CN118176377A - 密封元件的制造方法、密封元件以及由该方法制造的密封元件的用途 - Google Patents

密封元件的制造方法、密封元件以及由该方法制造的密封元件的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于生产具有大致矩形基本形状的密封元件(10)的方法，该基本形状具有第一延伸方向(12)和第二延伸方向(14)以及多个开口(18,20)。本发明提供的制造方法比现有技术中已知的制造方法在技术上更简单，且更节约成本，因为密封元件(10)通过注射成型方法和压缩成型方法初步形成为展开形状，然后形成类圆柱形的最终轮廓。本发明还涉及通过这种方法生产的密封元件(10)及其用途。

Description

密封元件的制造方法、密封元件以及由该方法制造的密封元 件的用途
技术领域
本发明涉及一种密封元件，其具有大致矩形的基本形状，具有第一延伸方向和第二延伸方向以及多个开口，以及用于制造这种密封元件的方法，以及根据这样的方法制造的密封元件的用途。
这种密封元件是已知的，例如在EP3385583A1或WO2021/087106中。
背景技术
在许多“旧”技术领域中，例如建立在德国的汽车工业，其重点不再仅仅放在新产品的开发上。相反，改进现有技术以提高效率和降低成本正在成为人们关注的焦点。这会影响从发动机到玻璃水的各个层面。由于功能的增加，除了上述要求之外，该行业还面临着解决在越来越小的安装空间中出现的任务的挑战。
上述问题中的一个例子是机动车的热管理模块。此外，由于传动***的电气化程度不断提高，如今大量冷却剂的流量不得不被调节，有时还要在不同的温度水平下进行调节。因此，越来越多地使用具有多个内部通道和多个端口的旋转滑阀。它们非常紧凑，并且由于它们的位置不同，它们能够根据需要同时实施和控制不同的冷却剂流量。这种旋转滑阀需要在不同的连接之间使用特殊的密封件，即提供壳体，并在壳体内布置旋转滑动密封件，使只有预定的流体才能通过阀体。
最初提到的EP3385583A1被认为是最接近的现有技术。它描述了这样一种多路阀，其包括具有内部空腔和多个连接件的壳体、配备有内部通道的可旋转地设置的圆柱形阀体和密封元件，该阀体布置在壳体的空腔内。密封元件具有大致的套筒形状并且具有多个开口。它的布置方式是将圆柱形阀体封闭在壳体的空腔内。
同样在开头提到的WO 2021/087106具有类似于EP3385583A1的密封元件。它与后者的不同之处在于它不具有完整的套筒形状，而是在整个轴向长度上的某个截面上被中断。
上述文献的两个密封元件的共同之处在于，即使在未安装时，它们的基本形状也至少部分地对应于中空圆柱体或套筒的形状。复杂的三维形状对密封元件的制造提出了很高的要求。这种注射成型方法需要一种生产复杂并且具有多个滑块或至少一个下游冲压或切割过程的注射成型工具。这导致制造商的生产成本很高，这意味着对于客户来说单个零件的价格也很高。
发明内容
因此，本发明的目的是描述一种制造密封元件的方法以及一种密封元件，该密封元件与现有技术中已知的密封元件的情况相比，技术上更简单，且因此制造起来更节约成本。通过这种方法生产的密封元件的用途是本发明的另一方面。其目的通过一种用于生产密封元件的方法来实现，该密封元件具有大致矩形的基本形状、第一延伸方向和第二延伸方向以及多个开口，其中，密封元件以展开的形式通过注射成型工艺(Injection Molding)或压缩成型工艺(Compression Moulding)生产，然后形成近似为圆柱形的最终轮廓。有利的改进是进一步从属方法权利要求2至9的主题。
通过该方法生产的权利要求10所述的密封元件以及权利要求23所述的密封元件的用途解决了其他方面的问题。密封元件的有利改进是从属权利要求11至22的主题，而使用的有利改进是从属权利要求24至26的主题。
在其最常规的形式中，本发明首次提供了一种制造密封元件的方法，其中在形成接近圆柱形的最终轮廓之前，通过注射成型方法或压缩成型方法以展开的形式进行初步成形。与现有技术相比，这种方法既经济又易于掌握，可以生产出近似为圆柱形的密封元件，并能以这种方式使用。以此方式，可以省去硫化工具的复杂的三维几何形状、附加的滑块或用于后处理和/或进一步处理的后续处理步骤。
