专利名称：用于耦合部件的膨胀管和制造膨胀管的方法
技术领域：
本发明涉及柔性的膨胀管，所述膨胀管可在压力下膨胀以操作或接合用于诸如工业离合器或制动器之类的机构中的耦合部件。
背景技术：
用于工业机械和设备的离合器或制动器可包括耦合部件，所述耦合部件具有安装 在刚性环形缘上的环形膨胀管。摩擦瓦组件以环形阵列与该管连接。当加压时，该管膨胀 以使摩擦瓦组件压靠在另一个耦合部件上以使两个耦合部件互连或阻碍它们之间的相对 运动。此前已通过一种方法制造具有这种构造的耦合部件，该方法包括手工制成一环形 膨胀管、将该环形膨胀管置于模具中、膨胀该管、以及加热模具以使管的弹性材料硫化。该 过程费力并且相应地显著增加了制造管和离合器或制动器的成本。
发明内容
依据本发明的一个方面，一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件膨胀管 包括具有预定长度的长形的、大体呈管状的结构，所述管状结构具有两个端部和位于所述 两个端部之间的接缝，所述接缝闭合所述管以形成大体呈环形的空腔。依据本发明的另一个方面，一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件包 括环形膨胀管，其具有能够与第二耦合部件接合的摩擦瓦组件的环形阵列以使所述两个 耦合部件互连，所述管包括具有预定长度的长形的、大体呈管状的结构，所述管状结构具有 两个端部和位于所述两个端部之间的接缝，所述接缝闭合所述环形管以形成大体呈环形的 空腔。依据本发明的再一个方面，一种用于制造用于流体操作式离合器或制动器的耦合 部件管的方法包括以下步骤构造长形的、大体呈管状的结构；将所述长形的管状结构切 割成具有预定长度的独立部分；操作所述独立部分以形成闭合的、大体呈环形的管，所述管 具有第一端部和第二端部；以及结合所述第一端部和第二端部。优选地，所述构造步骤包括在心轴上螺旋缠绕至少一个增强层并螺旋缠绕或挤出 至少一个未增强层。优选地，所述构造步骤包括热固结所述增强层和未增强层。
图1是包括根据本发明一个实施方式的膨胀管的示例性耦合部件的局部剖视立 体图；图2是管在组装到图1的耦合部件之前的在最终制造状态下示出的立体图；图3是一大体呈管状的结构的立体图，该结构具有几个支撑在心轴上的暴露层， 其用于图2所示的管中；
图4是图示制造根据本发明一实施方式的管的方法的流程图；图5是图2的根据本发明一个实施方式的大体呈管状的结构的剖视立体图，示出了该结构的增强层中的纤维取向；图6是图4所示的结构的详图，进一步图示了该结构的增强层中的纤维取向；并且图7和8是根据本发明一实施方式的阀的分解立体图，该阀用于图2所示的管中。
具体实施例方式现在参照附图，附图不用于对本发明进行限制，图1图示了一示例性耦合部件10， 其包括膨胀管12和摩擦瓦组件14的环形阵列。摩擦瓦组件14可与鼓或第二耦合部件(未 示出)的外侧接合以使所述两个耦合部件互连。示例性耦合部件10可作为制动器或离合 器的一部分。通过膨胀管12的径向膨胀，摩擦瓦组件14移动而与所述鼓接合。因而，当诸如空 气压力之类的流体压力经管道16传入环形管12时，所述管径向向内地膨胀。这导致管12 将摩擦瓦组件14压靠在鼓上。瓦组件14与鼓之间的摩擦使得鼓和耦合部件10互连。在图示的耦合部件10中，刚性的环形金属缘18与膨胀管12连接。缘18具有环 形安装凸缘20，所述环形安装凸缘20用来将耦合部件10与相关的设备或支撑结构(未示 出)连接。缘18具有圆筒形腹板22，所述腹板22的径向内侧面粘合于管12的径向外侧壁 部。当管12膨胀而将摩擦瓦14压靠在鼓或其他耦合部件上时，扭矩在摩擦瓦组件与缘18 之间传递。为了使管12能承受相对较大的扭力，在管12中设置有一个或多个增强和未增 强层24，下面将更详细地说明。参照图2和3，示出了根据本发明一个实施方式的管12。