改進的密封圈的製作方法
2023-08-08 08:11:06
專利名稱：改進的密封圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及密封件，經常被稱作密封墊，其用於在相對的平行表面之間使液體或者氣體緊密密封地接合。
詳細說來，本發明涉及金屬密封件，其提供塑性變形，以便在基本為平面的平行表面之間獲得極低的洩漏率。
某些C形密封件設有圓環形凸起，在本領域也稱作「三角形區(delta)」，其形成在和將要被密封的兩相對的平行表面相互接觸的表面上。這些凸起減小了該密封件和平行的相對表面之間的最初接觸面積，從而需要較小的負載就能使密封件塑性變形，以便在平行表面內容納較小的變形。不幸的是，當壓縮該密封件時，帶有圓環形凸起的C形密封件在圓環形凸起和C形密封件的外表面之間經常形成空腔。雖然這種密封件可以是防洩漏的，或者具有在容忍範圍內的足夠低的洩漏量，但是如果在該圓柱形空腔和該密封件的內部通道之間存在洩漏，那麼就會允許氣體或者液體在其間緩慢流動。儘管防洩漏密封件是有效的，但是該密封件的測試可以錯誤地並且不希望地反映出洩漏的存在，因此這種情況被稱為「虛洩漏」。
另外一種已經得到的密封件通常被稱為「V形密封件」，其也是圓環狀的，但不是「C」截面，該密封件具有V形截面，該V形的低點構造為向內朝向密封件的中心或者向外朝向密封件的中心。雖然這種結構通常提供足夠的變形，但是V形密封件通常不能提供特別好的彈性恢復或者反覆性，因為V形密封件的該點形成應力集中源，集中了壓縮載荷並且使得該密封件在反覆的壓縮和解壓的情況下易於破壞。
本領域中另外的密封件包括「Z形密封件」和簡單的「O形圈」。但是，這些密封件中的每一種也都具有明顯的缺陷。
這樣，就需要提供一種改進的密封圈，其能夠提供在軸向相對的平行表面之間的密封接合，其具有高度的彈性，或者也叫做回彈。詳細說來，在已經經歷了預定壓縮力的釋放之後，需要該密封圈基本上恢復到其原始尺寸。
也需要提供一種改進的密封圈，其能夠經受相當數量的壓縮和解壓的循環，並且之後仍然能夠提供基本上防洩漏的密封。
此外，需要提供一種改進的密封圈，其難於表現出虛洩漏。
另外，需要提供一種通用的密封圈，這樣，其能夠以各種尺寸和大小來構造。
本發明通過提供一種改進的密封圈，其克服了上述的缺陷。類似於上述密封圈的該密封圈包括環狀的本體元件，其具有用於氣體或者液體通道的軸向排列孔。該密封件還包括徑向內表面、徑向外表面以及第一和第二軸向端面，第一和第二軸向端面趨向於和相對的平行表面接合，意圖是使密封接合位於它們之間。
本發明的密封圈還包括多個孔洞，它們從密封圈的徑向外表面朝向密封圈的徑向內表面向內凸出。這些孔洞的形成產生了多個側壁，這些側壁在徑向上沿著這些孔洞的長度延伸，並且沿著軸向位於密封圈軸向端面之間。該多個孔洞可以採用任意的構造。例如，最好通過從密封圈的徑向外表面向密封圈的中心的徑向鑽削來製造這些孔洞，從而將成本降到最小，並且降低製造難度。用這種方式製造的孔洞具有圓形的截面，然而，這些孔洞在形狀上也可以是大致長方形，以形成沿著軸向在密封圈的軸向端面之間延伸並且沿著徑向在密封圈的內外徑向表面之間延伸的基本為平面的側壁。在另一替換的優選實施例中，將這些平面側壁構造為相對於密封圈的軸線成一角度，從而以平行四邊形的形式在密封圈的徑向外表面上形成開口。
為簡化起見，雖然這些孔洞可以具有不脫離本發明的精神和範圍的其他截面形狀，但是在此，這些孔洞將主要被描述為具有圓形截面。孔洞的數量和它們的直徑可以改變，這取決於密封組件需要的機械性能。例如，孔洞數量的增加或者孔洞直徑的增加導緻密封圈內部的側壁厚度的相應減小，其將改變該密封件的機械性能，包括密封圈變形能力的增加。但是，孔洞數量的這種增加或者孔洞直徑的增加可以減小壓縮和解壓之後該密封件的彈性恢復(回彈)。在優選實施例中，這些孔洞是圓柱形的，並且具有密封圈厚度的25％-75％之間尺寸的直徑。小於25％的直徑將顯著地減小密封圈彈性變形的能力。同時，超過密封圈厚度的75％尺寸的加大直徑將減弱該密封件的結構完整性，並且使密封件在壓縮期間容易破壞。在本發明的優選實施例中，該孔洞具有接近密封圈厚度的50％的直徑。