对于初步成型，弹性材料在硫化工具中在压力下加热并成型。为了获得硫化所需的弹性材料的粘度，温度、压力和其他参数的正确组合至关重要。除了所描述的包括一种弹性材料的实施例之外，还可以想到使用至少两种弹性材料的实施例。这些可以均匀混合或异质排列。后者提供了例如实现由弹性材料制成的芯和由第二弹性材料制成的涂层的可能性。
硫化工具的空腔对应于待生产的密封元件的展开形状。对于本发明提供的制造方法的第一实施例，空腔具有大致矩形的基本形状，其具有与其正交布置的第一延伸方向和第二延伸方向。第一延伸方向和第二延伸方向相应地跨越围绕多个开口的大致矩形的框架。这些开口通过连接到框架的腹板彼此分开，并且也在注射成型工艺或压缩成型工艺期间形成。
如果目的是获得具有单独使用弹性材料无法实现的性能的密封元件，也可以将附加部件(例如薄膜)***到硫化工具中，并将密封元件以化学或机械方式粘合到其上。因此，在密封元件的形成期间已经建立了与附加部件的连接。
在注射成型工艺或压缩成型工艺之后，所得密封元件被卷绕成近似圆柱形的最终轮廓。第一延伸方向对应于圆柱形最终轮廓的圆周方向，而第二延伸方向沿假想中心轴同轴延伸。结果，在第一延伸方向上由于弯曲而发生弹性形变，在第二延伸方向上不发生弹性形变。
为了减小由弹性形变引入的预应力，根据有利的实施例提出，在注射成型工艺或压缩成型工艺期间，密封元件的各个区段已经被赋予部分圆柱形的形状。为了这个目的，硫化工具被设计成使得沿第一延伸方向对齐的框架的所有部分以及沿相同方向延伸的可能的腹板具有相应的弯曲几何形状。对此的例外是框架的第一延伸方向上的那些点，在这些点处沿第二延伸方向延伸的腹板与框架相交。高度抽象地说，在注射成型工艺或压缩成型工艺之后，硫化工具的空腔以及由其生产的密封元件具有波浪形状。沿第二延伸方向延伸的腹板与框架相交的点代表波浪的波峰，而预成型段的中心代表波浪的波谷。
在本发明的另一实施方案中，使用弹性体和/或聚合物的一种或多种起始材料作为材料。特别地，还可以想到这样的变型，其中密封元件的一些部分由弹性体构成，且其他部分由聚合物构成。在其最终形式中，弹性体和聚合物都在柔韧性和摩擦力之间具有良好的平衡，并且通常用作密封材料。
在有利的实施例中，密封元件在成型硫化过程之后被回火。这增强了分子之间的结合并提高了密封元件的弹性性能。
在另一有利实施例中，密封元件被部分或完全涂覆。例如，这里可以想到，在后续的操作期间，PTFE涂层涂在所有部分上，形成动态密封表面。这种涂层可用于减小相应滑动副的摩擦力，而不会对密封性能产生不利影响。根据的一项或多项应用权利要求(下面会详细描述)，本发明的密封元件用于密封介质分配器的圆柱形旋转阀，使其与壳体相连。这种介质分配器特别用于必须同时调节地、基本上彼此独立地多个流体流的应用中。各种流体流的温度、压力和体积流量等方面可能有所不同。特别地，后者可能需要壳体中的不同尺寸的连接件和圆柱形旋转阀中的通道。因此，本发明提供的密封元件的另一实施例是可以想到的，其中一个或多个开口具有不同的尺寸。当然也可以想到其变型，其中多个开口具有相同的尺寸并且单个或几个另外的开口具有不同的尺寸。
基于上述可能不同的尺寸，还可以想到其中密封元件的开口具有不同形状的实施例。根据各个应用的适用性，开口可以具有例如矩形、圆形或椭圆形形状，当然也可以是能想到的其他几何形状。特别地，这还包括不对称的形状。单个密封元件还可以具有不同形状的开口。
除了尺寸和形状之外，多个开口的布置还取决于应用。在第一延伸方向和第二延伸方向上观察，一个或多个开口可以彼此相邻地布置。在布置时出现重复模式或对称性是可能的，但不对称布置也是可以想到的。
密封元件的框架和腹板可具有大致矩形的横截面轮廓。横截面轮廓也可以是圆形、三角形、曲线形或其他形状。可根据个人要求和具体情况进行选择。
当使用本发明提供的密封元件时，其实现相对于介质分配器的壳体的静态密封和相对于圆柱形旋转滑动件的动态密封。为了确保密封元件在操作期间不能相对于介质分配器的壳体旋转，在一个实施例中，其在近似圆柱形的最终轮廓的径向外侧上具有一个或多个凹槽。设置在介质分配器的壳体的径向内侧上的一个或多个相应的弹簧接合在该一个或多个凹槽中。
也可以将上述的榫舌和凹槽连接反转。根据另一实施例，一个或多个弹簧因此设置在密封元件的近似圆柱形的最终轮廓的径向外侧上。这些弹簧又接合在一个或多个相应的凹槽中，这些凹槽布置在介质分配器的壳体的径向内侧上。弹簧是密封元件的固有部分，在硫化过程中形成。