在图2中，管12以在组 装到耦合部件10之前的最终制造状态示出。管12包括长形的、具有预定长度的大体呈管 状的结构24，所述结构24具有两个端部26a、26b和位于所述两个端部之间、闭合管12而形 成一连续环形空腔30 (见例如图1)的接缝28。在一个实施方式中，管12包括至少一个增强层32，该增强层32夹在一内侧未增强 层34与一外侧未增强层36之间。然而，可理解管12可具有任意层数，包括例如如图3和 图6所示的多个增强层32，或只有单个设置于增强层32内侧或外侧的未增强层34、36。管12如此地构造通过制造一长形的大体呈管状的结构24、将管状结构24切割 成预定长度并将每一段的端部26a、26b在接缝28处结合在一起而形成环形管12。尽管在 未增强层32中可应用一系列的弹性体以利于这种构造——包括未固化的热固性和热塑性 弹性体，但是在结合两个端部时热塑性弹性体提供了效率和整体性的最佳结合。热塑性聚 亚安酯由于其机械性能、热性能、化学性能和老化性能的良好整体平衡而特别适合用于离 合器中的管。类似地，虽然多种有机和无机纤维可用于增强层中，但是诸如聚酯、尼龙和人 造纤维之类的有机纤维由于它们的成本较低、刚度低以及通常可接受的热性能而特别适合 用于管12。包括多个类似于用于车辆轮胎和工业用软管行业的纤维束——通常称为“轮胎 帘线”——的加捻纤维束的聚酯纤维特别但不排他地适合用于管12 ；然而，推荐用异氰酸 酯、封端型异氰酸酯或环氧胶料来取代传统的用于热固性弹性体的间苯二酚_甲醛-乳胶 纤维胶料以提供与热固性弹性体更坚固的粘合。参照图4，现在将说明制造根据本发明一实施方式的管12的方法。在图示的实施方式中，可通过制造半连续的覆盖有单向纤维或织物的弹性体板来构造每个增强层32。 如选项A所示，诸如聚氨酯之类的热固性弹性体可轧制并压延成一预定宽度的大体平直的 板，在其中可根据本领域公知的方法嵌入诸如轮胎帘线之类的已处理过的纤维或织物。可 替代地，如选项B所示，增强纤维——其包括聚酯但不是限制性的——也可捻成帘线并涂覆 有相容的胶料(即，粘合促进剂)，然后编织成预定宽度(例如，约40-60英寸(15. 7-23.6 厘米))的单向织物。然后可用热塑性弹性体(例如，TPU)挤出涂覆所述织物以形成具有 预定厚度和宽度(例如，厚度为约0. 04英寸(0.015厘米)、宽度为40-60英寸(102-152厘 米))的板。可利用本领域公知的加热轧辊来提供所述纤维结构的足够的聚合物流动性和 透过性。取决于透过的程度，所述织物可在一侧或两侧涂覆有聚合物。化学交联剂可在所述纤维增强结构的挤出涂覆过程中添加至所述热塑性弹性体 (例如，配给到挤出机的机筒内)。当采用这种方式时，当所述热塑性弹性体的温度较高时， 在增强层材料之间发生局部交联，促进了所述纤维与所述树脂之间以及所述热塑性弹性体 的本体内的聚合物链的交联。可选择化学交联剂的类型和量以有利于实现较低的交联度， 该交联度足以提高增强层在温度升高时的稳定性，但是足够地低，从而在随后的高温加工 操作中可发生进一步的流动和粘合。在本发明的示例性实施中，由BASF制造的材料号为1185A10的TPU介质与两种实 验性的化学交联剂(例如，Link 1. 0或Link 2. 0)中的任一种混合。然后执行T 型剥离测试，结果是在比未改进的、全热塑性聚合物所需稍高(例如，10-20° )的粘合温 度下，层之间的粘合强度是未改进的热塑性聚合物的强度的80%。这些结果表明聚合物链 保持了足够的活动性以实现充分的热粘合，并仍然允许所述层在缠绕后的固结。可替代地，所述纤维或织物可在挤出涂覆前涂覆有化学交联剂。在挤出涂覆的过 程中，相对较热的热塑性弹性体接触涂覆的纤维或织物，激活化学交联剂并导致纤维或织 物与所述热塑性弹性体之间的聚合物链的局部交联。