在優選實施例中，該密封圈包括10-150個孔洞，從而形成相對應的形成在軸向端面之間的10-150個徑向延伸側壁。在進一步優選的實施例中，本發明的密封圈包括20-30個孔洞，從而形成相對應的20-30個徑向和軸向延伸的側壁。
本發明的密封圈也包括圓環形的凸起，其從軸向端面沿著軸向凸出。這些圓環形凸起也被本領域技術人員稱作「三角形區」，其將軸向端面分成軸向內端面和軸向外端面，各個軸向內端面同軸地位於軸向外端面之內，因此其更加接近密封圈的中心。重要的是，軸向內端面相對於軸向外端面在軸向上偏移。具體說來，軸向內端面相對於軸向外端面凹進，從而在軸向內端面測得的密封圈的厚度小於在軸向外端面測得的密封圈的厚度。通過在壓縮過程中阻止軸向內端面和相對的平行表面的接合能力，偏移的軸向端面能夠消除密封件形成虛洩漏的傾向。
因此，本發明的一個目的是提供能夠多次反覆使用的、高質量的、廉價且可靠的密封圈，以便在兩平面之間提供一種密封。
本發明的另一目的是提供一種密封圈，其提供顯著的彈性，從而提供一種實質上防洩漏的密封件。
本發明的另一目的是提供一種密封圈，其提供基本的彈性恢復，從而該密封件能夠經受相當數量的壓縮和解壓循環，並且仍然提供實質上防洩漏的密封。
本發明的另一目的是提供一種密封圈，當壓縮密封件時其不會形成同軸的空腔，從而產生表示虛洩漏特徵的密封。
此外，本發明的一個目的是提供一種密封圈，其易於製造且能夠以多種尺寸和大小製造。
從下面接合附圖進行的詳細描述中，本領域技術人員將會理解本發明的這些和其他特徵及好處。
如圖所示，本發明的密封圈1包括環狀的本體元件3，其具有允許氣體或者液體從此經過的軸向排列的中心孔4。由於密封圈1的環狀結構，所以密封圈1包括徑向的內表面5，徑向的外表面6，第一軸向端面11和第二軸向端面17。這些表面中的每一個均可以採用任意的造型。它們可以是基本上平坦的和平面的，或者基本上曲面的。例如，如圖3中所示，徑向內表面5包括平坦的區域7和彎曲的區域9。相似地，如圖中所示，徑向外表面6包括平坦的表面和傾斜的鄰接部分。這些表面可以採用其他的形式，只要不脫離本發明的構思。
本發明的密封圈1還包括多個孔洞25，它們從該密封圈的徑向外表面6朝向密封圈的中心孔4凸出。這些孔洞25的形成產生了多個側壁27，這些側壁也從密封圈的徑向外表面6沿著徑向延伸，並且沿著軸向位於密封圈軸向端面11和17之間。儘管經常將術語「孔洞」解釋為具有一圓形截面的開口凸出，但是在此使用的「孔洞」趨向於廣泛地解釋為包括許多形狀截面的孔。比如，孔洞25可以具有如圖8所示的正方形或者長方形的截面，或者孔洞25可以具有這樣的截面，即側壁27是平面並且相對於密封圈1的軸線傾斜，從而形成具有平行四邊形形狀的截面，如圖9中所示。可以相信，具有形成孔洞25的非軸向排列的側壁27的密封圈1特別適合這樣的場合為了特定的載荷，密封圈1需要明顯的變形。此外，一般來說，雖然孔洞在軸向上從徑向外表面向密封圈的中心凸出，但是這些孔洞也可以沿著曲線路徑向密封圈中心凸出，或者可以朝著軸向的方向傾斜，只要不脫離本發明的精神或者範圍。
同時，如圖2、3和7所示，在一優選實施例中，通過沿著徑向鑽削形成具有圓形截面的圓柱孔，從而製造孔洞25。可以相信，這種形狀的孔洞造價最廉價，並且最易於製造。本發明的密封圈1可以包括任何數量的孔洞25。然而，密封圈1最好包括足夠的孔洞25，以便在壓縮載荷之下有效地增加密封圈的塑性變形，但是孔洞不能太多，那樣由於減小了側壁27的厚度將會危及密封圈1的結構完整性，從而導致它們在反覆壓縮和解壓的循環作用下，易於破壞。在一優選實施例中，密封圈1包括在10到150個之間的徑向排列的孔洞25。更好的是，密封圈1包括在20到30個之間的孔洞25。如圖6中所示，優選的密封圈1包括24個孔洞。
