用于弹簧制动致动器的密封组件

背景

本申请涉及一种用于弹簧制动致动器的密封组件。弹簧制动致动器用于商用车辆空气制动系统。每个空气制动系统可以包括至少两个安装在相对的轮端上的弹簧制动致动器。普通类型的弹簧制动致动器具有外壳，该外壳限定具有行车制动室的行车制动部分和具有驻车制动室和弹簧制动室的驻车制动部分。对于行车制动，压缩空气被选择性地引入行车制动室以移动活塞，推动致动器杆，从而操作行车制动系统。在驻车制动室中，引入压缩空气会移动第二活塞，该活塞压缩动力弹簧并允许致动器杆缩回外壳中，从而将车辆开走。弹簧制动致动器在驾驶员请求时通过从驻车制动室排出压缩空气来设置车辆驻车制动器，从而允许位于弹簧制动室中的动力弹簧伸展。当高于预定压力的压缩空气不再提供给驻车制动室时，弹簧制动致动器也可以自动设置。

弹簧制动致动器的驻车制动器部分将常常包括允许进入弹簧制动室的孔以便允许手动释放驻车制动器。随着时间的推移，内部部件可能会因通过此类孔进入外壳的流体和其他污染物而劣化。为了解决这个问题，一些弹簧制动致动器采用通气孔以允许污染物从外壳中逸出。然而，这些通气孔经常变成污染物进入的来源并且可能被堵塞。其他弹簧制动致动器试图密封外壳中的孔以防止污染物进入外壳。这些后者的弹簧制动致动器经常使用防尘塞，当孔不使用时将其插入孔中。然而，传统的防尘塞经常被车辆操作者和维护人员在定期维护期间移除防尘塞后丢弃。这些防尘塞可能很难重新安装。此外，如果个人重新安装防尘塞，则防尘塞往往被不正确地安装。传统的防尘塞在正常的车辆运行过程中也会因振动而移位。因此，本领域的技术人员在弹簧制动致动器设计和密封弹簧制动致动器的装置的领域继续进行研究和开发努力。

发明内容

根据一个实施例，一种用于弹簧制动致动器的密封组件包括塞子、单向阀和盖。塞子包括圆形平面部分，该圆形平面部分具有中心开口和至少两个布置在中心开口的外径外侧的孔。塞子包括在圆形平面部分的第一表面上的第一组区段，其布置成配合在弹簧制动致动器的端口的内径内；在圆形平面部分的第一表面上的第二组区段，其布置成配合在弹簧制动致动器的端口的外径外侧；固定在第一组区段和第二组区段之间用于密封抵靠端口的内表面的弹性体件；在圆形平面部分的第二表面上的第三组区段，其布置成接收盖；和围绕圆形平面部分的外圆周布置的第四组区段，其限定塞子的长度，第四组区段中的每一个在一端具有弯曲部分并且在相对端具有突起。单向阀装配在中心开口中以提供通过至少两个孔的单向空气流。盖具有臂，其尺寸设计为围绕第三组区段延伸并卡扣到圆形平面部分的第一表面上，其中盖在与塞子配合时形成腔室。

在另一个实施例中，用于空气制动系统的弹簧制动致动器包括限定弹簧制动室的外壳、在外壳的弹簧制动室中的孔、和固定到外壳的弹簧制动室的端口，所述端口用于提供进入所述孔。端口具有光滑的内表面和在外表面上的凹槽。密封组件安装在端口上。密封组件包括塞子、单向阀和盖。塞子包括圆形平面部分，该圆形平面部分具有中心开口和围绕中心开口的外径外侧的至少两个孔。该塞子包括在圆形平面部分的第一表面上的第一组区段，其布置成配合在端口的内径内；在圆形平面部分的第一表面上的第二组区段，其被布置成配合在端口的外径外侧；模制到第一组区段上用于密封抵靠端口的光滑内表面的弹性体件；在圆形平面部分的第二表面上的第三组区段，其布置成接收盖；和围绕圆形平面部分的外圆周布置的第四组区段，其限定塞子的长度，第四组区段中的每一个在一端具有弯曲部分并且在相对端具有用于配合在端口的凹槽内的突起。单向阀装配在中心开口中以提供通过至少两个孔的单向空气流。盖具有臂，其尺寸设计为围绕第三组区段延伸并卡扣到圆形平面部分的第一表面上，其中盖在与塞子配合时形成腔室。

