专利名称：双层筒状保护罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及弹性体密封件，尤其涉及用于接头密封的保护罩密封件。
背景技术：
弹性体保护罩主要用于密封两个部分，这两个部分可以相对于彼此而铰接，并且尤其可以同时旋转。这些部分构成接头。典型应用为密封等速万向类型的接头。为此目的，带有通常具有较小直径的圆柱部分的保护罩滑移至连接到第一接头部件上的轴上，而具有较大直径的环形部分直接或通过中间元件连接到第二接头部件。在先提及的圆柱部分和具有较大直径的环形部分之间，延伸有壁。该壁具有用于筒状保护罩的半环面形状，并具有用于回旋保护罩的波纹管形状。当两个接头部件相对于彼此进行铰接运动时，壁的曲率半径在角内部减小，而在角外部增大。当接头在铰接状况下旋转时，筒状保护罩壁的曲率变化移动越过圆周，这样在完全的360°旋转的过程中，保护罩壁的每个点穿过导致保护罩壁弯曲的曲率最大值和曲率最小值。由于重力和向心力，弯曲也发生在保护罩的每一个旋转中。
保护罩受到内部的弯曲功，这可导致保护罩温度升高。温度升高使保护罩材料受到的化学和热侵袭增多，并可能加速保护罩降解。同时，由于保护罩密封件暴露在内外流体环境中导致的增加的化学反应，温度升高使保护罩壁的材料以加速速率降解。
保护罩壁的材料也因为在内外壁表面处的流体接触而降解。保护罩的外表面接触并暴露于大气状况下，使材料受到风化、化学和其他形式的降解的作用。保护罩的内表面接触并暴露于接头润滑油中，使其受到化学和其他形式的降解。选择适合于两种环境的材料，可以使保护罩壁内的降解减到最小。
同时，保护罩的强烈弯曲使材料经受压力。如果保护罩处于无应力状况，保护的薄膜层可以保持在材料上，例如使用橡胶。如果没有薄膜层，材料更容易受到由元件的环境暴露，例如臭氧和氧而导致的化学反应和弹性体键断裂的侵袭。键断裂的一种形式引起被称为分裂的效果。分裂是降解的形式，其中材料键沿聚合体链断开，导致撕裂类型的效果，致使保护罩成为无效的密封件。如果为特殊的环境暴露不正确地选择了材料，可发生其他有害的效果，导致机械强度和密封效果降低。
保护罩通常由单一材料所构造。选择该材料来提供对内外环境暴露的最好保护，并为应用提供最佳的机械特性。通过选择对于外部或内部环境来说更为合适的材料，这使得材料的一个表面对于其环境具有低于最佳的保护。另一个选择是挑选一种材料，其或多或少地同时抵抗外部和内部环境。然而，这并不理想，因为这使得保护罩的两个表面都受到侵袭和降解。当两个表面连续或间歇地暴露于不同流体时，找到一个方法来保护保护罩的内外表面免于降解将是有益的。
发明内容
本发明提供了一种保护罩密封件，其具有由不同弹性体材料制成的外壁。外层材料抵抗外部流体，如臭氧，而内层材料抵抗内部流体，如润滑油。本发明中定义的弹性体材料指为弹性体的材料。不同的弹性体材料可以是不同的弹性体化学组、相同的弹性体化学组、或任何纤维增强的弹性体组、或其任意组合。弹性体组可包括热塑弹性体、橡胶和其他类型橡胶的等效物。
本发明的一个实施例是具有两个层的保护罩密封件，两个层的每个不同。保护罩密封件具有第一端部、第二端部和在第一端部与第二端部之间延伸的主体。该主体具有由耐环境材料制成的外层和由耐润滑油材料制成的内层。
本发明的另一个实施例提供了包括注模保护罩密封件的接头密封件，该保护罩密封件具有由不同弹性体材料制成的内层和外层。每个层与其所暴露的流体环境相容。这将给予保护罩密封件更长的寿命，具有较少的由化学、环境和温度暴露所导致的降解。
同时提供了一种通过注模来生产具有双层的保护罩密封件的方法。在一个实例中，保护罩密封件是双注模的。另一个注模根据本发明的保护罩密封件的实施例，提供了利用弹性体注模外层，该弹性体具有环境相容性和耐腐蚀的特性。随后，内层注模到外层上。内层包括与润滑油相容并且耐润滑油腐蚀的弹性体材料。通过双注模，形成的保护罩壁具有与两种环境相容的材料。使用注模的附带好处是当用该方式生产保护罩密封件时，尺寸稳定和材料结合以最佳的方式而发生。
在阅读以下详细描述和后附的权利要求书、并参考附图时，本发明的其他优势和特征也将变得更明显。
为了更完全地理解本发明，现在应参考实施例，在附图中更详细地说明并且以下通过本发明的实例描述了这些实施例。
