具有轴密封环的轴密封件的制作方法

本发明涉及一种具有轴密封环的轴密封件，其具有权利要求1的前序部分的特征。

背景技术：

鉴于更严格的排放法规，对用于密封曲轴的具有较低摩擦的轴密封环存在持续的需要。同时，需要确保轴密封环的足够稳定性以抵抗发动机在操作期间出现的负压和过压，例如，在现今的汽油发动机中，曲轴箱中可能出现相当大的负压。过去，优化摩擦的径向轴密封环用于将曲轴密封，通过密封唇的适当几何形状实现压力稳定。然而，径向轴密封环能够实现的摩擦减小是有限的。

de102011114349a1公开了一种用于将曲轴密封的端面密封件。端面密封件通常具有非常低的摩擦，但是由相对大量的单独部件组成，占用大量的安装空间并且相对昂贵。

从de10334896a1中的图5已知轴向轴密封环。在该轴密封环中，通过三个接触式密封元件，即接触式防尘密封件、接触式辅助密封件和密封圈，实现可靠的密封，但是以增加的摩擦为代价。

根据ep2749796a1的轴向轴密封环还包括在轴向长度上密封地位于轴承环上的防尘唇，所述防尘唇虽然提供足够的防尘，但再次导致摩擦增加。此外，密封元件相对于负压仅具有低稳定性，这是因为当发动机侧存在负压时，密封唇由于在其与增强部分的连接处附近的削弱而远离轴承环，并且随后密封唇的密封功能完全消失。

ep3032148b1公开了一种具有密封唇的轴向轴密封环，该密封唇与径向配合元件密封地相互作用，其中通道设置在密封唇上或配合元件上，当轴旋转时，压力在所述通道中形成。由于这种压力的形成，唇与配合元件的接触力随着轴的旋转下降，直到气体摩擦代替液体摩擦，从而引起摩擦的跳跃式显著下降。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有轴密封环的改进的轴密封件，所述轴密封件在所有操作条件下实现曲轴的可靠密封、尽可能低的摩擦和足够的压力稳定性。

本发明通过独立权利要求的特征实现所述目的。在从属权利要求、附图和相关描述中可以找到进一步优选的改进。

根据本发明的主要构思，提出一种具有迷宫式密封件的轴密封件，所述迷宫式密封件在轴密封环的油侧设置在轴密封环的上游。

通过所提出的方案，将来自油侧的油通过迷宫式密封件保持远离轴密封环，轴密封件在总体上得到改进。轴密封环由此暴露于明显更少量的油或油雾，使得轴密封环以更少量的油雾并因此以更接近优选的干摩擦状态的方式操作。此外，由此能够减小轴密封件的部件上的压力，进而在所产生的摩擦力方面是有利的。因此，特别是与径向密封的轴密封件相比，能够减小实现特定程度的密封作用所需的轴密封件中的压力。由于迷宫式密封件实质上是未接触的，因此迷宫式密封件没有增加摩擦；只有整个轴密封件的密封作用增加，并且轴密封环被更好地保护。

因此，通过包括两个轴向互锁的支撑体的迷宫式密封件，能够在密封作用程度方面实现特别有效的迷宫式密封件。通过两个支撑体，能够实现从制造的角度来看仅通过一个部件不能实现的高度复杂的迷宫几何形状。此外，迷宫式密封件能够通过组合两个支撑体特别容易地组装。此外，通过使用具有适当尺寸稳定性的支撑体能够确保即使在正在作用的操作力下也能保持支撑体之间的迷宫几何形状。

因此，通过一个或两个支撑体按部分成角度，可以实现特别复杂的迷宫几何形状。通过成角度形状，能够实现具有相互成角度定向的迷宫通道的迷宫式密封件，使得油雾通过一个或更多个转向而转向，并且由此在迷宫式密封件中额外地放慢速度。

支撑体中的一个优选地设置为相对于轴固定，并且支撑体中的一个设置相对于壳体固定，因此两个支撑体在轴旋转时相对彼此旋转。由于提出的改进，迷宫通道的相对壁中的至少两个相对于彼此旋转，由此有意地使位于迷宫通道中的油雾涡旋，并且能够进一步增加迷宫式密封件的通流阻力和所产生的密封作用。

