專利名稱：具有提高的跑合特性的密封環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明分別涉及包括金剛石涂層并具有提高的跑合(run-1n)特性的密封環(huán)和機(jī)械密封。此外，本發(fā)明涉及密封環(huán)的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的密封環(huán)和機(jī)械密封具有多種構(gòu)造。在操作中密封環(huán)通常需要承受很高的負(fù)載，特別是高壓和溫度負(fù)載。為此，現(xiàn)有技術(shù)(DE 20 2007 016 868 Ul)提出了應(yīng)當(dāng)設(shè)置有如下基體的密封環(huán):該基體由碳化物材料制成并且具有金剛石材料的滑動(dòng)面?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在投入操作之前或在操作過程中，由于金剛石涂層的微晶結(jié)構(gòu)，使用涂覆有金剛石的密封環(huán)的機(jī)械密封與使用沒有金剛石涂層的密封環(huán)的機(jī)械密封相比可能發(fā)生泄漏增加的情形。因此，由于該泄漏可能性，在機(jī)械密封投入操作之前或在跑合期間可能出現(xiàn)不期望的泄漏增加，直到經(jīng)過一定操作時(shí)間后金剛石涂層的末端被磨合(grind in)從而使密封性得到保障為止。特別是在有毒的或其他對環(huán)境有害的介質(zhì)的情形下，這種初始泄漏無論如何應(yīng)當(dāng)避免。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供如下的涂覆有金剛石的密封環(huán)和使用涂覆有金剛石的密封環(huán)的機(jī)械密封:在跑合階段之前和在跑合階段過程中也能夠保證安全無泄漏的密封。此外，本發(fā)明的目的是指明如下的涂覆有金剛石的密封環(huán)的制造方法:該密封環(huán)特別地呈現(xiàn)提高的跑合特性。`該目的分別通過包含權(quán)利要求1至8的特征的密封環(huán)和機(jī)械密封來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的密封環(huán)包括基部區(qū)域，金剛石涂層被涂布到基部區(qū)域，并且潤滑涂層被涂布到金剛石涂層。潤滑涂層粘附地接合到金剛石涂層并且粘附至金剛石涂層的表面。特別地，潤滑涂層填充金剛石涂層中的凹部，以使金剛石涂層的微晶結(jié)構(gòu)由于潤滑涂層的填充而呈現(xiàn)出降低的粗糙度。因此該附加的潤滑涂層起到跑合層的作用，并且與沒有該潤滑涂層的涂覆有金剛石的密封環(huán)相比，提供了較高的機(jī)械密封的密封性。優(yōu)選地，潤滑涂層以使得金剛石涂層的末端仍然從潤滑涂層突出的方式被涂布到金剛石涂層。因此，潤滑涂層僅部分地填充金剛石末端之間的凹部。這樣做的優(yōu)勢在于，滑動(dòng)表面的耐磨損性由于從潤滑涂層突出的高硬度的金剛石晶體而得以保持。在此，該末端最低限度地從潤滑涂層突出。優(yōu)選地，該末端以O(shè) μ m到8 μ m的范圍突出，特別優(yōu)選地該末端以Ιμπ 到6μπ 的范圍突出?？蛇x地，潤滑涂層以使得金剛石涂層的末端與潤滑涂層平齊并形成高平整度的滑動(dòng)表面的方式被涂布到金剛石涂層。根據(jù)本發(fā)明的另一可選構(gòu)造，潤滑涂層完全地覆蓋金剛石涂層。由此能夠獲得特別平整的滑動(dòng)表面，使得這種機(jī)械密封在組裝之后幾乎不會(huì)泄漏。在操作過程中或經(jīng)過若干小時(shí)或若干天的一定操作周期之后，潤滑涂層會(huì)受到磨損，從而潤滑涂層仍存在于凹部中的金剛石涂層隨后呈現(xiàn)出期望的高耐磨損性。潤滑涂層優(yōu)選地包括干膜潤滑劑(dry lubricant)、粘結(jié)劑以及可選的揮發(fā)性組分。例如石墨可以被用作干膜潤滑劑。粘結(jié)劑可以是有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑。潤滑涂層特別優(yōu)選地是可以噴涂的耐磨漆。可選地，潤滑涂層還可以通過浸涂或涂展的方式涂布。該潤滑涂層特別優(yōu)選地耐高溫并具有大約_50°C到+300°C的操作溫度范圍。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選構(gòu)造，潤滑涂層的厚度與金剛石涂層的厚度大致相等。從而確保了潤滑涂層至少延伸到金剛石涂層的末端，例如，如果金剛石涂層例如包括位于基部區(qū)域上的間隙，則所述間隙由潤滑涂層從基部區(qū)域一直填充到末端。如果要確保金剛石涂層的末端從潤滑涂層突出，則潤滑涂層的厚度優(yōu)選地不大于金剛石涂層的厚度的一半。進(jìn)一步優(yōu)選地，潤滑涂層環(huán)形地覆蓋金剛石涂層的徑向上的僅一部分。通過環(huán)繞的潤滑涂層可以保證必要的密封性而不必使整個(gè)金剛石涂層都覆蓋潤滑涂層。此外，該優(yōu)選的構(gòu)造可以使密封環(huán)實(shí)現(xiàn)更快速的跑合。此外，本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的密封環(huán)的機(jī)械密封。特別優(yōu)選地，兩個(gè)密封環(huán)均被構(gòu)造為根據(jù)本發(fā)明的、具有金剛石涂層和附加地涂布的潤滑涂層的密封環(huán)。