防水汽泄漏的简洁式密封结构的制作方法

1.本发明是有关于一种简洁的密封结构，来防止在这种简洁密封结构一侧为水介质，而另一侧则为气体介质之间因为温度变异或是压力变化而产生的蒸汽泄漏，例如是在泵浦容置体内邦浦轴的开口处。


背景技术：

2.轴封因为压力以及温度的变异容易受到磨耗以及脆弱的影响。而这也造成了泵浦使用寿限的一个限制条件。在汽车的水泵浦例子中，在泵室内水流以及在其下方的一个水汽敏感的组件之间的一个水密封结构的使用寿限，例如是一个轴轴承或是一电动马达，在汽车运行的可靠度上是相当重要的。
3.一般而言，轴轴承，尤其是滚动组件的轴承，对于水汽的入口是相当敏感的，因为因为使用材料的因素，尤其是滚动组件以及沟道上适切的钢材，在用于水汽充分的地方时，并不具反备足够的防腐蚀能力。当在一水泵浦内使用轴轴承时，轴轴承必须对来自水泵浦水流内冷凝剂所可能产生的泄漏加以保护。然而，在轴承密封处,永远会产生小的泄漏。这种冷凝剂的泄漏，则会因为腐蚀因素而降低了滚动组件表面以及沟道的质量。在滚动组件处有着较大的磨擦力会导致轴承的损坏，这是因为伴随产生的热所造成的，其也造成了水泵浦的一个缺陷。例如是轴轴承，当使用一电动马达来作为水泵动力时，仍然需要对于来自水泵浦内水流中冷凝剂所可能产生的泄漏来加以保护，尤其是所述作为水泵动力来源的电动马达是一种干式的电动马达。
4.因此就传统而言，一般的轴轴承，例如是滚动轴承，是由辐射式的密封件来加以密封的，就好比是密封垫片，它是和轴轴承一体成形的。此外，从公知的技艺可知道也有分开式的结构，其中，由于是分开式的结构，以致于在对于特定适用于某些压力以及尺寸上都在选用轴承时提供了较大的空间。这类分开式的泵轴密封结构相对于容置体内的静态零件而言通常是设计成其间具有单唇间隙的双唇系统。小量的润滑油会介入到中间的空间来作为是早期的润滑。然而，在一段时间后,润滑油会用完，并且冷凝剂则会穿透所述的中间空间。冷凝剂较差的润滑效果会导致密封唇的加速损耗。
5.同样地，从现有的公知技艺可知，在某些泵浦的设计中，会在轴密封结构的后方设置一泄流口，以防止不可避免的泄漏。这种泵浦的设计一般都会包括了设置在泵浦轴下方的一个泄漏室，以捕获累积的泄漏，并可使其蒸发到外界，例如是藉由一水汽可穿透的薄膜。然而，这类的结构需要较大的安置空间来容置泄漏室。
6.此外，泄漏室的提供也仅能对在泵浦室内的一液体输送介质加热并在压力增加时，在驱动侧会发生的蒸汽泄漏产生有限的效果。在这种情况下，在一轴密封结构的二个轴向侧之间达到了压力的平衡。在蒸汽泄漏的状况下，具有较高水汽含量的气体体积会在压力平衡下通过轴密封结构。相对于泄漏流处的水滴而言，在富含水汽的气体体积中细微的水滴并不会在泄漏室处因为重力而稳定下来，反而会在位于泄漏室、电动马达或是类似的结构下方的轴轴承处沈淀浓缩。
7.此外，轴轴承密封环的使用寿限绝大的依赖着位在密封唇处的润滑。干式的密封唇或是仅由泄漏冷凝剂润滑的密封唇较之于带有润滑油系统内的密封唇具有较短的使用寿限，这是因为缺失的润滑膜的磨擦系数或是在此之后所解释的现象。在利用冷凝剂来润滑密封唇时，在密封唇动态的密封面上则会发现沈淀的形成，而这在一段时间后也会阻碍了密封的功效。这是因为冷凝剂在通过密封处，并在轴处表面形成冷凝剂结晶体挥发时所形成的泄漏水滴所造成的。
8.因此需要一种耐用的密封结构的解决之道来保护轴轴承，所述的密封结构在设计上是简洁的，就好像是在汽车业界中的冷却泵。更准确地说，需要提供一种轴密封，除了能提供可靠的液体密封外，同时所述的密封系统亦具有简洁的安装空间，也就是，除了所述的轴密封外，在泵浦结构上并不需要作出额外的结构变化。