特别地，上述实施例教导了密封元件和介质分配器的周围壳体之间的榫舌和凹槽连接，密封元件还可以实现用于圆柱形旋转滑动件的轴承壳的功能。因此，如果密封元件的刚度足够高，径向力可以被密封元件吸收。这提供了在驱动圆柱形旋转滑动件的轴上节省一个或多个轴承的可能性，这又可以在安装空间和成本方面带来优势。此外，通过密封元件和圆柱形旋转滑动件之间的动态密封表面可以更好地补偿圆柱形旋转滑动件和介质分配器的壳体之间的过度确定和轴线偏移。根据一个替代实施例，密封元件可以相对于圆柱形旋转滑动件旋转地固定，因此密封元件与圆柱形旋转滑动件形成静态密封表面。在这种情况下，动态密封表面存在于密封元件和介质分配器的壳体之间，该壳体径向地围绕密封元件。为了确保这种位置关系，密封元件可以在其圆柱形轮廓的径向内侧上设置有一个或多个凹槽。介质分配器的圆柱形旋转滑块的径向外侧装有一个或多个相应的弹簧，这些弹簧与一个或多个凹槽连接。
也可以将上述榫舌和凹槽连接反转。根据另一实施例，一个或多个弹簧因此设置在密封元件的近似圆柱形的最终轮廓的径向内侧上。这些弹簧又连接在一个或多个相应的凹槽中，这些凹槽布置在圆柱形旋转滑动件的径向外侧上。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明。附图如下：
图1a展示了本发明提供的密封元件的第一实施例的平面图；
图1b以侧视图展示了图1a中由本发明提供的密封元件；
图2a到2g是本发明提供的密封元件的一部分的不同横截面轮廓图；
图3a展示了本发明提供的密封元件的第二实施例的平面图；
图3b以侧视图展示了图3a中由本发明提供的密封元件；
图4展示了图3a和图3b中的密封元件在安装状态下的近似圆柱形的最终轮廓；
图5a展示了本发明提供的密封元件的第三实施例的平面图；图5b以侧视图展示了图5a提供的密封元件；
图6展示了图5a和图5b中的密封元件在安装状态下的近似圆柱形的最终轮廓；以及
图7展示了本发明提供的密封元件在安装状态下的第四实施例；
图1a至图7展示了本发明提供的密封元件的不同实施例和状态。生产这种密封元件的方法通过所有这些附图来解释，而不是使用单独的附图来说明各个方法步骤。
具体实施方式
图1a以平面图展示了本发明提供的密封元件10的第一实施例。结合图1b可以看出，图1b展示了图1a的密封元件10的侧视图，这是基本上平坦且平面的结构。密封元件10包括第一延伸方向12和基本上与其正交设置的第二延伸方向14，密封元件10的框架16横跨第一延伸方向12和第二延伸方向14，该框架16具有基本的矩形形状。另外，密封元件10包括多个开口，其中一些开口在图1中设有附图标记18和20。开口18、20之间由腹板22分开，腹板22与其他腹板22或框架16相连。
图1a和1b展示了本发明提供的制造方法在进行最后步骤之前的密封元件10。为了实现这一点，密封元件10在注射成型工艺或压缩成型工艺中初次形成。因此，相关的硫化工具的腔体具有与待生产的密封元件10完全相同的形状，但是呈展开的形式。在最后的方法步骤中，主要形成为展开形式的密封元件10通过框架16的位于第二延伸方向14上的两个部分被卷起，并被引导朝向彼此。这创建了近似圆柱形的最终轮廓，其中最初的，第一延伸方向12沿着圆周延伸，而原来的第二延伸方向14与圆柱形最终轮廓的假想中心轴线同轴设置。结合图4，以下详细描述了在安装状态下以这种方式卷起的密封元件10形成的近似圆柱形的最终轮廓。
框架16和/或腹板22的横截面轮廓的可能形式在图2a至2g中示出。如图2a所示，这样的横截面轮廓可以具有矩形形状，其中内角和外角以及边缘根据个性化的应用而被倒圆到较小或较大的程度。如图2c所示，这也可以被涂覆在一侧或多侧上，优选地涂覆在操作期间形成动态密封表面的一侧上。例如，PTFE涂层可用于此目的。密封元件10也可以由在硫化过程中彼此连接的两种材料组成。此外，可以想到圆形横截面形状(图2b)以及三角形横截面形状，其朝向可以不同(图2d至2f)。另外，十字形或X形横截面形状也是可以想到的(图2g)，以及图2a至2g中未示出的其他形状。优选地，密封元件10的框架16和腹板22的所有部分都具有相同的横截面形状。然而，还可以想到其中框架16的各个部分和/或一个或多个腹板22具有不同的横截面形状的实施例。根据具体的使用条件，针对每个具体情况进行适当的选择。
