密封装置及其使用方法
【专利摘要】本发明提供一种密封装置及其使用方法，在具有对分别装满密封对象流体的两个密封对象空间进行密封的双重密封的密封装置中，更切实地避免两密封对象流体的混合，并更好地润滑分别配置于双重密封轴向两端面侧的密封环。在本发明所提供的密封装置所具有的双重密封（1）中，将第1密封环（6）所具有的密封唇（8）中最接近第2密封环（7）的一个密封唇，与第2密封环（7）所具有的密封唇（9）中最接近第1密封环（6）的一个密封唇，配置成相互间拉开轴向的间隔（10），并且两密封唇（8）、（9）紧贴于能够以规定的行程幅度（12）在轴向上往复运动的第1机械构件（13）的密封对象表面（11），轴向的间隔（10）大于第1机械构件（13）的所述规定的行程幅度（12）。
【专利说明】密封装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种为中空圆筒形状的，具有对分别装满密封对象流体的两个密封对象空间进行密封的双重密封的密封装置及其使用方法。该双重密封包括配置于轴向上两个端面侧中一个端面的第I密封环，和配置于另一端面的第2密封环。各密封环至少具有一个承受动态负荷的密封唇。第I密封环所具有的密封唇中最接近第2密封环的一个,与第2密封环所具有的密封唇中最接近第I密封环的一个，相互隔开轴向的间隔而配置。密封唇紧贴于第I机械构件的密封对象表面，该第I机械构件能够以规定的行程幅度沿轴向进行往复运动。
【背景技术】
[0002]由专利文献I而公知有上述密封装置。该已知的密封装置适用于燃料活塞泵。双重密封轴向极短，密封对象活塞杆的行程幅度大于第I密封环的密封唇与第2密封环的密封唇之间的轴向间隔。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:欧洲发明申请公开第2067996号
【发明内容】
[0006]在由密封唇对活塞杆进行动态密封时，总有少量密封对象流体从相应的密封唇渗漏。该少量密封对象流体对于防止密封唇的过度磨损，在长期使用期间尽可能一贯地保证良好的使用性能，以及密封唇与活塞杆间的润滑而言，是必要的。
[0007]由于两密封唇之间极短的轴向间隔和活塞杆的较大行程幅度，导致在平常使用密封装置时，会发生两密封对象流体分别混入另一方侧密封对象空间的不理想状况。该密封对象流体混入的不理想状况的原因在于，由于行程幅度与上述轴向间隔相比要大，导致活塞杆的密封对象表面引导用于润滑密封唇的两密封对象流体分别通过另一方侧的密封唇，渗漏至另一方侧的密封对象空间内。
[0008]上述情形，尤其对于密封装置为燃料泵内的密封装置，两种密封对象流体为引擎机油和燃料的情形而言，是极为不便的。
[0009]例如，若燃料被引导至引擎机油中，则会导致引擎机油稀释。其结果是，引擎轴承中油膜剥离，进而会发生高摩擦以及引擎停机。
[0010]相反地，若引擎机油被引导至燃料中，其结果是可能发生喷射系统的破损。喷嘴上可能产生所谓碳化，由此而降低喷射系统的效率。还可能导致I个以上的喷嘴停止工作。
[0011]有鉴于上述技术问题，本发明的目的在于改良现有技术的密封装置，来切实地避免两密封对象流体的混合，并更好地润滑密封环。
[0012]该技术问题由具备权利要求1所记载特征的本发明来解决。权利要求1的从属权利要求涉及其他优选技术方案。[0013]为解决上述技术问题，本发明的密封装置，其为中空圆筒形状，具有密封分别装满密封对象流体的两个密封对象空间的双重密封，其特征在于:
[0014]所述双重密封具有配置于轴向两端面侧中一方的第I密封环，和配置于另一方的第2密封环，
[0015]所述第I及第2密封环分别具有至少一个承受动态负荷的密封唇，
[0016]所述第I密封环所具有的密封唇中最接近所述第2密封环的一个密封唇，与所述第2密封环所具有的密封唇中最接近所述第I密封环的一个密封唇，相互间隔开轴向的间隔而配置，
[0017]所述第I及第2密封环所具有的密封唇紧贴于第I机械构件的密封对象表面，该第I机械构件能够以规定的行程幅度沿所述轴向进行往复运动，
[0018]所述轴向的间隔大于所述第I机械构件的所述规定的行程幅度。
