具有压力卸载元件的密封系统和这种密封系统用于调整中间空间压力级的应用的制作方法

本发明涉及一种两个能沿运动轴线相对于彼此平移运动的构件之间的密封系统，用于相对于低压侧密封高压侧，其中，外部构件具有一个朝内部构件敞开的、朝向低压侧(n)的第一环形槽和至少一个朝内部构件敞开的、朝向高压侧的第二环形槽。在第一环形槽中设有密封装置，所述密封装置具有贴靠在内部构件上的、由能弹性变形的材料制成的第一密封环和沿径向张紧第一密封环的、相对于第一环形槽密封的、由能弹性变形的材料制成的第一预紧环。在每个第二环形槽中分别设有压力卸载元件，所述压力卸载元件具有贴靠在内部构件上的、由能弹性变形的材料制成的第二密封环和沿径向张紧第二密封环的、相对于第二环形槽密封的、由能弹性变形的材料制成的第二预紧环。

第二密封环具有密封棱边，所述密封棱边具有高压侧的接触面角度和低压侧的接触面角度，每个压力卸载元件配设至少一个连接通道，通过连接通道，在密封装置和第一压力卸载元件之间的中间空间能够与高压侧连接或者在两个相邻的压力卸载元件之间的中间空间能够与高压侧连接，或者两个相邻的中间空间能够通过所述连接通道相互连接。

每个连接通道在压力状态pzn>ph或pzn>pzh下封闭，而在压力卸载状态pzn≥ph+pkrit或pzn≥pzh+pkrit下打开，其中ph是高压侧的液压，pzn是低压侧的中间空间中的液压，pzh是高压侧的中间空间中的液压，pkrit是压力增量，在这个压力增量下或在超过这个压力增量时，连接通道打开，其中pkrit通过第二预紧环的变形限定。连接通道在压力状态pzn>ph或pzn>pzh通过第二预紧环封闭，并且第二密封环的密封棱边的高压侧的接触面角度小于或等于该密封棱边低压侧的接触面角度，从而在压力加载状态下以及在内部构件在外部构件中往复运动时，对于第二密封环调整到确定的泄漏率，通过所述泄漏率调整低压侧的中间空间中的液压。

背景技术：

这种密封系统由ep1991800b1已知。但所述已知的密封系统导致高的装配耗费并且制造昂贵。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是，提供一种具有前面所述技术优点的密封系统，这种密封系统总体上能更为简单和经济地制造。

根据本发明的目的通过具有在权利要求1中给出的特征的密封系统来实现。

在根据本发明的密封系统中，至少一个压力卸载元件的第二密封环和第二预紧环相互一体地构成并且由聚氨酯制成，pkrit通过第二预紧环沿相对于运动轴线径向的方向的至少局部的变形限定。由此，第二密封环和第二预紧元件可以共同地作为一个单独的构件由经济的材料以及以总体上较小的制造公差制作。此外，由此简化了密封系统的安装。由此根据本发明的密封系统总体上能更为简单和经济地制造。

