密封系统,具有密封系统的工业机器人,以及用于提供密封表面的方法

摘要

本发明描述了一种密封系统，包括在旋转轴(1)上的旋转密封表面(3)和旋转轴唇形密封(5)，其中该旋转密封表面具有固体润滑剂物质的表面涂层(9)。本发明还包括一种具有若干旋转轴线的工业机器人，包括机械手，该机械手具有用于绕着机器人的旋转轴线旋转机器人零件的驱动单元，并且其中至少一个驱动单元具有旋转轴(1)，该旋转轴设置有这样的密封系统。此外，本发明包括一种用于在旋转轴(1)上形成旋转密封表面(3)的方法，其包括以固体润滑剂物质的表面涂层(9)涂覆该旋转轴的意图密封表面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种密封系统，包括在旋转轴上的旋转密封表面和旋转轴唇形密封。本发明还涉及一种具有若干旋转轴线的工业机器人，包括机械手，该机械手具有用于绕着机器人的旋转轴线旋转机器人零件的驱动单元，并且其中至少一个所述驱动单元具有旋转轴，该旋转轴设置有本发明的密封系统。进一步，本发明涉及一种方法，用于在旋转轴上提供密封表面。

背景技术

在一些技术应用中存在诸如马达或变速箱的输出轴之类的旋转轴，其需要设置有密封以便于防止例如为油的润滑剂沿着该轴泄漏。与此有关，通常使用旋转轴唇形密封，该旋转轴唇形密封具有环状密封形式，其环绕该轴并与该旋转轴的圆周表面接触。

为了使该旋转轴唇形密封具有良好的密封效果，该轴的表面应当是光滑的。光滑表面还防止该唇形密封的过度磨损。通常，这些轴由金属制成，诸如钢或铸铁。为了获得光滑表面，该轴表面通常以若干步骤被机械加工并且抛光。然而，依然会留下一定的表面表面粗糙度。

进一步，通常在该唇形密封的密封唇部添加润滑剂。这可以以不同的方法实现。有时可以通过在位于该旋转轴的密封表面与该唇形密封的密封唇部提供润滑液膜的方式实现，从而避免该密封唇部与该密封表面之间的直接接触。有时可以通过在位于该轴的密封表面上的剩余凹槽和缺口中填充润滑剂的方式实现，并由此防止该密封唇部由于密封表面的不平坦而被磨损。

特别的应用领域是工业机器人，工业机器人具有驱动单元用来绕着该机器人的不同旋转轴线旋转机器人零件。这些驱动单元包括电动机，通常还包括一些种类的变速箱，并且在使用旋转轴唇形密封围绕该输出轴来防止油从该变速箱漏泄。

发明内容

本发明的目的在于提供用于旋转轴的改进密封系统。还有一个目的在于提供一种方法，用于在旋转轴上提供改进的密封表面，并且进一步的目的在于提供一种工业机器人，具有用于其驱动单元的改进密封系统。这些目的通过所附权利要求限定的密封系统、工业机器人和方法实现。

根据本发明的第一方面，限定了一种密封系统，包括位于旋转轴上的旋转密封表面和旋转轴唇形密封，其特征在于该旋转密封表面具有固体润滑剂物质的表面涂层。具有该固体润滑剂的表面涂层将具有通过填满该密封表面上的凹槽和凹点而使得该旋转密封表面更平坦的效果。通过这些取得使该唇形密封遭受较少磨损并将具有较长的寿命的优点。由此减少了渗漏的风险。当该轴旋转时在该旋转轴的密封表面和唇形密封之间的摩擦也将更少。总体上，从经济的和安全的视角来看本发明都带来了优点。

根据一个特征，该旋转密封表面可以包括适于保持油或润滑脂的凹槽的图案，并且所述凹槽的内部也涂有所述表面涂层。这里使用的凹槽也意指并不一定具有细长形状的孔洞。通过在该涂覆工艺之前提供具有相当深的凹槽的该旋转密封表面，这些凹槽也将被涂覆有淀积涂层的薄层。然而，因为凹槽被制成为比由该轴的机械加工引起或因该轴的铸造留下的、填充有涂层的不平坦部分要深，所以这些凹槽在已经执行涂覆工艺已经完成之后仍然保留。然而，也因为凹槽的内部和边缘已经被涂覆，并且因为凹槽将没有尖锐的边缘，所以在该密封唇部上由凹槽导致的摩擦和磨损将比具有未涂覆的凹槽的情况少得多。

