專利名稱：一種密封系統的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及密封系統，在一些實施方式中本發明涉及具有雙材料唇的密封，本發明還涉及所述兩種唇材料的粘結。
背景技術：
密封系統，比如唇形密封，用于汽車和エ業旋轉的應用中。在這些應用中，油泄漏和入侵污染應達到最小或盡可能消除。密封系統用在滾動元件軸承的應用中或用作ー個獨立的系統。在輕型車和卡車的應用中，該密封系統用在曲軸和傳動裝置以及輪轂裝置上。在エ業領域，密封系統用在傳動裝置上，或被包括在滾動元件軸承里，防止其受到污染物侵害。
傳統意義上的唇形密封包括ー個具有圓周形壁面的金屬外殼，該壁面上粘附有由橡膠或聚合物制成的唇，該唇與旋轉軸相接觸。運轉時，軸一般會有幾度的偏差，需要通過該唇來調節或補償。該唇的緊緊貼牢旋轉軸表面的能力對于阻止任何泄漏和污染物入侵非常關鍵。使該唇自如地在與軸的接觸部位活動，卻仍然保持一定的接觸壓カ在其端部上，便可實現這一能力。旋轉式唇形密封對于機械零件的能量損耗和效率損失具有重要影響對于滾動元件軸承來說，高達70%的摩擦份額是由該密封獨自產生的。在汽車應用方面，據估計，C02減少量的1-2%可能要歸功于采用了更好的密封裝置。對于常用密封系統和具有特別用處的密封唇來說，依然有可以改進的空間。
發明內容
本發明的目的在于公開ー種密封系統，該系統允許唇在與軸接觸的部位處靈活地移動，同時在端部仍然可以保持足夠的接觸力。本發明的第一方面，提供了一種用在脂潤滑和油潤滑旋轉應用中的低摩擦唇密封系統/密封唇，以防止在靜態和動態エ況下出現泄漏和入侵污染。優選的是，采用一種雙材料唇以實現延長該密封應用的使用壽命并最大限度地減少摩擦。利用特別制作的聚合物材料實現所述唇的兩種材料之間的粘合，通過紫外光(UV)、熱量，和/或其它輻射使得該聚合物材料固化，正如在EP I 900 759中所述的那樣。在優選實施方式中，優選的是，密封系統包括具有徑向壁的金屬外殼，該徑向壁上連結有橡膠唇或聚合物唇，該唇相應地與旋轉軸或其它適合的相對表面接觸。運轉時，軸和/或相反表面通常會存在某種程度的偏差，這需要通過所述唇進行調節或補償。所述唇追隨所述軸的表面或相反表面的能力對于阻止任何泄漏和/或污染物入侵是非常關鍵的。這是通過允許所述唇在與所述軸的接觸部位處靈活自如地活動，同時在端部仍然保持足夠的接觸力來實現的。所述唇保持與所述軸接觸的能力對于材料的選擇和所述唇的設計很重要，因為某種程度上的弾性或弾力是優選的。在旋轉式唇密封應用中，所述唇的材料傳統意義上是眾多類型橡膠中的ー種。在ー些密封應用中，也用聚四氟こ烯(PTFE)。這種情況下，該唇被制成特別薄，而且這補償了該材料的更高硬度。在所述唇的端部處有摩擦和磨損，然而與為了維持在所述唇的端部處的接觸カ而優化的材料標準或屬性相比，摩擦和磨損的減少需要不同的材料標準或屬性。因此，從定義上來講，采用単一材料的唇的密封系統的研發是折衷方案。結果就是使用単一材料的唇技術不可能使得在該端部處的接觸力和摩擦減少量/耐磨性最大化。為了克服這些限制，優選的是至少采用兩種不同的材料比如材料A和材料B來制造該唇。優選的是，所述唇的主體或主要部分由材料A制成，所述唇的端部或外表面(比如接觸面)由材料B制成。所選材料A可以確保所述唇具有良好的弾性且圍繞所述軸的圓周有良好的接觸。所選材料B可以提供低摩擦狀態和良好的耐磨性。