根据本发明，在有多个压力卸载元件的情况下，可以这样来进一步降低制造和安装耗费，即，每个压力卸载元件的第二密封环和第二预紧环都相互一体地构成并且由聚氨酯制成。

在根据本发明的密封系统中，高压侧的压力不是直接作用在主密封件上。这个优点特别是对于具有多个前后依次设置的压力卸载元件的布置结构特别有作用。在密封系统的具有一个密封装置和一个或多个压力卸载元件的结构中，在所述或各所述压力卸载元件与密封装置之间设有一个或多个中间空间。在液压运行中，在各个通过压力卸载元件相互分开的中间空间中存在不同的液压压力。相邻的中间空间之间的压力差确定用以加载相应的压力卸载元件的压力。每个压力卸载元件都配设至少一个连接通道，用于对与在低压侧邻接的低压侧中间空间进行压力卸载。每个连接通道都将低压侧的中间空间与朝向高压侧的高压侧中间空间连接或与具有高压ph的高压侧连接，在所述低压侧中间空间中存在液压压力pzn，在所述高压侧中间空间中存在液压压力pzh。连接通道在密封系统的基本压力状态pzn≤pzh或pzn≤ph下封闭，在这个基本压力状态下，低压侧中间空间中的压力pzn小于或等于高压侧中间空间中的压力pzh或高压侧上的压力ph。在所述基本压力状态下，密封环相对于低压侧中间空间密封高压侧中间空间或高压侧。根据本发明的连接通道在相反的压力状态pzn>pzh或pzn>ph下也保持封闭，在这个压力状态下，低压侧中间空间压力超过高压侧压力并且在这个压力状态下密封环相对于高压侧中间空间或相对于高压侧密封低压侧中间空间。只有在达到压力卸载状态pzn≥pzh+pkrit或pzn≥ph+pkrit时，连接通道才打开，在这个压力卸载状态下达到或超过压力增量pkrit。所述压力增量pkrit构成用于连接通道的临界开启压力并通过第二预紧环的变形限定。

在依次排列多个压力卸载元件时，通过单侧作用的连接通道进行压力卸载是特别有利的。在液压运行中，各中间空间中的液压压力不同程度地升高。一个中间空间的压力卸载仅取决于另一个、即最近的高压侧中间空间的压力。一旦两个与压力卸载元件邻接的中间空间之间的压力差pzn-pzh或中间空间与高压侧的压力差pzn-ph达到相应的压力增量pkrit，即pzn-pzh＝pkrit或pzn-ph＝pkrit，则在相互连接的压力区域或中间空间中出现压力平衡。以这种方式实现了，在根据本发明的密封系统中，对于所有满足pzn-pzh≥pkrit的压力，特别是当中间空间压力低于存在于高压侧的液压工作压力，即pzn、pzh<ph时，中间空间发生压力卸载。第二密封环的密封棱边高压侧的接触面角度分别小于或等于该密封棱边低压侧的接触面角度，从而在压力加载状态下以及在内部构件在外部构件中往复运动时，对于密封环调整到确定的泄漏率，通过所述泄漏率调整低压侧的中间空间中的液压压力。

对于这种密封机制，动态密封件的预紧力和接触压力分布具有原则上的重要意义。预紧力在将内部构件装入外部构件时产生。接触压力分布对应于从密封环由压力液体加载的表面传递到密封面上的张力。拖出的油膜与拖入的润滑剂膜的差额构成泄漏率。流体动力的泄漏率通过接触区域中朝高压侧的压力梯度确定。所述压力梯度取决于密封棱边和要密封的内部构件之间的接触面角度。高压侧较陡的接触面角度实现了较陡的压力梯度和较小的泄漏率，相反，高压侧较为平缓的接触面角度导致平缓的压力梯度和较高的泄漏率。

如果密封系统的回输能力大于或等于被排出的油量，则得到密封的系统。因此，设置在第一环形槽中的密封装置的第一密封环具有较陡的压力梯度，所述密封装置在根据本发明的密封系统中用作主密封件。与此相对地，在压力卸载元件上允许以受控的方式存在泄漏率，其方式是，相应密封环的密封棱边具有对称的接触面角度或具有不对称的接触面角度，其中高压侧的接触面角度小于低压侧，并且因此具有较为平缓的压力梯度。此外，密封棱边是倒圆的。这提供了制造技术上的优点并且使得能够进一步改善密封系统的使用寿命。通过密封棱边的倒圆，可以改变密封环和运动的构件之间的所谓拖带角(schleppwinkel)，以便在压力加载状态下提供确定的泄漏率，并且能够与系统要求相适应。为了沿径向在内侧支承相应的第二密封环，根据本发明设有支承环。所述支承环这里优选构造成，使得在对第二密封环或相关压力卸载元件压力加载时，同时防止第二密封环被挤出到低压侧中间空间中，即挤入内部和外部构件之间的低压侧密封间隙中。为了在内部和外部构件之间实现较小的摩擦，支承环可以相对于内部构件隔开径向间距、即无接触地设置。当然，支承环也可以贴靠在内部构件上或者贴靠在往复运动的构件上。特别是对于后面一种情况，支承环有利地具有朝向第二构件的带有倒圆部的内侧。支承环的内侧还沿径向朝内部构件隆起，就是说构造成凸形的。由此，即使在至少在密封系统受压力加载的运行状态下支承环贴靠在内部构件上时，总体上也能确保可靠的拖带特性，同时确保对密封系统优化的润滑。