进一步提出在其油侧包括径向延伸的增强体的迷宫式密封件。增强体使得迷宫式密封件在具有迷宫通道的其特定形状下得到增强或尺寸得到稳定，其中迷宫通道通过在油侧上的，特别是入口侧的增强体的布置而被支撑。此外，通过增强体的适当形状和布置，已经有很大比例的油或油雾能够远离迷宫式密封件，并由此远离轴密封环，因此增强体进一步有助于轴密封件的密封作用。

此外，迷宫式密封件可以优选地包括接触式密封件，该接触式密封件具有密封唇和与该密封唇密封地相互作用的配合表面，使得穿过迷宫式密封件的油的流量能够进一步按部分减少或甚至完全被阻止。

进一步提出，接触式密封件设置为相对于轴固定，配合表面相对于壳体固定。配合表面由此被认为是静态的，即，静止的，而接触式密封件相对于配合表面移动。

进一步提出，接触式密封件被设计和设置为当轴在适当操作期间旋转时从配合表面升起。相应地，当轴不旋转时，接触式密封件抵靠配合表面，由此完全密封油的流动并且因此从大气侧完全密封油侧。这对于在例如机动车的例如变速器或内燃机中在轴不旋转的情况下进行的压力测试是有利的。此外，当轴在适当操作期间旋转时，接触式密封件有意地升起，并且因此进行能够用于例如朝着油侧回传油雾的移动，由此能够进一步改进密封作用。此外，在操作期间在轴密封件中作用的摩擦力以及轴密封件的磨损由于接触的移除能够进一步减少。

进一步提出，接触式密封件具有由于尺寸和布置而有助于接触式密封件的升起的薄弱部。接触式密封件由此能够由单种均匀材料生产，接触式密封件的移动有意由在轴旋转时出现并作用于接触式密封件的力自动地驱动。接触式密封件的要移动的部件并且进行移动的时刻通过薄弱部的壁的厚度的尺寸或薄弱部中的特定凹部的尺寸和薄弱部的布置来控制。

接触式密封件优选可以由弹性材料形成，这由于在要实现的密封作用方面和在接触式密封件的移动性方面弹性材料的弹性属性而是有利的。

进一步提出，轴密封环至少在所述轴密封环的密封唇的区域中由含ptfe的材料构成。含ptfe的材料具有特别好的干摩擦特性，这能够通过根据本发明的方案，即迷宫式密封件的上游布置以及所产生的使油雾远离的优势来特定有效地利用。具有ptfe部分并且特别适用于干摩擦的轴密封环在实践中通过迷宫密封件来保护以防油颗粒的进入，并且因此在干操作中运行，使得这种轴密封件与迷宫式密封件组合是特别有利的。

附图说明

现在，将参考附图在优选实施例的基础上解释本发明，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的轴密封件的横截面图；以及

图2是根据本发明第二实施例的具有闭合的接触式密封件的轴密封件的横截面图；以及

图3是根据本发明的第二实施例的具有打开的接触式密封件的轴密封件的横截面图；以及

图4是具有接触式密封件和第一增强体的轴密封件的斜视图；以及

图5示出根据本发明的轴密封件从油侧的示图。

具体实施方式

轴密封件10用于密封轴11，特别是曲轴，轴11从密封的油室27穿过机动车的内燃机、电动机或变速器的壳体13中的开口12延伸到大气侧外部25。外壳13例如由几个部件形成，具有油侧夹持元件30和大气侧夹持元件31。轴密封件10径向支撑在壳体13的开口12外部，并且径向支撑在轴11内部，由此将壳体13和轴11之间的环形空间密封。

轴密封件10包括相对于壳体固定的环形第一增强体14、相对于壳体固定的环形油测第二增强体23以及相对于轴固定的环形支撑体26，离心密封件29固定到该环形支撑体，例如通过硫化固定到该环形支撑体。此外，轴密封件10包括ptfe盘形式的环形轴密封环16，其夹持在第一增强体14与支撑在大气侧夹持元件31上的夹持环15之间，以相对于壳体固定。第一增强体14、第二增强体23和夹持环15分别夹持在油侧夹持元件30的肩部和大气侧夹持元件31的肩部之间，并且因此被认为相对于壳体13静止。

