专利名称：粘结的聚四氟乙烯径向轴封的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的聚四氟乙烯(PTFE)径向轴封，更特别地，本发明涉及一种改进的直接粘结到一弹性橡胶层的PTFE径向轴封。
背景技术：
径向轴封通常被设计以用于密封车辆空调压缩机的主旋转轴，增压器，动力转向泵，并且发动机曲柄轴可利用多个密封元件，这些密封元件被设计成这样，以便第一密封元件面对的将要被密封的流体或气体是一弹性体。该弹性体通常具有足够的挠性和弹性以便提供对轴的密封。第二刚性的和具有更高抗性的密封元件通常被定位在后面并且与该弹性密封串联，以便在刚性耐磨密封的密封边缘和具有更高弹性的弹性密封元件的后密封边缘之间提供一轴向的间隙。第二密封元件通常由聚四氟乙烯(PTFE)或填充有PTFE的材料制成。
通常在本领域中，不同的密封结构被典型地装配在一起并且随后通过卷边和粘结工艺被夹紧在一起。在这种工艺中，一橡胶元件在两个金属外壳之间被卷边以便形成密封。该PTFE部件通常也典型地被卷边或粘结至橡胶部件。在本领域中，利用一扁平的PTFE衬垫或者被粘结或夹紧的预先形成的锥形结构来形成整个密封是很公知的。
本发明的一个目的是通过使PTFE部件的材料用量最小化来提供一种低成本的产品和方法。另一目的是排除在各种夹紧密封配置中所需要的金属外壳结构，以及排除当前在本领域中使用的额外制造步骤。
发明内容
一种径向轴封，其包括一金属外壳，和一定位在该金属外壳内部的橡胶密封部分。该橡胶密封部分在成型和铸模操作过程中被粘结到该金属外壳。具有一外径的PTFE密封，其被粘结到橡胶密封部分的内表面上的橡胶部分。该PTFE密封沿着其内径被拉伸至一截头圆锥外形，并且当该PTFE密封处于拉伸状态时被粘结到橡胶密封部分。
还公开了一种制造径向轴封的方法，包括步骤利用一心轴装置关于该PTFE密封的内径对其进行拉伸，将该拉伸后的PTFE密封置于一个铸模中，以便该PTFE密封与该铸模的一个后表面相啮合，将一金属外壳置于该铸模中，并且随后将一橡胶弹性体引入到该铸模中并且在加压下模压该橡胶，以便金属外壳和处于拉伸状态的PTFE密封被粘结到橡胶弹性体。
图1是本发明径向轴封第一实施例的断面图；图2是本发明径向轴封第二实施例的断面图；图3是本发明径向轴封第三实施例的断面图；图4是本发明径向轴封第四实施例的断面图；图5是一断面图，其详细示出了径向轴封定位在一铸模内，其中该铸模被用来形成并铸造根据本发明的径向轴封；以及图6是本发明径向轴封第五实施例的断面图。
具体实施例方式
公开了一种径向轴封5，其包括一金属外壳10，和一定位在金属外壳10的内侧或内部的橡胶密封部分15。该橡胶密封部分15至少部分地沿着金属外壳的表面粘结到金属外壳10。具有外径25的聚四氟乙烯(PTFE)密封20粘结到橡胶密封部分15的内表面95上的橡胶密封部分15。该PTFE密封20在其内径85上被拉伸为截头圆锥形并且其在该PTFE密封20处于拉伸状态时被粘结到橡胶密封部分15。
参照图1，示出了根据本发明的径向轴封5的第一实施例。该径向轴封5包括一具有径向部分30和轴向部分35的金属外壳10。径向部分30和轴向部分35优选地这样形成，以便它们大致相互垂直，尽管在不偏离发明构思的前提下，其它配置和角度关系也可被使用。如图1所示，轴向部分35向上延伸直到其本身弯曲大约180°，以便其继续平行并向下以及随后弯曲大约90°而形成径向部分30。
该橡胶密封部分15优选地包括一具有足够模量和弹性以用于轴封的橡胶化合物。该橡胶密封部分15沿着径向部分30的内表面40粘结到金属外壳10并且沿着轴向部分35的外表面45延伸。该橡胶密封部分15沿着轴向部分35的外表面45延伸，其可包括凸缘或升高的突起46。该橡胶密封部分15包括一从径向部分30的内表面40延伸出来的角形部分50。该角形部分50粘结到PTFE密封20，这在下文将更详细地描述。
橡胶密封部分15从径向部分30的内表面40延伸出来并且其包括一过渡部分55，该过渡部分为从粘结到径向部分30内表面40的平面部分60过渡到从径向部分30的内表面40延伸出来的角形部分50。该过渡部分55由形成在橡胶部分30内的第一凹槽65限定。该第一凹槽65允许橡胶部分50在与轴啮合时弯曲。橡胶密封部分15可终止在一密封唇70上。在一优选实施例中，密封唇70用作面对将要被密封的气体或流体介质的车辆空调压缩机或其它车辆部件内的第一密封。