[0019]根据上述构成，可以防止发生以下问题，S卩，起到对应密封唇润滑作用的两密封对象流体，由于第I机械构件的轴向往复运动，而分别经另一方密封环的密封唇漏出，侵入另一方的密封空间。也就是说，第I机械构件的移动方向在作为密封对象的第I机械构件的密封对象表面存在的密封对象流体到达另一方密封唇之前，就变动至反方向。由此，可以切实地防止各密封对象流体在两密封对象空间内混合。
[0020]根据其他优选技术方案，可以使轴向的间隔与行程幅度的比值，至少为1.1。可以将轴向的间隔与行程幅度的比值设为更大，例如可以为2，这与两密封对象流体各自的浸润性无关。
[0021]当将轴向的间隔对行程幅度的比值设定得比较大时，则形成良好的浸润性。但是，该情形下，需要注意的是，该比值越大，则需要越大的设置空间。该情形下，重要的是在尽可能大的比值与紧凑的设置空间之间，寻找合理的折中方案。
[0022]当浸润性比良好时，在密封对象的机械构件中密封对象流体开始“爬移”(ere印)。浸润性比取决于温度。
[0023]与此相对地，在将轴向的间隔对行程幅度的比值设定得较小时，浸润性变差。
[0024]根据本发明，双重密封的两密封环可以由单个部件一体地成形。由此，双重密封具有部件特别少的结构，可以容易且低成本地制造。
[0025]根据又一技术方案，双重密封可具有沿轴向配置于两密封环之间、另行制造为中空圆筒形的垫圈。这里，优选两密封环间的垫圈由简单且廉价的材料构成。更优选地，垫圈可以由高分子材料构成。例如可以用聚酰胺材料。
[0026]垫圈可以紧贴密封对象表面，也可以具备紧贴第2机械构件的第2导向面的第I导向面，该第2机械构件与第I机械构件在径向隔开间隔，该第2导向面与垫圈在径向对置。第I机械构件可以是例如活塞杆，此时通过第2机械构件内的垫圈引导第I机械构件。第2机械构件可以是例如壳体。
[0027]第2机械构件可以由例如包围第I机械构件的壳体构成。重要的是，双重密封的轴向长度较大，由此可以良好地对第2机械构件来引导第I机械构件。若第I机械构件相对双重密封发生倾斜，则会对双重密封的功能和寿命产生不利影响。
[0028]优选地，垫圈可以由用来进行直线导向的材料构成。此类材料可以是例如PTFE(聚四氟乙烯)之类的高分子材料。垫圈还可以由烧结青铜或陶瓷材料来制造。[0029]垫圈可以在轴向具有有弹性且柔软的部分。通常，密封装置中的双重密封被安装成在轴向上无间隙。在平常使用密封装置时，由于双重密封被加热，可引起轴向的膨胀。为了避免因温度而引起双重密封向轴向过度变形，可以在轴向上设置有弹性且柔软的部分。当双重密封因加热而在轴向伸长时，能使垫圈在轴向弹性且柔软地被压缩。由此，在密封装置的整个使用寿命中，可以一直使双重密封在配置空间内不产生缝隙。
[0030]垫圈和密封环可以通过粘接力和/或形状贴合来相互接合。作为代替，也可以通过热接合和/或化学接合这类材料贴合(材料密着)来与密封环接合。优选预先将密封环通过与垫圈接合而共同构成可组装的单元。由此而减少未固定部件的总数，使密封装置易于组装。
[0031]在通过形状贴合形成的垫圈与两密封环的接合中，存在可非破坏性地将垫圈与密封环分解的优点。由此可使使用后的密封装置的分类回收变得容易。
[0032]两密封环可以具有相同形状。这里，两密封环相对于配置于双重密封轴向中央的假想径向面对称。由此可非常容易地制造和装配双重密封。
[0033]根据又一技术方案，两密封环可以形成相互不同的形状，并且/或由不同的材料构成。由此，两密封环可以特别良好地适合于各种用途，尤其是适合于不同的密封对象流体。为密封引擎机油，密封环可以优选由例如氟化橡胶(FKM)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、丁腈橡胶(NBR)、或者氢化丁腈橡胶(HNBR)构成。上述材料具有与密封对象流体接触时不膨胀或仅极小膨胀的优点。
[0034]可以通过优选由例如聚四氟乙烯(PTFE)、PTFE化合物即包括例如青铜或聚醚醚酮(PEEK)等填充材料的PTFE形成的密封环，来密封燃料。对于上述材料，也具有与密封对象流体接触时不膨胀或仅极小膨胀的优点。
[0035]通过选择适于各种用途的材料，可以分别选择合适的材料当中最便宜的材料。没必要单纯为油封而使用昂贵的PTFE材料。这样可以廉价地制造本发明的密封装置。
