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低摩擦动态密封件

阅读：753发布：2020-05-12

专利汇可以提供低摩擦动态密封件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种密封装置用于密封可相对旋转的内部件和外部件之间的径向间隙，其中内部件围绕旋转轴线(a)旋转，外部件围绕所述内部件同轴布置。该密封装置包括：动态密封部件，其可安装到所述内部件；静态密封部件，其可安装到所述外部件；以及第一和第二迷宫式密封件，其中的每个由所述静态及动态密封部件上的至少一组相对表面之间的间隙形成。根据本发明，所述密封装置还包括唇密封件，其沿径向布置在所述第一和第二迷宫式密封件之间。所述唇密封件包括密封唇，其连接到所述动态密封部件并且其抵靠着所述静态密封部件上的径向定向的对立面。此外，所述密封唇在径向横截面上具有以10°至80°之间的角度(α)朝向所述旋转轴线(a)延伸的纵向延伸部(L)。，下面是低摩擦动态密封件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种密封装置(1)，用于密封可相对旋转的内部件和外部件之间的径向间隙，其中，所述内部件(3)围绕旋转轴线(a)旋转，所述外部件(4)围绕所述内部件(3)同轴布置，所述密封装置包括：
动态密封部件(12)，其可安装到所述内部件(3)；
静态密封部件(10)，其可安装到所述外部件(4)；以及
第一迷宫式密封件(5)和第二迷宫式密封件(6)，其中的每一个由所述静态及动态密封部件上的至少一组相对表面之间的间隙形成；
其特征在于，
所述密封装置(1)还包括唇密封件(7)，其沿径向布置在所述第一迷宫式密封件(5)和第二迷宫式密封件(6)之间，
其中，所述唇密封件(7)包括密封唇(8)，其连接到所述动态密封部件(12)并且其抵靠着所述静态密封部件上的径向定向的对立面，并且其中，所述密封唇(8)在径向横截面上具有以10°至80°之间的角度(α)朝向所述旋转轴线(a)延伸的纵向延伸部(L),所述动态密封部件包括突起(18),
所述突起(18)和密封唇(8)由相同的材料形成，所述突起(18)和密封唇(8)被分别模制到所述动态密封部件(12)的筒安装部(12')及凸缘部(12”)的部分。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述密封唇(8)连接到所述动态密封部件的凸缘部(12”)，并且其中，该连接包括铰接点(19)，所述密封唇可以在离心力的作用下围绕其枢转，从而使所述唇(8)偏离所述对立面。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中，所述第一迷宫式密封件(5)、唇密封件(7)和第二迷宫式密封件(6)大致布置在相同的轴向位置。
4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的密封装置，其中，所述对立面设置在所述静态密封部件的筒部(9)的径向外表面上，并且其中，所述第一迷宫式密封件(5)由所述筒部(9)的径向内表面与可安装到所述内部件(3)的所述动态密封部件的筒安装部(12')之间的环形间隙(11)至少部分地形成。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其中，所述突起(18)在所述密封装置的轴向内侧沿径向向外的方向从所述筒安装部(12')延伸，突起(18)沿径向重叠所述第一迷宫式密封件(5)的环形间隙(11)。
6.根据权利要求5所述的密封装置，其中，所述突起(18)由所述动态密封部件的筒安装部(12')的轴向延伸部形成，该延伸部在所述静态及动态密封部件(10、12)已经沿轴向方向被装配在一起之后在径向向外的方向上弯曲。
7.根据前述权利要求1至2中任一项所述的密封装置，其中，所述第二迷宫式密封件(6)包括在所述静态及动态密封部件的相对轴向定向的表面之间的轴向间隙，并且进一步包括在所述静态及动态密封部件(10、12)的第一组和第二组相对径向定向的表面之间的第一和第二环形间隙(14、15)。
8.根据权利要求7所述的密封装置，其中，所述静态密封部件(10)包括具有径向外腿(13')和径向内腿(13”)的U形构件(13)，并且其中，所述动态密封部件(12)包括至少部分地布置在所述U形构件(13)的径向外、内腿(13'、13”)之间的外筒部(12”')，使得所述第一和第二环形间隙(14、15)被创建在所述U形构件(13)的腿与所述外筒部(12”')之间。
9.根据权利要求8所述的密封装置，其中，所述U形构件(13)的径向内腿(13”)具有突起(16)，其在径向向外的方向上延伸，以在所述U形构件(13)中建立容纳空间(17)。
10.根据权利要求8或9所述的密封装置，其中，所述静态密封部件包括所述U形构件(13)所连接到的凸缘部(10')。
11.根据权利要求10所述的密封装置，其中，所述凸缘部(10')的径向横截面为S形几何形状，并且其中，所述U形构件(13)布置在形成所述S形几何形状一部分的轴向延伸部上。
12.根据前述权利要求1至2中任一项所述的密封装置，其中，所述密封唇(8)与对立面之间的接触交界面采用特别适于滑动接触的润滑脂进行润滑。
13.一种铁路轴承单元，包括双列圆锥滚子轴承(2)，并且还包括根据前述权利要求1至
12中任一项所述的密封装置(1)。

