CN1926366A - 径向摆动马达的密封装置 - Google Patents

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Abstract

摆动马达的向内密封问题很大，特别是在工作温度范围大的情况下。因此，为了改善在－40℃到130℃的温度范围内的密封性，本发明提出一种密封装置(20)，该密封装置由一个软的内密封元件(20)和多个硬的外密封元件(21，22，23，24)组成，其中该软的密封元件(20)和硬的密封元件(21，22，23，24)是不可分开地相互连接，这些硬的密封元件(21，22，23，24)环绕的密封表面在未加载的情况下与软的密封元件(20)的密封表面齐平，这些硬的密封元件(21，22，23，24)通过至少一个径向平衡槽(25)和至少一个平行于轴线的平衡槽(26)相互隔开，以及密封装置两侧的平衡槽(25，26)被布置成，使得其中一侧的平衡槽(25，26)不会被另一侧的平衡槽(25，26)覆盖。

Description

径向摆动马达的密封装置
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的径向摆动马达的密封装置。
这种摆动马达特别是用于汽车制造业以及航空航天领域。
径向摆动马达通常由壳体和转子组成，该壳体在其内部具有至少一个定子叶片，并在端面上用端盖封闭，该转子是由支撑在端盖内的从动轴和至少一个转子叶片组成。该转子叶片只能相对于壳体的定子有限地摆动，并与定子叶片共同形成至少一个压力室和一个吸入室。
为了确保压力室和吸入室之间的内密封，转子叶片和定子叶片都配备有适形的滑动密封元件，该密封元件紧贴在侧面的端盖上和壳体的内壁上或者转子上。正是在这些区域内总是出现大的密封问题，因为密封元件由于转子有限的且不断交替的旋转运动而增大磨损，以及因为密封元件也经受着很大的工作温度范围。
为了解决这些问题，已公开了一些解决办法。文献DE 199 35 234C1描述滑动密封元件的一种实施方式，该密封元件由一垫块组成，该垫块在预紧力下支撑环形的密封体，其中该垫块被分割开、彼此平行地可纵向移动，在这些垫块之间设有至少一个弹性元件。这些垫块因此通过分别相互对抗作用的力进行张紧。这种密封方案的缺点在于，密封条是由多个单个零件组成，因而制造昂贵且装配成本高。此外，由软材料组成的弹性元件的体积很小，因此产生的预紧力也很小。还有，弹性元件仅在径向上作用。所有这些都导致泄漏。
文献DE 199 27 619 A1公开通过一个或多个一体形成在预紧元件内的金属弹簧来实现弹性预紧元件的作用，其中该金属弹簧可以是膜片弹簧，波形弹簧，螺旋弹簧，或者压力弹簧。虽然通过附加的金属弹簧提高了密封元件的预紧力，但是这个解决方法在技术上几乎不可行。压力弹簧必须相对于转子的转轴线在径向上和平行转轴的方向上起作用，因此，压力弹簧必须以交叉的方式设置。这在轴向上要求很宽的安装空间，由于转子叶片或者定子叶片的尺寸，根本不可能存在这样的安装空间。
相反地，文献DE 199 27 621 A1公开一种条形的滑动密封元件，该密封元件由四角形的第一聚四氟乙烯(PTFE)密封框、四角形的第二聚四氟乙烯密封框和由弹性体制成的预紧元件组成。两个密封框和该预紧元件大小一样，并通过粘合或者通过硫化胶合法像三明治似的组合成一块，两个密封框不仅在径向上也在轴向上相互交错设置。此外，该预紧元件设置在两个密封框之间，并借助侧面的凸起啮合在两个密封框的中间空间内，因此，在安装到摆动马达中时，两个密封框通过预紧元件的力均匀地在径向上和轴向上被朝着相反方向预紧。