根据另一个特征，该旋转密封表面可以具有化学摩擦法淀积的固体润滑剂物质的表面涂层。这可以通过在WO2009/071674中描述的方法和工具实现。优选地，该固体润滑剂物质包括钼(Mo)和钨(W)中至少之一的硫化物，并且更优选地，该固体润滑剂物质包括二硫化钨(WS₂)。根据WO2009/071674，一种工具设置有包括碳化钨的工作表面。该工具在要被处理的衬底表面上移动并压靠该衬底。该衬底表面包含铁原子或颗粒。在接触区域附近提供包括游离态硫的工艺流体。在该工具的工作表面与该衬底表面之间的接触中，通过摩擦化学法沉积的方式在该衬底表面创建有摩擦膜。在这样的情况中，该衬底表面为由金属制成的旋转轴的密封表面，该金属优选为钢或铸铁。在该密封表面的处理之后，涂层通过WS₂的纳米合成物实现。该涂层涂抹该旋转轴的初始表面的所有不需要的孔洞和参差不齐处，从而提供具有低摩擦和高持久性的平滑表面。

同时根据本发明也能想得到其它的方法用于获得诸如所提及示例中的钼或钨的硫化物的固体润滑剂的表面涂层，例如通过物理气相淀积法(PVD)涂层、化学汽相淀积法(CVD)涂层，或者使用热固方法。

根据进一步的特征，该表面涂层可以在沿着该旋转密封表面的至少两个横向被淀积。如果该表面涂层在平行于该旋转密封表面运动的方向的方向淀积，或者至少具有与该运动方向平行的方向，这也可能是优点。

根据一个实施例，本发明的密封系统可以包括在旋转轴上的密封表面，该旋转轴是电动机的轴。

根据另一个实施例，本发明的密封系统可以包括在旋转轴上的密封表面，该旋转轴是变速箱的轴。举例来说，本发明的密封系统可以包括在旋转轴上的密封表面，该旋转轴是工业机器人的驱动单元的旋转轴。

根据本发明的第二方面，限定了一种具有若干旋转轴线的工业机器人，包括机械手，该机械手具有用于绕着该机器人的旋转轴线旋转机器人零件的驱动单元，并且至少一个所述驱动单元具有旋转轴，该旋转轴设置有根据限定密封系统的任一项权利要求的密封系统。

根据本发明的第三方面，限定了一种方法，用于在旋转轴上提供旋转密封表面，其特征在于该旋转密封表面包括以固体润滑剂物质的表面涂层涂覆该旋转轴的意图密封表面。

根据一个特征，该方法可以包括在以固体润滑剂物质的表面涂层涂覆该旋转轴的意图密封表面之前，提供具有适于保持油或油脂润滑剂的凹槽的图案的旋转密封表面，从而使得所述凹槽的内部以及凹槽的边缘都涂覆有所述表面涂层。

根据另一个特征，该方法可以包括通过摩擦化学法沉积该固体润滑剂物质而形成具有表面涂层的旋转轴。然而，如上所述，其它方法也是可想到的并且本发明不限于采用摩擦化学法沉积该固体润滑剂系统。

该方法可以包括在至少两个沿着该旋转密封表面的横向方向形成该表面涂层。

根据该方法的另一个特征，该固体润滑剂物质可以包括钼(Mo)和钨(W)中至少一个的硫化物，例如二硫化钨(WS₂)。

如所提及的，涉及的旋转轴通常由钢或铸铁制成，但是可以想得到这样的轴也可能由其它的金属制成，例如铝。虽然该密封系统可以仅直接地被使用在金属轴上，但是当旋转轴设置有外套管时，它也可以被使用在该外套管上。

总之，本发明具有的优点在于提供一种快速的方法，由于一些诸如轴的抛光的最终加工对于该新方法来说可能是多余的，所以它价格比较低廉并且由于它是无毒的所以环保。它提供了低摩擦和高持久性并且该旋转密封表面的涂层为润滑剂提供了良好的亲合性。

