CN102123841A - 低扭矩轴密封装置及其构造方法 - Google Patents

Abstract

构造轴密封装置的方法，包括将PTFE密封元件连接至一外金属壳体，并将PTFE密封元件的孔设于心轴上。然后，在心轴上加热该PTFE密封元件。而且，在心轴上冷却该PTFE密封元件，并且从心轴上移除轴密封装置。所得到的密封元件为使用中的轴的旋转表面提供可靠的密封，而同时对轴的旋转表面生成低旋转力矩。而且，需要最小的轴推力以将所述轴密封装置安装到轴上，从而降低安装过程中对密封元件的潜在损伤或密封元件的反转。

Description

低扭矩轴密封装置及其构造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月13日提交的美国临时申请序列号No.61/061,366的权益，其通过引用整体合并入此处。

技术领域

本发明涉及一种密封装置，更具体地涉及一种旋转式轴密封装置及其构造方法。

背景技术

轴密封通常应用于各种交通工具中。轴密封除了对旋转轴建立可靠的密封，同时防止污染物的进入和所需的润滑剂的流出之外，最好还可对轴提供一个最低的旋转力矩。因为轴密封对轴的旋转表面产生更低的拖拽，较小的扭矩需要较少的外加马力来转动轴，例如曲柄轴，因此密封的降低的旋转力矩有利于提高车辆的整体油耗的节约。最好密封可被相对容易地安装于其依靠的轴的一端上，且通过最小的推紧力安装至轴上。而且，最好密封安装于轴上时不会使密封唇损伤和/或反转。当然，如果太容易的话，也可作出妥协使密封唇维持对轴的旋转表面的可靠密封的能力。因此，人们不断努力以获得所需的密封装置，同时避免对密封能力的不利影响，从而在使用中维持对轴的旋转表面的可靠密封。

发明内容

本发明提供一种构造轴密封装置的方法。该方法使得该密封装置具有密封唇，该密封唇的最佳尺寸在使用中可提供对轴的旋转表面的可靠密封。而且，该方法提供对轴的旋转表面具有低旋转力矩的密封装置。而且，该方法使得仅需要最小的轴推力而将该密封装置安装于轴上，从而在将密封装置安装于轴上时降低密封唇的潜在损伤。该方法包括将金属壳体和PTFE密封元件彼此间隔开，分离地放置于模具腔内。然后将弹性体材料注射入该模具腔内，用弹性体材料连接该金属壳体至PTFE密封元件上，以形成整体轴密封装置。然后，从模具腔内移除该轴密封装置，并将PTFE密封元件的孔围绕一心轴设置，且在该心轴上加热该PTFE密封元件。然后，在心轴上冷却该PTFE密封元件，然后从心轴上移除该轴密封装置。

根据本发明的另一个方面，构造轴密封装置的方法包括将PTFE密封元件连接至一外金属壳体上，并将PTFE密封元件的孔设置于心轴上。然后，在心轴上加热该PTFE密封元件。然后，在心轴上冷却该PTFE密封元件，和从心轴上移除该轴密封装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的上述和其他方面、特征及优点，以下结合当前优选的实施例和最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的轴密封装置的横截面视图；

图2是用于构造根据本发明的轴密封装置的当前优选方法的流程图；

图3是根据本发明的另一个方面构造的轴密封装置的横截面视图。

具体实施方式

具体参考附图，图1示出了轴密封装置，此后示出为根据本发明的一个方面构造的装置10。该装置10具有一外金属壳体12，根据实际的密封应用，该壳体具有平行于装置10的中心轴13延伸的既定高度H和既定直径D(2R)。在此作为示例而非限制，该壳体示出为L形，具有一外筒壁14和径向向内延伸的边16。应该理解，壳体12的形状并不限于列举的形状，任何合适的形状都被认为处于本发明的精神和范围之内。该装置10进一步包括一PTFE密封元件18。该PTFE密封元件18在一孔内形成有一旋转表面，也被称为密封唇20，用于建立对轴21的旋转表面的可靠密封。该装置10进一步还包括由弹性体的材料24(例如橡胶)模制成的本体22，其中该弹性体的材料24被模制至外壳12和PTFE密封元件18上，并且将密封元件18连接至弹性体的材料24上形成结合关系。仅作为示例而非限制，本体22在此示出为带有排斥唇(exclusion lip)26，该排斥唇在PTFE密封元件18附近朝向中心轴13悬垂，以防止该密封装置10的空气侧(A)的污染物到达该PTFE密封元件18。本体22也示出为具有一个波形或者波浪形的中间部分28，该部分在PTFE密封元件18和壳体12之间环形延伸，从而对轴21的旋转表面提供PTFE密封元件所需的偏斜。应该理解，然而本体22可被模制成具有其他的配置，因此本发明不局限于所列举的本体22的配置。在完成构造装置10的方法后，该PTFE密封元件18的该密封唇20获得一个放松的不偏斜的直径，使得在将轴21和密封装置10安装为彼此相关的关系后，该密封唇20的密封直径SD(两倍于图1中所示出的1/2SD)在使用中对轴21的旋转表面具有可靠密封，同时对轴21的旋转表面产生低旋转力矩。而且，成型的密封元件18在安装过程中需要最小的轴推力以将装置10安装于轴21上。从而最小化安装过程中的密封唇20的潜在损伤或者密封唇20的反转。