因為在該密封系統的整個使用壽命中可以維持低摩擦接觸，所以可能根據該潤滑劑期望的運轉溫度和入侵性選擇所述的兩種不同材料。因此，根據本發明的另一方面，材料A和B可能取自由下列材料組成的某ー組合丙烯腈聚丁橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、羧化丁腈橡膠(XNBR)、聚丙烯酸酯橡膠(ACM)、聚氨酯橡膠(PU)、基于偏ニ氟こ烯的共聚物和六氟丙烯(FKM)。通過選擇合適的填充物或填充物系統和固化系統，可進ー步優化這些材料的配方。除了在旋轉式唇形密封技術中作為標準選擇的人造橡膠材料之外，本方法可能會使用新的材料組合，比如聚四氟こ烯(PTEF)、聚酰胺(PA)、熱塑硫化橡膠(TPV)和熱塑人造橡膠(TPE)。為了在該密封的整個壽命中確保可靠及有效的粘結，優選的是使用一種有效的粘附促進劑將材料A和材料B粘結在一起。一種合適的基于聚合物更確切地說是ニ烯化合物的粘附促進劑的描述可參看EP I 900 759。在本發明中，所述粘合劑由起始原料制成，該原料包括至少兩個雙結合物，激活所述結合物以使它們參與聚合反應，并且其中所述雙結合物充分地靠攏在一起的，從而確保環化聚合反應的發生。采用輻射源如紫外光(UV)或熱輻射可觸發環化聚合反應。此項技術不同于通常的紫外光(UV)固化系統，比如丙烯酸酯和異丁烯酸酷，因為在某些情況下，這些聚合物的使用會限制在最終產品中可以獲得的某些屬性。與丙烯酸酯和異丁烯酸酯相比，所述聚合材料相當程度上允許獲得不同的屬性，比如說與金屬表面的附著力、低成本、易衍生和處理速度。由于這些原因，它們特別適合于諸如通常用在旋轉式唇形密封中的橡膠和聚合技術。本發明的另一方面提供了ー種密封系統以及粘結該密封系統不同部件的方法。由于僅在通過諸如紫外(UV)輻射激活之后才開始粘結，所以可以避免或最小化昂貴的機械對齊調整。已經證明了采用傳統的膠水粘結密封橡膠的試驗是很困難的。粘結兩種不同的材料可以是極其困難的，這是因為某些粘結劑具有有限的強度，而其它粘結劑在遭遇低溫時又易于弱化甚至被破壞。本發明中所述的雙材料技術能夠最大限度地減少摩擦，前提是對于所述唇的(接觸)表面選擇ー種最合適的材料，其是獨立于唇的主體部分的材料的。所選材料確保運轉時所述唇能夠緊緊貼在相對表面上并且在該唇的端部處維持良好的接觸狀態。
對于所述接觸面來說選擇低摩擦材料可降低運轉時所述唇的溫度，并確保所述密封系統的壽命更長。在粘附促進劑的作用下，在用于接觸面(唇端部)的材料和用于唇的主體的材料之間可以獲得強カ粘結，其中，粘附カ促進劑采用EP I 900 759中描述的聚合材料。諸如在EP I 900 759中所述的聚合材料的使用使得該唇及其接觸面的材料組合的范圍變寬了。對于橡膠密封材料來說，此項技術也使得對于所要使用的表面和唇來說可采用不同的固化系統。對于聚四氟こ烯(PTEF)密封來說，這樣的技術勿需預處理該表面和等離子腐蝕。根據本發明的教導粘結的不同的唇材料可能以任何一種期望的方式而結合在一起。
下面，參照附圖詳細解釋本發明。圖I示出根據本發明教導的代表性的密封系統。
具體實施例方式根據下面優選實施方式的ー種密封系統可以沒有限制地應用在汽車和エ業旋轉應用中，在這些應用中要求低摩擦，油泄漏和入侵污染應盡可能達到最小或消除。這樣的密封系統可用于滾動元件軸承應用中或用作ー個獨立的系統。在輕型車和卡車的應用中，該密封系統可用在曲軸和傳動裝置以及輪轂裝置上。在エ業領域，與単一材料制成的密封唇相比，本發明的雙材料密封系統可用在傳動裝置上或被包括在滾動元件軸承中，以防止其受到污染物侵害，并將潤滑劑留在軸承里以及減少摩擦，而且本發明的雙材料密封系統也可以優選地用在條件惡劣的環境中。下面結合圖I描述典型的實施例。圖I示出根據本教導的密封系統100的當前優選應用。該密封系統包括具有徑向壁的金屬外殼110，在該徑向壁上連結有由橡膠或聚合物制成的唇120、125，并且使用過程中其與旋轉軸或相對表面130相接觸。運轉時，軸或反作用面130—般會有某種程度的偏差，這需要由該唇來調節或補償。該唇跟隨所述旋轉軸的表面的能力對于阻止任何泄漏和污染物入侵是非常關鍵的。這是通過允許該唇在與所軸的接觸部位處易于活動，同時仍然在端部125上保持一定的接觸壓カ來實現的。