CN102770695B - 具有改进的定位和固位钉的密封垫组件及其构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封垫组件（10）及其构造方法。该组件包括：一载体本体（12），所述载体本体具有相对的平坦表面（20，22）和至少一个贯穿开口（38），所述平坦表面具有延伸贯穿所述平坦表面的至少一个介质-传输开口（16），所述贯穿开口与所述至少一个介质-传输开口（16）径向隔开。此外，该载体本体还具有由所述载体本体的材料形成的至少一个突起（28）。所述至少一个突起从所述至少一个贯穿开口（38）并从至少一个所述平坦表面向外延伸。该组件还包括封装所述突起的弹性材料（32）。

Description

具有改进的定位和固位钉的密封垫组件及其构造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月18日提交的第61/287,848号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明大致涉及一种用于在夹紧在一起的两构件之间建立密封的密封垫，更特别地涉及一种具有用于容置于夹紧在一起的构件之间的定位特征的密封垫。

背景技术

众所周知，在夹紧在一起的构件之间使用密封垫可有利于在夹紧在一起的构件之间形成可靠的密封。此外，人们还知道在密封垫上增设定位特征可有利于使密封垫适当地在被夹紧的构件之间定向。如图1A-1C，示出了根据现有技术构造的密封垫组件1的一部分。该密封垫组件1具有一金属密封垫层，此后示出为载体2和连接至该载体2的橡胶定位特征3。该载体2具有相对的，平坦密封表面4，5，以及直线贯穿所述载体2延伸的贯穿开口6，从而延伸贯穿该相对的密封表面4，5。该橡胶定位特征3在贯穿开口6中注塑为一个与该金属载体2独立的材料块。该定位特征3注塑为具有底部表面7，该底部表面7构造为与底部密封表面5同一平面，从而在密封垫组件1被压在夹紧在一起的构件之间时，抑制可能影响形成可靠密封的因素。此外，该定位特征3具有从上密封表面4向上延伸的竖直突起8。该竖直突起8插入被夹紧的一个构件（未示出）的开口内（未示出）。因此，当竖直突起8进入夹紧的构件的开口时，密封垫10理论上在夹紧的构件之间适当地定向，从而通过该密封垫组件1在被夹紧的构件之间建立可靠的密封而提供额外的保证。

可惜的是，如图1B和1C中所示，在夹紧的构件之间装配密封垫组件1的过程中，垂直力F_V（图1B）和/或横向力F_L（图1C）会以不理想的方式使定位特征3偏斜，从而对该密封垫组件1在装配时适当定向的能力产生潜在的负面影响。因此，如果密封垫组件1在装配时不适当地定位（即，相对于夹紧的构件偏斜），在构件之间形成的密封的完整性将可能受到损害。如图1B中所示，垂直力F_V会引起定位特征3轴向压缩，使得底部表面7在载体2的密封表面5的下方延伸，从而影响形成可靠密封的能力。此外，如图1C所示，横向力F_L会引起定位特征3横向歪斜，使得竖直部分8相对于贯穿开口6的中心轴9不成一条直线。此外，横向力F_L会引起底部表面7的至少一部分在载体2的密封表面5的下方延伸，上述现象均能对形成可靠密封产生不利的影响。

发明内容

本发明提供一种密封垫组件，该密封垫组件包括：一载体本体，所述载体本体具有相对的平坦表面和至少一个贯穿开口，所述平坦表面具有延伸贯穿所述平坦表面的至少一个介质-传输开口，所述贯穿开口与所述至少一个介质-传输开口径向隔开。此外，该载体本体还包括至少一个突起，所述突起由所述载体本体的材料形成。所述至少一个突起从所述至少一个贯穿开口并从至少一个所述平坦表面向外延伸。该组件还包括密封所述突起的弹性材料。

根据本发明的另一方面，该密封垫组件包括：具有相对的平坦表面的载体本体，该平坦表面具有至少一个在相对的平坦表面之间延伸的至少一个介质-传输开口。至少一个嵌入式表面延伸进入相对的平坦表面之一，该嵌入式表面与至少一个介质-传输开口隔开。该载体本体还包括一延伸穿过至少一个嵌入式表面的贯穿开口。该组件进一步包括从相对的平坦表面之一向外延伸的突起。其中，该突起由基本充满该嵌入式表面的弹性材料构造而成。