[0036]双重密封可以至少具有一个紧贴于第2机械构件、承受静态负荷的静态密封。通过该静态密封，可以补偿第I机械构件和第2机械构件间的同轴误差。由此，两机械构件彼此相对的位置异常不会传递到密封环的密封唇。因此避免对密封唇产生过度的机械负荷。
[0037]静态密封可以为O环。O环通过其柔软而有弹性的性质来补偿两机械构件间某些情况下产生的同轴误差，密封密封环的静态密封一侧。
[0038]为防止双重密封的倾斜，可使用两个以上的O环。对于O环，能廉价买到各种大小的产品。通常，也可以使用具有不同截面的密封环、例如X环，来作为静态密封。
[0039]可以将O环配置于双重密封中朝向第2机械构件、在径向开口的凹部。这里，可以将所开口的凹部设置于双重密封，此时，两密封环或由单个部件一体形成，或利用垫圈彼此接合。
[0040]各密封环可以具有在沿径向与第2机械构件对置的面上形成为环形隆起、承受静态负荷的静态密封。该环形隆起可以与上文所说明的O环组合使用。
[0041]当以剖面图观看时，密封装置的密封环形成例如在轴向上开口的大致C形。可以在游离脚部的端部配置承受动态负荷的密封唇和圆环形的隆起。这里，密封唇和隆起通过由密封环的C形形状产生的初始弹性力而推压各自密封对象的机械构件。为了提高密封唇和隆起对各机械构件的径向推压力，可以在密封环的空洞内配置C形的弹簧，该弹簧对游离脚部向该密封对象的机械构件方向赋予势能。
[0042]第I机械构件可以为活塞杆，并且第2机械构件可以为在径向与该第I机械构件隔开间隔并将该第I机械构件包围的壳体。从而使承受动态负荷的密封唇密封径向内侧，环形隆起密封径向外侧。
[0043]前述的密封装置可以被用于具有两个密封对象空间的燃料活塞泵。这里，两个密封对象空间中的一个装满燃料、另一个装满油。燃料活塞泵可以与内燃机一起用于机动车。
[0044]以下，在图1至图8中示意性表示本发明的密封装置的8个实施例，并详细加以说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1:表示密封装置的第I实施例中，轴向间隔与行程幅度的比值的示意剖面图，本实施例中，双重密封的两密封环由单个部件一体形成。
[0046]图2:表示密封装置的第2实施例的示意剖面图，本实施例中双重密封的外周侧被O环形状的静态密封包围。
[0047]图3:表示类似于图1的实施例的第3实施例的示意剖面图，本实施例中双重密封的两密封环之间配置有垫圈。
[0048]图4:表示类似于图2的实施例的第4实施例的示意剖面图，本实施例中在第2机械构件内设置有作为第I机械构件的导向的垫圈。
[0049]图5:表示第5实施例的示意剖面图，本实施例中双重密封具有彼此形状不同的密封环。
[0050]图6:表示第6实施例的示意剖面图，本实施例中双重密封的两密封环为相同形状并通过形状贴合与垫圈接合。
[0051]图7:表示类似于图3的实施例的第7实施例的示意剖面图，本实施例中垫圈在轴向上具有有弹性且柔软的部分。
[0052]图8:表示类似于图2的第2实施例的第8实施例的示意剖面图，本实施例中O环作为静态密封包围垫圈的外周。
[0053]附图标记说明
[0054]I 双重密封
[0055]2、3密封对象流体
[0056]4、5密封对象空间
[0057]6 第I密封环
[0058]7 第2密封环
[0059]8、9密封唇
[0060]10 轴向的间隔
[0061]11 密封对象表面
[0062]12 行程幅度
[0063]13 第I机械构件(活塞杆27)
[0064]14 垫圈
[0065]15 第I导向面[0066]16 第2导向面
[0067]17 第2机械构件(壳体28)
[0068]18 部分
[0069]19 假象径向面
[0070]20、21、22 静态密封
[0071]23 O 环
[0072]24 凹部
[0073]25、26 隆起
[0074]27 活塞杆
[0075]28 壳体
[0076]29 导向面
【具体实施方式】
[0077]图1至图8表示密封装置的8个实施例。形成中空圆筒形的密封装置具有，分别密封装满密封对象流体2、3的两个密封对象空间4、5的双重密封I。该密封装置适用于燃料活塞泵。第I机械构件13为活塞杆27，第2机械构件17为壳体28。在密封对象空间中，一个密封对象空间4装满燃料，另一个密封对象空间5装满引擎机油。燃料可以是例如汽油或柴油燃料。
