CN105465368B - 带涂层的环形密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带涂层的环形密封件。具体地，一种环形密封件，它包括环形体，所述环形体具有第一侧表面、与所述第一侧表面相对的第二侧表面、顶表面和与所述顶表面相对的底表面。在所述环形体的所述第一侧表面、所述第二侧表面、所述顶表面和所述底表面中的至少一个上布置有硅土颗粒涂层。所述硅土颗粒涂层包括含有硅藻土的组合物。

Description

带涂层的环形密封件

本申请是2010年3月8日提交的名为“带涂层的环形密封件”的申请号为CN201010129305.4的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及环形密封件，并且更具体地涉及涂有硅藻土的环形密封件。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景技术信息，并且可能不构成现有技术。

存在许多应用情况，其中在旋转部件和固定部件之间需要密封件，以便在这些部件长度上将流体隔绝在不同压力下。这些应用情况通常包括在机动车中的动力换挡变速器和发动机。通常，采用环形密封件或轴状密封件使旋转部件与固定部件密封，以便防止环形密封件一侧的流体泄漏到另一侧。根据应用情况，轴或轴在其中运行的孔道可以为旋转部件。在这里描述的是旋转孔道和固定轴的情况，但是相反的情况也完全类似。环形密封件通常围绕着固定部件装配，并且具有与旋转部件的表面接合的外表面。这些普通的环形密封件通过利用在轴长度上保持的压力差来工作。更具体地，处于较高压力区域中的流体将环形密封件轴向地推向压力较低的区域，并且还将密封件径向向外推。密封件的几何形状被设计成使得径向压力使密封件随着孔道一起旋转，并且不同的速度出现在密封件与固定部件接合的表面上。

这些环形密封件通常由聚合物制成，并且施加在这些环形密封件上的压力差会造成环形密封件变形。该变形会造成接触压力分布在环形密封件的表面处。该变形降低了环形密封件的耐久性并且能够增加流体在该表面上的泄漏。该泄漏继而导致需要流体供应源额外提供动力以补偿流量损失。最后，沿着环形密封件的较高压接触区域会增大摩擦，这需要更多的动力来使得轴旋转。因此，本领域需要一种位于两个部件之间的改进的环形密封件，该改进的密封件能提高环形密封件表面的耐久性、降低所述部件之间的摩擦，并且减少通过密封件表面的流体泄漏。

发明内容

本发明提供一种环形密封件，包括：环形体，所述环形体具有第一侧表面、与所述第一侧表面相对的第二侧表面、顶表面和与所述顶表面相对的底表面；以及

布置在所述环形体的所述第一侧表面、所述第二侧表面、所述顶表面和所述底表面中的至少一个上的硅土颗粒涂层。

根据本发明的一个方面，所述硅土颗粒涂层包括硅藻土。

根据本发明的另一个方面，所述硅藻土包括从包括基本上为盘状硅藻、基本上为药丸盒状的硅藻、基本上为细长状的硅藻及其组合的组中所选择的硅藻。

根据本发明的另一个方面，所述硅藻土包括经热处理的硅藻土。

根据本发明的另一个方面，所述硅土颗粒涂层位于所述第一侧表面和所述第二侧表面两者上。

根据本发明的另一个方面，所述硅土颗粒涂层至少部分嵌入在环形体内。

根据本发明的另一个方面，所述环形体包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺中的至少一种。

根据本发明的另一个方面，所述环形体的横截面基本上为矩形，并且所述第一侧表面和所述第二侧表面相互平行，并且其中所述硅土颗粒涂层设置在所述第一侧表面和所述第二侧表面中的至少一个的基本上整个表面上。

根据本发明的另一个方面，所述环形体具有基本上为矩形的横截面，所述顶表面为所述环形体的外圆周表面，所述底表面为所述环形体的内圆周表面，所述第一侧表面设置在所述顶表面和所述底表面之间，所述第二侧表面设置在所述顶表面和所述底表面之间，并且所述第一侧表面与所述第二侧表面平行。