由于所述纤维机械和化学地固定于弹 性体，所以该过程改善了纤维或织物与弹性体的粘合和长期蠕变性能。大部分弹性体保持 未交联以保留所述增强层的热塑性。类似地，可通过诸如通过板或吹膜挤出成型制造半连续的未增强弹性体板来构 造每个未增强弹性体层32。然后可将所述增强的和未增强的板切开或切割成单独的多条 “带”，每条“带”都具有预定宽度。在一个实施方式中，可通过将各条未增强的弹性体“带”螺旋缠绕在心轴38上来 构造管状结构24。可选定每条带的宽度以匹配特定的缠绕层中所需的最小内径、重叠量和 纤维螺旋角。为了便于将所述心轴从所述管状结构中移去，所述心轴可涂覆有诸如硬脂酸 锌或聚乙烯薄膜之类的分离剂。虽然图3所示的心轴的横截面大体是圆形，但是也可使用 非圆形心轴，诸如那些具有大体呈卵形的横截面或大致类似于图1所示的管腔30的横截面 的心轴。参照图3，两个增强的弹性体层32螺旋缠绕在未增强的弹性体层34上；然而，如以上所述，增强层的数量不限于此。就所述螺旋缠绕的增强的弹性体层而言，选择螺旋角以 在所述管的主载荷方向提供可接受的正交各向异性纤维的强度和刚度平衡。如图5所示， 增强的弹性体层的坐标1、2、3示出为靠近未增强的弹性体层34的坐标X、Y、Z，示出了它们 之间代表所述螺旋角的相对角度θ。图6中，相对于管状结构24的径向延伸轴线R和轴向延伸轴线Φ示出两个增强层32的螺旋角。例如，在离合器应用中，可选择螺旋角+/_ θ最 小为约+/-45°。然后可将第二螺旋缠绕的未增强的弹性体层36置于增强的弹性体层32 之上以形成具有特定长度(例如，约100’(30.5米))的管。虽然在此所述的构造方法包括 螺旋缠绕每个管层，但并不局限于此。例如，可替代地，未增强层34、36可被挤出并且增强 层32可包括编织的或螺旋施加的增强织物。也可在未增强层34、36与增强层32之间布置 化学交联剂。例如，当所述未增强层和增强层螺旋地卷绕时，化学交联剂可作为涂层涂布在 除外层之外的每个缠绕层上。当在未增强层与增强层之间采用化学交联剂时，热固结过程 激活所述交联剂以将所述层粘合在一起，增强了所述管状结构的整体结构完整性并降低了 所述层层裂的可能性。在层的热固结之前，可将尼龙织物带或其他适合的材料(未在图中示出)螺旋缠绕在外侧的未增强弹性体层36的周围以将径向向内的压力施加在所述层上并在热固结过 程中保护管状结构24。可利用多种方法实现管状结构24的热固结，所述方法包括但不限于 加热心轴(心轴内的电阻、感应或加热流体)或通过将整个管状结构插入诸如蒸汽热压机 或烤箱之类的加热环境内。例如在蒸汽热压机中，温度和压力提升了层之间的分子活动性 和粘合。已确定将管状结构置于温度约为293华氏度的饱和蒸汽中约35分钟就足以用诸 如Seaman 1940PTFF之类的硬度较低的聚酯热塑性聚氨酯粘合和固结上述管结构。固结之后，将所述尼龙带移去并可将心轴38从管状结构24中抽出，诸如通过利用 流体压力(例如，高压水)弹出所述心轴。可利用额外的热量和压力使连续的并且仍然较 直的管状结构24永久变形以获得图1所示的大体平直的形状。然后可将平直的管状结构 24切割成具有预定长度的多个部分，使得当切割段的端部结合时可形成闭合的环形管以形 成连续的空腔30。在结合之前，可在管12的壁上诸如通过冲压或切割设置开孔以容置将管 道16连接至管12的空气入口和出口阀40。在图7和图8所示的实施方式中，阀40包括内部阀构件42和外部阀构件44，所述 内部阀构件42在结合前插入管12的内部，所述外部阀构件44在结合管状结构24的端部 之前附连于所述内部阀构件。所述内部阀构件包括适于拧入外部阀构件44中相应螺纹凹 部48内的螺纹凸部46。内部阀构件42中大体平直的配合面50包括至少一个环形肋52， 其与空腔40的内表面接合以形成气密密封。内部阀构件42中的六角孔54适于配合相应 形状的六角工具(未示出)，允许从管12的外侧相对于外部阀构件44旋转内部阀构件42 以组装阀40。可利用热固性或热塑性粘合剂结合所述直管状结构的端部26a、26b。对于热塑性 管，也可采用溶剂粘合或热焊接来结合所述端部。可利用各种源产生实现热焊接所需的热 量，所述源包括但不限于加热工具、热气体、振动、超声波、电感、射频、电阻、红外线和激光