9.专利申请案de10 2018 131 588.0在本专利申请案的申请日之际仍尚未公开出来，同时，也是具有相同的申请人，它是关于一种轴密封，尤其是一种在干式电动马达来驱动的水泵浦内的轴。在这种轴密封中，提供了一种固态的油来作为润滑油槽，除了润滑的功效外，同时在湿的一侧以及干的一侧间亦满足了密封的功能。


技术实现要素：

10.本发明的一个目的是在于提供另外一种可靠的轴密封结构，它具有更好的密封效果来防止水汽的泄漏。
11.本发明上述的目的，可由权利要求1来达成。所述的轴密封的特征在于它具有一可压缩体积的补偿器，这补偿器会和阻隔液产生交互行动,以在取决于温度的体积变化下提供补偿。
12.本发明提供了第一次使用于轴密封的一种可压缩体积，以在阻隔液取决于温度的体积变异时提供补偿。
13.可压缩体积的补偿器在阻隔液因为温度的升高而增加的体积来提供补偿。因此，在轴密封的内部压力的增加，或是介于轴密封以及外界间的压力差都可受到限制。
14.因此，这种创新的体积补偿器抵消了在高度的操作温度时阻隔液的损失，同时，在阻隔液体积因为冷却时因为体积的丧失下所可能发生的蒸汽泄漏。再者，形成汽体泄漏屏障的阻隔液的体积可以维持相当长一段时间。
15.根据本发明，在可压缩体积的补偿器内使用一种可压缩介质表示着一种可靠，并且是经济实惠的方式来达成所述的功效，并且对补偿器的体积可形成一简洁的设计。在体积上简洁的设计则可使得补偿器得以和轴密封形成一体，也就是，增加密封效果的整合来防止轴密封内的水汽泄漏。
16.根据本发明，设计一种可压缩体积的补偿器的一种弹性的行为、以及一种取决于压力的体积补偿可以经由一简单的方式来决定，而不需要调节以及控制，并可在运用时达成运行状态的最大化。
17.轴密封仅占用了一点点的安装空间，同时不需要在结构上形成额外的安全设置，例如是在泵浦结构内的泄漏室。因此，这类轴密封适用于轴的密封，来防止水汽的泄漏，也就是，作为单一的单元即可在电动驱动的水泵浦内来密封泵浦轴的密封。
18.因为去除了泄漏室，一水泵浦可以设置在任何位置。此外，去除了泄漏室，轴密封
的尺寸可以增加，同时，阻隔液的量亦可满足尺寸的需求。
19.此外，复杂的密封或是类似的结构也可藉由具有更简化结构的密封唇的轴密封来加以取代。
20.根据本发明轴密封的优点则是从属权利要求的标的。
21.根据本发明的一方面来说，体积补偿器可包括由可压缩材料制成的本体。这种可压缩体积的组成可达成和位置无关的固定以及相对在温度上无关的弹性特性。
22.根据本发明的一方面，可压缩体积的补偿器可以作为一种气体缓冲。这种组成尤其是在提供简单以及经济型的体积补偿器上形成可能。
23.根据本发明的一方面而言，阻隔液可以是润滑油或是润滑油脂。将润滑油作为阻隔液，在轴周面处径向密封的密封唇的润滑则可以加强，因此，轴密封的使寿限也可因此而延长。再者，润滑剂在不同的运用黏滞性最大化上也可有效的取得。
24.根据本发明的另一方面，所述的轴密封尚可包括一密封壳体，而其则包括了主要的径向密封、次要的径向密封、距离衬套、阻隔液的体积以及可压缩体积的补偿器。这可使得结构在尺寸上得到稳定，并在轴密封安装的零件上获得平整，不论周遭的泵浦壳体或是类似组件，也不论其是作为一单元或是一总成的特定几何型态如何。
25.根据本发明的一方面，所述的密封壳体可以径向的向内朝向一径向侧来弯折。这种结构简化了在密封壳体内轴密封零件的安装。
26.根据本发明的一方面，一密封环可以分别地安装在密封壳体以及主要的径向密封之间，以及介于密封壳体以及次要径向密封之间。藉由这种方式,由阻隔液填充所占有的空间则会更有效的加以密封，以防止阻隔液泄漏在径向密封的静态密封表面。