根据本发明的另一个方面，所述硅土颗粒涂层位于所述第一侧表面和所述第二侧表面中受到较低流体压力的那个侧面上。

根据本发明的另一个方面，所述硅土颗粒涂层包括从大约5%至大约50%的硅土颗粒以及从大约50%至大约95%的选自包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中的聚合物。

根据本发明的另一个方面，所述硅土颗粒浓度随着进入到所述密封件的深度增大而减小。

根据本发明的又一方面，提供一种用于在第一部件和第二部件之间进行密封的环形密封件，所述第一部件具有形成在其中的沟槽，所述沟槽具有第一壁和第二壁，所述环形密封件包括：

至少部分地设置在所述沟槽内的环形体，该环形体具有：

第一侧表面；

与所述第一侧表面相对的第二侧表面，其中所述第二侧表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第二壁；

与所述第二部件接触的第一表面；和

与第一表面相对的第二表面；以及

设置在所述第一侧表面上以形成第一面表面的硅藻土涂层，其中所述第一面表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第一壁，并且

由此作用在所述环形体的所述第二侧表面上的压力迫使第一面表面接触所述沟槽的所述第一壁。

根据本发明的又一个方面，还包括设置在所述第二侧表面上以形成所述第二面表面的硅藻土涂层，其中所述第二面表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第二壁，并且由此作用在第一面表面上的压力迫使所述第二面表面接触所述沟槽的所述第二壁。

根据本发明的又一个方面，所述硅藻土涂层包括从包括基本上为盘状硅藻、基本上为药丸盒状的硅藻、基本上为细长状的硅藻及其组合的组中所选择的硅藻。

根据本发明的又一个方面，所述硅藻土涂层包括经热处理的硅藻土。

根据本发明的又一个方面，所述硅藻土涂层至少部分嵌入在所述环形体的所述第一侧表面内。

根据本发明的又一个方面，所述环形体包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺中的至少一种。

根据本发明的又一个方面，所述硅藻土涂层包括从大约5%至大约50%的硅藻土以及从大约50%至大约95%的选自包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中的聚合物。

本发明提供一种环形密封件，它包括环形体，该环形体具有第一侧表面、与第一侧表面相对的第二侧表面、顶表面和与顶表面相对的底表面。硅土颗粒涂层设置在环形体的第一侧表面、第二侧表面、顶表面和底表面中的至少一个上。

在本发明的一个方面中，硅土颗粒涂层包括硅藻土。

在本发明的另一个方面中，硅藻土包括从包括基本上为盘状硅藻、基本上为药丸盒（pill box）状的硅藻、基本上为细长状的硅藻及其组合的组中所选择的硅藻。

在本发明的另一个方面中，硅藻土包括经热处理的硅藻土。

在本发明的另一个方面中，硅土颗粒涂层位于第一侧表面和第二侧表面两者上。

在本发明的另一个方面中，硅土颗粒涂层至少部分嵌入在环形体内。

在本发明的另一个方面中，环形体包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺（polymide）中的至少一种。

在本发明的另一个方面中，环形体的横截面基本上为矩形，并且第一侧表面和第二侧表面相互平行，其中硅土颗粒涂层设置在第一侧表面和第二侧表面中的至少一个的基本上整个表面上。

在本发明的另一个方面中，环形体具有基本上为矩形的横截面，顶表面为环形体的外圆周表面，底表面为环形体的内圆周表面，第一侧表面布置在顶表面和底表面之间，第二侧表面布置在顶表面和侧表面之间，并且第一侧表面与第二侧表面平行。

在本发明的另一个方面中，硅土颗粒涂层位于第一侧表面和第二侧表面中受到较低流体压力的那个侧表面上。

在本发明的另一个方面中，硅土颗粒涂层包括从大约5%至大约50%的硅土颗粒以及从大约50%至大约95%的选自包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中的聚合物。

