CN1882410A - 大直径聚四氟乙烯或类似材料的密封件 - Google Patents

Abstract

一种大直径PTFE的密封件(60)。该密封件的唇部(76)由长的PTFE的带材制成，所述带材的端部借助于补片带被结合在一起以形成闭合的环形件。该环形件随后被折边并与橡胶状衬垫(78)一起被放置在内壳和外壳(62，64)之间，所述壳体一起被弯卷，将唇部材料夹持在所述壳体之间。

Description

大直径聚四氟乙烯或类似材料的密封件

技术领域

本发明总体涉及大直径密封件以及制造大直径密封件的方法，更具体地说，本发明涉及包含固态聚四氟乙烯(PTFE)或类似碳氟化合物唇部的这种密封件。尽管具有PTFE材料或类似材料的唇部的密封件有许多优点，这些优点包括良好的耐磨性和良好的耐化学及其它溶剂特性，但以大直径制造这种密封件却一直是相当困难且昂贵的。

背景技术

这种大直径密封件被用于例如将润滑剂密封在大型辊子(例如在轧钢机上采用的辊子)的轴承内，同时隔绝来自辊子的污染。这种辊子通常具有24英寸-48英寸或甚至是60英寸或者可能更大的直径。

最近，一直采用具有大型叶片旋转涡轮的新型风力发电机发电。这些风力发电机通常具有非常大的轴，其直径可能是2英尺或更大。这些轴需要具有四氟乙烯唇部的优点、尤其是具有隔绝功能的密封件，这是考虑到这些密封件操作的环境。

但是，由于制造这种密封件费用的原因，这种密封件的使用在一定程度上受到限制。无论如何，需要并极为渴望得到一种更经济而高效的密封件。

制造这种大直径类型的密封件的难点是，首先就制造唇部的原材料而论至少有两种方法，每一种方法都有实质性的缺点。制造这种密封件的一个方法是切断圆柱形PTFE坯段的细端，从而形成一个大直径但细的PTFE材料的环。但是，获得完成这一作业所需尺寸的坯段的成本相当高。

由片材形成密封件的唇部的方法对于小直径的密封件没有问题。但是，当涉及大直径时，这种适当尺寸的片材如果真正被发现的话成本也是惊人地高的。而且，随后将被切除的贯通中心部分通常被浪费了。在一些情况下，剩余的片材必定等待形成更小直径的密封件。可能没有对利用大的剩余片材的中间尺寸的需求。

但是，通过本发明可以采用极为平常地可得到的带材，随后该带材可被折边并使外径比内径稍大，最后形成大的闭合的材料环形件。该环形件的内径(“i.d.”)而后可以用作上述大直径密封件的主唇部。

制成唇部的材料作为一个价格合理的非常长的带材很容易得到。这种带材通常可以达到几百英尺长、1英寸-1.5英寸宽、0.015英寸-0.060英寸(通常为0.030英寸-0.050英寸)厚。根据本发明，这一形式的材料可被折边以形成通常以30°-45°分开的两个成角度地相关联的侧边。此后，条带上可以开有间隔1或2英寸的槽口，或者在其上冲出孔以及一系列在外径(“o.d.”)上的切缝。这些切口使(PTFE)材料能够弯曲，因此该材料可以形成一个连续的圆环。这可以通过以抵接关系放置带材的成形端部并用附加的薄的碳氟化合物(PTFE)带覆盖来实现。为了这一目的，所述带例如可以是0.007”厚并被放置在两个端部上，随后其被升温到大约500°-550甚至更高的温度。

这样就形成了唇部并在外径上开槽或切缝，此后这一唇部被放置在内壳和外壳之间，并且借助于被压紧在两个L形折边之间的位置上的填实装置例如成形橡胶衬垫，外侧折边被弯卷在内侧折边上以将内壳保持在适当位置。

一个备选的方法涉及通过在外部上形成孔和切缝而在其上开槽的略微不同的形式。此外，有一种方法不涉及实际地穿透密封材料的外径，而是通过在唇部材料的外径上设置具有相当大深度的V形压陷或压痕区域来形成。这使得唇部在外径上易于被弯曲并且这一点也是实用的。