轴密封环16具有开口，轴11延伸穿过该开口。此外，轴密封环16由含ptee的弹性体制造，并且因此具有所述材料典型的有利的干摩擦特性。第一增强体14和第二增强体23与支撑体26和离心密封件29形式的接触式密封件一起形成迷宫式密封件，其相对于油室27设置在轴密封环16的上游。因此，为了从油室27流出并流向大气侧外部25，油在到达轴密封环16之前首先必须经过迷宫式密封件。因此，轴密封环16通过迷宫式密封件来防止流出油；换句话说，由于迷宫式密封件中的增加的通流阻力，利用迷宫式密封件能够显著减少从油室27到达轴密封环16的油量。

在轴侧，支撑体26与间隔垫片18、增强板20和间隔环21一起保持在轴11的肩部和固定在轴11端面上的夹盘19之间，并且因此与轴11一起旋转。

支撑体26包括呈环形盘状的径向延伸的主体、从主体轴向突出的径向外部环形法兰以及从主体轴向突出的径向内部环形法兰，三者共同形成横截面中的u形环。支撑体26的径向内部环形法兰固定在轴11上，并且用于固定支撑体26。

相对于壳体固定的第一增强体14还包括呈环形盘状的径向延伸的主体、从主体轴向突出的径向外部环形法兰以及从主体轴向突出的径向内部环形法兰，三者一起形成横截面中的u形环。径向外部环形法兰用于将第一增强体14固定在壳体13中或固定到油侧夹持元件30的内侧。

支撑体26和第一增加元件14由于设置在其上的环形法兰而都具有有角度的形状，并且布置为通过环形法兰互锁并且形成具有多个转向和对油雾的流通的增加阻力的通流通道。此外，当轴11旋转时，支撑体26与轴11一起旋转，使得支撑体26的壁也相对于固定到壳体的增加元件14的壁旋转，并且此外使迷宫的通流通道中存在的油雾涡旋，由此进一步增加通流阻力。

离心密封件29以弹性体的形式设置在支撑体26上，弹性体在支撑体26的主体的一侧(环形法兰从该侧突出)上硫化，具体地在环形法兰之间，即在支撑体26的u形中硫化。离心密封件29具有薄弱部32，其在与支撑体26的连接处具有减少的厚度，并且成形为在空载时朝向支撑体26的径向内部环形法兰轴向和径向向内定向。因此，如图1中能够看到的，在组装状态下，支撑体26与离心密封件29的密封唇密封地抵靠在第一增强体14的径向内部环形法兰的径向外部配合表面28。如果密封唇沿着周向形成，当轴11静止时，迷宫式密封件中的通流通道并且因此油室27和大气侧外部25之间的连接完全封闭。如果轴11以其操作转速旋转，支撑体26以及其上布置的离心密封件29也以该操作转速旋转。薄弱部32的厚度设置为使得离心密封件29的其上布置有密封唇的部分在轴11的旋转引起的径向力的作用下在密封唇处从配合表面28升起，由此，摩擦减少并且迷宫式密封件中的流动通道至少在密封唇和配合表面28之间的小间隙的范围内释放。虽然有在离心密封件29的升起位置处油雾可能流动通过迷宫的缺点，但通过有意地实现减少摩擦的优点可以接受该缺点。由于油雾流在迷宫式密封件中的多次转向以及由于离心密封件的密封唇和配合表面28之间的非常小的间隙，在离心密封件29从配合表面28升起的位置处，从油室27流过迷宫式密封件的油雾流的流率也非常小；鉴于所获得的优点，这种流率能够接受。此外，通过离心密封件29的径向向外的移动，油雾流能够通过产生的压力梯度朝向油室27回传，使得上述缺点能够甚至得到补偿。

除了薄弱部32的尺寸和布置以及离心密封件29的形状和布置之外，离心密封件29的额外设计参数包括离心密封件29的其上布置有密封唇的部分的质量、离心密封件29的材料和其形变特性以及轴11的转速。