所有提到的解决方案的共同点在于，实际的密封元件是由一种硬的塑料PTFE组成，并由相应的弹性元件加载以减小密封间隙。此外该弹性元件通常是弹性材料。由PTFE组成的密封元件甚至具有良好的滑动特性，因此实际上很适合用于滑动构件之间的密封。但是，由于加工方面的原因，始终留有压力油能够通过的开放的密封间隙。然而，密封间隙的大小也取决于摆动马达的工作温度。因此，密封间隙随着温度变低而变大，而随着温度的升高，密封元件作用在壳体零件上的顶压力增加。随着密封间隙的变大，泄漏油流量增加，而随着顶压力的增加，密封元件的磨损也增大。两者都是所不希望的。
由此可见，所有提到的滑动密封元件对于所要求的-40℃到130℃的温度范围都是不适用的。
因此，本发明的任务在于，开发一种密封装置，该密封装置的在摆动马达的压力室和吸入室之间的密封间隙与温度无关。
该任务是通过权利要求1的技术特征得到解决。从属权利要求为符合目的的设计方案。
新的密封装置克服了提到的现有技术的缺点。该新的密封装置的突出特点首先是良好的密封作用。这基本上是各种不同的密封元件之间的新式组合。该新的密封装置克服了这样的偏见，即软的密封垫对于横向于密封元件的如在摆动马达中发生的运动是不适用的。这将通过软的密封元件两侧的硬的密封元件来实现，这些硬的密封元件一方面对软的密封元件起支撑作用，另一方面同时使壳体零件变光滑，使得软的密封元件免受金属壳体零件的不平整之扰。
密封作用大，这是因为现在利用三个密封零件即两个硬的外密封件和一个软的内密封件密封作用。
本发明的特别优点在于，密封装置在很高的温度范围内维持大的密封作用。密封作用在很大程度上不与于温度无关。这能实现，因为硬的密封元件是由多个部分组成，此外还分别由软的密封元件的预紧和存在于平衡间隙中的液压压力加载，加载的强度使得体积收缩得到补偿。在这里，各个方向上的收缩都得到补偿，也就是说，不仅在径向上和平行于轴线的方向上，而且也在对角方向上。因此，在整个外围上，也就是说在密封装置的角上内的密封程度相同。
特别有利的是，所有软的和硬的密封元件的尺寸使得调定足够宽的平衡间隙，因此在室温下完成装配之后留有足够的平衡间隙以补偿收缩。因此可以在相应低的温度下可以保持密封作用。
这也是有利的：软的密封元件的设计使得可以选取要达到的预紧，其大于所有起密封作用的构件期望的收缩。这也使得能够在低的温度下使用。
有利的是：平衡间隙作为输送压力油的通道，并与相应的摆动马达压力室相连。因此，可以利用液压压力对硬的密封元件加载，该液压力辅助预紧力。这提高在整个温度范围内的密封性。
此外有利的是：软的密封元件和硬的密封元件通过粘合或者通过硫化胶合法不可分开地相互连接。因此，整个密封装置成为一个构件，这大大减低了摆动马达的装配成本。
下面借助实施例进一步详细解释本发明。
图1显示一个摆动马达的纵截面图；
图2显示摆动马达转子的透视图；
图3显示密封装置在无加载的情况下的透视图。
按照图1的径向摆动马达主要是由外部的定子1和内部的转子2组成。该定子1是由壳体3和设置在壳体两个端面上的端盖4构成，壳体和端盖通过未示出的螺钉相互连接。两个端盖4分别具有一个轴承孔。在壳体3的内部有一个圆柱形的壳体孔，该壳体孔在长度上被两个相对设置的且径向指向的定子叶片分成两个相对的自由空间。
相反地，转子2由从动轴5组成，该从动轴具有位于两边的支承轴颈6和位于上述轴颈之间的圆柱体部分7。在该圆柱体部分7区域中设有两个相对的且径向指向的转子叶片8。该转子2适配在定子1的壳体3内，使得在转子叶片3的顶端和壳体3的内壁之间以及在定子叶片的顶端和圆柱体部分7的圆周表面之间分别形成平行于轴向的密封间隙9。
相反地，在转子叶片8的端面及定子叶片的端面与位于两边的两个端盖4的内表面之间分别形成径向间隙10。因此，每个转子叶片8分别将位于壳体3内的两个自由空间之一分成一个压力室和一个排泄室，这样就产生两个相对的压力室和两个相对的排泄室。两个压力室和两个排泄室通过内部的通道11或12相互连通，其中一个压力室与一进入口13相连，其中一个排泄室与一排出口14相连。