高压侧和低压侧的接触面角度这样来选择，使得在压力加载状态下和在内部构件在外部构件中往复运动时，对于每个密封环分别调整到确定的泄漏率，通过所述泄漏率设置在低压侧与相应压力卸载元件邻接的中间空间中的液压压力。通过所述接触面角度，对于每个压力卸载元件，这样选择流体动力的泄漏，使得在每个中间空间中存在确定的液压压力。以这种方式，在根据本发明的密封系统中建立了确定的中间空间压力，这种中间空间压力在优选的实施形式中分级地从高压侧向低压侧降低。在每个压力卸载元件上和在密封装置上定义一个压力级，所述压力级的大小对应于存在于相应元件上的压力差。根据本发明的密封系统除了密封环流体动力的回输能力还具有通过设置压力卸载元件中的连接通道实现的流体静力学卸载的可能性。在一个中间空间的压力升高到超过在最近的高压侧中间空间的中间空间压力加上相应的压力增量时，连接通道的阀功能实现对该中间空间的压力卸载。

在根据本发明的密封系统的各单个元件的优化设计中，可以提高液压系统中的系统压力或工作压力，而不会对密封系统的功能性或使用寿命造成限制。通过在压力卸载元件后面的确定的压力，甚至可以改进压力密封件的密封间隙中的润滑剂膜的形成，这又对整个系统的摩擦和使用寿命有积极的影响。通过压力卸载元件中的压力阀的开启压力、就是说相应的压力增量的可调性实现了所述优化状态。连接通道的低压侧开口或低压侧端部沿轴向不同地安装在第二密封环或第二预紧环的内直径或外直径上或者第二环形槽中，从而通过压力卸载元件相互间与压力相关的移动，在一定程度上调节到了较高的开启压力。

通过流体动力学的输送能力和流体静力学的卸载的配合作用，即使在不利的运行条件下也可以利用由例如具有卸载通道的压力密封件和后置的副密封件组成的密封系统实现高使用寿命，同时具有改进的或没有向外的泄漏。

根据本发明的一个特别优选的改进方案，密封系统的密封装置的第一密封环和第一预紧环可以相互一体地构成。由此可以进一步降低密封系统的制造耗费。密封装置在这种情况下可以从成本的角度考虑同样由聚氨酯制成。

根据本发明，压力卸载元件的第二预紧环优选具有密封唇口式构成的侧腿，所述侧腿在基本压力状态pzn>ph或pzn>pzh下以密封棱边密封地贴靠在第二环形槽的槽底部上，并且密封唇口式的侧腿在压力卸载状态下通过其相对于密封环的径向偏移以其密封棱边运动离开在槽底部上的密封贴靠。由此，第二预紧环释放通过连接通道的用于实现压力平衡的流体流。第二预紧环这里特别是可以具有成弯角或l形的横截面，所述横截面具有第一和第二侧腿。第一侧腿这里沿径向方向从第二密封环延伸出来，而构造成密封唇口式的第二侧腿沿轴向朝密封系统的高压区域延伸。

根据本发明，至少一个所述连接通道可以包括设置在压力卸载元件中的通孔和/或朝第二环形槽敞开的槽部段，所述槽部段在压力卸载元件上和/或外部构件中构成。

如果通孔或槽部段在压力卸载元件上构成，则可以简化根据本发明的密封系统并且可以在没有大的成本支出的情况下对于现有的结构组件进行改装。

各槽部段可以特别是设置在压力卸载元件的低压侧的端侧上、设置在第二预紧环的朝向第二环形槽的槽底部的外侧上和/或设置在压力卸载元件的第二密封环的朝向高压侧h的端侧上。重要的是，即使在压力卸载元件压紧在第二环形槽的低压侧的槽侧面上时，预紧元件的密封唇口式的侧腿也可以通过连接通道的所述槽部段或通孔利用存在于设置在低压侧的中间空间中的压力加载。此外，即使当压力卸载元件在压力卸载状态下压紧在第二环形槽的高压侧的槽侧面上时，通过所述连接通道在压力卸载状态下也必须确保实现相应压力介质朝向高压侧的流体流。

