注模密封环及其制造方法与流程

本申请要求2018年1月10日提交的美国临时专利申请号62/444,783的优先权权益，其全文据此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及可再生能源领域，具体而言，涉及制造太阳能电池的发射极区域的方法。

背景技术：

密封环通常用于变速器和离合器等组件以限制流体泄漏和压力损失，尤其用于高压下的组件的零件。密封环通常用于与油或其他润滑剂等液体一起的旋转连接。

传统旋转连接的一个实例在图1的示意性透视图中示出。这里，密封环设置在凹槽中的接头处的旋转轴周围，使得其抵靠周围壳体密封。密封环既不固定在轴上也不固定在壳体上，这样密封环就可以相对于任一者或两者旋转。密封环本身具有三个密封面，如图2的横截面示意图中示出。密封环的外周面抵靠轴和密封环设置所在的壳体密封。其中一个侧向面抵靠形成于轴上的凹槽的侧壁密封。在许多情况下，在安装时，实际上只有一个侧向面抵靠一个表面密封。尽管如此，密封环通常是对称的，这样在安装时就无需考虑它们所面对的方向。因此，密封环需要具有三个足够平坦的圆形面，以便抵靠(即凹槽或壳体的)相配合的表面密封。

外周面或任一侧向面中的任何制造缺陷都会导致密封失效。因此，高精度注模技术通常用于制造这样的密封环。注模可以制造出高精度的平面结构。然而，注模工艺通常在密封环上的位置处产生所谓的“痕”，通过此痕，熔融塑性材料即通过一个浇口(即进入模具型腔的入口，熔融塑料通过该入口流入型腔)进入模具。此痕会产生一个小的凸起或其他表面缺陷，这会干扰其设置所在面的密封。由于此面为唯一不需要密封的面，传统的密封环通常是通过沿着密封环的内周面设置的浇口注模而成。这可以提供一个具有良好密封性能的密封环，却使制造大大复杂化，因为它需要一个更复杂的注塑系统。

技术实现要素：

在一个方面中，本公开提供了一种注模密封环，该注模密封环包括在第一端和可与第一端接合的第二端之间延伸的圆环体，该圆环体包括

内周面；

外周面，其与内周面相对，具有第一侧向边缘和相对的第二侧向边缘；

第一侧向面，其在内周面和相对的外周面之间延伸；

第二侧向面，其与第一侧向面相对，设置在内周面和相对的外周面之间；

凹陷部，其形成在外周面中，该凹陷部不延伸到外周面的第一侧向边缘和第二侧向边缘两者；以及

注模浇口痕，其设置在凹陷部中，该注模浇口痕不延伸超出外周面。

在另一方面，本公开提供了一种制造如此处所述的密封环的方法，该方法包括：

提供具有型腔的模具，该型腔具有与注模密封环的形状相反的形状，其中注模浇口在凹陷部中在与密封环的注模浇口痕的位置相对应的位置处联接到型腔；

将熔融聚合物通过浇口注入型腔中；使聚合物硬化；以及

将密封环从模具移除并通过使密封环从密封环的凹陷部的表面处的聚合物流道脱离来形成注模浇口痕。

在另一方面，本公开提供了一种装置，该装置包括：

旋转轴；

根据权利要求1至27和29中任一项所述的密封环，该密封环围绕旋转轴设置，其第一侧向面和/或其第二侧向面抵靠与旋转轴相关联的凹槽的侧壁设置；以及

壳体或孔，该壳体或孔围绕轴和密封环设置，使得密封环的外周面抵靠壳体或孔的内周面设置。

根据本文的公开内容，本公开的其他方面将是显而易见的。

附图简要说明

将附图包括在内以提供对本公开的方法和装置的进一步理解，并且附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚起见，各种元件的尺寸可能会变形。附图示出了本公开的一个或更多个实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理和操作。

图1是传统旋转连接的示意性透视图；

图2是图1的传统旋转连接中密封环组件的示意性横截面图；

图3是根据本公开的一个实施例的密封环的示意性透视图；

图4是图3的密封环的局部示意性透视图；

图5是图3和图4中密封环的横截面示意图；

图6是根据本公开另一实施例的密封环的横截面示意图；

图7是根据本公开另一实施例的密封环的横截面示意图；

图8是根据本公开另一实施例的密封环的横截面示意图；

图9是根据本公开另一实施例的密封环的示意性侧视图；以及

图10是根据本公开的各种实施例的第一端和第二端的不同布置的示意性透视图。

具体实施方式

本发明人已注意到上述关于在密封环的内周面上注模的缺点。为了克服这些缺点，同时保持必要的密封性能，本公开提供了密封环，其中通过其外周面的浇口执行注模工艺。模具设计成在密封环的外周面上形成凹陷部。浇口定位为使熔融塑料的流动通过该凹陷部，使得注模浇口痕定位在模制密封环的凹陷部内，使得其不延伸超出其外周面。外周面中的凹陷部不同时延伸至外周面的第一侧向边缘和第二侧向边缘，使得未凹陷的外周面的侧向部分能够提供必要的密封性能。