在本发明的另一个方面，硅土颗粒浓度存在梯度，其中在表面上的浓度高，并且该浓度随着进入到密封件的深度增大而减小。

从在这里给出的说明中将清楚了解其它应用领域。应该理解的是，说明书和具体实施例只是用于图示说明，而不是用来对本发明的范围进行限制。

附图说明

在这里所述的附图只是用于图示说明目的，而不是用来以任何方式限制本发明的范围。

图1为根据本发明原理的环形密封件的实施方案的正视图；

图2为根据本发明原理的图1的环形密封件沿着箭头2-2的方向的放大剖视图；

图3A为处于两个示例性部件之间的第一位置的本发明环形密封件的剖视图；

图3B为处于两个示例性部件之间的第二位置的本发明环形密封件的剖视图；

图4A为根据本发明原理的环形密封件的另一个实施方案的剖视图；并且

图4B为根据本发明原理的环形密封件的再一个实施方案的剖视图。

具体实施方式

下面的说明本质上仅是示范性的，，并且不是用来限制本发明、应用或使用。

参照图1和2，根据本发明原理的环形密封件10大体上由附图标记10表示。环形密封件10包括环形体12。环形体12大体上为具有矩形横截面的环形或圆形。但是，应该理解的是，环形密封件12可以具有其它横截面形状，例如方形横截面或不规则横截面，这不脱离本发明的范围。环形体12优选由聚合物构成。供本发明使用的示例性聚合物包括但不限于聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺。供环形体12使用的其它合适材料包括玻璃填充塑料和金属。环形体12包括沿着环形体12的内圆周延伸的内表面14和沿着环形体12的外圆周延伸的外表面16。环形体12还包括第一侧表面18和与第一侧表面18相对的第二侧表面20。

环形密封件10还包括摩擦改进材料涂层，这大体上由附图标记22表示。在所提供的实施例中，摩擦改进材料涂层22设置在环形构件12的第一侧表面18和第二侧表面20上。因此，摩擦改进材料涂层22形成覆盖第一侧表面18的第一面24和覆盖第二侧表面20的第二面26。下面描述摩擦改进材料涂层22的可选位置。

摩擦改进材料涂层22由包含硅土颗粒的组合物构成。在优选实施方案中，涂层22为包含硅藻土的组合物。硅藻土的示例性组分大体上包括85%硅土、5%钠、3%镁和2%铁。硅藻土由硅藻--一种硬壳海藻的石化残余物构成。硅藻土可以有淡水和/或盐水类品种，这不脱离本发明的范围。可以供本发明采用的硅藻土的示例性品种包括硅藻石（tripolite）、拜恩泥（bann clay）和硅藻泥岩（moler）。在本发明的优选实施方案中，在硅藻土中的硅藻为盘状或药丸盒状或细长状或针状，以便将硅藻土有效封装在第一和第二表面18、20上。硅藻土优选具有高的热容量，并且在1100摄氏度以下稳定。

硅藻土展示出良好的摩擦性能和耐久性。更具体地，硅藻土的微观结构使得流体能够从中流过，并且较大的摩擦改进分子由微观结构保留住，由此降低了静摩擦。由于硅藻能够冲刷表面，这降低了与环形密封件10接触的流体的局部过热并且碳化，所以耐久性提高。本发明组合物所适合的示例性硅藻土为可从World Minerals商业上得到的名称为CELITE®和CELTIX^TM。在本发明的一个实施方案中，硅藻土涂层包括大约5%至大约50%的硅土颗粒以及大约50%至大约95%的从包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中所选择的聚合物。在本发明的另一个实施方案中，硅土颗粒浓度存在梯度，其中在表面上的浓度高，并且该浓度随着进入到密封件的深度增大而减小。

可以按照许多方式将摩擦改进材料涂层22应用到环形体12上。环形密封件10可以通过模压法形成，其中将一层具有高百分比硅藻土或其它摩擦改进材料的密封材料设置在模具的底部，然后将该模具填充环形体12的组合物。另一种方法包括加热硅藻土或其它摩擦改进材料并且用热压缩空气将受热硅藻土喷吹到环形体12上，使得硅藻土颗粒局部地熔融环形体12的聚合物，并且变成嵌入在其中。另一种方法包括在注塑机的模具上喷射摩擦改进材料涂层(按照与在该技术领域中所采用的脱模化合物类似的方式)，然后注射环形体12的聚合物。在另一种方法中，将摩擦改进材料涂层直接喷射到成型的环形体12的一个或多个表面上。