在从支承轴颈6到圆柱体部分7的过渡区域上加设一可在输出轴5上轴向移动的滑动密封环15，因此该滑动密封环用其径向滑动和密封表面在滑动中紧贴端盖4的内表面，用其轴向的密封表面紧贴主动轴5的圆周表面。滑动密封环15借助这两个密封表面向外密封。
在滑动密封环15的内置面和转子叶片8及定子叶片之间还存在径向密封间隙16，该密封间隙为了内密封将各自相邻的压力室和排泄室相互分开。该密封间隙16是与滑动密封环15的形状相适应弯曲而形成。
如特别是图2所示，每个转子叶片8，每个未示出的定子叶片也同样，都具有两只平行的腿17，在它们之间形成一个用于新的密封装置19的安装槽18。这个安装槽18是设置在中间位置，并且在转子叶片或定子叶片的整个高度和整个长度上延伸。密封装置19被压入到该安装槽18内。这样，密封装置19密封了存在于圆周上和在每一个转子叶片8和定子叶片中的端面上的密封间隙9，10和16，以保证摆动马达的压力室和吸入室之间的内密封。
按照图3，密封装置19由一密封元件20组成，该密封元件是由弹性体制成，例如丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)或者氟橡胶(FPM)。该密封元件20的长度和高度与转子叶片8或定子叶片中的安装槽18的长度和深度相互配合。在软的密封元件20的两侧加设多个硬的塑料密封元件21，22，23，24，它们像三明治似的通过粘合或硫化胶合法相互连接。作为塑料，优选使用聚四氟乙烯(PTFE)。在这里，软的密封元件20的每个侧面上硬的密封元件21，22，23，24在长度和宽度上是这样设计，即它们以其在外的密封表面与软的密封表面20齐平，并且通过径向平衡间隙25和平行于轴线的平衡间隙26相互隔开。软的密封元件20的两个侧面的两个平衡间隙25，26相互交叉，其中它们的布置使得其中一侧的平衡间隙25，26不被另一侧的平衡间隙25，25覆盖。软的密封元件20和加设的硬的密封元件21，22，23，24在宽度上是这样设计，即由它们形成的三明治块的宽度与转子叶片8的或定子叶片的安装槽18的宽度相比超出一挤压量。
径向和平行于轴线的平衡间隙25，26的宽度取决于硬的密封元件21，22，23，24的数量和大小。
为了将该密封元件19装配到转子叶片8的和定子叶片的安装槽18内，将该密封装置19以足够程度侧向压紧，因此软的密封元件20在所有纵向上延展。此外，固定在软的密封元件20上的硬的密封元件21，22，23，24也在所有纵向上向外移动。在这个状态下，该密封装置19被压入安装槽18内并被压到最终位置。在这样完成的转子2与摆动马达的壳体3的装配中，压力从壳体3作用到扩大的软的密封元件20上，这导致软的密封元件20在前面也被压紧。在这种情况下，软的密封元件20产生预紧力，该预紧力使所有硬的密封元件21，22，23，24压向有关的壳体零件的壁。同时，径向和平行于轴线的平衡间隙25，26缩小到一预设的距离。在这种状态下，该软的密封元件20和所有硬的密封元件21，22，23，24在软的密封元件20的预紧力下以密封的方式紧贴壳体零件。这样，所有有关的密封间隙9，10，16都被密封。
在摆动马达工作过程中，压力油从各自的压力室侧向到达各个硬的密封元件21，22，23，24之间，进而到达径向和平行于轴线的平衡间隙25，26。油压对所有相邻的硬的密封元件21，22，23，24加载，并使它们相互推开。这些力就辅助了软的密封元件20对硬的密封元件21，22，23，24的预紧力。在转子2的运动过程中，软的密封元件20和硬的密封元件21，22，23，24紧贴在壳体零件的内壁上在不断交替的方向上滑动，从而共同起到密封作用。在这里，硬的密封元件21，22，23，24还起到对软的密封元件20的支撑作用，因此软的密封元件20受到保护。但是，硬的密封元件21，22，23，24由于壳体零件的粗糙表面在相同程度上经受所希望的磨损，因此，壳体零件内表面上的加工技术上的不平整也参与磨损并在壳体零件的内壁上形成光滑表面。这减小了由加工决定的密封间隙，并且保护软的密封元件使其不会提前损坏。