在根据本发明的密封系统的另一个优选的实施形式中，外部构件是壳体、特别是圆柱体，而内部构件是在壳体中引导的活塞的活塞杆。可以理解的是，环形槽备选地也可以在内部构件中构成。壳体-活塞单元通常是具有高工作压力的液压系统。压力卸载元件根据本发明的布置结构和实施形式适合于对在这种系统中在高压下受载的主密封件进行卸载。密封装置可以通过设置在另一个环形槽中的用于清理移入的活塞杆的刮擦环来补充。

本发明还包括根据本发明的密封系统的用于调整中间空间压力级的应用，其中，这样来调整中间空间中的液压压力，使得在每个第二密封环上都存在相同的压力差。根据本发明的密封系统的这种应用的优点在于，所有压力卸载元件都以相同的程度对在高压下受载的主密封件的卸载做出贡献。这种等差的中间空间压力级的各单个部件均匀地受到载荷，由此提高了整个密封系统的使用寿命。压力卸载元件可以这样设置在第二环形槽中，使得密封环和预紧环在相反的压力状态pzn>pzh或pzn>ph下朝高压侧移动。在压力进一步升高时，预紧环发生变形，直至在达到压力卸载状态pzn≥pzh+pkrit或pzn≥ph+pkrit，释放目前为止仍封闭的连接通道，从而压力介质可以通过连接通道从低压侧的中间空间流入高压侧的中间空间。压力增量pkrit对应于为了释放连接通道要耗费的单位面积变形力。存在于低压侧中间空间中的压力介质通过连接通道向高压侧中间空间流动，直至建立压力状态pzn-pzh<pkrit或pzn-ph<pkrit，在这个压力状态下，存在于压力卸载元件上的压力差pzn-pzh处于压力增量pkrit之下并且连接通道通过预紧环和/或密封环相应的卸荷、变形和/或移动重新封闭。在压力卸载之后，在低压侧中间空间中存在压力pzn≌(pzh+pkrit)或pzn≌(ph+pkrit)，所述压力在高压侧的压力加上压力增量之下。

附图说明

本发明其他的优点由说明书和附图的图示得出。下面根据在附图中示出的实施例来说明本发明。

在图中：

图1用局部剖视图示出处于基本压力状态下的根据本发明的密封系统；

图2用局部剖视图示出处于压力卸载状态下的根据图1的密封系统。

具体实施方式

图1示出根据本发明的在两个能相对于彼此运动的构件之间、用于相对于低压侧n密封高压侧h的密封系统10。

内部构件12这样设置在外部构件14中，使得内部构件能够在轴向上沿运动轴线16实施平移运动。外部构件14例如可以构造成圆柱形的壳体，而内部构件12可以构造成在壳体中引导的活塞的活塞杆。在图1中，用局部剖视图示出密封系统10上部的空腔。外部构件14总共具有三个朝内部构件12敞开的环形槽，一个朝向低压侧n的第一环形槽18和两个设置在高压侧h的第二环形槽20a和20b。在第一环形槽18中设有密封装置22。当然，各环形槽也可以通过内部构件构成。

密封装置22包括贴靠在内部构件12上的由能弹性变形的材料制成的第一密封环24和沿径向张紧第一密封环24的相对于第一环形槽18密封的由能弹性变形的材料制成的第一预紧环26。第一预紧环26例如可以设计成o形环。所述密封装置22用作主密封件，因此第一密封环24的密封棱边28具有较陡的压力梯度。所述较陡的压力梯度和由此导致的较小的泄漏率与第一密封环24与内部构件12之间的高压侧的接触面角度α和低压侧的接触面角度β相关，高压侧的接触面角度α大于低压侧的接触面角度β。