图1A显示了根据本发明一个实施例的在示范接头组件内的双层筒状保护罩的纵向截面图。
图1B显示了根据本发明另一个实施例的在示范接头组件内的双层回旋保护罩的纵向截面图。
图2显示了与图1A类似的双层筒状保护罩的纵向截面图。
图3显示了与图1B类似的双层回旋保护罩的纵向截面图。
图4A、4B和4C显示了根据本发明的接头连接端部处的保护罩密封壁的各种实施例的部分纵向截面图。
具体实施例方式
在附图中，相同的参考数字表示相似的元件。在附图中，所代表的双层保护罩密封件能够密封任何接头类型的构造，其中接头部件相对于彼此而移动。典型的接头包括等速万向接头或其他相似的接头，其中接头部分相对于彼此以循环方式移动。虽然本发明的保护罩密封件是根据密封等速万向接头的方法和设备来描述的，本发明可以适于并用于其他柔性轴密封件。在以下描述中，为几个构造的实施例描述了各种参数和部件。这些特定参数和部件作为例子而包括，并不意味着限定。
图1A显示了根据本发明一个实施例的在示范接头组件内的双层筒状保护罩的纵向截面图。保护罩密封件12包括保护罩密封壁13。本例子中的保护罩密封件12是筒状保护罩14，其由弹性体模制而成。根据本发明的实施例，形成的保护罩密封件12具有内层15和外层17。显示的筒状保护罩密封接头10。筒状保护罩14通过第一端部18处的夹具29固定到接头10的轴30上，并且通过第二端部20处的卷边部分28固定到盖子32上。轴30连接到接头10的内接头部分31上。盖子32连接到接头10的外接头部分33上。内接头部分31通过多个保持在滚珠保持架内的传递扭矩的滚珠与外接头部分33连接。这样，筒状保护罩14具有保护罩密封壁13，其连接第一端部18和第二端部20，以密封接头10。显示的接头10的本实施例是等速接头。当然，根据本发明的筒状保护罩也可以用于密封其他等速接头构造和万向接头构造。
图1B显示了根据本发明另一个实施例的在示范接头组件内的双层回旋保护罩的纵向截面图。保护罩密封件12包括保护罩密封壁13。本例子中的保护罩密封件12是回旋保护罩16，其由弹性体模制而成。根据本发明的实施例，形成的保护罩密封件12具有内层15和外层17。显示的回旋保护罩密封接头10。回旋保护罩16通过第一端部18处的夹具29固定到接头10的轴30上，并且通过第二端部20处的夹具28固定到盖子32上。轴30连接到接头10的内接头31上。盖子32连接到接头10的外接头33上。内接头31通过多个保持在滚珠保持架内的传递扭矩的滚珠与外接头33连接。这样，回旋保护罩16具有保护罩密封壁13，其连接第一端部18和第二端部20，以密封接头10。显示的接头10的本实施例是等速接头。当然，根据本发明的保护罩密封件也可以用于密封其他等速接头构造和万向接头构造。
无论是筒状保护罩还是回旋保护罩，该保护罩密封件通过夹紧、卷边或其他密封方法固定到接头上。保护罩密封件提供了接头上的密封件，其通过将外部大气密封在外和将接头润滑油密封在内来保护接头免受环境侵害。由于每个材料层15、17抵抗其操作环境中的降解，保护罩密封壁及其两个与流体相容的层15、17具有更长的寿命。这样，在大多数情况下，内层15是耐润滑油层，而外层17是耐臭氧层。选择保护罩密封壁的每个层15、17的材料，以增强保护免受大多数恶劣环境侵害，包括润滑油和臭氧的暴露。此外，可以根据本发明来选择材料层的一个或两个，以得到额外的强度特性、温度特性和磨损特性。材料层的选择准则也可以包括其他特性，其可增强具有两个或多个层的保护罩密封件的性能。
图2显示了与图1A类似的双层筒状保护罩14的更详细的纵向截面图。筒状保护罩14具有由保护罩密封壁13连接的第一端部18和第二端部20。第一端部18可包括环形槽，以容纳夹具。第二端部20可包括环形肋，以利用卷边固定。保护罩密封壁13包括两个或多个由弹性体材料制成的层。在该例子中，保护罩密封壁13包括外层22和内层24。外层22和内层24在结合区域26处邻接。结合区域26代表每个材料之间的界面或结合表面。结合区域26可以是胶合界面、结合界面、粘结界面、或另一种将内层24和外层22连接在一起的顺性材料。结合区域26也可以代表层内的多个层，以实现保护罩密封件的额外特性保护和持久，例如连同耐润滑油和臭氧的层实现增强的强度保护。织造或绞合的塑料或织物材料可构成结合区域26。