能量°本发明已在前面的说明书中很详细地进行说明，并且认为本发明的各种变更和修 改在本领域的技术人员阅读和理解本说明书后将变得显而易见。所有此类变更和修改都将 包含在本发明内，只要它们落在所附权利要求书的范围之内。
权利要求
一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件膨胀管(12)，包括具有预定长度的长形的、大体呈管状的结构(24)，所述管状结构(24)具有两个端部(26a，26b)和位于所述两个端部(26a，26b)之间的接缝(28)，所述接缝(28)闭合所述管(12)以形成大体呈环形的空腔(30)。
2.如权利要求1所述的管，其中所述大体呈管状的结构(24)包括至少一个增强层 (32)和至少一个未增强层(36)。
3.如权利要求2所述的管，其中所述大体呈管状的结构(24)包括多个增强层(32)。
4.如权利要求2所述的管，其中所述增强层(32)包括半连续的涂覆有弹性体的单向纤 维或织物板。
5.如权利要求4所述的管，其中所述织物的任一侧或两侧涂覆有聚合物。
6.如权利要求2所述的管，其中未增强的弹性体层包括半连续的未增强的弹性体板。
7.如权利要求2所述的管，其中所述增强层(32)和未增强层(34)以预定的螺旋角螺旋缠绕。
8.如权利要求2所述的管，其中所述未增强层(34，36)是挤出的弹性体。
9.如权利要求2所述的管，其中所述增强层(32)包括编织的或螺旋施加的增强织物。
10.如权利要求2所述的管，其中所述增强层(32)和所述未增强层(34，36)中的至少 一个包括热塑性弹性体。
11.如权利要求2所述的管，其中热塑性弹性体至少局部地化学交联。
12.如权利要求2所述的管，进一步包括内部阀构件(42)和附连于所述内部阀构件 (42)的外部阀构件(44)，所述内部阀构件(42)包括适于拧入所述外部阀构件(44)相应螺 纹凹部(48)内的螺纹凸部(46)，并且所述内部阀构件(42)中大体平直的配合面(50)具有 至少一个环形肋(52)，所述环形肋(52)接合空腔(40)的内表面以形成气密密封。
13.如权利要求1所述的管，其中所述大体呈管状的结构(24)包括至少一个增强层 (32)，所述增强层(32)夹在内侧的未增强层(34)与外侧的未增强层(36)之间。
14.如权利要求1所述的管，其中所述接缝(28)包括热固性或热塑性胶粘剂、溶剂粘合 剂和热焊缝之一。
15.一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件(10)，包括环形膨胀管(12)，其具有能够与第二耦合部件接合的摩擦瓦组件(14)的环形阵列以 使所述两个耦合部件互连，所述管(12)包括具有预定长度的长形的、大体呈管状的结构 (24)，所述管状结构(24)具有两个端部(26a、26b)和位于所述两个端部(26a、26b)之间的 接缝(28)，所述接缝(28)闭合所述环形管(12)以形成大体呈环形的空腔(30)。
16.如权利要求15所述的耦合部件，其中所述大体呈管状的结构(24)包括至少一个增 强层(32)和至少一个未增强层(34，36)。
17.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述大体呈管状的结构(24)包括多个增强层 (32)。
18.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述增强层(32)包括半连续的涂覆有弹性体 的单向纤维或织物板。