在图2中，图解法示出了当前优选的构造装置10的方法。各方法的开始都是提供所需配置的壳体12和PTFE密封元件18，然后将单独的壳体12和PTFE密封元件18插入到模具的模具腔内，其中该PTFE密封元件18和壳体12彼此间隔开固定。该构造过程的下一步是将壳体12和PTFE密封元件18密封在模具腔内，例如通过半模彼此对接以密封。然后，该模制过程的下一步是注射所需的弹性体的材料24(例如橡胶)到密封的模具腔内。该弹性体的材料24在被注射到模具腔内后，围绕至少部分壳体12和部分PTFE密封元件18流动，其中该弹性体的材料24将位于既定位置的壳体12和PTFE密封元件18连接起来，且形成本体22所需的总体配置。因此，本体22与PTFE密封元件18和壳体12形成结合关系以形成密封装置10的初始配置，由此，该PTFE密封元件18和壳体12通过本体22可操作地彼此连接。应该理解，如果需要对于密封装置10的特意的构造，整个壳体12可以在模具腔内被弹性体的材料24包围。

根据一个构造方法，该密封装置10的初始配置将在该弹性体的材料被固化之前被从模具腔内移除，且密封唇20被设置在一既定直径的圆柱形的心轴上。该心轴由金属(例如铝)制成，且具有与特定应用所需的成型的密封直径SD相同或大致相同的直径，其中该密封直径SD与轴旋转表面直径相同或大致相同，该密封直径SD两倍于轴半径SR。应该理解，如果需要的话，多个初始配置的密封装置10可被设置于单个心轴上，从而允许多个密封装置10同时批量处理。在将密封装置10围绕心轴设置后，该PTFE密封元件18和弹性体的材料24被受压和迫压至维持在临时受压状态。因此，PTFE密封元件18的孔20在径向向外的方向上至少些微被拉伸以适配于心轴的外表面。

接下来，其上带有装置或多个装置10的心轴被放置于一炉内。其内带有心轴和装置10的该炉被维持在既定的温度上一既定量的时间，例如在300-500华氏度之间，该温度低于PTFE的凝胶范围。该装置10在既定温度上被维持在炉内直到该弹性体材料24被完全后固化，且PTFE密封元件18的总量达到该炉的既定温度。

然后，当依然位于心轴上的装置10从炉中移除，在心轴上冷却直至弹性体的材料24和PTFE密封元件18达到周围的室温，例如70-100华氏度之间。装置10的该冷却过程可缓慢进行，例如在室温下自然冷却，或者通过某些迅速冷却过程，例如水淬。

在装置10冷却后，该装置10被从心轴上移除，其上的PTFE密封元件18并不回复到最初的预应力配置，而是维持其物理状态使它的密封直径SD维持与心轴的直径相同或大致相同，从而与轴21的旋转表面直径2(SR)相同或大致相同。应该理解，该密封直径SD的尺寸优选线-线适配或些微干涉配合于该轴旋转直径，从而在使用中维持可靠密封。此外，该弹性体的材料24的物理状态可防止其回复至其完全预应力配置。例如，已经发现，如果炉内的热成型过程是在受压配置时的弹性体的材料24的后固化过程中完成，最终7％的弹性体材料发生交联，与在预应力配置时后固化发生的交联相比，其在后固化过程中产生的交联使得弹性体的材料24的状态具有更大的直径。