在另一个实施例中，一种操作弹簧制动致动器的方法包括将密封组件安装到弹簧制动致动器的弹簧制动室的端口。密封组件包括用于提供单向空气流的单向阀。该方法包括将弹簧制动致动器设置在零行程，其中密封组件在弹簧制动室中保持约二psi的空气。该方法还包括将弹簧制动致动器设置在正常行程，其中密封组件通过单向阀从弹簧制动室排出空气以在弹簧制动室中保持大约零psi。

附图说明

图1是具有本发明的密封组件的弹簧制动致动器的一部分的示意图。

图2A和图2B各自是作为本发明的密封组件的一部分的塞子的横截面。

图3A和图3B各自是具有安装在弹簧制动致动器上的如图2A和图2B中的塞子的本发明密封组件的横截面。

图4是操作具有本发明的密封组件的弹簧制动致动器的方法。

具体实施方式

参照图1，示出了具有限定弹簧制动室的外壳12的弹簧制动致动器10。驻车制动器部分的驻车制动器室(未示出)接收气动输入以压缩位于弹簧制动室中的动力弹簧(未示出)，从而将驻车制动器保持在非驻车位置。这个弹簧制动室是密封的，以防止水分和污染物进入。但是，必须允许排出当释放动力弹簧时滞留在弹簧制动室中的空气，以确保驻车制动器的正常运行。此外，如果需要对弹簧制动致动器或随附的制动系统进行维护，则必须接近弹簧制动室内的动力弹簧以将其固定。因此，为此目的也必须存在穿过外壳12的进入口。

限定弹簧制动致动器10的驻车制动部分的弹簧制动室的外壳12通常是金属材料，例如铝或钢。外壳12包括孔口14，孔口14用作工具的入口点，该工具用于将位于外壳12内部的动力弹簧固定住。孔口14还用于从弹簧制动室释放空气。

端口16固定到外壳12并围绕孔口14。端口16可以是与外壳12相同的金属材料，或者它可以是不同的金属材料。端口16包括光滑的内表面和围绕端口16的外圆周的凹槽18。端口16可以焊接到外壳12或以其他方式铆接。在焊接到外壳12之后不需要对端口16进行机加工。

外壳12还可以包括固定到外壳12的柱20。柱20可以是金属材料或其他材料。

密封组件30是安装简单的组件的示例，其密封外壳12以防止湿气和污染物，同时允许来自弹簧制动室的加压空气排放到大气中。密封组件30被描绘为与端口16脱离。

密封组件30包括塞子32和盖34。盖34可以具有栓系件36。为了当脱离时保持密封组件30靠近外壳12，通过在柱20上滑动栓系件36，栓系件36附到柱20。然后技术人员可以使用适当的工具接近孔口14而不受密封组件30的干扰。密封组件30将不会放错位置，同时它保持附到柱20。

图2A描绘了密封组件30的塞子32的第一视图中的放大横截面。

塞子32包括圆形平面部分38。圆形平面部分38具有中心开口62。圆形平面部分38还包括布置在中心开口62的外径外侧的至少两个孔54。至少两个孔54的直径小于中心开口62的直径。

塞子32包括从圆形平面部分38的第一表面向外延伸的第一组区段40。第一组区段40轴向布置在至少两个孔54的位置外侧。

塞子32包括第二组区段42，第二组区段42布置在圆形平面部分38的第一表面的外圆周附近。第二组区段42的长度与第一组区段40的长度大致相同。

塞子32包括第三组区段46，第三组区段46围绕圆形平面部分38的与第一表面相对的第二表面的外圆周布置。第三组区段46从圆形平面部分38向外延伸。

图2B描绘了密封组件30的塞子32的视图中的放大横截面，其布置成与图2A中所示的视图成九十度。

塞子32包括围绕圆形平面部分38的外圆周布置的第四组区段66。第四组区段66限定塞子32的全长并且是可弹性变形的。第四组区段66包括在从第一表面延伸的端部处的突起68和从第二表面延伸的弯曲部分70。第四组区段66可包括活动铰链，使得当弯曲部分70被向内压时，突起68向外移动。

图3A描绘了具有安装在端口16上的密封组件30的弹簧制动致动器10的第一视图中的横截面。

当密封组件30安装在端口16上时，塞子32的第一组区段40部分地延伸到端口16的内径中。第二组区段42布置成在密封组件30安装时部分围绕端口16的外径。

塞子32包括固定在第一组区段40和第二组区段42之间的弹性体件44。弹性体件44可以直接包覆成型到第一组区段40。弹性体件44被成形为当安装密封组件30时，其完全位于端口16的内径内。弹性体件44将密封抵靠端口16的光滑内表面。弹性体件44可以是硅、橡胶或具有类似柔性的其他材料。弹性体件44可被模制为包括沿其外径的肋以改进抵靠端口16的内表面的密封。不需要额外的密封件，例如在现有技术的弹簧制动致动器防尘塞上发现的O形环。