在低的温度范围内使用时，所有参与密封的构件根据材料特性和尺寸在不同程度上收缩，其中软的密封元件20的收缩程度最大。由于选取较大的预紧力和在径向和平行于轴线的平衡间隙25，26内的来自压力油的力，硬的密封元件21，22，23，24与软的密封元件20收缩方向相反继续被压向壳体零件的内壁。在所有密封元件20，21，22，23，24的这种运动过程中，径向和平行于轴线的平衡间隙扩大。也就是说，在低的工作温度下也能保持密封作用。
在更高的温度下使用时，所有起到密封作用的构件发生延展。由于在延展过程中形成的不同张力，出现这样的力，即对软的密封元件20作用在硬的密封元件21，22，23，24上的预紧力和在径向和平行于轴线的平衡间隙25，26内的液压力起辅助作用的力。因此，密封性得到提高。
附图标记列表：
1 定子
2 转子
3 壳体
4 端盖
5 输出轴
6 支承轴颈
7 圆柱形部分
8 转子叶片
9 平行于轴线的密封间隙
10 径向间隙
11 通道
12 通道
13 进入口
14 排出口
15 滑动密封环
16 径向间隙
17 腿
18 安装槽
19 密封装置
20 软的密封元件
21 硬的密封元件
22 硬的密封元件
23 硬的密封元件
24 硬的密封元件
25 径向平衡间隙
26 平行于轴线的平衡间隙

Claims (5)

1.用于径向摆动马达的密封装置，其中该摆动马达由带有至少一个定子叶片的定子(1)和带有至少一个转子叶片(8)的转子(2)组成，该定子和转子形成至少一个压力室和吸入室，并且分别设有密封装置(19)以向内密封，其中该密封装置(19)分别压入到转子叶片(8)和定子叶片的安装槽(18)内，并且是由硬的外密封元件(21，22，23，24)和由弹性体制成的将硬的外密封元件(21，22，23，24)相互连接的预紧元件组成，
其特征在于，所述预紧元件是软的密封元件(20)，所述的硬的外密封元件(21，22，23，24)由多个部分组成，其中所述的软的密封元件(20)和硬的密封元件(21，22，23，24)不可分开地相互连接，这些硬的密封元件(21，22，23，24)环绕的密封表面在未加载的情况下与所述软的密封元件(20)的密封表面齐平，这些硬的密封元件(21，22，23，24)通过至少一个径向平衡槽(25)和至少一个平行于轴线的平衡槽(26)相互隔开，以及布置所述密封装置两侧的平衡槽(25，26)，使得其中一侧的平衡槽(25，26)不会被另一侧的平衡槽(25，26)覆盖。
2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，设计并协调所述软的密封元件(20)和硬的密封元件(21，22，23，24)的长度和深度，使得在装配好密封装置(19)之后，缩小的平衡槽(25，26)在宽度上保留。
3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，组成所述软的密封元件(20)弹性体及软密封元件的尺寸，使得所产生的预紧大于所述软的密封元件(20)和硬的密封元件(21，22，23，24)由于温度降低而导致的收缩。
4.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述径向平衡间隙(25)和平行于轴线的平衡间隙(26)作为输送压力油的通道，并且与相应的摆动马达压力室相连。
5.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述软的密封元件(20)和硬的密封元件(21，22，23，24)通过粘合或者通过硫化胶合法相互连接。
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