发明内容

因此，鉴于现有技术中不能提供具有PTFE或类似材料的唇部的大直径密封件，本发明的一个目的是提供一种改进的大直径密封件，其具有由PTFE或类似材料形成的唇部。

另一个目的是提供一种或多种制造上述密封件的新颖的方法。

另一个目的是通过以下步骤形成上述密封件，所述步骤包括：选择容易得到的薄的窄带材形式的PTFE材料；连接端部；对由此形成的带材折边并使该带材具有增大的外径。

本发明的另一个目的是提供一种或多种使原材料例如PTFE带材形成适于制成有效密封件的逐渐弯曲的外径的方法。

本发明的更进一步的目的是提供一种采用优选被加热的辊子的系统以及一种穿孔或切割装置，所述装置对材料折边并对带材的外径开槽以使所述材料适于通过新颖的方法进行密封件的制造。

本发明的另一个目的是提供一种密封件，所述密封件被折边并包括多个径向槽口以有效地扩大所述密封件被制得的外径。

另一个目的是使唇部材料形成中等或浅的V形折边，从而由此形成的折边的内径在制造过程中不发生过度变形。

本发明的更进一步的目的是提供一种对密封件原材料的外径开槽以使其相对于唇部的内径成形为扩大的尺寸的方法。

本发明的目的和优点通过以下方式实现，即对PTFE或类似材料的细长带材折边，使带材的与折边相对的边缘被拉长或变薄，将变薄或切口的边缘和粘合剂放置在内壳和外壳之间，并且将外壳弯卷在内壳上以将唇部保持在适当位置，从而形成大直径PTFE或类似材料的密封件。

附图说明

结合以下对本发明优选实施例的描述和附图所示将会更清楚地了解到实践中实现本发明的这些和其它目的和优点的方式，在所述附图中，相同的附图标记标示在全部附图中相一致的部件。

图1示出细长的PTFE带材的一端，根据本发明，所述带材被辊压形成折边并在要形成其外边缘的部分上穿孔；

图2在一定程度上示意性地示出PTFE带材的两端，所述两端被连接在一起以形成具有类似材料的薄的补片的环形件，所述补片被放置在所述环形件上以有助于熔合过程；

图3示出折边带材的一部分，所述折边带材在外径上形成具有切口或槽口的弯曲；

图4示出将这样形成的带材放置在加热的夹具内以将图2的带材的端部熔合在一起。

图5示出在将外壳适当弯卷以将所述密封件的唇部保持在适当位置之前处于其装配位置的各层；

图6示出最后被组装并弯卷的图5的密封件；

图7示出所述密封件的外边缘折边和穿孔的一种备选形式；

图8示出由模压形成的密封件带材的外径的径向扩大部分或带材外边缘的变薄部分的另一种形式；

图9A示出在一个位置并沿图8的线9A-9A截取的图8所示的密封件唇部成形材料的截面；以及

图9B示出沿图8的线9B-9B截取的密封件的另一截面。

具体实施方式

尽管可以多种方式实施本发明并且本领域技术人员可以做出某些的变形，但是将以本发明的几个可以被实施的实施例的方式做一简要描述。

现在详细参照附图，图1-2在一定程度上示意性地示出总体由10标示的PTFE或类似碳氟化合物材料(例如“特氟隆”)等材料的带材，在12处被折边并且在14处被穿孔以适于形成用作PTFE密封件的唇部16(图3和4)的连续环形件15。在该情况下，带材10的两个端部18、20被选择成通过其相互抵接的成形端部表面部分22、24被连接在一起。此后，覆盖材料的薄带材26，例如由与带材10相同或相似的材料制成并具有例如0.007”英寸厚度的带被放置在两个端部18、20的连接处。带材端部18、20随后被加热到500°-550。

就在经历上述热处理之前，带材10被放置在总体由28标示的切割成形装置上，所述装置包括总体由30标示的成形凹槽、总体由32标示的加热辊子，所述辊子具有倾斜工作面34、36以使所述材料具有必要的折边12或偏置部分。