根据本发明的另一方面，提供了一种构造密封垫组件的方法。该方法包括：提供具有相对的平坦表面的金属载体本体，形成至少一个在所述平坦表面之间延伸的介质-传输开口。此外，成形至少一个在所述平坦表面之间延伸的贯穿开口，该贯穿开口与介质-传输开口径向隔开。此外，形成一从至少一个平坦表面向外的贯穿开口延伸的金属突起。然后，由弹性材料围绕该突起注塑定位/固位特征。

根据本发明所构造的密封垫组件克服了图1A-1C所示出的缺陷。特别是，根据本发明构造的密封垫阻止了如图1B-1C所描述和示出的变形。因此，根据本发明构造的密封垫在图1B所示出的垂直力下不发生扭曲，在图1C所示出的横向力下也不发生扭曲。因此，与图1A所示的现有技术的密封垫相关的扭曲问题会导致与固位和定位功能相关的失败模型，而根据本发明构造的密封垫则克服了这种扭曲的问题。根据本发明的一方面，与该密封垫组件成为一体的坚硬的，刚性的金属突起阻止了定位/固位特征分别在垂直负荷和横向负荷下发生垂直和横向的扭曲。根据本发明的另一方面，该弹性定位/固位特征通过弹性材料下方的减小尺寸的贯穿开口避免了发生如图1B-1C示出的扭曲，阻止了弹性材料被推动穿过该贯穿开口。

附图说明

结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述以及附图进行考虑，本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：

图1A-1C示出了根据现有技术构造的密封垫组件的局部剖视图；

图2示出了根据本发明的一方面构造的密封垫组件的载体本体的平面视图；

图2A示出了包括图2的载体本体的密封垫组件的平面视图；

图3示出了在图2中圆圈区域3的载体本体的局部透视图；

图4示出了在图2A中圆圈区域4的密封垫组件的局部透视图；

图5示出了沿图4中的线5-5所示出的密封垫组件的剖视图；

图5A示出了沿图4中的线5A-5A所示出的密封垫组件的剖视图；

图6-9示出了沿图5中相似的线所示出的根据本发明的另一方面构造的密封垫组件的部分剖视图。

具体实施方式

更详细地参考附图，图2A示出了根据本发明的一方面构造的密封垫组件10。该密封垫组件10，通过举例而非限制，以水泵密封垫为代表，其中该密封垫10被夹在待密封的一对构件之间，例如，水泵壳体和盖。该密封垫10具有至少一个金属密封垫本体，也称为层，下文还被称为载体层或载体本体12（图2），该载体本体具有至少一个与该载体本体12呈界定关系的弹性密封凸缘14。该密封凸缘14被配置为围绕一个或多个介质-传输开口（media-conveying opening）16形成流体紧密封。为了确保建立可靠的流体紧密封，该载体本体12被配置为，例如通过具有可控厚度的区域，来阻止密封凸缘14的过分压缩。为了进一步便于形成可靠的流体紧密封，该密封垫组件10具有至少一个，优选为多个定位/固位特征，此处示出为特征18。该特征18使得密封垫组件10定位和固定在相对于被夹紧在一起的至少一个构件的精确的位置，从而更加确保无论是在装配中还是完成装配之后，该密封垫组件1在构件之间适当地定位，从而在夹紧的构件之间形成可靠的流体紧密封。

如图2所示，该载体本体12具有环状内部17和环状外部19，彼此通过环状间隙隔开，该环状间隙在环状内部17和环状外部19之间沿周向延伸。该内部17通过跨越该环状间隙23延伸的多个纽带21被固定于该外部，其中，该内部17，外部19和纽带21被成形为整体的、单块材料。如图3所示，外部19具有一对相对的上、下平坦密封表面，此后示出为平坦表面20，22。该内、外部17，19界定至少一个介质-传输开口16处，其中该介质-传输开口贯穿所述载体本体12延伸。该介质-传输开口16之一示出为由内部17的一部分和外部19的一部分共同界定，例如形成一个入口的介质-传输开口，而另一个介质-传输开口16示出为成形于内部17中并被完全由内部17界定，例如形成一个出口孔，比如，用于接收水泵的叶轮于其内。