此外，为了配置迷宫式密封件的密封特性和设置在其中的离心密封件29的密封特性，还能够利用静态和动态(即当离心密封件29移动时)下的通流通道的几何形状。

在这方面，特别是能够被认为是尺寸稳定的支撑体的第一增强元件14和第二增强元件23以及支撑体26是特别有利的，因为这些增强元件和支撑体允许保持迷宫式密封件中的通流通道的几何形状。此外，动态离心密封件29特别重要，因为当轴11停止时，该密封件与第一增强元件14上的配合表面28形成接触密封；理想地，在周向密封唇的情况下所述离心密封件将油室27和大气侧外部25完全分隔开。在本文，有利的是，配合表面28设置在尺寸稳定的第一增强元件14上，即设置在固定到壳体的尺寸稳定的支撑体上，该支撑体通过其形状稳定性即使在作用力下也能形成尺寸精确的密封表面。此外，使用尺寸稳定的支撑体来形成尺寸精确的迷宫式密封件是有利的，特别当使用提出的动态离心密封件29时，因为即使当轴11旋转时所述离心密封件由此也能够在尺寸精确的迷宫中进行所需的移动。特别地，因此能够保证离心密封件29有意地升起并失去与配合表面28的接触，而不会不受控制地抵靠在迷宫的另一壁，通过这，将导致摩擦再次不利地增加。然而，如果需要，离心密封件29还可以替代地设计为使得在一定转速以上抵靠另外的配合表面，并且有意地将迷宫中的通流通道重新密封。

图2和图3示出根据本发明的第二实施例的轴密封件10。具体地，在图2中离心密封件29闭合，在图3中，离心密封件29打开。轴密封件10的第二实施例特征在于较少量的单独部件，由此降低制造和组装的成本。

在这种情况下，支撑体26与轴11通过单个增强板20连接。此外，第二增强体23形成为环，其内直径延伸到支撑体26的肩部。轴密封环16固定到第一增强体14。为了固定所述环，可以以类似于第一实施例的方式设置夹持环15(未示出)。轴密封环16的径向内部边缘突出进入转动地固定到轴11的增加板20的凹槽中，并且由此将轴密封件10的增加板20和轴密封件10的增强体14之间的间隙密封。

离心密封件29操作与在第一实施例中相同，并且在图2中，当轴11不旋转时，离心密封件的密封表面密封地低靠第一增强体14的配合表面28。在图3中的位置中，轴11以其操作转速旋转，并且离心密封件29的密封表面径向向外枢转，即打开。

原则上在两个实施例中，离心密封件29设计为使得当轴11不旋转时，离心密封件的密封表面抵靠配合表面28，并且阻挡油雾流过迷宫式密封件。离心密封件29设计为使得当施加压力给油室27时，离心密封件的密封表面被压靠在配合表面28，并且增加了密封力。因此，当施加压力给油室27时，轴密封件10的密封作用增加，并且在任何情况下，即使增加油室27中的压力，轴密封件10也不打开。

如图3中能够看出的，如果轴11以其操作转速旋转，则离心密封件29的密封表面从配合表面28升起。操作转速由轴11在其中旋转的装置的操作范围限定。取决于装置的类型，该操作范围可以是非常宽的范围或者非常精确限定的转速范围。综上所述，重要的是，当轴11停止时，离心密封件29的密封唇密封地抵靠配合表面28，同时所述密封唇以操作转速升起并且由此减少摩擦。

图4示出从离心密封件29看，即从大气侧25看，图2和图3中的具有截出的第一增强体14的轴密封件10。在这种情况下，离心密封件29由多个单独区段形成，所述多个单独区段由间隔33彼此分开，通过间隔33具有更好的移动性，并且还能够单独地从配合表面28升起。此外，尽管少量的油雾可以通过间隔33，但油量仍然减少，因为与现有技术中已知的方案相比，离心密封件29中的间隔33还形成迷宫式密封件的通道并且增加油雾的通流阻力。

图5示出从油室27侧看，即从支撑体26看，的图2和图3中的轴密封件10。多个均匀布置的通道开口34设置在相对于壳体固定的第二增强体23中；来自迷宫式密封件的油雾能够经由所述通道开口回到油室27中。