19.如权利要求18所述的耦合部件，其中所述织物的任一侧或两侧涂覆有聚合物。
20.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述未增强的弹性体层包括半连续的未增强的弹性体板。
21.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述增强层(32)和未增强层(34)以预定的 螺旋角螺旋缠绕。
22.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述未增强层(34，36)是挤出的弹性体。
23.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述增强层(32)包括编织的或螺旋施加的增 强织物。
24.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述增强层(32)和所述未增强层(34，36)中 的至少一个包括热塑性弹性体。
25.如权利要求16所述的耦合部件，其中所述热塑性弹性体至少局部地化学交联。
26.如权利要求16所述的耦合部件，进一步包括内部阀构件(42)和附连于所述内部阀 构件(42)的外部阀构件(44)，所述内部阀构件(42)包括适于拧入所述外部阀构件(44)相 应螺纹凹部(48)内的螺纹凸部(46)，并且所述内部阀构件(42)中大体平直的配合面(50) 具有至少一个环形肋(52)，所述环形肋(52)接合空腔(40)的内表面以形成气密密封。
27.如权利要求15所述的耦合部件，其中所述大体呈管状的结构(24)包括至少一个增 强层(32)，所述增强层(32)夹在内侧的未增强层(34)与外侧的未增强层(36)之间。
28.如权利要求1所述的管，其中所述接缝(28)包括热固性或热塑性胶粘剂、溶剂粘合 剂和热焊缝之一。
29.一种制造用于流体操作式离合器或制动器的耦合部件膨胀管(12)的方法，包括以 下步骤 构造长形的、大体呈管状的结构(24)； 将所述长形的管状结构(24)切割成具有预定长度的独立部分； 操纵所述独立部分以形成闭合的、大体呈环形的管(12)，所述管(12)具有第一端部和 第二端部(26a, 26b)；以及结合所述第一端部和第二端部(26a，26b)。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述构造步骤包括在心轴上螺旋缠绕至少一个增 强层并螺旋缠绕或挤出至少一个未增强层。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述构造步骤包括热固结所述增强层和未增强层。
全文摘要
一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件膨胀管(12)，包括具有预定长度的长形的、大体呈管状的结构(24)，所述管状结构(24)具有两个端部(26a，26b)和位于所述两个端部(26a，26b)之间的接缝(28)，所述接缝(28)闭合所述管(12)以形成大体呈环形的空腔(30)。也公开了一种用于流体操作式制动器或离合器的耦合部件(10)，所述耦合部件(10)包括膨胀管(12)，还公开了一种制造耦合部件膨胀管(12)的方法。
文档编号F16D65/18GK101842606SQ200880114427
公开日2010年9月22日 申请日期2008年10月31日 优先权日2007年11月1日
发明者D·M·丹科, D·W·费勒斯, E·J·胡梅尔特, J·A·科瓦奇, J·F·内塞, J·P·巴恩豪斯, K·T·珀金斯, P·J·罗尔曼, R·S·特科斯基, T·C·凯利 申请人:伊顿公司