CN114251480A - 密封装置和球阀组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封装置和球阀组件。该密封装置包括环形的弹性密封体，弹性密封体用于安装在球阀组件的壳体的入口或出口中。其中，弹性密封体具有主体部、第一密封唇和第二密封唇。主体部沿轴向延伸并且具有沿轴向相对的第一端和第二端，第一端用于背向球阀组件的回转阀芯来设置，第一密封唇位于第一端的径向外侧，第二密封唇位于第一端的径向内侧。本发明的密封装置和球阀组件适应性强且结构简单。

Description

密封装置和球阀组件

技术领域

本发明涉及车辆技术领域。具体地，本发明涉及一种用于机动车辆的热管理模块的密封装置和球阀组件。

背景技术

发动机热管理模块(Thermal Management Module，TMM)是机动车辆的发动机系统中的重要组成部分。热管理模块的主体部件是一个用于控制冷却介质的球阀组件。该球阀组件具有用于冷却介质的入口和出口。为了防止冷却介质泄漏，在球阀壳体的入口和出口处分别安装有环形的密封装置。这种密封装置通常包括初级密封件和次级密封件两部分。弹簧将由塑料等材料制成的初级密封件沿轴向压紧在回转阀芯上，以保持初级密封件与回转阀芯之间紧密接触，同时也补偿了初级密封件与回转阀芯之间的径向间隙。由橡胶等弹性材料制成的次级密封件具有与流道的侧壁配合的密封唇，弹性的密封唇借助于流经球阀的冷却介质的液体压力与流道表面形成接触式密封。这种密封装置例如见于CN 206816348U等专利文献中。

在现有技术中，这种密封组件的主要问题在于，由于球阀在入口和出口处的流道尺寸通常是不同的，因此需要采用不同的密封装置。即使对于具有同样流道直径的入口和出口，由于冷却介质在入口和出口处的流动方向相反，为了利用液体压力来保持密封唇的接触式密封，密封装置也必须采用不同的密封结构设计。具体而言，入口处的密封唇通常向径向外侧延伸，而出口处的密封唇则通常向径向内侧延伸。这导致了需要研发、生产和应用许多不同的密封设计，进而提高了成本。

此外，由于密封装置由初级密封件和次级密封件组装而成，这使得次级密封件的过盈量无法通过公差计算来预先确定。在实际生产时，次级密封件的夹紧力有时比弹簧夹紧力高得多，因此导致初级密封件发生泄漏。由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的初级密封件在运行期间易于产生蠕变和磨损，并且不易于补偿回转阀芯表面处的微小偏差，使得后期的在球阀内部容易发生泄漏，同时对初级密封件与回转阀芯之间的表面配合精度的要求较高。

发明内容

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种适应性强且结构简单的密封装置和球阀组件。

上述技术问题通过根据本发明的一种密封装置而得到解决。该密封装置包括环形的弹性密封体，该弹性密封体用于安装在球阀组件的壳体的入口或出口中。其中，该弹性密封体具有主体部、第一密封唇和第二密封唇，主体部沿轴向延伸并且具有沿轴向相对的第一端和第二端，第一端用于背向球阀组件的回转阀芯来设置，第一密封唇位于第一端的径向外侧，第二密封唇位于第一端的径向内侧。当将该密封装置安装在球阀组件的入口或出口中时，位于径向外侧第一密封唇可以与入口的内侧壁形成密封配合，而位于径向内侧的第二密封唇可以与出口处的导管外侧壁形成密封配合。因此，该密封装置代替了现有技术中的次级密封件，并且同时适用于入口和出口。这提高了密封装置的适应性，从而降低了产品的研发和生产成本。

根据本发明的一个优选实施例，主体部的第二端可以用于沿轴向抵接回转阀芯。这意味着密封装置利用弹性密封体的第二端来代替现有技术中的初级密封件，弹性密封体一方面通过密封唇来与入口或出口形成密封配合，另一方面还通过第二端与回转阀芯形成密封配合。这使得能够取消现有技术中的分体式结构设计，减少了部件数量，提高了产品集成度。

根据本发明的另一优选实施例，第二端可以具有用于抵接回转阀芯的环形的接触表面，在通过密封装置的中心轴线的剖面中观察，该接触表面关于径向方向倾斜延伸、特别是呈直线状倾斜延伸，使得接触表面的内径朝向第一端逐渐减小。由于第二端是弹性密封体的一部分，因此具有较好的弹性变形能力，其能够在一定范围内适应不同尺寸的回转阀芯的球状表面，并且紧密地贴合该球状表面，从而确保良好的密封效果，并且提高了产品的适应性。