通过下面对发明的详细说明，本发明进一步的特征和优点将变得明显。

附图说明

现在将参照示意的附图来更详细地描述本发明，附图图示了本发明给出的仅作为示例的实施例的不同方面，并且其中：

图1示意地示出了根据本发明的密封系统，

图2a示意地示出了设置有用作集油器的凹槽和孔洞的密封表面的一部分，以及

图2b示意地示出了在涂覆有根据该本发明的固体润滑剂物质后该密封表面的相同部分。

在附图中，不同实施例中的相同的要素或相应的要素被赋予相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的密封系统，包括设置有密封表面3的旋转轴1，并且还包括旋转轴唇形密封5。该旋转轴例如可以是工业机器人中的驱动单元的旋转轴。壳体10环绕旋转轴1。在该壳体和旋转轴1之间布置有旋转轴唇形密封5，其包括诸如弹性体材料之类的弹性材料的密封唇部7，并且包括支持器装置8，支持器装置8用于安装在壳体10中，在支持器装置8上安装有该密封唇部。密封唇部7具有密封区域6，密封区域6与该旋转轴的密封表面3接触以提供密封功能。密封系统的功能是防止存在于图1中的唇形密封5的左边的诸如变速箱的封闭空间中的油或者类似的润滑剂沿着该旋转轴漏出并进入图1中的唇形密封5的右边的空间。

密封表面3是该旋转轴上的圆周表面，密封表面3位于该轴的这样一个区域：该轴的表面预期与密封唇部7的密封区域6接触。该唇形密封5被布置为环绕轴1并且该唇形密封的唇部7具有环形形式，从而使得唇部7的密封区域6与该旋转轴的密封表面3始终接触。

轴1的旋转密封表面3具有固体润滑剂物质的表面涂层9。该固体润滑剂物质例如可以包括钼(Mo)和/或钨(W)的硫化物，诸如二硫化钨(WS₂)或二硫化钼(MoS₂)。然而，其它的固体润滑剂物质也是可以的。根据一个实施例，通过摩擦化学法沉积该固体润滑剂物质到旋转轴1的密封表面3上而获得表面涂层9。这可以通过使用在之前提及的WO2009/071674中描述的方法和工具实现。在该密封表面上的摩擦化学法沉积可以在沿着该表面的至少两个横向方向执行。如上所述，通过使用其它适当的方法形成该涂层也是可以的。涂层9的厚度可以根据初始表面上的孔洞有多深而变化，但是举例来说该厚度可以处于10nm到1μm的区间。

如图2a所示，密封表面3还可以被有意地设置有微细尺寸的相对较深的凹槽和/或孔洞15的图案，其足够深以起到集油器的作用。这些深凹槽和孔洞15例如可以在该涂覆工艺以前通过珩磨工艺产生。凹槽的图案可以包括深度为0.1-50μm、优选为1-50μm、或者更优选为1-20μm、或者最优选为1-10μm的凹槽。可替换地，取决于油或油脂润滑剂的性质，凹槽可以具有优选的10-50μm的深度，诸如20-50μm。在图2a中也可见密封表面上的许多较小的孔洞、凹槽、划痕和标记，这些并不是被有意地制作，而是在初始的钢表面或铸铁表面存在简单的不平坦点，这些在通常的机械加工工艺之后仍然保留。

图2b示出了与图2a中的密封表面的相同部分，但是在已经设置有根据本发明的表面涂层9之后。如可以看到的，在形成涂层的处理之后，大多数的较小的不平坦标记不再可见，并且它们已经被整平。然而，较深的凹槽和孔洞15仍然保留，但是它们的表面现在已经被涂覆有固体润滑剂，从而使得所有粗糙和尖锐的边缘已经被整平并且现在更平滑。这将使得密封唇边7与被涂覆的密封表面3协作时摩擦更低且磨损更少，同时凹槽和孔洞15的图案存在将起到捕获油或油脂润滑剂的作用。

旋转密封表面3在沉积表面涂层9之前已经被有意设置有凹槽和孔洞15用来保持油的情形下，重要的是表面涂层9的厚度适于这些凹槽和孔洞15的深度，从而使得有意制作的凹槽和孔洞15仍然存在以在表面涂层9已经被沉积之后执行它们的功能。

在图示的示例中仅有该轴表面的一部分被涂覆，即在该区域的部分将与该旋转轴唇形密封的密封唇边一起实现密封功能。自然地，也不需要阻止该旋转轴的主要部分或乃至全部的轴表面涂覆固体润滑剂，例如如果使用这样的制作工艺制作旋转轴更有效率的话。

本发明不限于公开的实例，而是可以以许多方式修改，这对本领域技术人员来说是显而易见的，均属于所带权利要求的范围之内。