27.根据本发明的一方面，所述主要的径向密封、次要的径向密封以及距离衬套都可藉由一夹环来固定在密封壳体内部。所述夹环可籍由紧配合或是类似的方式来将轴密封的零件快速以及简易地安装在壳体内。
28.根据本发明的一方面，所述主要的径向密封的密封唇以及次要的径向密封的密封唇可以形成在指向轴周面的冷凝剂的一侧的方向。
附图说明
29.本发明将在此之后，藉由应用在水泵浦内例案的实施例，配合着附图来加以详细说明。在附图中：
30.图1显示的是根据本发明一实施例中轴密封长轴方向的剖面图；以及
31.图2显示的是根据本发明一实施例中轴密封横截面的剖面图。
具体实施方式
32.图1显示的是用于一水泵浦,未显示,中泵浦壳体内,介于泵浦室以及一轴密封以及一电动马达之间的一轴密封1。轴密封1是用于密封泵浦中,设置于对应到在一泵浦室内,例如是冷却水的一液却介质的冷却侧8,以及一对应到具有电动马达的驱动侧的空气侧9,之间的一轴2。轴密封1的设计尤其是应用于防止液体介质即使在冷却侧8以及空气侧9之间存有压力差时,以蒸汽型态径向的泄漏,并穿过轴密封1。
33.轴密封包括了一密封壳体10、在冷却侧8的一主要的径向密封3、在空气侧9的一次
要的径向密封4、一具有密封效果的阻隔液6填充以及一可压缩体积补偿器7。
34.密封壳体10以相对于彼此的方式固定主要的径向密封3以及次要的径向密封4,并维持包含其内阻隔液6的体积。密封壳体10为一圆柱壳体,且包括了,指向空气侧9一径向端处,朝向一径向内侧的单侧弯曲。密封壳体10的冷却侧8具有一开放的横截面,经由此,除了其他之外,则可装置径向密封3、4。
35.径向密封3、4对密封壳体10形成了一静态密封面,以及对轴2的周面以一密封唇的方式形成了一动态密封面。主要的径向密封3的密封唇是以径向倾斜的方式朝向轴密封1的外侧,也就是朝向冷却侧8；而次要的径向密封4的密封唇则是以径向倾斜的方式朝向轴密封1的内侧。
36.次要的径向密封4是藉由一径向的限制器而紧靠在密封壳体10的弯曲部来固定。插入在密封壳体10内的一距离衬套5则在次要的径向密封4以及主要的径向密封3间界定一距离。一夹环12是插入在密封壳体10内用来固定固定的径向密封3,并藉由一径向限制器来抵靠于距离衬套5上。此外,密封环11是设置在距离衬套5的径向端以及径向密封3、4之间,并额外地密封着径向外部,径向密封3、4抵靠在密封壳体10的静态密封表面。在轴密封1内,一位在距离衬套5径向延伸部上方的可缩缩体积补偿器7是设置在主要的径向密封3以及次要的径向密封4之间。
37.在密封壳体10内,介于主要的径向密封3和次要的径向密封4之间,且和可压缩体积的补偿器7接触面接触的空间是完全的由阻隔液6所占据。在目前的实施例中,例如是包括了合成碳氢化合物、硅油、酯油或是类似的物的润滑油,且其黏滞性最好是高于在冷却侧8冷却剂的黏滞性,这润滑油是用来作为阻隔液6。阻隔液6有效地密封了轴密封1,因为介入阻隔液6的体积是和主要的径向密封3和次要的径向密封4的周面相接触。此外,阻隔液6润滑了在冷却侧8主要的径向密封3的密封唇,以及在空气侧8的次要的径向密封4的密封唇。
38.如图2所示,可压缩体积的补偿器7是为一棱形,且具有一凸曲面,以及一实质上是平行于轴2而延伸的平面。可压缩体积的补偿器7的曲面是和密封壳体10内部的圆柱状套体相吻合。可压缩体积的补偿器7的平面则是位在曲面径向的内部,并在平行延伸的曲面端处关闭可压缩体积的补偿器7的本体。