在第二环形槽20a中设置第一压力卸载元件30a、在另一个第二环形槽20b中设置另一个压力卸载元件30b。压力卸载元件30a和30b分别包括一个第二密封环32a、32b和一个第二预紧环34a、34b。第二密封环32a、32b通过第二预紧环34a、34b沿径向方向向内部构件12张紧。

两个压力卸载元件30a、30b的第二密封环32a、32b和第二预紧环34a、34b分别相互一体地构成并且由能弹性变形的聚氨酯制成。

第二密封环32a、32b以其密封棱边36分别密封地贴靠在内部构件12上，相应高压侧的接触面角度αa和αb分别小于相应低压侧的接触面角度βa或βb。所得到的平缓的压力梯度也可以通过密封棱边36上对称的、就是说相同的接触面角度来实现。附加地，可以通过相应密封棱边36的倒圆来影响拖带特性。

通过前后依次设置的密封装置22、第一压力卸载元件30a、另一个压力卸载元件30b，在密封装置22与第一压力卸载元件30a之间确定第一中间空间za，而在第一压力卸载元件30a和另一个压力卸载元件30b之间确定另一个中间空间zb。

压力卸载元件30a、30b分别设有支承环38。所述支承环38嵌入第二密封环32a、32b的未详细示出的凹部中并且例如可以由金属或适当的粘塑性的塑料制成。支承环38一方面用于沿径向方向支承第二密封环32a、32b。另一方面，可以通过支承环38在压力卸载元件30a、30b在高压侧受压力加载时防止第二密封环32a、32b不希望地被挤入中间空间za或zb中或抑制这种挤入。为了实现内部和外部构件12、14的尽可能低摩擦的相对运动，两个支承环38可以相对于内部构件12分别设置成无接触的。一个或多个第二支承环38可以具有朝向内部构件12的具有平缓的锥角或具有倒圆部的内侧39，如在图1中在第一压力卸载元件30a的第二支承环38处举例示出的那样。支承环38的内侧39的这种设计方案特别是在支承环38贴靠在内部构件上时对于必要时对于降低压力平衡所需的流体通行的摩擦以及提高使用寿命方面是有利的。支承环38此外还可以设有用于压力下的流体的、在图中没有详细示出的轴向通孔(或轴向槽)，以便实现流体在连接通道中完全不受阻碍地(沿轴向)通过。

密封棱边36上平缓的压力梯度在压力加载状态下和在内部构件12在外部构件14中平移运动时允许在压力卸载元件30a、30b上分别有(预先)确定的泄漏。相应的泄漏率确定了在低压侧与相应的压力卸载元件30a、30b邻接的中间空间中的液压压力，对于第一压力卸载元件30a在第一中间空间za中存在压力pza，对于另一个压力卸载元件30b在另一个中间空间zb中存在压力pzb。中间空间压力pza和pzb这样调整，使得在密封系统10中形成从低压侧的压力pn到高压侧的压力ph分级别的升高，其中pn<pza<pzb<ph。

选择确定的中间空间压力pza和pzb使得可以建立等差的压力级，在这种压力级中，密封装置22以及两个压力卸载元件30a、30b、特别是第一密封环24和两个第二密封环32a、32b以相同的压力差pza-pn＝pzb-pza＝ph-pzb加载。

