[发明专利]径向轴密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向轴密封装置，用以在轴与容纳轴的静置构件之间的环形腔内在高压侧与低压侧之间进行密封，其中，所述径向轴密封装置旋转对称地构造而且与该轴同轴地布置。

背景技术

在大量技术应用中，旋转的轴必须在其穿通部的区域中通过静置的构件加以密封，以便防止流体介质不期望地从静置构件的一侧越到另一侧。于是，当两侧存在不同压力的情况下，也就是说，当在高压侧与低压侧之间必须进行密封时，为此目的所使用的径向轴密封装置尤其必须满足特别高的要求。这涉及到径向轴密封装置例如在涡轮机、发动机或变速器中的应用，其中，以压力加载的介质可以是液态的，也可以是气态的。

径向轴密封装置的最简单的构造形式包括带有贴靠在轴上的密封唇的密封圈，密封唇朝高压侧方向向前拱起。这个密封唇到轴上的加压通过以存在的介质的直接压力加载来进行，也就是说，推压力伴随着在两侧之间的压差而升高。在很高的压力下以及尤其在轴的转速同样很高的情况下，产生的摩擦热量会导致磨损加大，并且进而导致密封装置失效，具体而言，是由于对密封圈的材料和压力加载的介质（例如油的焦化）的热超负荷导致失效。

为了避免在高压下过度强烈地加压密封装置的问题，按照现有技术使用所谓的卸压式径向轴密封圈。这个密封圈具有带相对较小密封面的密封唇，其中，密封唇这样构造，即：密封唇对轴的径向加压尽可能与压力状况无关。但为了确保足够的加压，在此需要通过弹性元件（通常通过用弹性体材料制的O形圈）对密封唇的预紧，其中，这又是具有缺陷的：这种额定的预紧即使在轴的转速很低或静止时也很高，这导致轴由于很高的静摩擦而突然起动。同样有问题的是对密封唇的摩擦，这种摩擦在相应的运行条件下导致高的热负荷进而还有对密封装置的强烈磨损。

基于所提到的缺陷，公知的径向轴密封装置针对在高压和高转速的应用（例如在内燃机的废气涡轮增压器中）不足够耐磨，或者说具有过高的摩擦。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，提出一种具有小摩擦和高耐磨强度的经改良的径向轴密封装置。

按照本发明，该任务在开头所提及类型的径向轴密封装置中以如下方式解决，即：所述径向轴密封装置包括：

（ⅰ）由非弹性合成材料制成的第一密封圈，该第一密封圈在其内周边的区域中朝低压侧方向向前拱曲并且形成贴靠在轴上的第一密封唇，

（ⅱ）间隔环，所述间隔环关于第一密封圈朝低压侧方向轴向错开地布置，所述间隔环具有面朝高压侧的第一端面和面朝低压侧的第二端面，以及

（ⅲ）弹性的成型件，所述弹性的成型件在其外周边的区域中贴靠在间隔环的第二端面上，以及在其内周边的区域中朝高压侧方向向前拱曲，并且贴靠在第一密封唇上，

其中，在间隔环、弹性成型件和必要时第一密封唇之间形成了空腔，所述空腔可被以在高压侧上的压力或控制压力来加载，使得基于该压力加载，第一密封唇可以通过弹性的成型件被压紧到轴上。

在按本发明的径向轴密封装置中，对第一密封唇以存在于高压侧上的压力进行压力加载，或以相应的控制压力进行压力加载，以便对直接处在轴与第一密封唇之间的压力进行补偿，从而尽可能与在两个侧面之间的各个压差无关地实现第一密封唇到轴上的、基本上保持相同的加压。在此特别有利的是，处在空腔中的补偿压力通过第一成型件至少部分间接地传递到第一密封唇上，并且进而可以均匀地分布在密封唇的较大的区域上。在此情况下，不会导致在弹性成型件与第一密封唇之间的摩擦，从而避免在这个区域中额外的热量产生。

弹性的成型件可以呈环形地构造，该成型件具有限定外周边的外边缘区域和限定内周边的内边缘区域。能被以压力加载的空腔在这种情况下通过将弹性成型件的内边缘区域贴靠在第一密封唇上而沿轴的方向得到密封。

但特别优选的是，弹性的成型件具有：贴靠在间隔环的第一端面上的第一边缘区域；和贴靠在间隔环的第二端面上的第二边缘区域；以及将这两个边缘区域连接起来的中部区域，该中部区域贴靠在第一密封唇上，其中，在间隔环与弹性成型件的中部区域之间构成空腔。弹性的成型件在这种情况下具有大致U形的横截面，其中，弯曲的中部区域面朝轴，并且限定了弹性的成型件的内周边。这种实施方式具有的重要优点在于，空腔沿第一密封唇的方向或沿轴的方向通过弹性的成型件密闭地密封，并且防止了用于压力加载的介质（典型地为高压侧的介质）挤出。

通过弹性的成型件的中部区域的面积大小，在空腔内一定的压力下产生的、传递到密封唇上的推压力能被这样匹配，即：第一密封唇的总共产生的加压都处在一个预先设置的、对径向轴密封装置的相应使用目的而言最佳的区域中。