[0078]为对密封对象空间4、5进行密封，双重密封I具有相互逆向配置在轴向的两端面侧的第I密封环6和第2密封环7。两密封环6、7分别具有承受动态负荷的密封唇8、9，密封唇8、9从外周侧紧贴由活塞杆27构成的第I机械构件13的密封对象表面11并将其包围。
[0079]第I密封环6的密封唇8相邻于第2密封环7的密封唇9并在轴向隔开间隔10而配置，该间隔10大于可在轴向上往复运动的机械构件13的行程幅度12。
[0080]当在各个密封环6、7上设置两个以上的承受动态负荷的密封唇8、9时，轴向的间隔10为,在轴向上最接近的第I密封环6上的一个密封唇、和第2密封环7上的一个密封唇之间的间隔。
[0081]在此处所示实施例中，轴向的间隔10对行程幅度12的比值为1.3。
[0082]密封唇8和密封唇9之间的轴向的间隔10大于第I机械构件13的行程幅度12，由此避免用来润滑密封唇8的密封对象空间4内的密封对象流体2借助密封对象表面11通过密封唇9被引入至密封对象空间5，导致其与密封对象流体3混合。
[0083]反之亦如此，密封对象空间5内的密封对象流体3，在平常使用密封装置时，不会通过密封唇8而被引入至密封对象空间4内，导致其与密封对象流体2混合。
[0084]图1中表示密封装置的第I实施例。双重密封I的两密封环6、7由单个部件一体形成，由密封唇8、9动态密封第I机械构件13的密封对象表面11，并由圆环形的隆起25、26静态密封第2机械构件17。两密封环6、7由单个部件一体形成，并且由相同材料形成。
[0085]图2中表示密封装置的第2实施例。该第2实施例在在双重密封I的第I密封环6和第2密封环7之间设置朝向第2机械构件17并在径向上开口的凹部24这一点上不同于图1所示的第I实施例。凹部24中配置有O环23。利用有弹性且柔软的O环23，来补偿彼此间被密封的两机械构件13、17间可能产生的同轴误差。
[0086]图3中，表示类似于图1实施例的第3实施例。分别制造两个密封环6、7，并利用形成中空筒形、此处为高分子材料形成的垫圈14彼此接合。
[0087]与由多个部件形成的其他实施例相同，可以将两密封环6、7与垫圈14通过多种方法接合，构成可预先组装的单元。可以通过粘结力和/或形状贴合来进行接合，或通过后述的材料贴合进行接合。也可以将上述手段组合使用。
[0088]图4中表示第4实施例。这里，垫圈14为导向套筒。垫圈14从外周侧紧贴第I机械构件13的密封对象表面11并将其包围，并被第2机械构件17从外周侧紧贴并包围。这样，双重密封I与第I机械构件13和第2机械构件17两者同心配置。由此，可切实地防止双重密封I倾斜。
[0089]垫圈14具有与第2机械构件17的第2导向面16紧贴的第I导向面15。垫圈14在径向内侧具有紧贴并包围第I机械构件13的密封对象表面11的又一导向面29。
[0090]图5中表示第5实施例。第5实施例在两密封环6、7形成彼此不同的形状，并分别为了对密封对象流体2、3进行密封而由特别适合的材料形成这一点上，不同于图3所示的实施例。此处所示实施例中，在引擎机油一侧使用FKM材料，在燃料一侧使用PTFE材料。
[0091]图6中表示第6实施例。在第6实施例中，两密封环6、7通过形成燕尾形状的形状贴合式接合部与垫圈14接合。在该形状贴合式接合部的维持力不足时，为了在平常使用密封装置时维持双重密封1，可以追加设定使用例如热接合和/或化学接合的材料贴合式接合部。
[0092]在图7中，表示类似于图3所示的第3实施例的，密封装置的第7实施例。这里，垫圈14在轴向上具有有弹性且柔软的部分18。该部分18配置于双重密封I的轴向中央，被假象的径向面19从中央一分为二。为了补偿密封装置轴向的热膨胀而设置该部分，防止过度的变形和密封装置内双重密封出现间隙。
[0093]图8中表示本发明的密封装置的第8实施例。第8实施例大体上为图3所示第3实施例和图2所示第2实施例的组合。在双重密封I的轴向中央,设置有用于收容静态密封第2机械构件17的O环23的凹部24。
[0094]在该实施例中，双重密封I具有承受静态负荷的3个静态密封20、21和22，上述各静态密封分别静态地紧贴第2机械构件17。静态密封20由O环23构成，其余静态密封2U22由形成两密封环6、7各自结构要件的环形隆起25、26构成。
