专利名称：具有改进的密封元件结合接缝的低转矩轴密封的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及密封组件，更具体地涉及具有PTFE密封唇的旋转式轴密封组件。
背景技术：
在各种各样的交通工具中，轴密封被广泛地应用。除了轴密封能够对旋转轴或承磨衬套的旋转表面建立可靠的密封之外，为了能够阻止污染物的进入和期望的润滑油的流出，这就需要该密封对轴提供最小的旋转力矩。密封的旋转力矩的减小可以提高车辆的整体燃油经济性，由于轴密封对轴的旋转表面产生更小的阻力，低力矩仅需要较少的寄生马力来转动轴，例如机轴。因此，已知利用低摩擦材料来构造用于配合旋转表面的密封唇。这种已知的材料中的一种是聚四氟乙烯(PTFE)。为了实现最佳的密封，需要在PTFE密封唇上提供密封表面以作为单独的有效部分来形成密封。而且，需要在使用过程中控制PTFE密封唇的挠曲，从而获得可靠的密封。
发明内容
旋转式轴密封组件包括金属壳，该金属壳具有壁和环形的腿部，该壁围绕中心轴圆柱形地延伸，该腿部从壁朝着中心轴径向向内延伸。弹性材料结合至腿部，PTFE密封元件通过结合接缝连接至弹性材料。该结合接缝从腿部径向向内间隔开并且与腿部径向对齐。该结合接缝为PTFE密封元件提供对轴或承磨衬套的旋转表面形成和维持可靠密封的能力。该结合接缝允许PTFE密封元件在使用过程中根据需要发生挠曲，同时防止弹性材料发生挠曲。因此，该弹性材料不影响或者基本上不影响PTFE密封元件的挠曲运动，因此，弹性材料在使用过程中并不会减损PTFE密封元件的性能。而且，通过结合接缝传导的负载被最小化，从而降低了密封组件在该区域内失效的可能性。而且，由于能够通过廉价的弹性材料将PTFE密封元件连接至金属体(metal earner),该密封组件的制造成本低廉。
为了更清楚地说明本发明的这些和其他方面、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处于未安装状态的轴密封组件的剖视图；图2是处于已安装状态的图1的轴密封组件的视图；图3是根据本发明的另一个方面构造的处于未安装状态的轴密封组件的剖视图；以及图4是处于已安装状态的图3的轴密封组件的视图。
具体实施例方式更具体地参考附图，图1示出了根据本发明构造的旋转式轴密封组件10，此后被称为组件10。该组件10具有外部的金属壳12，在此示出而非限制为大体呈L型，该金属壳12具有外部的壁14和腿部18，该壁14围绕组件10的中心轴16圆柱形地或者大体圆柱形地延伸，该腿部18从该壁14朝向该中心轴16径向向内延伸。应该理解，壳12的形状并不局限于所示出的形状，用于连接至外部壳体的任何合适的形状都在权利要求书的范围内。该组件10进一步包括弹性材料20 (例如廉价橡胶)和PTFE密封元件22，该弹性材料20结合至腿部18，该PTFE密封元件22结合至弹性材料20，其中，夹置于PTFE密封元件22和腿部18之间的弹性材料20形成密封元件结合接缝24，此后称为结合接缝24。该结合接缝24从腿部18径向向内间隔开并与腿部18在径向上对齐。在使用过程中，该结合接缝24不影响或者基本上不影响该挠曲运动，从而允许PTFE密封元件22的有效密封部分在需要的时候发生挠曲从而提供可靠的密封。该壳腿部18径向向内延伸至自由端26。在图1和图2示出的实施例中，腿部18具有第一部分28和第二部分30,该第一部分28垂直或者基本垂直于轴16延伸，该第二部分30从该第一部分28延伸至自由端26。该第二部分30大体呈截头圆锥形且在外部的壁14的正下方从第一部分28径向延伸，该第二部分30与外部的壁14的至少一部分是径向间隔开并径向对齐的关系。