为了提供一个或多个特征18，该载体本体12具有与特征18相应数目的贯穿开口26，其中该贯穿开口26示出为在外部19中成形并且与内部17和介质-传输开口16径向向外间隔。在贯穿开口26成形之后，由载体本体12的锻压材料自动形成一竖直的，刚性的突起28，其中该突起28从贯穿开口26向外并且从平坦表面之一大致横向延伸，该平坦表面此处通过举例示出为上表面20。该突起28成形为具有半环状，通过举例示出为半圆柱形壁29。该术语“半”是指局部，而并不一定是一半，尽管可以是一半，并且示出为在大约200-270度之间延伸，尽管该范围可以稍大或稍小。该壁29从表面20向上延伸一预订高度（h）（如图5所示），使得在装配完成之后，该突起28不与接收该突起的构件发生干涉。

为了便于形成一部分定位/固位特征18和密封凸缘14，该载体本体12的外部19被构造为在至少一个相对的平坦表面20，22向具有嵌入式通道30，其中该嵌入式通道30在此示出为成形于上表面20，并且部分穿过载体本体12的厚度延伸。相应地，该嵌入式通道30具有位于较低的平坦表面22上方的基底或底部表面31，使得基底31在所述平坦表面20，22之间提供一大致与上、下平坦表面20，22平行的中间平坦表面。例如在铸造操作中，通过举例而非限制，该嵌入式通道30被构造为在外部19的内圆周33和贯穿开口26之间延伸。在一种位置中示出为从入口介质传输开口16延伸至贯穿开口26，在另一种位置中示出为在间隙23和贯穿开口26之间延伸。该嵌入式通道30为被用于构造特征18的外弹性部分32和密封凸缘14的弹性材料提供了管道或流动路径。因此，例如在喷射注塑工艺中，取决于理想的流动速率，该一个或多个通道30可以根据需求选择尺寸，即，厚度和宽度。

各特征18由坚硬的金属突起28和外弹性部分32构造而成。该金属突起28使得特征18具有理想的强度和硬度，同时便于定位，从而阻止发生如图1B-1C所示类型的扭曲，而外弹性部分32提供理想精确度的定位和固位特性，从而将密封垫组件10定位和固位于各自的连接构件。为了进一步增强突起28的强度和硬度，预定值的压缩强度通过突起壁29的弓形、半环状的几何形状提供。相反，如果突起壁29是基本平的壁或柄（tang），将没有足够高的强度和硬度以抵抗来自于“制造时的”竖直配置所带来的变形或者无意的弯曲。

如上所述，为了便于将密封垫组件10连接和固定于夹紧在一起的构件之一上（图未示出），该弹性部分32围绕突起28成形，例如，在注塑工艺中，其中该突起28完全或基本被该弹性部分分32密封。最佳地，如图5中所示，该弹性部分32从突起壁29延伸并平滑过渡，与载体本体12的上表面20形成平齐或基本平齐的关系。在其“注塑时的”构造中，该弹性部分32被构造为，固定于被夹紧在一起的构件之一的预定尺寸的凹槽中。此外，为了进一步便于固位，该弹性部分32优选具有环状的球状区域34，该尺寸为在构件的凹槽中线-线配合或轻微的过盈配合。该球状区域34示出为在上方的径向向内的锥形区域35和下方的径向向内延伸的凹陷37之间径向向外延伸。因此，在装配时，锥形区域35便于特征18开始进入构件的各个凹槽，而凹陷37则允许弹性材料根据需要在球状区域34和凹槽或容器的干涉下轴向流动。此外，为了便于装配，该球状区域34成形为具有至少一个，示出为多个扇面（三个等距的扇面），也称为嵌入式扇部41，以允许在各个凹槽或容器被设置于其中之后，空气直接从凹槽或容器中排出。如果不是嵌入式扇部41，由球状区域34和凹槽之间的压缩空气产生的压力就可能阻止密封垫在装配中被适当地定位。

