封支腿和防污唇优选以一件式地过渡到彼此中且材料一致的方式构造，并且包括橡胶弹性密封材料。在此优点在于，密封环具有简单的且零件很少的结构并且因此可简单且成本有利地制造。此外，通过所述一件性，安装也特别容易；由此将安装密封环时由安装引起的错误的风险限制到最低。

根据一种有利实施方式可规定，第二限定面沿其延伸部构造成凸形的。防污唇的第二限定面的凸形几何形状对于实现防污唇的密封棱边的定义的线接触是必要的。在此，这样选择凸形限定面的曲率半径，使得可靠地避免在密封环的按照规定的使用期间防污唇在待密封构件上的面接触以及随之而来的劣化的使用性能。

在密封支腿的轴向背离防污唇的一侧上，从密封支腿过渡到第一轴向支腿中地设置有张紧元件，以用于在径向方向上稳定密封支腿。如开头已经说明的，这种张紧元件由DE102016011448 A1已知。

在根据本发明的密封环中，张紧元件也可构造成环形的并且在横截面中观察由构造成7字形的弹簧形成。张紧元件可具有第二轴向支腿和稳定支腿，其中，第二轴向支腿与第一轴向支腿连接并且稳定支腿与密封支腿连接。

具有与整个密封环的形状相对应的形状、即构造成7字形的张紧元件实现密封环的有利使用性能，无论密封支腿连同其密封唇设置在密封环的径向内部还是密封环的径向外部。

张紧元件可构造为基本上等腰的。

开头提到的EP 2988035 A1中的密封环主要用于径向内部密封系统。密封支腿和密封唇设置在密封环的径向内部，其中，密封唇在径向预紧下密封地包围待密封的机器元件、如轴的待密封表面。

对于径向外部密封系统，如果轴向支腿设置在径向内部并且密封支腿连同其密封唇从轴向支腿开始径向向外延伸，构造为张紧元件的环形螺旋弹簧(Ringwendelfedern)是不利的。环形螺旋弹簧在当前用作用于内部密封系统的拉力弹簧。在外部密封系统中，这种弹簧必须构造为压力弹簧。这原则上是可能的，但常常增加在安装空间中安装和可靠定位弹簧的难度。从安装空间弹出的危险比拉力弹簧大得多。

与此相比，在根据本发明的密封环中作为张紧元件使用构造成7字形的弹簧，其形状配合密封环的形状。这种密封环的优点在于，其也可很好地用在外部密封系统中，在所密封环中具有密封唇的密封支腿径向向外延伸并且例如密封地接触限定壳体孔的壁。

无论密封唇设置在密封环的径向内侧还是密封环的径向外侧，密封环的使用性能始终是良好的。通过弹簧的上述形状，径向弹簧力来自弹簧的径向运动。在此是用于外部密封系统还是内部密封系统并不重要。密封唇在待密封表面上的压紧基于弹簧的弯曲并且因此与直径无关地实现。

通过构造成7字形的弹簧可良好地补偿待密封机械元件的相对大的径向偏转运动，而密封唇密封地接触待密封表面的压紧力不显著改变。

此外有利的是，构造成7字形的弹簧可简单且低成本地制造。将这种弹簧集成到密封环中也是不成问题的。

根据一种有利实施方式可规定，第二轴向支腿嵌入第一轴向支腿中并且稳定支腿嵌入密封支腿中。在此优点在于：弹簧形成密封环的集成的组成部分。由此能够可靠避免在密封环使用之前的存储期间以及在安装状态中在按照规定的使用期间不希望的弹簧损耗。

第二轴向支腿可被第一轴向支腿至少基本上包围，并且稳定支腿可被密封支腿至少基本上包围。在此优点在于：弹簧在密封环中的定位特别可靠和持久。在此尽管使用弹簧，但密封环看起来实际上是一件式的，并且由此密封环的安装费用很低。安装错误的风险也被限制到最小。

在隧道掘进机或风力发电设备中使用上述密封环是特别有利的。

一般而言，如果第一轴向支腿和密封支腿之间的铰链在径向方向上尽可能远离密封唇设置，则已证明在使用性能方面、尤其是密封环在径向外部密封系统中的使用性能方面是有利的。由此，密封支腿以及铰接在密封支腿上的防污唇能够特别好地跟随待密封机器元件的径向偏转运动，即使这种径向偏转运动相对大。径向偏转运动的大小取决于待密封的直径。在风力发电设备中待密封的直径例如可以是4m，在隧道掘进机中待密封的直径例如可以是18m。通过在径向方向上尽可能远离密封唇设置第一铰链和由此产生的密封支腿和防污唇的良好的弹性可挠曲性，密封唇和密封棱边即使在这种情况下也以始终良好的压紧和因此密封效果的方式接触待密封表面。铰接在密封支腿上的防污唇与密封支腿一起在径向方向上运动。由此，可靠地保护密封支腿的密封唇免受污物污染。

上面描述的密封环特别优选用于隧道掘进机、风力发电设备或具有较大径向偏转运动的其它径向应用中。

附图说明

下面参照附图更详细地阐述根据本发明的密封环的一种实施例。

在附图中以示意图示出根据本发明的密封环的一种实施例。

具体实施方式

在附图中示出根据本发明的密封环的一种实施例。该密封环在横截面中观察构造成7字形的并且包括第一轴向支腿1和具有密封唇3的密封支腿2。密封支腿2借助铰链4铰接在第一轴向支腿1的第一端面5上。