在图1中示出中间空间压力级的基本压力状态pn<pza<pzb<ph。密封装置22在低压侧贴靠在第一环形槽18上，并因此相对于低压侧n密封第一中间空间za。

第一和第二压力卸载元件30a、30b的第二预紧环34a、34b分别具有基本上l形的横截面，所述横截面具有第一侧腿40a、40b和构造成密封唇口的第二侧腿42a、42b。第一侧腿40a、40b在相应的第二密封环32a、32b上一体成形并从第二密封环32a、32b沿径向朝相应第二环形槽20a、20b的槽底部44的方向延伸。第二侧腿42a、42b相应地沿轴向朝密封系统10的高压侧h的方向延伸。第二预紧环34a、34b的第二侧腿42a、42b在基本压力状态下以其密封棱边46分别弹性预紧地、密封地贴靠在第二环形槽20a、20b的槽底部44上。要注意的是，第二密封环32a、32b以其朝向高压侧h的端侧48分别沿轴向朝高压侧h的方向突出于相应第二预紧环34a、34b的第二侧腿42a、42b的自由端50。压力卸载元件30a、30b在当前情况下以一定的轴向间隙设置在第二环形槽20a、20b中，但也可以没有这种轴向间隙地设置在所述第二环形槽20a、20b中。

连接通道52用于在第一中间空间za和另一个中间空间zb之间或第二中间空间za和高压侧h之间实现压力平衡。所述连接通道在当前情况下在压力卸载元件30a、30b的第二密封环32a、32b中或在第二预紧环34a、34b中分别包括槽部段52a、52b、52c。

槽部段52a设置在压力卸载元件30a、30b的(分级构成的)低压侧端侧54上。槽部段62a也可以部分地在相应的支承环38上构成。

槽部段52b设置在压力卸载元件30a、30b的第二预紧环34a、34b的朝向槽底部44的外侧56上并且沿轴向朝配设给槽底部44的密封棱边46的方向延伸。槽部段52c相应地设置在压力卸载元件30a、30b的第二密封环32a、32b的高压侧的端侧48上。

槽部段52c设置在相应第二预紧环34a、34b的密封棱边46的低压侧。在所示的基本压力状态pza<pzb下，压力卸载元件30a、30b在低压侧贴靠在相应的第二环形槽20a、20b上。槽部段52a；52b通过第二预紧环34a、34b的贴靠在槽底部44上的密封棱边46相对于槽部段52c密封，就是说配设给两个压力卸载元件30a、30b的连接通道52分别在功能上流体密封地封闭。

在图2中示出，图1中所示根据本发明的密封系统10的各单个元件的位置在进入压力卸载状pzb≥ph+pkrit时如何改变。

在所述压力卸载状态下，所述另一个中间空间zb中的压力pzb升高到高压侧h的压力ph之上，由此所述另一个压力卸载元件30b朝高压侧h移动并且因此以其高压侧的端侧48贴靠在第二环形槽20b的高压侧的槽侧面58上。

通过中间空间压力pzb的进一步升高，第二预紧环34b被激活并且沿径向朝内部构件12的方向发生(局部的)变形，如用箭头60示出的那样。在第二预紧环34b这样变形时，密封棱边46在压力卸载状态pzb≥ph+pkrit下从其在槽底部44上密封的贴靠中抬起并由此释放所述中间空间zb通过槽部段51a和52b与槽部段52c以及还与高压侧h的流体连通。存在于中间空间zb中的压力介质沿虚线示出的流动方向62流动通过连接通道52并由此到达高压侧h。所述另一个中间空间zb的压力卸载一直进行到液压侧的过压不再超过所述压力增量pkrit为止，即，pzb-ph<pkrit，并且第二预紧环34b由于其自身的固有弹性重新密封地贴靠在槽底部44上并由此密封地封闭连接通道52。

密封装置22的位置以及压力卸载元件30a的位置在压力状态pzb>ph下以及在压力卸载状态pzb≥ph+pkrit下都保持不变，因为仍满足pn<pza<pzb。所述另一个中间空间zb的压力卸载因此对于密封结构22没有任何影响，这表明了多级的压力分级对于主密封件的压力卸载的有效性和有利性。

可以看到，设置在第一环形槽18中的密封装置的第一密封环和第一预紧环可以以与压力卸载元件相对应的方式相互一体地构成并由聚氨酯制成。

当然，槽部段52a、52b和/或52c可以至少部分地设置在构成第二环形槽20a、20b的构件12、14中。此外，连接通道52也可以替代一个或多个前面所述的槽部段52a、52b、52c包括一个或多个通孔，所述通孔穿过压力卸载元件30a、30b。