该第二部分30部分由壳12的内表面32和壳12的外表面34形成，该内表面32倾斜地大体面对外部的壁14，该外表面34倾斜地大体面对中心轴16。因此，内表面32和外表面34倾斜地朝着轴16延伸，其中，内表面32倾斜地大体面对组件10的油侧0，而外表面34倾斜地大体面对组件10的空气侧A。因此,在外表面32，第一部分28和外部的壁14之间界定出封闭的环形口袋36，其中，该口袋36面对组件10的油侧O。除了形成结合接缝24之外，该弹性材料20可以围绕壳12的整个或者基本上整个外表面34模塑形成。因此，弹性材料20的径向最外侧的部分38可以围绕外部的壁14的外表面34模塑形成，其中，该最外侧的部分38的尺寸在直径上适合被容置于壳体(未示出)的孔内，例如与该壳体线-线配合或者轻微干涉压配合。此外，弹性材料20可以围绕腿部第一部分28的外表面34模塑形成。因此，腿部18的整个外表面34可被弹性材料20覆盖，从而为壳12提供抗蚀保护。而且，该弹性材料20可以模塑形成环形的排除唇(exclusionlip)39。该排除唇39在此示出为在腿部18的第一部分28和第二部分30之间从该结合接缝悬垂，该排除唇39大体朝着组件10的空气侧A远离PTFE密封元件22以防止污染物接触到PTFE密封元件22。该PTFE密封元件22具有第一结合部分40和第二无支撑的未结合部分42。该结合部分40沿着结合接缝24延伸，该结合接缝24沿着腿部第二部分30的长度或基本上沿着其长度延伸。该未结合部分42大体径向向内朝着轴16延伸至结合接缝24之外和腿部18的自由端26之外。因此,未结合部分42形成无支撑部分,该无支撑部分径向对齐于外部的壁14的至少一部分延伸。在模塑于壳12之后，且当处于未安装状态时，该无支撑部分42径向向内延伸至轴旋转表面之外，使得当围绕轴安装后，该无支撑部分42的有效密封部分可以根据该无支撑部分42的物理特性和材料特性而利用预先确定的偏折量密封地配合轴。在安装后，抵靠在轴上的PTFE密封元件22的挠曲完全发生在无支撑部分42之上，与结合接缝24无关。因此，无支撑部分42的挠曲量和作用在无支撑部分42上的密封力的大小可以被紧紧地控制住。为了便于在使用过程中抵靠在轴上的PTFE密封元件22的无支撑部分42的有效密封部分的挠曲，该无支撑部分42可以形成为具有波形壁，例如在压印工艺中形成。该波形的壁沿其长度可以形成为具有均匀的一致的壁厚，或者也可以形成为具有非均匀的壁厚，从而在壁较厚的区域之间提供较薄厚度的环形挠曲接缝。在图3和图4中，示出了根据本发明的另一个方面构造的轴密封组件110，其中，相差因子100的相同附图标记用于指示与上述相似的特征。该组件110具有壳112，该壳112带有圆柱形的外部的壁114和腿部118。该腿部118从外部的壁114垂直地或者基本上垂直地向内朝着中心轴116延伸至自由端126。因此，壳112在截面上大体呈现为L型。弹性材料120结合至自由端126，其中，该弹性材料120形成截头圆锥形环46，该截头圆锥形环46从模塑形成(“as molded”)的倒转的铰链区49朝着组件110的油侧径向向内收敛以提供径向向内面对的结合表面48和径向向外面对的表面50。而且，弹性材料120形成为具有朝着组件的空气侧A发散的排除唇139。当处于自由的未偏折的未安装的状态时，该结合表面48倾斜地向着轴116并朝着组件的油侧O收敛，而与结合表面48相对的表面50与腿部18的自由端126径向对齐地径向向内间隔开，从而在自由端126和表面50之间提供环形的V形口袋136。该密封组件110具有PTFE密封元件122，该PTFE密封元件122具有如上所述的第一结合部分140和第二无支撑的未结合部分142。