密封组件30包括单向阀48。单向阀48摩擦配合在圆形平面部分38的中心开口62中。单向阀48被设计成当处于静止位置时覆盖至少两个孔54。单向阀48可以是伞形阀。单向阀48可由硅树脂或类似材料制成。当弹簧制动室中的压力在约一psi和约三psi之间时，单向阀48允许空气通过至少两个孔54流出弹簧制动室。可以调整单向阀48的形状和结构以提供不同的开启压力(裂缝压力)。

密封组件30包括盖34。盖包括平面部分60和臂50，臂50布置成围绕塞子32的第三组区段46。盖34的臂50被成形为便于将盖34卡扣配合到塞子32。当盖34卡扣配合到塞子32上时，室52在圆形平面部分38和盖34之间形成。当单向阀48打开时，空气从室52逸出到盖34的平面部分60周围的大气中。

盖34还可以包括栓系件36。栓系件36从盖34延伸跨越致动器外壳12的主体到达柱20。栓系件36远端上的孔64配合在柱20上。当未安装密封组件30时，它可围绕柱20枢转。

塞子32和盖34的材料可以是相同的弹性变形材料，例如尼龙或ABS塑料。所选材料应在暴露于紫外线光下稳定并耐冲击。替代地，塞子32可以是玻璃填充的塑料，以提高承受包覆成型工艺的能力。在将密封组件30安装到端口16上之前，通过将盖34卡扣在塞子32上，塞子32和盖34容易地组装在一起。一旦卡扣在一起，盖34将不需要从塞子32上松开。盖34到塞子32的组装也可以通过包括活动铰链作为盖34的臂50的一部分来实现。

图3B在第二视图中描绘了安装在端口16上的密封组件30的横截面，与图3A的第一视图大致90度。

盖34的平面部分60上的脊部56邻接单向阀48并有助于在安装时将单向阀48保持在中心开口62中。

第四组区段66的弯曲部分70和突起68便于密封组件30从端口16的附接和移除。第四组区段66固定到端口16的外径上的凹槽18，例如通过突起68卡扣配合到凹槽18中。密封组件30通过该特征在致动器的整个操作过程中保持在端口16上。密封组件30可以通过在弯曲部分70上向内按压而容易地被释放，这又将突起68从凹槽18释放。密封组件30可重复使用以多次安装到弹簧制动致动器10上。

不需要特殊的工具将单向阀48插入塞子32并将盖34组装到塞子32。不需要特殊工具将密封组件30安装到端口16上。密封组件30在致动器的整个正常运行过程中保留在端口16上，不会受到碎屑或锈蚀的影响。弹簧制动致动器10现在易于维修。因为不需要螺纹，所以在焊接或铆接至外壳12之前或之后不需要对端口16进行额外的机加工过程。

因此，一种用于弹簧制动致动器的密封组件包括塞子、单向阀和盖。塞子包括圆形平面部分，该圆形平面部分具有中心开口和至少两个布置在中心开口的外径外侧的孔。塞子包括在圆形平面部分的第一表面上的第一组区段，其布置成配合在弹簧制动致动器的端口的内径内；在圆形平面部分的第一表面上的第二组区段，其布置成配合在弹簧制动致动器的端口的外径外侧；固定在第一组区段和第二组区段之间用于密封抵靠端口的内表面的弹性体件；在圆形平面部分的第二表面上的第三组区段，其布置成接收盖；和围绕圆形平面部分的外圆周布置的第四组区段，其限定塞子的长度，第四组区段中的每一个在一端具有弯曲部分并且在相对端具有突起。单向阀装配在中心开口中以提供通过至少两个孔的单向空气流。盖具有臂，其尺寸设计为围绕第三组区段延伸并卡扣到圆形平面部分的第一表面上，其中盖在与塞子配合时形成腔室。