此外，本發(fā)明涉及用于制造密封環(huán)的方法，該方法包括以下步驟:制造基部區(qū)域，優(yōu)選地用碳化硅或碳化鎢制成該基部區(qū)域；向該基部區(qū)域的滑動(dòng)側(cè)涂布金剛石涂層；以及以在潤滑涂層和金剛石涂層之間建立粘附接合的方式向金剛石涂層涂布潤滑涂層。在金剛石涂層上，優(yōu)選地以耐磨漆的形式噴涂潤滑涂層或通過浸涂處理或通過涂展來涂布潤滑涂層。根據(jù)本發(fā)明的該方法還優(yōu)選地包括硬化步驟，該步驟持續(xù)至少12小時(shí)并且在室溫下進(jìn)行。進(jìn)一步優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法包括后續(xù)的拋光步驟，在該拋光步驟中，潤滑涂層被去除直到到達(dá)金剛石末端，以提供盡可能平整的滑動(dòng)表面并呈現(xiàn)低粗糙度。

因此，根據(jù)本發(fā)明，在涂覆有金剛石的密封環(huán)本身的摩擦性能優(yōu)異的情況下，涂布潤滑涂層并不改善機(jī)械密封的摩擦性能，但是降低了未使用的(新的)密封環(huán)的金剛石涂層的粗糙度，從而減少或避免了新密封環(huán)的靜止泄漏(standstill leakage)和初始泄漏。特別地，由于填充了金剛石涂層中的凹部，泄漏途徑被封閉從而防止了泄漏。根據(jù)本發(fā)明的密封環(huán)可以被用于液體潤滑機(jī)械密封和氣體潤滑機(jī)械密封兩者。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的機(jī)械密封的示意性截面圖。圖2是圖1的靜止密封環(huán)的截面圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的密封環(huán)的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照圖1和圖2詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式的機(jī)械密封I。如圖1所示，機(jī)械密封I包括靜止密封環(huán)2和轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)3。轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)3和例如軸等轉(zhuǎn)動(dòng)組件10 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。密封環(huán)2、3具有滑動(dòng)表面2a和3a，滑動(dòng)表面2a和3a彼此相對并且在滑動(dòng)表面2a和3a之間限定密封間隙4。機(jī)械密封I在轉(zhuǎn)動(dòng)軸10上密封第一室5和第二室6之間的區(qū)域。此外，機(jī)械密封I包括施力構(gòu)件7，施力構(gòu)件7具有力傳遞環(huán)8和沿周向分布的多個(gè)施力彈簧9。施力構(gòu)件7對靜止密封環(huán)2施力，使靜止密封環(huán)2抵靠轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)3。X-X表示轉(zhuǎn)動(dòng)部件10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。圖2是靜止密封環(huán)2的放大截面圖。靜止密封環(huán)2包括基部區(qū)域20、涂布到基部區(qū)域20的金剛石涂層21以及涂布到金剛石涂層21的潤滑涂層22。潤滑涂層22粘附地接合到金剛石涂層21并且包括諸如石墨等干膜潤滑劑。潤滑涂層22填充金剛石涂層21中的凹部23。在圖2中以示例的方式標(biāo)出兩個(gè)凹部23。附圖標(biāo)記24以示例的方式表示金剛石涂層的兩個(gè)末端。圖2示出了靜止密封環(huán)2跟新的一樣時(shí)的情況，其中在第一步中，向基部區(qū)域20涂布金剛石涂層21，然后向金剛石涂層21涂布潤滑涂層22，隨后去除潤滑涂層直到到達(dá)金剛石涂層的最高的末端24的位置處，結(jié)果在金剛石涂層的凹部23全部填充有潤滑涂層22的情況下得到高平整性的滑動(dòng)表面2a。由于金剛石涂層21的凹部23能夠部分地延伸到基部區(qū)域20(在圖2中以上方的凹部23為例示出)，因此金剛石涂層的最大厚度Dl與在上述最深的凹部23的區(qū)域中的潤滑涂層22的最大厚度D2相等。在此，當(dāng)末端在滑動(dòng)表面2a處直接終止時(shí)，金剛石涂層的最大厚度Dl從基部區(qū)域20延伸到該末端24的端部。在第一實(shí)施方式中，兩個(gè)密封環(huán)2、3具有相同的結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)機(jī)械密封被組裝好之后，由于施力構(gòu)件7的施力，兩個(gè)滑動(dòng)表面2a、3a終止于彼此靠近的狀態(tài)，從而不會(huì)發(fā)生泄漏。在操作若干小時(shí)或若干天之后，金剛石涂層21的末端24部分地變平，潤滑涂層22也被輕微地去除，從而進(jìn)一步改善了滑動(dòng)表面2a、3a的平整性。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的密封環(huán)2，其中與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)件或功能相同的構(gòu)件被指定與第一實(shí)施方式中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記。