【权利要求】
1.一种密封装置，其为中空圆筒形状，具有密封分别装满密封对象流体的两个密封对象空间的双重密封，其特征在于: 所述双重密封具有配置于轴向两端面侧中一方的第I密封环，和配置于另一方的第2密封环， 所述第I及第2密封环分别具有至少一个承受动态负荷的密封唇， 所述第I密封环所具有的密封唇中最接近所述第2密封环的一个密封唇，与所述第2密封环所具有的密封唇中最接近所述第I密封环的一个密封唇，相互隔开轴向的间隔而配置， 所述第I及第2密封环所具有的密封唇紧贴于第I机械构件的密封对象表面，该第I机械构件能够以规定的行程幅度沿所述轴向进行往复运动， 所述轴向的间隔大于所述第1机械构件的所述规定的行程幅度。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述轴向的间隔与所述规定的行程幅度的比值至少为1.1。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述双重密封的所述第I和第2密封环可以由单个部件一体地成形。
4.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述双重密封具有沿轴向配置于所述第I和第2密封环之间、另行制造并为中空圆筒形的垫圈。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈紧贴所述密封对象表面，并具备紧贴第2机械构件的第2导向面的第I导向面，该第2机械构件与所述第I机械构件在径向隔开间隔，该第2导向面与所述垫圈在径向对置。
6.根据权利要求4或5所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈由高分子材料构成。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈在轴向具有有弹性且柔软的部分。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈以及所述第I和第2密封环通过粘接力和/或形状贴合来相互接合。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈以及所述第I和第2密封环通过材料贴合来相互接合。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第I和第2密封环具有相同形状，并且所述第I和第2密封环相对于配置于所述双重密封的轴向中央的假想径向面对称。
11.根据权利要求3至9中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第I和第2密封环形成为相互不同的形状，并且/或由不同的材料构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述双重密封至少具有一个紧贴于所述第2机械构件、承受静态负荷的静态密封。
13.根据权利要求12所述的密封装置，其特征在于，所述静态密封为O环。
14.根据权利要求13所述的密封装置，其特征在于，所述O环被配置于所述双重密封中朝向所述第2机械构件、在径向开口的凹部。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第I和第2密封环分别具有在沿径向与第2机械构件对置的面上形成为环形隆起、承受静态负荷的静态密封。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第I机械构件为活塞杆，所述第2机械构件为在径向与所述第I机械构件隔开间隔并将所述第I机械构件包围的壳体。
17.一种权 利要求1至16中任一项所述的用来密封燃料活塞泵所具有的两个密封对象空间的密封装置的使用方法，所述两个密封对象空间中的一个装满燃料、另一个装满油。
【文档编号】F16J15/32GK103925366SQ201410018141
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】奥拉夫·纳赫沃尔德, 托马斯·杰克, 马库斯·克莱门, 恩斯特·雅各布 申请人:Nok株式会社