根据本发明的另一优选实施例，弹性密封体还可以包括覆盖接触表面的包覆层，该包覆层由耐磨损、低摩擦的材料制成。优选地，包覆层由聚四氟乙烯(PTFE)制成。第二端通过包覆层来间接地抵接回转阀芯，使得包覆层能够保护弹性密封体的材料，减少蠕变等情况，同时能够降低接触面上产生的摩擦力。

根据本发明的另一优选实施例，该密封装置还可以包括嵌入在主体部内部的环形的骨架。骨架可以为弹性密封体提供结构支撑，特别是为第二端提供结构支撑，防止弹性密封体的材料过度变形，从而确保密封效果。

根据本发明的另一优选实施例，骨架可以包括轴向部段和径向部段，径向部段从轴向部段的靠近第二端的端部开始朝向径向外侧或径向内侧延伸。在这种情况下，骨架可以具有形成在轴向部段上的至少一个通孔，弹性密封体的材料穿过通孔，从而确保弹性密封体与骨架的紧密接合。此外优选地，弹性密封体还可以包括形成在主体部上的第一凹部和第二凹部，轴向部段的自由端从第一凹部显露，径向部段的自由端从第二凹部显露。骨架从凹部中露出的部分用于在通过注射成型工艺形成弹性密封体时在模具中支撑骨架。

上述技术问题还通过根据本发明的一种球阀组件而得到解决。该球阀组件用于机动车辆的热管理模块。其中，该球阀组件包括具有上述特征的密封装置。该球阀组件因此具有上述密封装置的相应优点。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1示出根据本发明的实施例的密封装置的立体图；

图2示出根据本发明的实施例的密封装置的局部剖视图；

图3示出根据本发明的实施例的密封装置安装在球阀组件的入口处时的剖视图；和

图4示出根据本发明的实施例的密封装置安装在球阀组件的出口处时的剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图描述根据本发明的密封装置和球阀组件的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。

根据本发明的实施例，提供了一种用于发动机热管理模块的球阀组件的密封装置。发动机热管理模块的主体部分是一个球阀组件，该球阀组件控制冷却介质的流动，以便为发动机提供散热功能。根据本发明的密封装置可以设置在球阀组件的入口或出口中，以防止冷却介质泄漏。

图1至图4示出了根据本发明的密封装置的一个实施例。图1示出了根据该实施例的密封装置1的立体图。如图1所示，密封装置1整体呈环形，其包括弹性密封体11和骨架12。其中，弹性密封体11是由例如橡胶等弹性材料制成的环形部件，而骨架12是由例如金属等刚性材料制成的环形部件。弹性密封体11的材料基本将骨架12包覆在其内部，使得弹性密封体11和骨架12基本同轴地固定在一起。

弹性密封体11具有主体部111和两个片状的密封唇。参照图2所示的密封装置1的局部剖面，主体部111大致沿轴向延伸，从而整体上形成圆筒状结构。主体部111具有沿轴向相对的第一端114和第二端115。在通过密封装置1的中心轴线的剖面中观察，第一端114具有基本沿径向方向延伸的平坦端面，而第二端115具有关于径向方向倾斜延伸的端面。第一端114的径向厚度可以小于第二端115的径向厚度。

弹性密封体11的两个密封唇分别为位于第一端114的径向外侧的第一密封唇112和位于第一端114的径向内侧的第二密封唇113。两个密封唇各自呈环形，并且分别与主体部111一体形成。在通过密封装置1的中心轴线的剖面中观察，第一密封唇112和第二密封唇113的结构可以基本关于主体部111对称。其中，第一密封唇112从主体部111的第一端114向着径向外侧同时向着远离第二端115的方向延伸，因此第一密封唇112的延伸方向关于径向方向倾斜。类似地，第二密封唇113从主体部111的第一端114向着径向内侧同时向着远离第二端115的方向延伸，因此第二密封唇113的延伸方向也关于径向方向倾斜。

如图2所示，骨架12包括轴向部段121和径向部段122。轴向部段121和径向部段122相互连接并且一体形成。轴向部段121基本沿轴向延伸，从而形成大致圆筒状的结构，而径向部段122基本沿径向延伸，从而形成大致圆环状的结构。在本实施例中，径向部段122从轴向部段121的靠近第二端115的端部开始朝向径向外侧延伸，因此，在通过密封装置1的中心轴线的剖面中观察，骨架12的剖面轮廓基本呈L形。