环形密封件10任选地包括延伸穿过摩擦改进材料涂层22和环形体12的阶梯状联接件28。该阶梯状联接件28使得环形密封件10膨胀以保持其密封特性。

现在参照图3A，示出环形密封件10使用于示例性的第一部件30和示例性的第二部件32。第一部件包括形成在其中的沟槽34。沟槽包括第一壁36、与第一壁36相对的第二壁38和在第一壁36和第二壁38之间延伸的底部40。沟槽34的宽度大于环形密封件10的宽度。

第一部件30和第二部件32彼此相邻设置。在所给出的特定实施例中，第一部件30是固定的，而第二部件相对于第一部件30可以旋转。但是，应该理解的是，部件30、32中的任一个可以是固定的，而部件30、32中的另一个可以是可动的，不论是相对于彼此转动或平移。

环形密封件10在第一部件30和第二部件32之间设置成使得环形体12至少部分在沟槽34内延伸。环形体12的外表面16与第二部件32接触。在外表面16和第二部件32之间的这种接触用作密封并且限制流体在外表面16和第二部件32之间通过。外表面16优选是光滑的，从而允许第二部件32相对于环形密封件10进行一些转动。

环形密封件10可以在图3A所示的第一位置和图3B所示的第二位置之间运动。具体地说，在环形密封件10的任一侧上的加压流体(由箭头表示)作用在环形密封件10上。当在位于环形密封件10的任一侧上的流体之间存在足够大的压力差时，环形密封件10在沟槽34内移动并且接触壁36、38中的其中一个以限制流体在环形密封件10和第一部件30之间通过。

在图3A中所示的第一位置中，流体压力(由箭头表示)接触环形密封件10并且在第一面24上施加流体压力。该流体压力使环形密封件10在沟槽34内运动使得环形密封件10的第二面26接触沟槽34的第二壁38。该接触形成密封作用，并且限制流体在环形密封件10的第二面26和沟槽34的第二壁38之间通过。摩擦改进材料涂层22用来防止环形密封件10变形并且降低局部摩擦力。

在图3B所示的第二位置中，流体压力(由箭头表示)接触环形密封件10，并且在第二面26上施加流体压力。流体压力使环形密封件10在沟槽34内运动使得环形密封件10的第一面24接触沟槽34的第一壁36。该接触形成密封作用，并且限制流体在环形密封件10的第一面24和沟槽34的第一壁36之间通过。同样摩擦改进材料涂层22用来防止环形密封件10变形，并且降低局部摩擦力。

现在参照图4A，参考标号100表示根据本发明原理的环形密封件的另一个实施方案。环形密封件100类似于在图1-3B中所示的环形密封件10，但是摩擦改进材料涂层22位于环形体12的包括底表面14、顶表面16、第一侧表面18和第二侧表面20在内的所有表面上。没有具体示出但是处于本发明的范围内的用于摩擦改进材料涂层22的其它位置包括部分或完全涂覆环形体12的表面14、16、18和20中的其中一个表面或两个表面或多个表面的组合。在只涂覆一个侧表面18、20的实施方案中，所被涂覆的侧表面18、20优选为密封第一部件30的侧表面18、20。

现在参照图4B，附图标记200表示根据本发明原理的环形密封件的另一个实施方案。环形密封件200类似于在图1-3B中所示的环形密封件10，但是环形密封件200包括经加热并被嵌入到环形体12的第二侧表面20中的硅藻土202。应该理解的是，可以将经加热的硅藻土202施加到环形体12的表面14、16、18和20的任意组合上，这不脱离本发明的范围。