本公开的一个方面是注模密封环。这种密封环的一个实例在图3的示意性透视图和图4的局部示意性透视图示出。注模密封环300具有在第一端304和第二端306之间延伸的圆环体302。如下面将更详细讨论的，第二端306可与第一端304接合，使得密封环的端部可拉开以将密封环放置在轴周围，并且当端部可以重新结合在一起时闭合可具有圆形外周。圆环体由内周面310和外周面312限定在部位内，该外周面312与内周面相对。外周面312具有第一侧向边缘314和相对的第二侧向边缘316。在内周面310和外周面312之间延伸的是第一侧向面320和与第一侧向面320相对的第二侧向面322。

值得注意的是，密封环包括形成在其外周面312中的凹陷部330。该凹陷部330更详细地示出于图5的示意性横截面图(即，在沿着设置有凹陷部的密封环的圆周的某个点处拍摄)。凹陷部330不延伸至外周面312的第一侧向边缘314和第二侧向边缘316两者。相反，在本实施例中，凹陷部330延伸至外周面312的第一侧向边缘314，但不延伸至外周面312的第二侧向边缘316。设置在凹陷部中的是注模浇口痕340。注模浇口痕340不延伸超出外周面312(即，沿着径向)，因此它不会干扰外周面的密封。

如本领域普通技术人员将理解的，注模浇口痕是由于注模工艺而留在注模浇口部位的部分的凸起、粗糙或其它标记。例如，它可能是由于密封环从浇口部位的一个流道中脱离而产生的。例如，它可以从其设置所在的凹陷部的表面(例如，如图5中的参考数字332所示的底表面)延伸至少100微米、至少200微米或甚至至少500微米。例如，在某些实施例中，注模浇口痕从其设置所在的凹陷部的表面在100至1000微米的范围内延伸，例如100至800微米，或100至500微米，或200至1000微米，或200至800微米，或200至500微米。由于该注模浇口痕定位在凹陷部内，远离密封环的任何密封面，因此它不会干扰密封环的密封性能。

理想的是，密封环的外周面具有低表面粗糙度，以便抵靠壳体或孔的内周面提供足够的密封。当然，正如普通技术人员会理解的，传统制造工艺产生的一些粗糙是可以接受的。由于第一和第二侧向面通常被指定为如上描述的密封面，在某些理想的实施例中，理想的是，它们也具有低表面粗糙度。而且正如本领域普通技术人员将理解的，在面中形成的凹陷(例如，流体处理凹槽)存在较大特征不会被认为影响面的表面粗糙度；相反，面的密封部分可以具有低表面粗糙度。如此处所述的具有低表面粗糙度的面可具有，例如，小于5微米、小于2微米、或甚至小于1微米(例如，0.2-1微米)的表面粗糙度Ra值；小于20微米、小于10微米、或甚至小于5微米(例如，1-5微米)的表面粗糙度Rz值；和/或小于30微米、小于20微米、或甚至小于10微米(例如，2-8微米)的表面粗糙度Rmax值，均如ISO 4287中所述进行测量。由于第一和第二侧向面通常被指定为如上描述的密封面，因此在某些理想的实施例中，它们也具有低表面粗糙度。

凹陷部可形成于沿其第一与第二侧向边缘之间的外周面的各个横向位置处。在本文另外描述的密封环的某些实施例中，如图3至图5所示的实施例中，凹陷部沿外周面的第一侧向边缘形成。理想的是，凹陷部(即其侧向边缘)与外周面的第二侧向边缘之间的横向距离足以提供足够的表面积，以提供足够的密封。例如，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，凹陷部与外周面的第二侧向边缘之间的横向距离为至少0.2mm，例如，至少0.5mm或甚至至少1.0mm。