弹性密封体11是通过注塑成型工艺形成的、包覆在骨架12的外部的结构。为了使注塑成型后的弹性密封体11与骨架12更稳固地结合在一起，如图1所示，可以在骨架12的轴向部段121上形成一个或多个通孔123。每个通孔123沿径向贯穿轴向部段121。注塑成型后的弹性密封体11的材料穿过每个通孔123。当存在多个通孔123时，这些通孔123优选地可以沿着周向方向均匀地间隔分布。

在进行注塑成型时，需要首先将骨架12放置在模具中。为了在模具中支撑骨架12，使得形成弹性密封体11的材料能够充分地包覆骨架12，需要在模具中设置支撑骨架12的多个支点。因此，优选地，可以在弹性密封体11上设置第一凹部116和第二凹部117。第一凹部116位于主体部111的第一端114，特别是位于第一端114的径向内侧，使得骨架12的轴向部段121的自由端可以从第一凹部116显露。相应地，第二凹部117位于主体部111的第二端115，特别是位于第二端115的径向外侧，使得骨架12的径向部段122的自由端从第二凹部117显露。在进行注塑成型期间，这些凹部可以为骨架12提供支点。优选地，弹性密封体11可以具有沿周向均匀地间隔分布的多个第一凹部116和沿周向均匀地间隔分布的多个第二凹部117。

径向部段122主要用于在通过注塑成型工艺形成弹性密封体11期间为骨架12提供支点，因此在本实施例中示出的径向部段122的延伸方向并非必要的，径向部段122也可以从轴向部段121的端部开始朝向径向内侧延伸，并且其延伸方向不必完全平行于径向方向，而是也可以关于径向方向倾斜。当径向部段122从轴向部段121朝向径向内侧延伸时，第一凹部116相应地可以位于第一端114的径向外侧，而第二凹部117则可以位于第二端115的径向内侧。

图3和图4分别示出了安装有根据本实施例的密封装置1的球阀组件在入口和出口处的剖视图。如图3和图4所示，球阀组件包括壳体2、入口导管3、出口导管4和大致球形的回转阀芯5。壳体2具有大致球形的腔体，回转阀芯5形状配合地安装在该腔体中。壳体2还具有与腔体连通的大致圆筒状的入口21和出口22。大致圆筒状的入口导管3插入入口21中，大致圆筒状的出口导管4插入出口22中。回转阀芯5能够在腔体中转动，从而使腔体与入口21和/或出口22连通或密封隔离。

在入口21和出口22中都安装有根据本实施例的密封装置1。密封装置1的弹性密封体11的第一端114背向回转阀芯5来设置，而第二端115沿轴向抵接回转阀芯5。球阀组件还包括多个波形弹簧6。这些波形弹簧6沿轴向抵接在弹性密封体11的第一端114与入口导管3或出口导管4之间，从而将弹性密封体11的第二端115压紧到回转阀芯5上。

第二端115的端面由于抵接回转阀芯5，因此称为接触表面。第二端115代替现有技术中的初级密封件来在入口21或出口22处密封回转阀芯5。如前所述，第二端115的接触表面的倾斜延伸方向使得接触表面的内径朝向第一端114逐渐减小。优选地，在通过密封装置1的中心轴线的剖面中观察，接触表面可以为倾斜的直线，使得接触表面整体为截锥形。由于弹性密封体11由弹性材料制成，因此具有良好的弹性变形能力。当将第二端115压紧在回转阀芯5的球状表面上时，倾斜的接触表面可以通过弹性变形而适应回转阀芯5的表面形状，从而紧密地贴合回转阀芯5的球状表面。因此，密封装置1对于回转阀芯5不仅具有良好的密封效果，而且能够在一定范围内适应不同尺寸的回转阀芯5。这使得密封组件1的适应能力显著提高，从而节省生产成本。

优选地，如图2所示，在第二端115的接触表面上可以形成有覆盖接触表面的包覆层13。包覆层13是由耐磨损、低摩擦的材料形成的表面薄膜层，不会影响弹性密封体11的弹性变形能力。这种材料例如可以是聚四氟乙烯(PTFE)。接触表面通过包覆层13来间接地接触回转阀芯5，使得弹性密封体11的材料不会直接接触转动的回转阀芯5。因此，在回转阀芯5转动期间，密封组件1与回转阀芯5之间的摩擦力减小，并且弹性密封体11的磨损程度减小。