说明书全文

低摩擦动态密封件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于密封旋转内部件比如轴与静止外部件比如轴承壳体之间径向间隙的密封装置。更具体地说，本发明涉及一种在高转速下产生低摩擦的密封装置。

背景技术

[0002] 包括旋转部件的机器通常需要密封单元，以防止水分和污染物进入如支撑旋转部件的轴承，并且防止润滑轴承的润滑脂泄漏。径向唇密封件是常用密封件的一个示例。该密封件具有的接触唇抵靠着对立面，以确保静态条件下的有效密封。在动态条件下，唇与对立面滑动接触，产生摩擦和热，也就是说，传统的唇式密封通常不适合在高转速下使用。

[0003] 静态条件及高速下有效密封都很重要的一个应用是铁路轴承的领域。在紧凑牵引轴承单元(例如以超过200千米/小时的速度操作)中，过量的摩擦及热的产生会很快导致磨损和早期的密封失效。因此，非接触迷宫式密封件有时用于这样的轴承单元。US8356941公开了一个示例。然而，迷宫式密封的缺点在于，他们可能在静态条件下不能提供有效的密封，除非相对的迷宫表面之间的间隙非常小。因此，这种密封装置的公差要求更加严格。

[0004] 因此，存在改进的余地。

发明内容

[0005] 本发明涉及一种密封装置，用于密封可相对旋转的内部件和外部件之间的径向间隙，其中，所述内部件围绕旋转轴线旋转，所述外部件围绕所述内部件同轴布置。所述密封装置包括：静态部件，其适于安装到所述外部件；以及动态部件，其适于安装到所述内部件。所述密封装置包括第一迷宫式密封件和第二迷宫式密封件，其中的每个由所述静态及动态密封部件上的至少一组相对表面之间的间隙形成。所述密封装置还包括唇密封件，其沿径向布置在所述第一和第二迷宫式密封件之间。所述唇密封件包括密封唇，其连接到所述动态密封部件并且其抵靠着所述静态密封部件上的径向定向的对立面。所述密封唇在径向横截面上具有纵向延伸部，其在所述动态密封部件静止时以10°至80°之间的角度朝向所述旋转轴线延伸。

[0006] 所述密封唇因此适于在离心力的作用下偏离所述对立面，从而随着速度增加降低唇的接触力，这又尽可能地减小摩擦的增加。在一定的高速下，唇将从对立面抬离，但这将不会损害密封装置的整体密封作用，因为所述第一和第二迷宫式密封件在高速下具有最佳的密封效果。因此，所述密封装置在静态及低速条件下提供有效的密封，并且在高速下提供有效的低摩擦密封。优选地，所述密封唇在纵向方向上相对于旋转轴线倾斜，角度在30°和60°之间。

[0007] 在一个示例中，所述密封唇由弹性材料制成，该弹性材料在例如模制过程中连接到所述动态密封部件的径向延伸的凸缘部。密封唇的纵向延伸部和所述凸缘部之间的连接可以适当地包括铰接点，所述唇可以在离心力的作用下围绕该铰接点枢转。铰接点可以由弹性材料的相对薄部形成。

[0008] 在抬离速度以下的速度下，密封唇与对立面滑动接触。为了进一步减小摩擦，这种滑动接触优选地采用特别适于密封应用的密封润滑脂进行润滑。通常，由本发明的密封装置密封的空间将包含滚动元件轴承，特别是用于铁路应用的双列圆锥滚子轴承。轴承采用适于滚动接触的润滑脂进行润滑。当使用不同的密封润滑脂时，重要的是保持不同的润滑脂分离。这个功能是由所述第一迷宫式密封件执行的。

[0009] 所述第一迷宫式密封件位于唇密封件的径向向内，并且由动态密封部件的筒安装部与静态密封部件的相对筒部之间的环形间隙至少部分地形成。在优选的示例中，动态密封部件在轴向内侧(轴承侧)还包括径向延伸部，该延伸部沿径向重叠第一迷宫式密封的环形间隙。该径向延伸部形成所述唇密封件与由密封装置作为整体密封的空间之间的额外屏障。