如上所述，PTFE密封20被粘结到橡胶部分15。该PTFE密封20包括相对的第一端部75和第二端部80，它们沿着内表面85和外表面90间隔开。PTFE密封的第一端部75位于靠近橡胶部分15的密封唇70。PTFE密封20的第二端部80优选地靠近金属外壳10的径向部分30的内表面40。PTFE密封20从其原始尺寸的5％拉伸至120％，并且优选地被铸造以用于和橡胶部分15粘结之前从其原始尺寸的30％拉伸至70％。以这种方式，PTFE密封20被预加应力以便返回到其原始尺寸并且从而对于与本发明的径向轴封相接触的轴提供增加的密封作用。PTFE密封20包括一粘结到橡胶密封15角形部分50内表面95的外表面90。从图1可以看出，PTFE密封20沿着橡胶密封部分15的角形部分50定位，以便PTFE密封20的第一端部与密封唇通过一轴向间隙22间隔开。
参照图2，示出了本发明的径向轴封5的第二实施例。该第二实施例与第一实施例相似，包括一金属外壳10和一粘结到该金属外壳10的橡胶密封部分15，它们之间的细微差别将详细描述如下。参照图2，可以看出，金属外壳10包括一位于径向部分30的端部32的弧形或弯曲部分12。弧形或弯曲部分12适应PTFE密封20的第二端80在优选方面，该PTFE密封20在外表面90上粘结到橡胶密封表面部分95。PTFE密封的内表面85未粘结到金属外壳10的弧形或弯曲部分12。以这种方式，金属外壳10的弯曲部分12区域内的PTFE密封20被允许相对于金属外壳10浮动。这允许PTFE密封被牢固地粘结到橡胶部分20而不会与粘结到金属外壳10发生冲突。
在第二实施例的另一方面，PTFE密封20包括一形成在PTFE密封20内表面85上的凹槽115。该凹槽115在橡胶模压过程中被形成在PTFE密封20中并且对于由径向轴封5啮合的轴提供水力泵送和/或静态密封作用。PTFE密封20还优选地包括形成在PTFE密封20的第一端部75和第二端部80上的支撑部分110。该支撑部分110与橡胶部分15成一定角度并且当其在高压下被放置时向橡胶部分15提供反挤压支撑。参照图2，支撑部分110同时位于PTFE密封20的第一端部75和第二端部80上。但是，PTFE密封20也可包括单独地或联合形成在第一端部75或第二端部80上的支撑部分110。
参照图3，示出了本发明径向轴封5的第三实施例。参照先前在第二实施例中描述的那样，该第三实施例优选地包括形成在PTFE密封20上的支撑部分110。而且，该支撑部分110减小了弹性橡胶在高压下挤压的可能并且还减小了PTFE密封20的磨损。但是，参照先前在第二实施例中描述的那样，在第三实施例中，金属外壳10优选地不包括弧形或弯曲部分12。第三实施例的橡胶密封部分15包括一与第一凹槽65相对形成的第二凹槽120，以便向橡胶密封部分15提供一弯曲区域125。以这种方式，橡胶密封部分15在与轴啮合时具有更高的挠性。
参照图4，示出了本发明径向轴封5的第四实施例。该第四实施例优选地包括一PTFE密封20，其在靠近密封唇70的第一端部75上具有一支撑部分110，但是在靠近金属外壳10的径向部分30的第二端部80上不包括支撑部分110。然而，参照先前在第三实施例中描述的那样，该橡胶密封部分15包括一第二凹槽120。在所有其它方面中，第四实施例与第一，第二和第三实施例相类似。
PTFE密封20可定位于靠近橡胶密封部分15的密封唇70，这样，PTFE密封20的第一端部75提供了一桥接支撑，由于其较大的刚度和强度，从而加强了密封唇70的啮合。可以理解，移动PTFE密封20以使其更靠近或接近密封唇70可通过使用上述四种实施例中的任意一种来完成。
参照图6，示出了根据本发明径向轴封5的第六实施例。径向轴封5包括一具有径向部分30和轴向部分35的金属外壳10。径向部分30和轴向部分35这样形成，以便它们大致相互垂直。
如图6所示，轴向部分35向上延伸并且随后向内弯曲约90°以便形成径向部分30。
还公开了本发明的一方面，即制造径向轴封5的方法，包括步骤；利用心轴装置关于其内径85拉伸PTFE密封20，将拉伸后的PTFE密封20置于一个铸模中，以便PTFE密封20与该铸模的后表面相啮合，将金属外壳10置于该铸模中，并且随后将橡胶弹性体引入到该铸模中并在压力下模压该橡胶，以便金属外壳10和处于拉伸状态的PTFE密封20被粘结到橡胶弹性体。
参照图5，在一铸模中描绘了本发明的径向轴封5。PTFE密封20最初为扁平的衬垫状态并且优选地通过沿着一心轴降低柱塞以便膨胀PTFE密封20的内径85和端部75而被拉伸到示于图中的锥形。当其沿心轴向下滑动时，外径95也膨胀。柱塞优选地包括可膨胀的机械手，当沿着心轴的长度推动PTFE衬垫20或密封时，该机械手在柱塞降低时变宽。该心轴优选地套在所使用的工具的一部分上，以便模铸该橡胶材料。在一优选方面，推动机构的机械手被用来将拉伸的PTFE密封20引导到该工具上，以便PTFE密封20的内径从其原始尺寸的5％拉伸到180％，更优选地为5-120％的范围。PTFE密封在与弹性橡胶材料模铸之前维持在拉伸或受压状态。在被拉伸的PTFE密封定位在铸模内之前或之后，金属外壳被置于该铸模内并且一橡胶弹性体被引入到该铸模中并且允许在升高的压力和温度下硬化以便形成本发明的径向轴封5。通过维持PTFE密封20处于其受压或拉伸状态，使用较少的PTFE来提供径向轴封可得到显著的节省，并且排除了在卷边设计中典型可见的额外金属外壳。