在制造过程中，该载体本体12，已成形为具有贯穿开口26和突起28，将该载体本体12设置于注塑模腔内，该注塑模腔具有注塑机器的一个或多个注塑注入浇口，与各个贯穿开口26的中心轴36大致同轴向上延伸。其他的注入浇口可以根据需求引入以提供弹性材料所需的流量。例如，该密封垫本体12可被成形为具有额外的注入位置，举例来说，例如示出为内部17中的凹口43。该注塑模腔成形为具有围绕突起28成形的弹性部分32的理想的补偿形状（negative shape）。当熔化的弹性材料穿过贯穿开口26注入，流过通道30，进而流过环状间隙23使密封凸缘14形成于内部17和外部19之间，并且围绕内部17的外周部45使密封凸缘围绕入口16部分成形，该密封凸缘也可以通过连界定外部19的内圆周33的弹性材料部分成形。因此，在完成注塑工艺之后，该弹性部分32和密封凸缘14通过弹性材料的纽带39连接为连续的，整体的弹性材料块。应该认识到，根据应用，该密封凸缘14可被成形为具有任何合适的几何形状。理想地是，该密封凸缘14具有越过相对的表面20，22（在上表面20之上和下表面22之下）向外延伸的一部分，使得在将构件夹入载体本体12的连接部之后，密封凸缘14发生弹性变形与夹紧在一起的构件的密封表面形成密封连接。

在构造密封垫组件10时，将基本平的载体本体12切割成一定形状，从而具有理想的介质-传输开口16以及贯穿开口26，举例来说，例如冲压操作。随后，通道30可被成形（例如在铸造操作中），尽管其他加工操作（例如碾磨）也可被使用。该突起28也可被成形，例如，从直接邻接于贯穿开口26的材料进行拉伸，其中，该拉伸可在给料回火工艺中进行。因此，形成突起28的壁的厚度从载体本体12的相对的表面20，22之间延伸的材料厚度减小。随后，形成的载体本体12被放置于注塑模腔内，其中，该弹性材料穿过注塑注入浇口向上进入半圆柱形突起28。该半圆柱形突起具有一开口，也称作狭槽38，该狭槽对准并面向通道30，与通道30形成开放的流体连接，此外，由于该突起的剩余部分被注塑模腔的壁封闭于内，该弹性材料在压力下填充该注塑模腔，从而使弹性材料完全围绕该突起28流动。因此，该突起28被弹性材料封装。与此同时，该弹性材料在压力下穿过通道30并围绕介质-传输开口16的内圆周流动，从而将密封凸缘14与定位/固位特征18的弹性部分32成形为单个，整体的材料块。

图6-9与图5相似，示出了根据本发明的其他实施例构造的各个密封垫组件110，210，310，410的部分，其中分别采用相差因子为100，200，300和400的附图标记标识与上述相似的特征。

图6中，密封垫组件110示出为与组件10的构造相似，但是，弹性部分132基本将突起128封装，终止于突起128的外部，因此，该弹性部分不与载体本体112的平坦表面形成光滑的，平齐的过渡，而是与平坦表面120的上方保持轴向间隔。因此，为了获得图6所示的结构，注塑模腔需要具有一些差别。密封垫组件110的其他方面基本上是相同的，因此不再赘述。