图3显示了与图1B类似的双层回旋保护罩的更详细的纵向截面图。回旋保护罩16具有由保护罩密封壁13连接的第一端部18和第二端部20。第一端部18可包括环形槽或环形肋，以利用夹具或卷边固定。第二端部20可包括环形槽或环形肋，以利用夹具或卷边固定。保护罩密封壁13包括两个或多个由弹性体材料制成的层。保护罩密封壁13包括外层22和内层24。外层22和内层24在结合区域26处邻接。结合区域26代表每个材料之间的界面或结合表面。结合区域26可以是胶合界面、结合界面、粘结界面、或另一种将内层24和外层22连接在一起的顺性材料。结合区域26也可以代表层内的多个层，以实现保护罩密封件的额外特性保护和持久，例如连同耐润滑油和臭氧的层实现增强的强度保护。织造或绞合的塑料或织物材料可构成结合区域26。在另一个实施例中，结合区域26可包括在外层22和内层24之间相互结合的顺性层。顺性层可以是织造或绞合的塑料或其他织物材料，其与不同层22、24的材料相容。
无论是回旋保护罩或筒状保护罩，通过注模吹模或其他本领域中普通技术人员公知的方法来模制保护罩密封件。以下例子中介绍的实施例是双注模而成的。该过程包括注模第一材料，然后注模第二材料。这可以同时或相继进行。第一材料是内层或外层，第二材料是相应的外层或内层。在注模过程中，两层材料结合并固化。内层材料可选自与润滑油相容的材料组，如氢化丁腈橡胶(HNBR)。外层材料可选自耐环境或臭氧的材料组，如三元乙丙橡胶(EPDM)、氯丁二烯橡胶(CR)或florosilicone橡胶(FQM)。内层或外层材料可选自弹性体材料的任何组合。两个层甚至可选自相同的材料组，其中一个层具有增强纤维，例如HNBR用于内层，而增强的纤维HNBR用于外层。此外，可以利用为保护罩密封件的内外层选择的材料的任何组合，来提高保护罩密封壁的性能。应该选择内层和外层的材料，以便在提高对各种环境的抵抗时，改善相容性。比如，选择准则可包括对于具有润滑油的内部环境和具有臭氧的外部环境的保护。当然，具体的选择准则将根据考虑中的具体的保护罩密封件的应用而改变。其他的选择准则可包括耐磨损、耐化学、耐可见或不可见(UV、IR)光等。
图4A、4B和4C显示了根据本发明的接头连接端部处的保护罩密封壁的各种实施例的部分纵向截面图。具有内层24和外层22的保护罩密封壁13，使用图1A中显示的夹具28或卷边连接，分别在第一端部18或第二端部20处连接到接头10的轴30或壳体32上。三个截面图的每一个都代表了内层24和外层22的分层结构。
图4A显示了内层24不暴露于外部环境中，并且完全被外层22所覆盖。换言之，外层22延伸过内层24的端部区域。这样，外层22只是局部地在夹具28的区域可能与内层24经受相同的环境。
图4B显示了这样方式的材料层外层22只暴露于外部环境，而内层24暴露于内部环境。在此情形下，内层24的端部区域逐渐变小，大致在外层22的端部处终止。图4C显示了材料层，使得内层24的边缘区域暴露于外部环境，但外层22不暴露于内部环境。
内层24和外层22的模制可以是均匀厚度的，或可以是非均匀厚度的。每个层也可以具有不同厚度。在本发明的实施例中，保护罩密封件是均匀厚度的，在结合区域26处结合的两个层22、24将在每个层22、24最低限度地暴露于内部和外部流体状况下的地方围绕结合区域26夹持28或卷边，如图4A所示。
虽然结合几个实施例描述了本发明，应当理解本发明并不限于那些实施例。比如，为了满足考虑中的特殊应用的强度或磨损要求，三层或更多层可能是必要的。因此，本发明包括如后附的权利要求书的精神实质和范围所包括的所有的变动、改动和等效物。
权利要求
1.一种保护罩密封件，其包括第一端部；第二端部；及在第一端部和第二端部之间延伸的保护罩密封壁，保护罩密封壁包括内层和外层，其中，每个层包括不同的材料。
2.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，内层耐润滑油，外层耐臭氧。
3.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，外层耐臭氧。
4.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，内层包括氢化丁腈橡胶，外层包括三元乙丙橡胶。