尽管本发明已通过参照一些优选实施例作出了描述，本领域技术人员将会认识到本发明在不偏离其发明构思的情况下可作出改变。因此，应参照下述权利要求来确定本发明的范围。
权利要求
1.一种径向轴封，包括一金属外壳；一定位在该金属外壳内部的橡胶密封部分，该橡胶密封部分粘结到该金属外壳；一具有内径的聚四氟乙烯密封，该聚四氟乙烯密封被粘结到位于橡胶密封部分的内表面上的橡胶密封部分；该聚四氟乙烯密封在其内径上被拉伸至一截头圆锥外形，并且当聚四氟乙烯密封处于拉伸状态时，该聚四氟乙烯密封被粘结到橡胶密封部分。
2.如权利要求1所述的径向轴封，其中金属外壳包括一径向部分和一轴向部分。
3.如权利要求1所述的径向轴封，其中橡胶密封部分至少沿着径向部分的内表面粘结到金属外壳，并且也可沿着轴向部分的外表面延伸。
4.如权利要求1所述的径向轴封，其中橡胶密封部分包括一从径向部分的内表面延伸出来的角形部分。
5.如权利要求1所述的径向轴封，其中橡胶密封部分包括一过渡部分，该过渡部分为从粘结到径向部分的内表面至角形部分的过渡，该过渡部分由形成在橡胶密封部分内的第一凹槽所限定。
6.如权利要求1所述的径向轴封，其中橡胶密封部分的角形部分终止于一密封唇。
7.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封包括沿着外表面和内表面间隔开的第一和第二相对端部。
8.如权利要求1所述的径向轴封，其中第一端部靠近密封唇并且第二端部靠近金属外壳径向部分的内表面。
9.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封的外表面粘结到角形部分的内表面。
10.如权利要求1所述的径向轴封，其中金属外壳的径向部分包括一终止在聚四氟乙烯密封的第一端部处的弧形部分。
11.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封的外表面粘结到橡胶密封部分，并且该聚四氟乙烯密封的内表面不粘结到该弧形的金属部分。
12.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封包括一形成在第一端部上的支撑部分，该支撑部分与橡胶密封部分成一定角度。
13.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封包括一形成在第二端部上的支撑部分，该支撑部分与橡胶密封部分成一定角度。
14.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封包括一形成在第一和第二端部上的支撑部分，该支撑部分与橡胶密封部分成一定角度。
15.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封包括形成在该聚四氟乙烯密封内表面上的水力或静态密封凹槽。
16.如权利要求1所述的径向轴封，其中聚四氟乙烯密封的第一端部定位于靠近橡胶密封部分的密封唇处，以便该聚四氟乙烯密封向该密封唇提供一桥接支撑。
17.如权利要求1所述的径向轴封，其中橡胶密封部分包括一与第一凹槽相对形成的第二凹槽，以用于向橡胶密封部分提供一弯曲区域。
18.一种制造径向轴封的方法，包括以下步骤利用一心轴装置关于一聚四氟乙烯密封的内径对其进行拉伸，将拉伸后的聚四氟乙烯密封置于一个铸模中，以便该聚四氟乙烯密封与该铸模的一个后表面相啮合；将一金属外壳置于该铸模中；将一橡胶弹性体引入到该铸模中并且随后在加热和加压下模压该橡胶，以便该金属外壳和处于拉伸状态的聚四氟乙烯密封被粘结到橡胶弹性体。
19.如权利要求18所述的方法，其中聚四氟乙烯密封从其原始尺寸的5％拉伸至120％。
全文摘要
一种径向轴封(5)，其具有一金属外壳(10)和一连接至该金属外壳内部的橡胶密封部分(15)。该橡胶密封部分(15)在成型操作过程中被粘结到该金属外壳(40)。一聚四氟乙烯密封(20)，其被拉伸至一圆锥外形并且在拉伸状态时被粘结到橡胶密封部分(15)。
文档编号F16J15/32GK1761828SQ200480007050
公开日2006年4月19日 申请日期2004年2月9日 优先权日2003年2月13日
发明者F·R·哈奇 申请人:联邦莫沃尔公司