该结合部分140沿着结合接缝124结合至弹性材料120的结合表面48，其中，该结合接缝124与腿部118的自由端126径向对齐地径向向内间隔开。该未结合部分142大体朝着轴116径向向内地延伸至结合接缝124之外以形成PTFE密封元件122的无支撑部分142，该无支撑部分142如上所述与外部的壁114的至少一部分径向对齐地延伸。在安装后，抵靠在轴上的PTFE密封元件122的挠曲如上所述基本上发生在无支撑部分142之上，与结合接缝124无关，虽然可控的挠曲量可以发生在与结合接缝124间隔开的铰链区49上。因此，无支撑部分142的挠曲量和作用在无支撑部分142上的密封力的大小可以被紧紧地控制住。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，在所附权利要求的范围内，本发明可不同于具体描述通过其他方式实施。
权利要求
1.一种轴密封组件，包括: 金属壳，该金属壳具有围绕中心轴的圆柱形地延伸的壁和从所述壁朝向所述中心轴径向向内延伸的环形的腿部； 结合至所述腿部的弹性材料；以及 通过结合接缝连接至所述弹性材料的PTFE密封元件,所述结合接缝从所述腿部径向向内间隔开并且与所述腿部径向对齐。
2.根据权利要求1所述的轴密封组件，其特征在于，所述结合接缝倾斜地向着所述中心轴延伸。
3.根据权利要求2所述的轴密封组件，其特征在于，所述腿部延伸至一自由端，所述结合接缝从所述自由端径向向内间隔开。
4.根据权利要求3所述的轴密封组件，其特征在于，所述PTFE密封元件具有无支撑部分，该无支撑部分延伸至所述结合接缝之外。
5.根据权利要求4所述的轴密封组件，其特征在于，所述PTFE密封元件的所述无支撑部分与所述壁径向对齐。
6.根据权利要求1所述的轴密封组件，其特征在于，所述腿部具有朝着所述中心轴倾斜地延伸至自由端的部分。
7.根据权利要求6所述的轴密封组件，其特征在于，所述腿部的所述部分具有径向向内面对所述中心轴的表面，所述结合接缝基本上平行于所述表面延伸。
8.根据权利要求7所述的轴密封组件，其特征在于，所述腿部的所述部分与所述壁的至少一部分径向对齐。
9.根据权利要求7所述的轴密封组件，其特征在于，所述结合接缝从所述腿部的所述表面径向向内。
10.根据权利要求6所述的轴密封组件，其特征在于，所述PTFE密封元件与所述壁径向对齐地延伸至所述自由端之外。
11.根据权利要求1所述的轴密封组件，其特征在于，所述PTFE密封元件具有无支撑部分，该无支撑部分延伸至所述结合接缝之外。
12.根据权利要求11所述的轴密封组件，其特征在于，所述PTFE密封元件的所述无支撑部分与所述壁径向对齐。
全文摘要
轴密封组件(10)包括金属壳(12)，该金属壳(12)具有壁(14)和环形的腿部(18)，该壁(14)围绕中心轴(16)圆柱形地延伸，该腿部(18)从该壁(14)朝着中心轴(16)径向向内延伸。弹性材料(20)结合至腿部(18)，PTFE密封元件(22)通过结合接缝连接至弹性材料(20)。该结合接缝从腿部(18)径向向内间隔开并且与腿部(18)径向对齐，该结合接缝防止弹性材料(20)发生挠曲。因此，弹性材料(20)在使用过程中不会影响或者基本上不会影响PTFE密封元件(22)的性能。因此，该结合接缝为PTFE密封元件(22)对轴或承磨衬套的旋转表面提供可靠的密封。
文档编号F16J15/32GK103109120SQ201180020286
公开日2013年5月15日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年3月11日
发明者戴维·H·托特, 弗雷德里克·R·哈驰, 布伦特·塞德拉 申请人:费德罗-莫格尔公司