圖3所示的實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同，與第一方式相比，金剛石涂層21的末端24沒有從潤滑涂層22突出并且沒有延伸到滑動(dòng)表面2a。因`此，在很深的凹部23的區(qū)域中延伸到基部區(qū)域20的潤滑涂層22的厚度D2比在末端24的區(qū)域中金剛石涂層21的最大厚度Dl大。由此能夠?qū)崿F(xiàn)低粗糙度的、特別平整的滑動(dòng)表面。在機(jī)械密封跑合一定時(shí)間之后，最上方的潤滑涂層22受到磨損，使得金剛石涂層21的末端24也位于滑動(dòng)表面2a上，并且該滑動(dòng)表面的耐磨損性與僅有金剛石涂層的滑動(dòng)表面的耐磨損性相同。附圖標(biāo)記列表I機(jī)械密封2靜止密封環(huán)3轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)2a、3a滑動(dòng)表面4密封間隙5 第一室6 第二室7施力構(gòu)件8力傳遞環(huán)9施力彈簧
10轉(zhuǎn)動(dòng)組件20基部區(qū)域21金剛石涂層22潤滑涂層23凹部24金剛石涂層的末端Dl金剛石涂層的最大厚度D2潤滑涂層的最大厚度X-X轉(zhuǎn)動(dòng)組件10的轉(zhuǎn)動(dòng) 軸線
權(quán)利要求
1.一種密封環(huán)，其包括: -基部區(qū)域(20)， -金剛石涂層(21)和潤滑涂層(22)，所述金剛石涂層(21)被涂布到所述基部區(qū)域(20)，所述潤滑涂層(22)被涂布到所述金剛石涂層(21)，所述潤滑涂層(22)粘附到所述金剛石涂層并且填充所述金剛石涂層(21)的凹部(23 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于，所述潤滑涂層(22)以使得所述金剛石涂層(21)的末端(24)從所述潤滑涂層(22)突出的方式被涂布到所述金剛石涂層(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于，所述末端(24)與所述潤滑涂層(22)平齊并形成平整的滑動(dòng)表面(2a)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于，所述潤滑涂層(22)完全覆蓋所述金剛石涂層(21)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的密封環(huán)，其特征在于，所述潤滑涂層(22)包括粘合劑以及特別地為石墨的干膜潤滑劑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一 項(xiàng)所述的密封環(huán)，其特征在于，所述潤滑涂層(22)的厚度(D2)等于所述金剛石涂層(21)的厚度(D1)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的密封環(huán)，其特征在于，所述潤滑涂層(22)環(huán)形地覆蓋所述金剛石涂層(21)的徑向上的僅一部分。
8.一種機(jī)械密封，其包括一個(gè)或兩個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的密封環(huán)。
9.一種用于制造密封環(huán)的方法，其包括以下步驟: -制造基部區(qū)域，優(yōu)選地用碳化硅或碳化鎢制成所述基部區(qū)域， -向所述基部區(qū)域的滑動(dòng)側(cè)涂布金剛石涂層，并且 -以在潤滑涂層和所述金剛石涂層之間建立粘附接合的方式、向所述金剛石涂層涂布所述潤滑涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述金剛石涂層上噴涂所述潤滑涂層，或者在所述金剛石涂層上通過浸涂處理涂布所述潤滑涂層，或者在所述金剛石涂層上通過涂展涂布所述潤滑涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述潤滑涂層為耐磨漆。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11所述的方法，其特征在于后續(xù)的拋光步驟，在該拋光步驟中，去除所述潤滑涂層直到到達(dá)金剛石末端以提供平整的滑動(dòng)表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密封環(huán)，其包括基部區(qū)域(20)、金剛石涂層(21)和潤滑涂層(22)，所述金剛石涂層(21)被涂布到所述基部區(qū)域(20)，所述潤滑涂層(22)被涂布到所述金剛石涂層(21)，所述潤滑涂層(22)粘附到所述金剛石涂層并且填充所述金剛石涂層(21)的凹部(23)。此外，本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的密封環(huán)的機(jī)械密封。
文檔編號F16F15/34GK103097574SQ201180039217
公開日2013年5月8日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者安德里亞斯·斯科魯弗爾, 約爾格·泰勒科, 邁克爾·里德爾, 洛薩·謝弗, 馬庫斯·阿姆噶德特, 馬庫斯·霍費(fèi)爾 申請人:伊格爾博格曼德國有限公司