該唇保持與所述軸接觸的能力對于所述材料的選擇和所述唇的設計通常是重要的。在旋轉式唇形密封應用中，該唇的材料通常是不同類型的橡膠。所述唇的端部會有摩擦和磨損，然而，二者的減少需要不同的材料標準，不同于為了維持接觸壓カ而優化的標準。因此，從定義上來講，由単一唇材料組成的密封系統的使用是ー種折衷。結果就是使用単一材料的唇技術不可能使得摩擦減少量和耐磨性達到最大。為了克服這些限制，優選的是，唇至少包括兩種材料A和B。該唇的主體120或主要部分由材料A制成，該唇的端部125或外表面(接觸面)由材料B制成。所選材料A可以確保該唇的良好弾性和圍繞所述軸的圓周的良好接觸狀態。材料B被選擇成當與相對表面130滑動接觸時提供較低的摩擦系數并且提供良好的耐磨性。
主體材料與表面材料因為在該密封系統的整個使用壽命中可優選地維持低摩擦接觸，所以根據該潤滑劑期望的運轉溫度和入侵性優選地選擇所述兩種不同材料(A和B)。因此，材料A和B可分別從下列材料中選取丙烯腈聚丁橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、羧化丁腈橡膠(XNBR)、聚丙烯酸酯橡膠(ACM)、聚氨酯橡膠(PU)、基于偏ニ氟こ烯的共聚物和六氟丙烯(FKM)。通過選擇合適的ー種或多種填充物或者另外的添加劑以及固化系統，可進ー步優化這些材料的配方。除了在旋轉式唇形密封技術中作為標準選擇的人造橡膠材料之外，本教導也包括使用新的材料組合，比如聚四氟こ烯(PTEF)、聚酰胺(PA)、熱塑硫化橡膠(TPV)和熱塑人造橡膠(TPE)的ー種或多種。在根據本教導的密封中使用聚四氟こ烯(PTEF)作為材料B時，沒有必要將唇部分做得極其薄。相反的，對于摩擦和磨損可以對形狀和厚度進行優化，即使使用該材料的較高硬度。
實例(數量以克計算)( I)丙烯腈-丁ニ烯密封
權利要求
1.ー種密封系統，包括唇，其特征在于，該唇包括至少兩種具有不同屬性的材料，所述兩種材料通過聚合劑粘結在一起，該聚合劑包括多種化學粘結劑，至少ー種化學粘結劑對應每種材料。
2.如權利要求I所述的密封系統，其特征在于，在激活時所述多種粘結劑會參與聚合反應并形成充分地粘結在一起的多種化學粘結，從而確保環化聚合反應的發生，其特征還在于所述激活是由紫外光(UV)或熱輻射觸發的。
3.一種粘結密封系統的唇的第一材料和第二材料的方法，所述第一材料包括第一表面，所述第二材料包括第二表面，其特征在于，該方法包括下列步驟 -將聚合粘合劑施加至待粘結的ー個或兩個表面上， -機械調整待粘結的第一和第二表面； -通過紫外光(UV)或熱輻射激活聚合反應。
4.ー種密封,其包括 通過粘合劑將第一材料與第二材料進行粘結，所述第一材料和第二材料具有不同的屬性，對所述粘合劑進行環化聚合反應。
5.如權利要求4所述的密封，其中，所述第一材料構成該密封的主要部分，所述第二材料構成該密封的接觸表面。
6.ー種制作密封的方法，其包括 -將粘合劑至少施加到第一材料和第二材料的至少其中ー個表面上， -機械調整待粘結的第一材料和第二材料； -至少采用紫外光(UV)或熱輻射之一作用于粘合劑從而激活聚合反應。
7.如權利要求6中所述的方法，其中，所述粘合劑至少包括一個ニ烯功能群組。
全文摘要
一種密封系統及其制造該密封系統的方法。該密封系統包括兩種不同材料制成的密封唇，利用同時與所述兩種不同材料形成牢固化學粘結的聚合材料將所述兩種不同材料粘結在一起。此外，因該粘結僅發生在激活后，從而在激活前可進行精確的物理對齊調整。
文檔編號F16J15/32GK102821989SQ201080064385
公開日2012年12月12日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月21日
發明者A.R.貝格 申請人:Skf公司