图7中，密封垫组件210示出为与组件10的构造有所不同，组件210的载体212上不具有成形的突起。而是，定位/固位特征218在注塑过程中与弹性材料整体成形。因此，为了避免出现图1A-1C的现有技术中的问题，该载体本体212具有一贯穿开口226，该贯穿开口具有大致上比弹性定位/固位特征218更小的直径。此外，该载体本体212具有围绕贯穿开口226延伸的环状嵌入式表面40，其中该嵌入式表面40可在铸造工艺中成形，通过举例而非限制。因此，该贯穿开口226的理想尺寸在密封垫本体212的金属材料在铸造工艺中缩锻之后完成。否则，举例来说，如果嵌入式表面40在加工工艺中成形，然后该贯穿开口226可被开孔至一定尺寸，而该贯穿开口226的最终尺寸在被开孔，或者其他成形操作（例如钻孔）之后将不会改变。由于贯穿开口226的直径大致比覆盖的弹性定位/固位特征218的直径小，所施加的垂直力F_V和横向力F_L不会使弹性材料被向下推动而穿过贯穿开口226。在注塑中，该弹性定位/固位特征218与前面所述的组件10具有相同的外部构造，其中，该弹性材料平滑过渡并与载体本体212的平坦表面220形成平齐的过渡。但是，不同于组件10，该弹性材料填充该嵌入式表面40，其中，该嵌入式表面40可吸收垂直地和横向地作用于定位/固位特征218的施加力。因此，减少直径的贯穿开口226和嵌入式表面40避免了发生如图1B-1C所示出的类型的扭曲。该密封垫组件210的其他方面基本上是相同的，因此不再赘述。

图8中，密封垫组件310示出为具有包括相对的平坦表面320，322的载体本体312。定位/固位特征318部分由竖直的突起328以及弹性部分332成形，该突起328由载体本体312的金属材料成形，该弹性部分332由弹性材料成形。该竖直的突起328成形为具有贯穿开口，也可被称作贯穿通路326，并经由其延伸，在注塑该弹性部分332时弹性材料通过该贯穿开口流动。该突起328，并非像图2-6所示的实施例一样具有圆柱形构造，而是呈大致杯状或碗状，具有上平台表面42，通过该平台表面42形成贯穿的通路326。该弹性部分332界定一突起328，并且从平台表面42远离上表面320向上延伸，并且也填充贯穿开口326，还在平台表面42的正下方形成凹面区域44，该贯穿开口326在其中为熔化的弹性材料在制造中提供流道。因此，该平台表面42作为一个屏障阻止了该弹性部分332在垂直力的作用下发生潜在的向下的推动运动，而突起328作为一个屏障阻止了弹性部分332在横向力的作用下发生横向运动，从而阻止定位/固位特征318发生图1B-1C所示的类型的扭曲。该密封垫组件的其他方面基本上是相同的，因此不再赘述。

图9中，密封垫组件410示出为具有包括相对的平坦表面420，422的载体本体412，还具有由弹性材料整体成形的定位/固位特征418，例如在注塑工艺中。该载体本体412具有向上延伸进入较低的平坦表面422的环状嵌入式表面46，一贯穿开口426延伸穿过该嵌入式表面46穿过上平坦表面420。该弹性定位/固位特征418被注塑使得该弹性材料填充该嵌入式表面46，基本与下表面422呈共面关系，并且向上延伸穿过该贯穿开口426。该特征418的外圆周上具有环状的阶梯式挡圈48，例如，造型类似于圣诞树。该挡圈48构造为插入被夹紧的覆盖的构件52的阴性凹槽（female pocket）50中。因此，在将定位/固位特征418放置于凹槽50中之后，该密封垫组件410被维持在相对于构件52适当的位置上。

显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。

Claims (24)

1.一种密封垫组件，其特征在于，包括：

一载体本体，所述载体本体具有相对的平坦表面和至少一个贯穿开口，所述平坦表面具有延伸贯穿所述平坦表面的至少一个介质-传输开口，所述贯穿开口与所述至少一个介质-传输开口径向隔开；

至少一个突起，所述突起由所述载体本体的材料形成，所述至少一个突起从所述至少一个贯穿开口并从至少一个所述平坦表面向外延伸，所述突起具有半环状壁；以及

封装所述突起的弹性材料，所述弹性材料填充并封闭所述至少一个贯穿开口。

2.如权利要求1所述的密封垫组件，其特征在于，进一步包括：在至少一个所述相对的平坦表面内的至少一个嵌入式通道，所述至少一个嵌入式通道在所述至少一个介质-传输开口和所述至少一个贯穿开口之间延伸。