因此，用于空气制动系统的弹簧制动致动器包括限定弹簧制动室的外壳、外壳的弹簧制动室中的孔和固定到外壳的弹簧制动室以提供进入该孔的端口。端口具有光滑的内表面和外表面上的凹槽。密封组件安装在端口上。密封组件包括塞子、单向阀和盖。塞子包括圆形平面部分，该圆形平面部分具有中心开口和围绕中心开口的外径外侧的至少两个孔。该塞子包括在圆形平面部分的第一表面上的第一组区段，其布置成配合在端口的内径内；在圆形平面部分的第一表面上的第二组区段，其被布置成配合在端口的外径外侧；模制到第一组区段上用于密封抵靠端口的光滑内表面的弹性体件；在圆形平面部分的第二表面上的第三组区段，其布置成接收盖；和围绕圆形平面部分的外圆周布置的第四组区段，所述第四组区段限定塞子的长度，第四组区段中的每一个在一端具有弯曲部分并且在相对端具有用于装配在端口的凹槽内的突起。单向阀装配在中心开口中以提供通过至少两个孔的单向空气流。盖具有臂，该臂尺寸设计为围绕第三组区段延伸并卡扣到圆形平面部分的第一表面上，其中盖在与塞子配合时形成腔室。

当组装弹簧制动致动器时，一些加压空气保留在弹簧制动室中。在现有技术的弹簧制动致动器的操作期间，通常在致动器杆的零行程处(当车辆停放时)驻车制动部分中存在大约零磅/平方英寸(psi)的压力。在大约1.25英寸的正常驻车行程中，会形成大约三psi的真空。真空的存在相当于减少大约九十磅力(Ibf)的可用驻车力。弹簧制动致动器需要在致动器杆的整个行程中持续施加力，推荐的SAE公差带为300Ibf。在全行程时，弹簧制动室中的真空度可能约为九psi。这种负压相当于当使用30型(30立方英寸体积)驻车制动室时驻车力的大约270Ibf损失，这几乎是整个公差带。一些现有技术的弹簧制动致动器通过使用更大的动力弹簧来弥补这种力的减少，以便在整个行程中保持所需的力输出。在本弹簧制动致动器中，在零行程时弹簧制动室中不期望零psi。

图4公开了一种操作具有本发明的密封组件30的弹簧制动致动器10的方法80。在本发明单向阀48在操作中的全行程处，将形成较低压力真空，这不会不利地影响驻车制动器弹簧的力输出。弹簧制动致动器中使用的现有技术单向阀不具有最小开启压力(裂缝压力)并且趋向于从弹簧制动室排出所有压力。

在步骤82中，密封组件30安装在端16上。在步骤84中，弹簧制动致动器10设置为零行程。在步骤86中，本发明的密封组件30在零行程时在弹簧制动室中保持约二psi的小正压。然后，在弹簧制动致动器的整个行程中，在弹簧制动室中产生的真空压力将比现有技术的弹簧制动致动器降低。

在步骤88中，将弹簧制动致动器10设置为正常行程，例如大约1.25v的标准驻车行程。在步骤90中，密封组件30在弹簧制动室中保持大约零压力。在零压力下，弹簧制动致动器10的力输出没有减少。零压力在正常行程是可能的，因为单向阀48的初始打开压力设置，它不会在零行程从弹簧制动室排出所有压力。

在步骤92中，弹簧制动致动器被设置为全行程。在步骤94中，密封组件保持约6psi的真空，导致可用力减少约180lbf。然而，这比现有技术的弹簧制动致动器有90Ibf的改进。用于弹簧制动致动器操作的剩余公差带则为120Ibf，而不是现有技术弹簧制动致动器中的30Ibf。在本发明的弹簧制动致动器组件中使用的动力弹簧的尺寸和材料可以更轻，因为预期的力输出损失更少。

密封组件30的另一个优点是，如果在弹簧制动室中存在泄漏，则由密封组件30实现的正室压力将倾向于排出任何污染物而不是将它们吸入弹簧制动室中。

因此，一种操作弹簧制动致动器的方法包括将密封组件安装到弹簧制动致动器的弹簧制动室的端口。密封组件包括用于提供单向空气流的单向阀。该方法包括将弹簧制动致动器设置在零行程，其中密封组件在弹簧制动室中保持约二psi的空气。该方法还包括将弹簧制动致动器设置在正常行程，其中密封组件通过单向阀从弹簧制动室排出空气以在弹簧制动室中保持大约零psi。

虽然本发明已经通过示例过程和系统部件的描述进行了说明，并且虽然已经详细描述了各种过程和部件，但申请人并不打算限制或以任何方式限制所附权利要求的范围到这样的细节。对于本领域的技术人员来说，另外的修改也将是显而易见的。因此，本发明在其最广泛的方面并不限于所示出和描述的具体细节、实施方式或说明性示例。因此，在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以从这些细节进行偏离。