39.在现行的实施例中,可压缩体积的补偿器7包括了一个弹性、非吸附性的材料。较佳地,可压缩体积的补偿器7的本体是由一种网状橡胶制成,例如是一种发泡、封闭单元的弹性体。弹性体或是网状橡胶都具有一适切的弹性,以致于都可在阻隔液6相接触时,都可因阻隔液受热而膨胀的体积来加以压缩。此外,发泡弹性体有各种不同的硬度,且也都相当的经济便宜。封闭单元的结构可防止弹性体渐渐的变为饱和,这是因为阻隔液就像是一海绵,以致于会逐渐的变为几乎无法压缩。
40.在设置有轴密封1于其内的水泵浦(未显示)运行时,由水泵浦传输的冷却剂会由一内燃引擎、电牵引马达或是类似的对象来加热。冷却剂加热泵浦壳体,而后则是轴密封1以及阻隔液6。这是伴随着阻隔液6体积的增加或是在轴密封1内压加的增加。因着本体的压缩性或是形成可压缩体积的补偿器的介质,因为阻隔液6取决于温度的体积变化,在轴密封1内部的压力反高会受到限制。但由于压缩性的设定,在轴密封1内取决于温度的内部压力至少是大于冷却剂在运行时取决于温度的水汽压力。在轴密封1内较高的内部压力和冷却剂侧8的压力差较佳地是设在至大为100千帕(1bar)。这个压力差范围在一段时间后可由主
要的径向密封3加以吸收而不会有任何的反效果。
41.藉由补偿体积的增加,阻隔液的泄漏,或是长期以来因着在轴轴承1内各种的压力增高而形成阻隔液6填充的损失都可予以预防。换句话说,因为在轴密封1内阻隔液6和冷却侧8之间存有正压力差,并没有发生冷却剂泄漏到轴轴承1内。阻隔液6适当的黏滞性,也就是最好是高于冷却剂的黏滞性,可以抑制冷却剂在蒸汽压力下汽泡的扩散,以及对应冷却水气态的泡泡泄漏到或是经过该轴密封1。在轴密封1内阻隔液6的压力导致了最大化对次要的径向密封4密封唇的水压润滑,而这种操作方式在水泵浦干式电机的空气侧9几乎是以无磨耗的。
42.在所示的实施例中,模块化封闭单元的弹性、可压缩体积补偿器7的发泡弹性体以及可压缩体积补偿器7本体体积相对于阻隔液体积的比值是是依据据包括下列的参数来加以选定的:阻隔液6特定的体积变化量、冷却水操作温度范围和一通道的温度差,以及延着介于体积补偿器7和阻隔液6间体积边界面位移的部份力。
43.阻隔液6尚根据一种特性来加以选择,就是在冷却剂的操件温度范围内阻隔液6取决于温度的蒸汽压力是低于在空气侧9的空气压力。因此,蒸汽泄漏到空气侧9则可予以预防。
44.所示实施例的另种实施例就是具有密封结构的创新的轴密封1是可以由各秉不同的方式制造,而这也对应到了本发明的核心,同时也是下列揭露的一部份。
45.在另种尤其可简单并较佳的方式来制造的实施例中,可压缩体积的补偿器7的本体是由一种气体缓冲或是在阻隔液6体积之上的空间保持限制的空气缓冲,并且是介于密封壳体以及径向密封3、4的圆柱形衬套内部表面之间。空气缓冲同样地显示了在操作温度范围内适当的可压缩特性,而这则可用以补偿阻隔液6体积的变化,也就是说,尤其地可补偿阻隔液6因达到操作温度而产生的体积增加。
46.在另一实施例中,可压缩体积的补偿器7可为棱形外的其它形状。例如是,可压缩体积的补偿器7可以形成为一环形体或是任何一种可压缩介质的单一体形状。同样的,可压缩体积的补偿器7可由复数个本体或特别分布的圆球形,或是在阻隔液6填充内可压缩介质的小型本体形成。
47.此外,在另种的实施例中,根据本发明的轴密封1可在制造时需要密封壳体10。在这种状况下,轴密封1的零件是依序的插入并固定在一泵浦或是周遭系统的容置体,其中,由阻隔液6所占用的一空间则是由周遭容置体部份或是系统内轴密封1零件之间所形成。
48.参考元件符号列表：
49.1轴密封
50.2轴
51.3主要的径向密封
52.4次要的径向密封
53.5距离衬套
54.6阻隔液
55.7可压缩体积的补偿器
56.8冷却侧
57.9空气侧
58.10 密封壳体
59.11 密封环
60.12 夹环。