3.如权利要求2所述的密封垫组件，其特征在于，所述弹性材料基本填充所述至少一个嵌入式通道。

4.如权利要求3所述的密封垫组件，其特征在于，进一步包括：围绕所述至少一个介质-传输开口的周向延伸的密封凸缘，所述密封凸缘与所述弹性材料构造为一体材料。

5.如权利要求1所述的密封垫组件，其特征在于，所述弹性材料基本与所述至少一个所述平坦表面平齐延伸。

6.如权利要求1所述的密封垫组件，其特征在于，所述载体本体具有通过一环状间隙彼此隔开的环状内部和环状外部，所述内部通过横穿所述环状间隙的多个纽带固定于所述外部。

7.如权利要求6所述的密封垫组件，其特征在于，进一步包括：在至少一个所述相对的平坦表面内的至少一个嵌入式通道，所述至少一个嵌入式通道中的一个在所述环状间隙和所述至少一个贯穿开口之间延伸。

8.如权利要求7所述的密封垫组件，其特征在于，所述至少一个通道在所述环状外部中成形。

9.如权利要求7所述的密封垫组件，其特征在于，所述弹性材料基本填充所述至少一个嵌入式通道。

10.如权利要求9所述的密封垫组件，其特征在于，进一步包括：在所述环状间隙内延伸的密封凸缘，所述密封凸缘与所述弹性材料构造为一体材料。

11.如权利要求10所述的密封垫组件，其特征在于，所述至少一个嵌入式通道中的另一个在所述至少一个介质-传输开口和所述至少一个贯穿开口之间延伸。

12.如权利要求11所述的密封垫组件，其特征在于，所述弹性材料基本填充所述至少一个嵌入式通道中的所述另一个。

13.如权利要求12所述的密封垫组件，其特征在于，进一步包括：围绕所述至少一个介质-传输开口周向延伸的与所述弹性材料构造为一体材料的密封凸缘。

14.如权利要求1所述的密封垫组件，其特征在于，所述半环状壁具有一狭槽，并且进一步包括在至少一个所述相对的平坦表面内的至少一个嵌入式通道，所述至少一个嵌入式通道在所述至少一个介质-传输开口和所述狭槽之间延伸。

15.如权利要求1所述的密封垫组件，其特征在于，所述至少一个突起从所述相对的平坦表面中的一个向外并朝向一上平台延伸，所述上平台通过一延伸贯穿所述上平台的贯穿通路与所述相对的平坦表面隔开。

16.如权利要求15所述的密封垫组件，其特征在于，所述弹性材料界定所述至少一个突起，所述弹性材料从所述上平台向上延伸并穿过所述贯穿通路。

17.如权利要求16所述的密封垫组件，其特征在于，所述突起提供一个位于所述上平台正下方的凹面区域，所述弹性材料填充所述凹面区域。

18.一种密封垫组件的构造方法，其特征在于，包括：

提供一具有相对的平坦表面的金属载体本体；

形成至少一个在所述平坦表面之间延伸的介质-传输开口；

形成至少一个在所述平坦表面之间延伸的贯穿开口，所述贯穿开口与所述介质-传输开口径向隔开；

形成一从至少一个平坦表面向外的贯穿开口延伸的半环状的金属突起；以及

采用弹性材料围绕所述突起注塑定位/固位零件并且填充至少一个所述贯穿开口。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：

形成从所述载体本体的贯穿开口向外延伸的嵌入式通道，并且在所述注塑操作中通过所述通道注入所述弹性材料。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：

从一橡胶注入浇口注入所述弹性材料，所述橡胶注入浇口基本沿所述贯穿开口的中心轴同轴延伸。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：

形成在所述介质-传输开口和所述载体本体的贯穿开口之间延伸的嵌入式通道。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括：

采用流过所述通道的弹性材料注塑密封凸缘，所述密封凸缘围绕所述介质-传输开口的周向延伸。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，进一步包括：

形成具有一环状内部和一环状外部的载体本体，所述环状内部和环状外部通过一环状间隙彼此隔开，以及

通过跨越所述环状间隙延伸的多个纽带将所述内部固定于所述外部。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，进一步包括：

采用流过所述通道的所述弹性材料在所述间隙中注塑密封凸缘。