在环形体12上的摩擦改进材料涂层22增加了在环形密封件10与部件30和32之间的流体层的厚度。与现有技术密封件相比这继而降低了工作温度和摩擦。这些改善的热效果以及增大的表面硬度使得环形密封件10变形更小，由此改善了环形密封件10的密封功能。增大的表面硬度还提高了防止流体中可能出现的磨料嵌入到环形密封件10中的能力。

本发明的说明书本质上仅仅是示范性的，并且不脱离本发明精神的变型都落入在本发明的范围内。这些变型不会被认为脱离本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种环形密封件，包括：

环形体，所述环形体的横截面为矩形，所述环形体具有第一侧表面、与所述第一侧表面相对的第二侧表面、顶表面和与所述顶表面相对的底表面；以及

布置在所述环形体的所述第一侧表面、所述第二侧表面、所述顶表面和所述底表面中的至少一个上的硅土颗粒涂层；

其中，所述硅土颗粒浓度存在梯度，其中在表面上的浓度高并且所述浓度随着进入到所述环形密封件的深度增大而减小。

2.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述硅土颗粒涂层包括硅藻土。

3.如权利要求2所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土包括从包括基本上为盘状硅藻、基本上为药丸盒状的硅藻、基本上为细长状的硅藻及其组合的组中所选择的硅藻。

4.如权利要求2所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土包括经热处理的硅藻土。

5.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述硅土颗粒涂层位于所述第一侧表面和所述第二侧表面两者上。

6.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述硅土颗粒涂层至少部分嵌入在环形体内。

7.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述环形体包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺中的至少一种。

8.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述第一侧表面和所述第二侧表面相互平行，并且其中所述硅土颗粒涂层设置在所述第一侧表面和所述第二侧表面中的至少一个的基本上整个表面上。

9.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述顶表面为所述环形体的外圆周表面，所述底表面为所述环形体的内圆周表面，所述第一侧表面设置在所述顶表面和所述底表面之间，所述第二侧表面设置在所述顶表面和所述底表面之间，并且所述第一侧表面与所述第二侧表面平行。

10.如权利要求9所述的环形密封件，其特征在于，所述硅土颗粒涂层位于所述第一侧表面和所述第二侧表面中受到较低流体压力的那个侧面上。

11.如权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述硅土颗粒涂层包括从5%至50%的硅土颗粒以及从50%至95%的选自包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中的聚合物。

12.一种用于在第一部件和第二部件之间进行密封的环形密封件，所述第一部件具有形成在其中的沟槽，所述沟槽具有第一壁和第二壁，所述环形密封件包括：

至少部分地设置在所述沟槽内的环形体，该环形体的横截面为矩形，该环形体具有：

第一侧表面；

与所述第一侧表面相对的第二侧表面，其中所述第二侧表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第二壁；

与所述第二部件接触的第一表面；和

与第一表面相对的第二表面；以及

设置在所述第一侧表面上以形成第一面表面的硅藻土涂层，其中所述第一面表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第一壁，并且

由此作用在所述环形体的所述第二侧表面上的压力迫使第一面表面接触所述沟槽的所述第一壁；

其中，所述硅藻土浓度存在梯度，其中在表面上的浓度高并且所述浓度随着进入到所述环形密封件的深度增大而减小。

13.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，还包括设置在所述第二侧表面上以形成所述第二面表面的硅藻土涂层，其中所述第二面表面构造成用于选择地接触所述沟槽的所述第二壁，并且由此作用在第一面表面上的压力迫使所述第二面表面接触所述沟槽的所述第二壁。

14.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土涂层包括从包括基本上为盘状硅藻、基本上为药丸盒状的硅藻、基本上为细长状的硅藻及其组合的组中所选择的硅藻。

15.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土涂层包括经热处理的硅藻土。

16.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土涂层至少部分嵌入在所述环形体的所述第一侧表面内。

17.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，所述环形体包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺中的至少一种。

18.如权利要求12所述的环形密封件，其特征在于，所述硅藻土涂层包括从5%至50%的硅藻土以及从50%至95%的选自包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚酰胺的组中的聚合物。