如上所述，側壁27可以具有許多不脫離本發明的精神和範圍的形狀。例如，當孔洞25在形狀上為圓柱形時，該圓柱形從接近徑向外表面6的外部末端朝向密封圈的中心具有固定的直徑，側壁27具有這樣的截面其基本上為凹面並且從徑向外表面6朝向密封圈中心具有變小的厚度。同時，參考圖8和9，在此，側壁27基本上為平面並且沿著它們的徑向長度具有固定的厚度，這樣孔洞25將具有朝向密封圈1的中心減小的截面。此外，側壁27不必在孔洞25的整個長度上延伸。例如，如圖2、3和7所示，側壁27可以包括凹坑29。設置該凹坑29，以便能使密封圈1插入保持器(未示出)。保持器為一基本上平整的板件，其具有尺寸能夠容納密封圈1的側壁凹坑29的一個或者多個孔。如本領域技術人員所理解的那樣，參考
圖10，通過在壓縮密封圈1之前，將包括一個或者多個密封圈的保持器放置在在兩個相對的平面31之間，可以更容易地以正確對準的方式放置一個或者多個密封圈，並且將它們定位在兩個相對的平面31之間。
參考圖4，通常現有技術的C形密封件包括在它們軸向端面的圓環形凸起。當壓縮C形密封件以形成密封件接合時，由於在圓環形凸起上的壓縮，C形密封件的開口端具有靠攏的趨勢，並且在C形密封件靠攏一側上具有增加的硬度。當發生這種情況時，對於軸向端面和徑向內表面5相交叉的那點，通常也和相對的平面31接合。儘管C形密封件可以形成較好的防漏密封，但不幸的是，形成了可以容納來自該密封件中心的氣體或者液體的空腔33，並且隨後其可以洩漏這些內含物，返回該密封件的中心。圖4畫出了空腔33的剖面圖，其已經被放大到能夠看見它的位置。事實上，圓環形凸起23一般只有千分之幾英寸高，並且當壓縮該密封件時它們經歷足夠的塑性變形。結果是，空腔33幾乎不能被人的肉眼看見。但是，密封圈的空腔33能夠存放氣體或者液體，並且將氣體或者液體傳送到該密封件的中央，由於這能夠反映出在該密封件中事實上不發生洩漏的地方存在洩漏，所以它是非常麻煩的。有利的是，在一優選實施例中，本發明的密封圈1消除了這種「虛洩漏」。
如圖3、5和10中所示，本發明的密封圈1包括圓環形的凸起23，其從軸向端面11和17軸向地凸出，凸起23將第一軸向端面11分成第一軸向內端面13和第一軸向外端面15。相似地，從第二軸向端面17凸出的凸起23將該軸向端面分成第二軸向內端面19和第一軸向外端面21。本發明的一個目的是，相對於軸向外端面15和21，軸向內端面13和19向內凹進，從而產生偏移量。如圖5所示，在軸向內表面13和19測得的密封圈1的厚度小於在軸向外端面15和21測得的密封圈1的厚度。這種偏移允許出現一間隙39，其保持在軸向內端面13和19以及相對的兩平行平面31之間。該間隙允許將增加的負荷施加到凸起23上，其在密封期間增加該凸起的變形，並且因此提高了獲得防洩漏密封的可能性。此外，該間隙也保證了在軸向內端面13和19以及兩相對平面之間不形成能夠產生「虛洩漏」的空腔33。
在軸向外端面15和21以及軸向內端面13和19之間的偏移量可以為任意的距離，該距離需要保證不發生虛洩漏。該距離可以根據這些因素而改變，即密封圈的材料，凸起23的高度，通過相對的平行平面31施加到該密封組件上的壓力，孔洞25的數量和直徑，孔洞25的深度，側壁27的厚度，側壁27的長度，等等。在優選實施例中，該偏移量為至少0.001英寸。
本發明的密封圈1可以採用不脫離本發明的精神和範圍的多種不同結構。參考圖2、3和6，下面提供特別適於極低洩漏率的該優選的密封圈1的尺寸。
尺寸/度數A0.228±0.002
B0.268-0.271C0.282±0.002D0.028±0.002E0.017F0.028±0.002G15°H0.051I0.010±0.002J0.005K0.015L0.010±0.002M45°N0.057O45°P0.002-0.0025Q90°R0.060-0.062S0.055T0.017該密封圈1可以由適於密封的任意材料製造。然而，密封圈1最好由諸如鋁、銅、銀、鎳、鋼或者比如耐蝕鎳基合金之類的材料來製造。在優選實施例中，密封圈1由不鏽鋼製造。然而，密封圈也可以由包括彈性體在內的其他材料製造，只要不脫離本發明的精神和範圍。