如图3所示，当密封装置1安装在入口21中时，第一密封唇112朝向径向外侧抵接在入口21或入口导管3的内表面上。主体部111的外侧面的位于第一密封唇112下方的部分与腔体内部连通，而上方的部分则与入口21中的冷却介质直接接触。从入口21流向壳体2的腔体的冷却介质在第一密封唇112的朝向主体部111的侧表面上产生的流体压力比腔体内部的冷却介质在第一密封唇112的另一侧上产生的液体压力更高，使得第一密封唇112朝向径向外侧紧密地贴合在入口21或入口导管3的内表面上，从而将壳体2的腔体内部与入口21密封隔离。

如图4所示，当密封装置1安装在出口22中时，第二密封唇113朝向径向内侧抵接在出口导管4的外表面上。主体部111的内侧面的位于第二密封唇113上方的部分与腔体内部连通，而下方的部分则与出口22中的冷却介质直接接触。来自腔体内部的冷却介质在第二密封唇113的朝向主体部111的侧表面上产生的流体压力比从壳体2的腔体流向出口22的冷却介质在第二密封唇113的另一侧上产生的流体压力更高，使得第二密封唇113朝向径向内侧紧密地贴合在出口导管4的外表面上，从而将壳体2的腔体内部与出口22密封隔离。

由此可见，同样的密封装置1既可以通过径向外侧的第一密封唇112来密封球阀组件的入口21，也可以通过径向内侧的第二密封唇113来密封球阀组件的出口22。换句话说，根据本实施例的密封组件1同时适用于球阀组件的入口和出口。这使得产品的设计、验证和生产等环节的成本都可以显著降低。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于发动机热管理模块的球阀组件，该球阀组件包括根据上述实施例的密封装置1。因此，该球阀组件相应地具有上述密封装置1的所有特征和优点。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记表

1 密封装置

11 弹性密封体

111 主体部

112 第一密封唇

113 第二密封唇

114 第一端

115 第二端

116 第一凹部

117 第二凹部

12 骨架

121 轴向部段

122 径向部段

123 通孔

13 包覆层

2 壳体

21 入口

22 出口

3 入口导管

4 出口导管

5 回转阀芯

6 波形弹簧

Claims (10)

1.一种密封装置(1)，包括环形的弹性密封体(11)，所述弹性密封体(11)用于安装在球阀组件的壳体(2)的入口(21)或出口(22)中，

其特征在于，

所述弹性密封体(11)具有主体部(111)、第一密封唇(112)和第二密封唇(113)，所述主体部(111)沿轴向延伸并且具有沿轴向相对的第一端(114)和第二端(115)，所述第一端(114)用于背向所述球阀组件的回转阀芯(5)来设置，所述第一密封唇(112)位于所述第一端(114)的径向外侧，所述第二密封唇(113)位于所述第一端(114)的径向内侧。

2.根据权利要求1所述的密封装置(1)，其特征在于，所述主体部(111)的所述第二端(115)用于沿轴向抵接所述回转阀芯(5)。

3.根据权利要求2所述的密封装置(1)，其特征在于，所述第二端(115)具有用于抵接所述回转阀芯(5)的环形的接触表面，在通过所述密封装置(1)的中心轴线的剖面中观察，所述接触表面关于径向方向倾斜延伸，使得所述接触表面的内径朝向所述第一端(114)逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的密封装置(1)，其特征在于，所述弹性密封体(11)还包括覆盖所述接触表面的包覆层(13)，所述包覆层(13)由耐磨损、低摩擦的材料制成。

5.根据权利要求4所述的密封装置(1)，其特征在于，所述包覆层(13)由聚四氟乙烯制成。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的密封装置(1)，其特征在于，所述密封装置(1)还包括嵌入在所述主体部(111)内部的环形的骨架(12)。

7.根据权利要求6所述的密封装置(1)，其特征在于，所述骨架(12)包括轴向部段(121)和径向部段(122)，所述径向部段(122)从所述轴向部段(121)的靠近所述第二端(115)的端部开始朝向径向外侧或径向内侧延伸。

8.根据权利要求7所述的密封装置(1)，其特征在于，所述骨架(12)具有形成在所述轴向部段(121)上的至少一个通孔(123)，所述弹性密封体(11)的材料穿过所述通孔(123)。

9.根据权利要求7所述的密封装置(1)，其特征在于，所述弹性密封体(11)还包括形成在所述主体部(111)上的第一凹部(116)和第二凹部(117)，所述轴向部段(121)的自由端从所述第一凹部(116)显露，所述径向部段(122)的自由端从所述第二凹部(117)显露。

10.一种球阀组件，其用于机动车辆的热管理模块，其特征在于，所述球阀组件包括根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置(1)。

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