在本文另外描述的密封环的其他实施例中，凹陷部形成在外周面的第一侧向边缘和第二侧向边缘之间，使得凹陷部不延伸至第一侧向边缘和第二侧向边缘中的任一个。这种实施例示出于图6的横截面示意图(即，在沿着设置有凹陷部的密封环的圆周的某个点处拍摄)。这里，凹陷部630形成于密封环600的外周面612的第一侧向边缘614和第二侧向边缘616之间。值得注意的是，凹陷部630不延伸至侧向边缘614或616中的一者。这里，同样，理想的是，凹陷部(即，其每一侧向边缘)与外周面的第一和第二侧向边缘之间的横向距离足以提供足够的表面积，以提供足够的密封。例如，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，凹陷部与外周面的第一侧向边缘之间的横向距离为至少0.1mm，例如，至少0.2mm、至少0.5mm或甚至至少1.0mm。类似地，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，凹陷部与外周面的第二侧向边缘之间的横向距离为至少0.1mm，例如至少0.2mm、至少0.5mm或甚至至少1.0mm。

凹陷部可以有各种尺寸。本领域普通技术人员将根据本公开提供一个具有适当尺寸的凹陷部，使得注模浇口痕可以设置在其中，但是该凹陷部不会延伸至密封环的外周面的第一和第二侧向边缘两者。在本文另外描述的密封环的各实施例中，凹陷部可具有诸如在1-20mm²、或1-15mm²、或1-10mm²、或1-8mm²、或1-5mm²、或2-20mm²、或2-15mm²、或2-10mm²、或2-8mm²的范围内的面积(即，相对于外周面的封闭表面)。

同样，凹陷部也可以形成有各种深度。本领域普通技术人员将根据本公开提供具有适当深度的凹陷部，使得注模浇口痕可以设置在其中，而不延伸超出密封环的外周面。在本文另外描述的密封环的各实施例中，凹陷部可具有诸如至少0.05mm的深度(即，相对于外周面)，例如，至少0.1mm或甚至至少0.2mm。深度可以是诸如0.05-2mm、或0.1-2mm、或0.2-2mm、或0.05-1mm、或0.1-1mm、或0.2-1mm、或0.05-0.7mm、或0.1-0.7mm、或0.2-0.7mm。

如前所述，注模浇口痕不延伸超出密封环的外周面。理想的是，注模浇口痕设置在凹陷部中，使得其足够远离外周面的水平面，以提供宽松的制造公差。例如，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，注模浇口痕不延伸至外周面的水平面的0.2mm以内，甚至不延伸至0.5mm以内。

凹陷部可定位在沿着密封环的圆周上的任何方便的角度位置。例如，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，凹陷部定位在与相对于密封环的接合的第一端和第二端的5-355度(诸如15-345度或30-330度)的角度相对应的位置处。然而，在某些实施例中，可以期望的是，将凹陷部定位在相对于密封环的接合的第一端和第二端基本上偏离180度的点处。当密封环被挠曲打开以安装在轴周围时，该区域可能会出现高应力，并且凹陷部可用于减少密封环的这种挠曲。因此，在某些实施例中，凹陷部定位在与密封环的接合的第一端和第二端的5-135度、或15-135度、或30-135度、或225-330度、或225-345度、或225-355度的角度相对应的位置处。

如本领域普通技术人员将理解的，本文描述的密封环可以以各种尺寸制造，这取决于安装该密封环的系统的特定参数(例如，轴尺寸、凹槽尺寸、壳体或孔内径)。例如，本文描述的密封环可制造为具有各种内周，以适用于各种尺寸的旋转轴。在本文另外描述的密封环的某些实施例中，内径(例如，内周面的直径)在10mm至200mm的范围内，例如10-150mm、或10-100mm、或10-80mm、或10-50mm、或20-200mm、或20-150mm、或20-100mm、或20-80mm、或20-50mm、或40-200mm、或40-150mm、或40-100mm、或40-80mm、或40-50mm。

类似地，本文描述的密封环可以制造为具有各种宽度，以适合于各种尺寸的凹槽。在本文另外描述的密封环的某些实施例中，密封环从其第一侧向面到第二侧向面的宽度在1mm至20mm的范围内，例如1-10mm、或1-8mm、或1-6mm、或1-4mm、或2-20mm、或2-10mm、或2-8mm、或2-6mm、或2-4mm、或4-20mm、或4-10mm、或4-8mm、或6-20mm或6-10mm。