[0010] 所述径向延伸部可以由与密封唇相同的材料形成，并且可以在相同的过程中被连接到动态密封部件。可替代地，该径向延伸部可以由动态密封部件的筒安装部的一部分形成，该部分在静态及动态密封部件已经组装之后沿径向向外弯曲。

[0011] 所述第一迷宫式密封件、唇密封件和第二迷宫式密封件优选地大致布置在相同的轴向位置。这允许紧凑的设计。三个上述密封元件因此在径向横截面上布置成一个在另一个上方。

[0012] 第二迷宫式密封件位于唇密封件的径向向外，并且具有的主要功能是防止污染物进入密封装置。在一个示例中，第二迷宫式密封件具有U形几何形状，其由静态及动态密封部件的相对轴向定向的表面之间的轴向间隙以及由静态及动态密封部件上的第一组和第二组相对径向定向的表面之间的第一和第二环形间隙形成。

[0013] 合适地，所述静态密封部件包括具有径向内腿和径向外腿的U形构件。所述动密封部件适当地包括在所述径向内外腿之间延伸的外筒部，以创建第二迷宫式密封件的上述空隙。

[0014] 因此，根据本发明，所述密封装置具有复杂的迷宫式密封件，以防止污染到达密封唇，该唇适于在离心力的作用下偏离静态密封部件上的对立面。因此，所述密封装置在高转速下提供有效的低摩擦密封。另外，迷宫式密封件防止来自密封空间的润滑脂进入该密封装置，从而有可能使用密封件中的特定润滑脂。

[0015] 根据下面的详细描述及附图，本发明的这些及其它优点将变得显而易见。

附图说明

[0016] 附图示出了本发明的实施例。

[0017] 单张附图1示出了通过被安装到铁路轴承单元的密封装置的径向横截面。

[0018] 附图标记列表

[0019] 1 密封装置

[0020] 2 轴承装置

[0021] 3 旋转机器部件(轴)

[0022] 4 静止机器部件(壳体)

[0023] 5 第一迷宫式密封件

[0024] 6 第二迷宫式密封件

[0025] 7 唇密封件

[0026] 8 密封唇

[0027] 9 静态密封部件的筒部

[0028] 10 静态密封部件

[0029] 10' 静态密封部件的凸缘部(静态凸缘部)

[0030] 11 第一迷宫式密封件的环形间隙

[0031] 12 动态密封部件

[0032] 12' 动态密封部件的安装部

[0033] 12” 动态密封部件的凸缘部(动态凸缘部)

[0034] 12”' 动态密封部件的外筒部

[0035] 13 U形构件

[0036] 13' U形构件的第一腿

[0037] 13” U形构件的第二腿

[0038] 14 第二迷宫式密封件的第一环形间隙

[0039] 15 第二迷宫式密封件的第二环形间隙

[0040] 16 U形构件上的径向突起

[0041] 17 U形构件内的容纳空间(水收集器)

[0042] 18 动态密封部件上的径向突起

[0043] 19 密封唇的枢转点

[0044] E 环境

[0045] a 旋转轴线

[0046] α 密封唇与旋转轴线之间的角度

[0047] L 密封唇的纵向延伸部

具体实施方式

[0048] 在该图中，示出了一种密封装置，其形成铁路轴承单元的一部分。密封装置1相对于环境E密封轴承装置2(未详细示出)。轴承装置2将旋转轴3支撑在静止壳体4中(该壳体还可以是外轴承圈)。轴3围绕轴线a旋转。

[0049] 密封装置1包括三个密封元件，即：第一迷宫式密封件5、第二迷宫式密封件6和唇密封件7，其沿径向布置在这两个迷宫式密封件5和6之间。

[0050] 具体地，该装置包括动态密封部件12，其安装到轴3并且包括安装到壳体4的静态密封部件10。静态密封部件包括凸缘部10'，其在径向向内的方向上从外筒安装部延伸。另外，静态密封部件包括内筒部9，其在轴向向外的方向上从静态凸缘部10'延伸。合适地，这些部分是由例如金属片制成的变形管状元件的一部分。

[0051] 动态密封部件12包括筒安装部12'(装配至轴3)和在径向向外的方向上从该安装部延伸的凸缘部12”。此外，外筒部12”'在轴向向内的方向上从动态凸缘部12”朝向静态密封部件的静态凸缘部10'延伸。此外，动态密封部件的上述部分适于形成由例如金属片制成的变形管状元件的一部分。