在密封支腿2的沿轴向朝向第一端面5的一侧上，在密封支腿2的径向内部区域中设置有防污唇6，所述防污唇包括密封棱边7。防污唇6在径向内侧具有第一限定面8并且在径向外侧具有第二限定面9，第一限定面8是基本上平的，第二限定面9与此相比构造成凸形的。

密封支腿2和防污唇6构造成一件式地过渡到彼此中且材料一致的，包括橡胶弹性材料并且借助第二铰链10弹性可挠曲地彼此连接。第二铰链10通过彼此不同地设计的径向内部铰链半径11和径向外部铰链半径12形成。内部铰链半径11大于外部铰链半径12。

在附图中示出处于其由制造决定的状态中的密封环，即未安装在密封组件中。如图所示，防污唇6基本上垂直地从密封支腿2伸出，其中，密封唇3的第一直径15小于密封棱边7的第二直径16。密封支腿2和防污唇6限定基本上直角13、14。

在防污唇6的径向内部限定直角13的第一限定面8具有第一长度17。密封支腿2的第三限定面18具有不同于第一长度的第三长度19。第一长度17大于第三长度19。通过防污唇6所示的几何形状，第二铰链10径向内侧的密封支腿2的几何形状以及防污唇6在密封支腿2上的铰接实现了：防污唇6构成密封环的集成的组成部分并且与密封支腿2一起在径向方向上运动。在密封环的按照规定的使用期间，防污唇6保护密封支腿2的密封唇3免受密封环环境的污染。防污唇6在密封环的整个工作区域上起作用，而不会不利地影响密封唇3的功能。

在密封支腿2的轴向背离防污唇6的一侧上，从密封支腿2过渡到第一轴向支腿1中地设置有张紧元件20。所述张紧元件20设置用于在径向方向上稳定密封支腿2。张紧元件20由弹簧21形成，该弹簧在在此所示出的实施例中由弹簧钢制成。弹簧21具有第二轴向支腿22和稳定支腿23，所述第二轴向支腿和稳定支腿分别配合第一轴向支腿1和密封支腿2的形状，即同样构造成7字形的。

附图标记列表

1 第一轴向支腿

2 密封支腿

3 2的密封唇

4 1和2之间的第一铰链

5 1的第一端面

6 防污唇

7 6的密封棱边

8 6的径向内部第一限定面

9 6的径向外部第二限定面

10 2和6之间的第二铰链

11 10的径向内部铰链半径

12 10的径向外部铰链半径

13 径向内部的直角

14 径向外部的直角

15 3的第一直径

16 7的第二直径

17 8的第一长度

18 6的径向内部的2的第三限定面

19 18的第三长度

20 张紧元件

21 弹簧

22 21的第二轴向支腿

23 21的稳定支腿

Claims (13)

1.一种密封环，所述密封环在横截面中观察构造成7字形，所述密封环包括第一轴向支腿(1)和具有密封唇(3)的密封支腿(2)，其中，所述密封支腿(2)借助于第一铰链(4)而与第一轴向支腿(1)的第一端面(5)连接，其特征在于，所述密封支腿(2)在其轴向朝向第一端面(5)的一侧上具有防污唇(6)，所述防污唇具有至少一个密封棱边(7)、径向内部第一限定面(8)和径向外部第二限定面(9)。

2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述防污唇(6)借助于第二铰链(10)铰接在密封支腿(2)上。

3.根据权利要求2所述的密封环，其特征在于，所述第二铰链(10)具有径向内部铰链半径(11)和径向外部铰链半径(12)，防污唇(6)构造成通过所述径向内部铰链半径和径向外部铰链半径过渡到密封支腿(2)中。

4.根据权利要求3所述的密封环，其特征在于，所述内部铰链半径(11)大于外部铰链半径(12)。

5.根据权利要求4所述的密封环，其特征在于，所述内部铰链半径(11)与外部铰链半径(12)的比值至少为2。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封环，其特征在于，所述密封支腿(2)和防污唇(6)在密封环的由制造决定的状态中在径向内侧和径向外侧限定基本上直角(13、14)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封环，其特征在于，相应地在密封环的由制造决定的状态中，所述密封唇(3)具有第一直径(15)，并且密封棱边(7)具有第二直径(16)，并且第一直径(15)小于第二直径(16)。

8.根据权利要求7所述的密封环，其特征在于，在防污唇(6)的径向内部限定直角(13)的第一限定面(8)具有第一长度(17)，并且密封支腿(2)的第三限定面(18)具有不同于第一长度(17)的第三长度(19)，并且第一长度(17)大于第三长度(19)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的密封环，其特征在于，所述密封支腿(2)和防污唇(6)以一件式地过渡到彼此中且材料一致的方式构造并且包括橡胶弹性密封材料。

10.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述第二限定面(9)沿其延伸部构造成凸形的。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的密封环，其特征在于，在所述密封支腿(2)的轴向背离防污唇(6)的一侧上，从密封支腿(2)过渡到第一轴向支腿(1)中地设置有张紧元件(20)，以用于在径向方向上稳定密封支腿(2)。

12.根据权利要求11所述的密封环，其特征在于，所述张紧元件(20)构造成环形的，并且在横截面中观察由构造成7字形的弹簧(21)形成，并且具有第二轴向支腿(22)和稳定支腿(23)，并且第二轴向支腿(22)与第一轴向支腿(1)连接，并且稳定支腿(23)与密封支腿(2)连接。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的密封环在隧道掘进机或风力发电设备中的应用。

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