這樣，就已經用能夠使本領域技術人員製造和使用它的術語描述了本發明，並且已經確定了實現它的最佳形式。
權利要求
1.一種密封圈，其適於在軸向上被壓縮，從而形成在第一和第二軸向相對的基本平行的表面之間的密封接合，所述的密封圈由硬的彈性材料構成，並且包括環狀的本體元件，其具有用於氣體或者液體通道的軸向排列孔；徑向內表面；徑向外表面；第一和第二軸向端面，它們趨向於與軸向上相對的基本平行的表面接合；多個孔洞，它們從所述徑向外表面朝向所述徑向內表面徑向向內凸出。
2.如權利要求1所述的密封圈，其特徵在於，所述的多個孔洞是基本圓柱形的，並且具有在所述第一軸向端面到第二軸向端面之間測得的所述密封圈厚度的25％至75％的直徑。
3.如權利要求2所述的密封圈，其特徵在於，所述的多個孔洞具有接近在所述第一軸向端面到第二軸向端面之間測得的所述密封圈厚度的50％的直徑。
4.如權利要求1所述的密封圈，其特徵在於，所述的密封圈包括10至150個孔洞。
5.如權利要求2所述的密封圈，其特徵在於，所述的密封圈包括20至30個孔洞。
6.一種密封圈，其適於在軸向上被壓縮和解壓，從而形成在第一和第二軸向相對的基本平行的表面之間的密封接合，所述的密封圈由硬的彈性材料構成，並且包括環狀的本體元件，其具有用於氣體或者液體通道的軸向排列孔；徑向內表面；徑向外表面；第一和第二軸向端面，它們趨向於與軸向上相對的基本平行的表面接合；圓周上的凹槽，其從所述徑向外表面朝向所述徑向內表面在第一和第二軸向表面之間向內凸出，並且在所述徑向外表面的圓周上延伸；設置在所述圓周上的凹槽內的多個側壁，所述的側壁沿著在所述的軸向表面之間的第一方向和從所述的徑向外表面朝向所述的徑向內表面的第二方向延伸。
7.如權利要求6所述的密封圈，其特徵在於，所述的密封圈包括10至150個側壁。
8.如權利要求6所述的密封圈，其特徵在於，所述的密封圈包括20至30個側壁。
9.一種密封圈，其適於在軸向上被壓縮和解壓，從而形成在第一和第二軸向相對的基本平行的表面之間的密封接合，所述的密封圈由硬的彈性材料構成，並且包括環狀的本體元件，其具有用於氣體或者液體通道的軸向排列孔；徑向內表面；徑向外表面；第一和第二軸向端面，它們趨向於與軸向上相對的基本平行的表面接合；第一圓環形凸起，其從第一軸向端面沿著軸向凸出，將所述的第一軸向端面分成第一軸向內端面和第一軸向外端面；第二圓環形凸起，其從第二軸向端面沿著軸向凸出，將所述的第二軸向端面分成第二軸向內端面和第二軸向外端面；所述的軸向外端面相對於軸向內端面偏移，在所述的軸向內端面之間的距離小於所述的軸向外端面之間的距離。
全文摘要
一種改進的密封圈(1)，包括環狀的本體元件，其具有徑向內表面(5)，徑向外表面(6)，第一軸向端面(15)和第二軸向端面(21)。該密封圈(1)也包括多個孔洞(25)，它們從徑向外表面(6)朝向徑向內表面(5)向內凸出。經過密封圈(1)的這些孔洞(25)的凸出形成側壁(27)，這些側壁在軸向端面(15，21)之間且在徑向上從密封圈(1)的徑向外表面(6)朝向密封圈(1)的徑向內表面(5)凸出。密封圈(1)上附加的孔洞(25)增加了密封圈(1)在密封壓縮期間的變形，同時側壁(27)提供了在壓縮和解壓的反覆循環過程中密封圈(1)的彈性恢復。密封圈(1)也包括從兩軸向端面(15，21)軸向地伸出的圓環形凸起(23)。該軸向凸起(23)將端面(15，21)分成軸向內端面(13，19)和軸向外端面(15，21)。該軸向內端面(13，19)相對於軸向外端面(15，21)凹進，從而在軸向內端面(13，19)測得的密封圈(1)的厚度小於在軸向外端面(15，21)測得的密封圈(1)的厚度。
文檔編號F16J15/08GK1430709SQ01809778
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月10日 優先權日2000年5月19日
發明者麥可·多伊爾 申請人:麥可·多伊爾