5.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，外层和内层由弹性体制成。
6.根据权利要求5所述的保护罩密封件，其中，弹性体包括橡胶和热塑性弹性体。
7.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，外层和内层结合在一起。
8.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，外层和内层胶合在一起。
9.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，外层位于内层周围。
10.根据权利要求1所述的保护罩密封件，进一步包括与所述内层和所述外层之间的结合区域相互结合的顺性层。
11.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，内层包括端部区域，外层延伸过内层的端部区域。
12.根据权利要求1所述的保护罩密封件，其中，内层包括逐渐变小的端部区域，其终止于外层的端部处。
13.一种用于密封接头的保护罩密封件，其包括适合于连接第一接头部分的第一端部；适合于连接第二接头部分的第二端部；及在第一端部和第二端部之间延伸的保护罩密封壁，保护罩密封壁包括内层和外层，其中，每个层包括不同的材料。
14.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，内层耐润滑油，外层耐臭氧。
15.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，外层耐臭氧。
16.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，内层包括氢化丁腈橡胶，外层包括三元乙丙橡胶。
17.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，外层和内层由弹性体制成。
18.根据权利要求17所述的保护罩密封件，其中，弹性体包括橡胶和热塑性弹性体。
19.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，外层和内层结合在一起。
20.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，外层和内层胶合在一起。
21.根据权利要求13所述的保护罩密封件，其中，外层位于内层周围。
22.根据权利要求13所述的保护罩密封件，进一步包括与所述内层和所述外层之间的结合区域相互结合的顺性层。
23.一种生产包括内层和外层的双层保护罩密封件的方法，该方法包括提供第一材料；提供不同于第一材料的第二材料；及模制保护罩密封件，使得第一材料形成内层，第二材料形成外层。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，第一材料耐润滑油，第二材料耐臭氧。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，第一材料和第二材料是弹性体。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，弹性体包括橡胶和热塑性弹性体。
27.根据权利要求23所述的方法，其中，进一步包括结合第一材料和第二材料的步骤。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，模制包括注模或吹模。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，内层和外层是同时双注模而成。
全文摘要
一种模制的保护罩(14)，具有由不同弹性体材料制成的内层(24)和外层(22)。每个层与其所暴露的流体环境相容。该双层保护罩提供了更长的使用寿命，具有较少的由化学和环境暴露导致的降解。
文档编号F16D3/00GK1846090SQ200480025502
公开日2006年10月11日 申请日期2004年9月2日 优先权日2003年9月5日
发明者S·-L·A·王 申请人:Gkn 动力传动系统北美有限公司