该装置10已准备好安装于外壳内和轴21上使用。随着PTFE密封元件18的密封唇20维持在其展开的配置上，该密封唇20具有的密封直径SD在安装于轴上后与轴旋转表面23的外直径大致接近，将密封唇20安装到轴21上的过程被简化，所需的将装置10推动到轴21上的轴向力最小化。而且，降低了在安装过程中潜在的密封唇20被反转和/或非故意的损伤。而且，降低了使用过程中密封唇20对轴21的旋转表面23的动摩擦和旋转力扭。

根据另一个构造方法，在被从模具的模具腔内移除之后，密封装置10的起始配置被放置于维持在既定温度的炉内，且维持一既定时间段以后固化该弹性体的材料24。应该理解，为了增加后固化过程的生产率，多个密封装置10可同时后固化。例如，多个装置10被放置于合适尺寸的篮内或者插入篮内的托盘上或炉内的托盘上。

在炉内的弹性体的材料24被完全固化后，该装置10从炉内移除，且密封元件18的孔20围绕既定直径的心轴或多个心轴设置，其中该既定直径与上述描述类似，与所需的密封直径SD大致接近或相同。该心轴可提供为热形成心轴，可被加热至或预加热至约300-500华氏度。该装置在热形成心轴上，在加热温度为300-500华氏度上维持足够长的时间以通过保持大致接近心轴的直径的物理状态使得PTFE密封元件18维持在大致受压配置，例如约1分钟或更长时间。

接下来，由于装置10依然位于心轴上，该过程的下一步是冷却心轴至室温。该冷却可在室温下进行，或者以加速冷却的方式冷却该心轴，例如通过流动的冷水流过心轴的中空核心进行冷水淬灭。

在冷却至室温后，例如70-100华氏度，该装置10已准备好从热形成心轴上移除且准备好安装到外壳内和轴21上使用，正如上面所描述的那样。

正如上述，该特定的壳体12和本体22的配置并不局限于图1所示。例如，如图3所示，其中相同的附图标记被用于指示上述相似的特征，两种上述讨论的和图解法示出的方法都可构造具有反向折叠配置的壳体12的密封装置10，其PTFE密封元件18通过弹性体的本体22的中间的，介于两者之间的层连接至壳体12。据此，应该理解，该PTFE密封元件和壳体12可被放置于所需的选定的模具腔内以构造所需的密封装置10的配置。而且，如图4所示，夹具式的密封装置10可具有壳体12，带有通过扣留元件30夹于其上的PTFE密封元件18。在这个实施例中，构造方法与扩大PTFE密封元件18至受压状态的方法相同，然后加热和冷却以维持PTFE密封元件18的密封直径SD在放松时大致相同，然而，该构造并不包括在壳体12和PTFE密封元件18之间模制该弹性体本体，正如这个实施例中并不包括弹性体的本体22。

显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。

Claims (15)

1.一种构造轴密封装置的方法，包括：

将一金属壳体和一PTFE密封元件放置于一模具腔内；

在所述模具腔内注射一弹性体材料，用该弹性体材料连接所述金属壳体于所述PTFE密封元件上，以形成所述轴密封装置的整体起始配置；

从所述模具腔内移除所述轴密封装置的整体起始配置，并将所述PTFE密封元件的孔设置于一心轴上；

在所述心轴上加热所述PTFE密封元件；

在所述心轴上冷却所述PTFE密封元件；及

从所述心轴上移除所述轴密封装置。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在固化所述弹性体材料之前将所述PTFE密封元件设置于所述心轴上。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括在所述心轴上固化所述弹性体材料。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括在加热所述PTFE密封元件时固化所述弹性体材料。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括加热所述PTFE密封元件至300-500华氏度。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括将多个所述密封装置放置于所述心轴上，且在炉内的所述心轴上加热所述密封装置。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述心轴上加热所述PTFE密封元件之前固化所述弹性体。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括将所述密封装置放置于炉内以固化所述弹性体。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括加热所述心轴以加热所述PTFE密封元件。

10.一种构造轴密封装置的方法，包括：

连接一PTFE密封元件至一外金属壳体上；

将所述PTFE密封元件的一孔设置于一心轴上；

在所述心轴上加热所述PTFE密封元件；

在所述心轴上冷却所述PTFE密封元件；及

从所述心轴上移除所述轴密封装置。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括通过一弹性体材料将所述PTFE密封元件连接至所述壳体上。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括固化所述弹性体材料。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括在固化所述弹性体材料之前，将所述PTFE密封元件设置于所述心轴上。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括在所述心轴上加热所述PTFE密封元件时固化所述弹性体材料。

15.如权利要求12所述的方法，进一步包括在固化所述弹性体材料之后将所述PTFE密封元件设置于所述心轴上。

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