正如本领域普通技术人员将会理解的，这里所描述的密封环可以形成有各种横截面形状。例如，本文另外描述的密封环的某些实施例具有矩形横截面形状(即，在沿着密封环的圆周的位置处，该位置不包括第一端或第二端的凹陷部或任何接合特征)。图3至图5中的密封环300具有基本上矩形的的横截面，其中第一侧向面320与第二侧向面322基本上平行。在本文另外描述的密封环的其它实施例中，密封环具有基本上梯形的横截面。图7是具有基本上梯形的横截面的密封环700的示意性横截面图，其中第一侧向面720和第二侧向面722从法线向外周面712以大致相同的角度倾斜。在本文另外描述的密封环的其它实施例中，密封环具有横截面形状，该横截面形状在其外端具有第一矩形截面，且在其内端具有第二较窄的矩形截面。图8是具有这种横截面的密封环800的示意性横截面图。这里，第一侧向面820和第二侧向面822是设置在第一矩形截面850的任一端的密封面，其中第二矩形截面852紧邻第一矩形截面850设置并且延伸至内周面810。当然，本领域普通技术人员将理解，可以使用其他横截面形状，这取决于诸如要设置密封环的凹槽的特定几何形状。本领域的普通技术人员将理解，本文描述的形状可以包括倒角或圆角，而不会与所描述的形状发生明显的偏离。例如，图5的横截面形状包括内周面边缘处的倒角，但仍被认为是矩形。

在本文描述的密封环中可以包括各种附加特征。例如，在本文另外描述的密封环的某些实施例中，第一侧向面、第二侧向面或两者均可包括在其中形成的一个或多个凹槽。例如，可以将凹槽设置为沿着侧向面向上拉油或其他润滑剂，从而有助于在侧向面和凹槽侧壁之间保持足够的油，以便在凹槽侧壁和侧向面之间保持足够的密封。这种密封环的一个实例在图9的局部示意性侧视图中示出。在某些实施例中，形成在侧向面中的凹槽均不从侧向面的外端延伸到侧向面的内端。例如，在图9的实施例中，凹槽960延伸至侧端面920的内端924，但不延伸至其外端925。

如以上所简要描述的，第二端可与第一端接合，以提供具有圆形外周的环密封。正如本领域普通技术人员将会理解的，第一端和第二端能够以各种方式相互接合。例如，图10提供了如本文另外描述的密封环的可接合的第一端和第二端的一些实例的局部示意性透视图。接合类型的实例包括对接接头、钩接头、偏压接头、2-L接头和2-T接头。然而，本领域普通技术人员将理解，对于密封环的第一端和第二端可以使用各种类型的接合方法。为了适应不同的公差和膨胀，理想的是，两端可以彼此相对地移动，例如略微膨胀或收缩圆形密封的周长。

注模工艺可用于制造由各种不同材料制成的本文描述的密封环。高温热塑性材料在本文描述的密封环中尤其有用。例如，本文另外描述的密封环的某些实施例由选自尼龙(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、热塑性聚酰亚胺(TPI)和聚酰胺-酰亚胺(PAI)的材料制成。这些材料可被填充或者不被填充。

本公开的另一个方面涉及一种制造如本文另外描述的注模密封环的方法。该方法包括提供一种模具，该模具具有与注模密封环的形状相反的形状，其中注模浇口在凹陷部中在与密封环的注模浇口痕的位置相对应的位置处联接到型腔；将熔融聚合物通过浇口注入型腔中；使聚合物硬化；以及将密封环从模具移除并通过使密封环从密封环的凹陷部的表面处的聚合物流道脱离来形成注模浇口痕。本领域普通技术人员将根据本文的描述，在本文所述的方法的实践中使用传统的注模装置和技术。

本文描述的密封环用于各种旋转密封环应用中的工业用途。例如，本文描述的密封环可用于诸如推土机和重型卡车等重型设备的变速器的离合器组件中，因为这种密封环即使在高转速下也能承受高达400psi的压力条件。本文描述的密封环可用于各种类型的装置，包括诸如自动变速器、无级变速器或双离合变速器等变速器，以及差速器和凸轮轴调整。

相应地，本公开的另一实施例是一种装置，其包括旋转轴，如此处所述的密封环围绕旋转轴设置，其第一侧向面和/或其第二侧向面抵靠与旋转轴相关联的凹槽的侧壁设置；以及壳体或孔，该壳体或孔围绕轴和密封环设置，使得密封环的外周面抵靠壳体或孔的内周面设置。润滑剂诸如油可设置在外周面和密封环的密封侧向面，以提供完全密封。这种布置在相对于图1和图2中上述示出，如上文所述。值得注意的是，由于上述原因，在密封环的外周面上存在注模浇口痕并不会严重干扰该面对孔或壳体的密封，因为它设置在外周面水平面以下的凹陷部中。凹陷部不会严重干扰外周面对壳体或孔的密封，因为凹陷部不会在外周面的宽度上一直延伸。

对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对这里描述的工艺和设备进行各种修改和变化。因此，本公开的意图是覆盖权利要求和它们的等效情况范围内提供的本发明的更改和变化。