图3a和图3b展示了本发明提供的密封元件10的另一实施例，图3a所示的俯视图与图1a完全对应。从图3b中的相应侧视图可以看出，密封元件10的位于第一延伸方向12上的各个部分以部分圆柱形的方式预成型。一方面，这涉及框架16的位于第一延伸方向12上的部分，但也可以包括也位于第一延伸方向12上的腹板22。这些部分壳体24的半径大致对应于密封元件10在其近似圆柱形的最终轮廓中的半径。与图1a和图1b的密封元件10类似，图3a和3b中的密封元件10可以用相对简单的硫化工具来生产。为了生产具有这种形状的密封元件10，可以省去注射成型工艺期间的复杂滑动，以及复杂的其他工艺，例如冲压或切割、后处理。
这种预成型有部分壳体24的密封元件10的实施例的优点在于，当形成近似圆柱形的最终轮廓时，较小的弯曲应力被施加到密封元件10的一些部分。这有利于更可靠地实现其密封功能。此外，它还可以减少摩擦和由此产生的阻力矩，在设计驱动器时可以考虑这一点。
根据一有利实施例，本发明提供的密封元件10被设计成使得其近似圆柱形的最终轮廓的圆周上包含一个或多个凹槽26。这些凹槽已经通过硫化工具的对应设计在初始成型期间形成。在图4所示的安装状态下，这些凹槽与介质分配器的壳体的相应榫舌一起形成配合连接，该介质分配器在其径向外侧包围密封元件10。该连接产生抗扭转装置，并因此确保密封元件10在壳体中的正确位置。
图5a和5b展示了本发明提供的密封元件10的另一实施例，其中与图3a和3b的实施例相比，榫舌-凹槽连接已经被反转。因此，一个或多个弹簧28从密封元件10的近似圆柱形的最终轮廓沿径向向外方向突出。该形状也是在设计硫化工具时为了初次定型而制成的。
如图6所示，当安装时，这些一个或多个弹簧28对应于介质分配器的壳体中的一个或多个相应的凹槽。与之前的示例类似，这种构造使得密封元件10被固定以防止相对于介质分配器的壳体旋转。
相反，图7展示了利用单个弹簧28进行操作的密封元件10的实施例。通过与壳体中相应弹簧的相互作用来产生所需的抗扭转保护。根据具体的使用条件，对适当数量的榫舌和凹槽连接及其对准进行适当的选择。
其中弹簧28形成为密封元件10的一部分的后一实施例允许横截面轮廓的高度的局部牺牲较小。因此可以增加密封元件10的整体稳定性和刚性。由于在该示例性实施例中凹槽设置在介质分配器的壳体中，因此增加壳体的直径以保持最小壁厚。由此可以推断，必须根据具体应用且基于操作条件选择榫舌和凹槽连接的设计。
参考列表
10密封元件
12第一延伸方向
14第二延伸方向
16框架
18开口
20开口
22腹板
24部分壳体
26凹槽
28弹簧

Claims (26)

1.一种用于制造密封元件(10)的方法，该密封元件具有大致矩形的基本形状，具有第一延伸方向(12)和第二延伸方向(14)以及多个开口(18、20)，其特征在于，密封元件(10)通过注射成型工艺或压缩成型工艺初步成型为展开形状，然后形成近似圆柱形的最终轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述近似圆柱形的最终轮廓之后，所述第一延伸方向(12)沿着所述近似圆柱形的最终轮廓的圆周延伸，并且所述第二延伸方向(14)平行于所述近似圆柱形的最终轮廓的假想中心轴线。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述密封元件(10)的至少一部分在注射成型工艺或压缩成型工艺期间被赋予部分圆柱形形状。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述密封元件(10)的至少一部分沿着所述第一延伸方向(12)对齐，所述密封元件(10)的至少一部分在注射成型工艺或压缩成型工艺期间被赋予部分圆柱形形状。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(10)由弹性材料制成。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(10)由至少两种材料制成，其中所述两种材料中的至少一种是弹性材料，并且其中所述至少两种材料在注射成型工艺或压缩成型工艺中均匀或不均匀地分布。