所述辊子被保持在轴38上，所述轴38受到变化范围的向下力。例如，辊子将带材10压入所述凹槽内以使带材10具有所需的折边12。根据带材10的厚度，这一作用力可达到每平方英寸两百磅(200磅/平方英寸)或更大。此外，因为需要使带材具有至少一个临时轮廓，在一些情况下辊子32可被加热到大约500或更高的温度。两个支承件40、42都被固定在底座44上。这些支承件各保持向下作用在轴38上的活塞气缸组件37的一端。因此，这些特氟隆(Teflon)材料的带材具有大体为较浅的V形或折边，其直径通常为1.5”英寸且厚度大约为0.030”-0.050”。

就在通过辊子32形成所示的V形后，所述材料则可通过总体由43标示的开槽件在其上形成总体由14标示的多个成形切口。每个切口14具有半圆形内表面44和一对略微间隔开的侧壁表面46、48。

如上面指出的，为了形成连续的环形件15，环形件15的闭合端部18、20被放置在图4中总体由50标示的加热夹具上。这一加热夹具具有总体由52标示的成形顶部以及总体由54标示的成形底部。所成外形是通过结合图1所论述的成形辊子使所述材料具有的V形槽或折边的那些外形。

加热的上表面56和加热的下表面58随后被致动并升温到大约500-550°的温度。这一温度于是使带材的两个端部18、20和带26熔合在一起并使它们形成连续的环形件15。带26填补了在带端部18、20的成形部分24、26中出现的任何微小间隙或缺陷。

在所述方法的这一部分发生以后，在图5和6中示意性地示出的总体由60标示的密封件由这些部件构成。密封件的唇部外径(“o.d.”)76被保持在总体由62标示的外壳和总体由64标示的内壳之间。外壳62包括径向凸缘66、轴向延伸的凸缘68以及厚度减小的弯卷部分70。内壳64包括径向凸缘72以及轴向凸缘74。环形带材15的外径或开槽部分76和橡胶状材料的衬垫78夹在径向凸缘66、72之间，所述橡胶状材料的衬垫被用于作为所谓的辅助或非移动密封面并有助于将带材15固定在壳体60上。这一衬垫材料78可由合成橡胶、热塑性弹性体或硅酮橡胶或类似物质的扁平部件或垫圈(bead)形成。在一些情况下采用RTV(室温硫化)硅酮。橡胶状材料有助于填补密封件上的各种间隙并有助于将由此形成的总体由16标示的唇部保持在密封组件内的适当位置上。无论其准确的组成或形状如何，橡胶衬垫更多地克服了PTFE材料的任何冷变形趋势以得到固定或松弛(to take a setor relax)。这是因为橡胶材料在长时期内保持有相当大的弹性。最终的组件如图6所示，此时外壳62厚度减小的部分70紧密地被弯卷在内壳64的轴向凸缘74上，由此将所述部件保持成组装关系。

图7示出形成密封件的备选方法。这一方法基本上与图2中所示的方法相同，除了在原材料上具有总体由88标示的切缝，这些切缝通过钻或冲压孔90并对带材94的外径切穿或形成切缝92而形成。这使得带材94的外径部分在所述材料形成环形件并在其内径上被折边时确保所需的大直径。

现在参照图8，其示出由密封件带材110形成弯曲部分的另一种备选方法。在该情况下，为了简化未示出带材110的折边。在该情况下通过一对相对的加热辊子112、114形成所需的弯曲，所述辊子仅具有与在辊子之间成形的材料的厚度相等的间隙。仅有上辊子112在其上装有例如多个三角形凸起116。当带材110在辊子之间穿过时，在带材110的上表面上形成多个压陷或压痕118。

由于带材变薄同时还变宽，因此形成了比内表面122更长的外表面120。这样则在内表面保持原样的同时使外表面增大。因此，使材料110弯曲。为了简化未示出折边，但工序与其它附图中的工序相同。可对所述材料上的压陷的厚度和形状进行调整以形成所需要的外径曲率。这些凹陷深度可达到0.040英寸，带材110具有0.050英寸的厚度，这仅是举例。

带材的与包括压陷、切缝或成形切口(所有形状总的来说被称为薄弱区)的边缘相对的边缘的折边对于防止折边的边缘扭曲或形成不规则的表面而不是平放在待密封的圆柱形轴上的表面是非常重要的。