[0052] 第一迷宫式密封件5由静态密封部件10的筒部9的径向内表面和动态密封部件12的筒安装部12'的径向外表面12之间的环形间隙11至少部分地形成。

[0053] 动态密封部件还包括弹性密封唇8，其在唇的纵向方向L上朝向旋转轴线a延伸。密封唇8接合到动态凸缘部12”并且具有纵向状体，其以相对于旋转轴线成角度α延伸。密封唇8的接触表面抵靠着由筒部9的径向外表面形成的、静态密封部件10上的对立面。在所示的示例中，角度α约为45度。此外，弹性密封唇8通过弹性体材料的相对薄部而结合到动态密封部件12的凸缘部12”。此相对薄部充当铰链点19(密封唇8可以绕其枢转)。因此，在动态密封部件旋转过程中离心力的作用下，密封唇8将被推离对立面(在图中所示的未作标记的箭头的方向上)。

[0054] 因此，密封唇8与筒部9上的对立面之间的接触力在轴3的旋转过程中得以降低。在足够的转速下，密封唇8将从该筒部抬离，从而使得能够在超过例如200公里/小时(这对于铁路轴承单元是常见的)的高转速下实现低摩擦密封。如所要理解的那样，密封唇可被设计成在预定的转速下抬离，这取决于应用。

[0055] 有利地，唇密封件7设置有润滑脂，以便在低于起飞速度的速度下尽可能地减小摩擦。适当地，密封润滑脂特别适于滑动接触，并且可以与润滑轴承装置2的轴承润滑脂所不同的润滑脂。在动态条件下，第一迷宫式密封件5确保这两种不同的润滑脂保持分离。

[0056] 为了确保在静态条件下分离，动态密封部件优选地包括第二径向突起18，其在轴向内侧(轴承侧)从轴安装部12'延伸，并且其在径向方向上稍微重叠静态密封部件的凸缘部10'。在所示的实施例中，第二径向突起18由用于创建密封唇8的、结合到动态密封部件12的相同弹性材料形成。弹性突起18具有一定的柔性，使得动态及静态密封部件能够通过使突起18弹性变形而在轴向方向上被组装。在另一实施例(未示出)中，至少动态密封部件12的轴安装部的径向内表面覆盖有一层弹性材料，以减少轴3上的应力。

[0057] 第二径向突起18还可以由轴安装部12'的轴向延伸部形成，其在动态及静态密封部件已经在轴向方向上被装配之后沿径向向外弯曲。

[0058] 密封装置1还被设计成防止环境E中的污染物进入轴承装置2所位于其中的密封空间。第二迷宫式密封件6在该密封功能中起重要作用，特别是在密封唇8从对立面抬离时的高速下。第二迷宫式密封件优选地由U形间隙形成，该间隙由第一和第二环形间隙及轴向间隙形成。

[0059] 在所示的实施例中，静态密封部件包括大致U形的构件13，其安装在静态凸缘部10'的轴向外侧。构件13具有第一和第二腿13'、13”，它们沿轴向重叠动态密封部件的外筒部12”'的相对径向表面。第一环形间隙14形成在第一腿13'的径向内表面与外筒部12”'的径向外表面之间。第二环形间隙15形成在第二腿13”的径向外表面与外筒部12”'的径向内表面之间。轴向间隙形成在U形构件13的相对轴向侧面与外筒部之间。

[0060] 合适地，第一环形间隙14(其开放于环境E)的径向尺寸非常小(例如0.5mm)，以便限制污染物进入。优选地，轴向间隙的轴向尺寸更大(例如1.5mm)，以容纳轴3和壳体4之间的轴向位移。

[0061] 在所示的实施例中，第二迷宫式密封件6的第二环形间隙15的径向尺寸不恒定。U形构件的第二腿13”具有小的径向突起16，其限定用于水分和其它污染物的收集空间17。突起16有助于防止污染物进入该密封装置。

[0062] 静态密封部件的凸缘部10'可以由金属片制成，在所示的例子中在其径向中间区域采用了S形。U形构件可以由在S形截面结合或模制到静态凸缘部10'的聚合物材料制成。这样，U形构件13的位置的适当限定通过在径向方向上由“S”形成的底切建立。该底切创建轴向延伸部，用于沿径向定位U形构件(13)。在其它实施例中，静态凸缘部10'在径向方向上是直的。

[0063] 因此，本发明并不局限于所描述的实施例，而是应在所附权利要求的范围内进行解释。

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