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封元件(10)在初步成型为展开形式或成型为所述近似圆柱形的最终轮廓之后被回火。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在形成所述近似圆柱形的最终轮廓之前，所述密封元件(10)被部分或完全地涂覆。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在注射成型工艺或压缩成型工艺期间，所述密封元件(10)被化学地或机械地连接到附加部件上。
10.一种具有多个开口(18、20)的密封元件(10)，其通过如权利要求1至9中任一项所述的方法制造。
11.如权利要求10所述的密封元件(10)，其特征在于，所述多个开口(18、20)具有相同的尺寸和/或不同的尺寸。
12.如权利要求10或11所述的密封元件(10)，其特征在于，所述多个开口(18、20)具有对称形状和/或不对称形状。
13.如权利要求10至12中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述多个开口(18、20)沿第一延伸方向(12)一个接一个地布置和/或彼此相邻地布置。
14.如权利要求10至13中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)的一部分的横截面轮廓具有圆形、棱角形或其他形状。
15.如权利要求10至14中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)在其近似圆柱形的最终轮廓的径向外侧上具有一个或多个凹槽(26)，以形成抗扭转装置。
16.如权利要求10至14中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)在其近似圆柱形的最终轮廓的径向外侧上具有一个或多个弹簧(28)，以形成抗扭转装置。
17.如权利要求10至14中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)在其近似圆柱形的最终轮廓的径向内侧上具有一个或多个凹槽(26)，以形成抗扭转装置。
18.如权利要求10至14中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)在其近似圆柱形的最终轮廓的径向内侧上具有一个或多个弹簧(28)，以形成抗扭转装置。
19.如权利要求10至18中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，在由两种材料制成的密封元件(10)中，第二材料在第三方延伸方向上完全或部分地覆盖第一材料，其设置成与第一延伸方向(12)和第二延伸方向(14)正交。
20.如权利要求10至19中任一项所述的密封元件(10)，其特征在于，所述密封元件(10)的至少两个部分之间的区域被设计为预定的扭结点，所述区域在注射成型工艺或压缩成型过程中被赋予部分圆柱形形状。
21.如权利要求20所述的密封元件(10)，其特征在于，所述预期的扭结点具有缩减的壁厚。
22.如权利要求20或21所述的密封元件(10)，其特征在于，在由至少两种材料制成的密封元件(10)中，所述预期的扭结点仅由一种材料制成。
23.如权利要求10至22中任一项所述的具有多个开口(18、20)的密封元件(10)的应用，所述密封元件通过如权利要求1至9中任一项所述的方法制造，用于将介质分配器的圆柱形旋转阀密封在介质分配器的外壳上。
24.如权利要求23所述的密封元件(10)的应用，其特征在于，所述密封元件(10)相对于所述壳体旋转地固定，并且与所述圆柱形旋转滑动件形成动态密封表面。
25.如权利要求23所述的密封元件(10)的应用，其特征在于，所述密封元件(10)相对于所述圆柱形旋转滑动件可旋转地固定，并且与所述壳体形成动态密封表面。
26.如权利要求25所述的密封元件(10)的使用，其特征在于，所述密封元件(10)还实现用于所述圆柱形旋转滑动件的轴承壳的功能。
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