使橡胶或橡胶状的衬垫材料至少部分地环绕唇部材料外径也是非常重要的。这样辅助(非移动)密封件得以保持其完整性和耐久性。

尽管可以想到，薄带材料在端部被连接时可以从其覆盖带材端部的位置被省去，但由于带材的不规则性，省去薄带材料是不太可能的。

当提及PTFE时，本领域技术人员应当理解的是，这种材料通常可以并且在该情况下能够包含一个或多个填充物，例如玻璃纤维、石磨、二硫化钼或几种其它添加物。

因此将会看到，本发明提供了新颖且有效的大直径密封件以及制造大直径密封件的材料，并且本发明具有包括在此指出的许多优点和特征，而其它优点和特征是本发明固有的。

Claims (13)

1.一种制造大直径密封件的方法，所述密封件具有PTFE或类似材料的唇部和两件式金属壳体，所述方法包括：由延伸的PTFE或类似材料的带材形成所述密封件的唇部；在所述带材的一个边缘内形成至少一个局部折边；在所述带材的相对边缘内形成多个间隔开的薄弱区；通过将所述带材的端部抵接在一起而由具有所述薄弱区的所述带材形成连续的PTFE或类似材料的环形件；将相容材料的薄带材放置在所述抵接端部上并将所述端部升温到高温，所述带材的所述薄弱区朝向所述带材的外边缘布置；至少将所述薄弱区覆盖在外壳的径向凸缘部分并将橡胶状衬垫材料与所述唇部材料相邻放置；用内壳覆盖所述带材的所述外边缘，所述内壳与所述外壳嵌套在一起；将所述外壳弯卷在所述内壳上，由此紧密地将所述PTFE或类似材料的带材限定在适当位置，并由此形成一种密封件，该密封件具有PTFE或类似材料的、折边的操作接合唇部。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄弱区包括在所述带材的外边缘上的多个U形切口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄弱区包括具有大体为V形轮廓的多个厚度减小区。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄弱区包括与一个边缘间隔的圆形开口，所述圆形开口与延伸到所述材料的外边缘的切缝相交。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶状材料包括天然橡胶和硅酮RTV弹性体。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述橡胶状衬垫材料与所述唇部材料相邻放置的步骤包括将所述材料放置成由所述内壳和外壳二者接合。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述橡胶状材料包括硅酮弹性体垫圈。

8.一种大直径密封件，其具有PTFE或类似材料的唇部和金属壳体部分，所述密封件以组合形式包括唇部和橡胶状衬垫材料，所述唇部由窄长的PTFE或类似材料的带材形成，并具有至少两个端部和类似材料的覆盖补片，通过加热和加压使所述补片与所述端部相互连接在一起以形成连续的环形件，所述环形件包括在所述环形件的内边缘部分上的至少一个局部折边部分、所述环形件的所述外径上的多个间隔开的薄弱扩大区，所述薄弱区覆盖其中一个所述金属壳体的径向凸缘部分，并且其中另一个所述金属壳体夹持所述环形件的所述外径，所述橡胶状衬垫材料位于所述壳体之间并粘结在所述唇部的至少一个表面上，所述壳体的径向凸缘终止成短于所述环形件的所述折边内径，由此使所述唇部的所述折边部分露出以与被密封的元件接合并形成隔绝密封。

9.如权利要求8所述的大直径密封件，其特征在于，所述薄弱区包括在所述唇部的所述外径上的多个U形切口。

10.如权利要求8所述的大直径密封件，其特征在于，所述薄弱区包括具有大体为V形轮廓的多个厚度减小区。

11.如权利要求8所述的大直径密封件，其特征在于，所述薄弱区包括与所述唇部的外边缘间隔的圆形开口，所述开口与延伸到所述边缘的外边缘的切缝相交。

12.如权利要求8所述的大直径密封件，其特征在于，所述橡胶状材料包括天然橡胶和硅酮RTV弹性体。

13.如权利要求8所述的大直径密封件，其特征在于，所述橡胶状衬垫被粘结在所述唇部的两侧。

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