專利名稱：密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分的一種密封裝置。
橫截面為圓形的物體如活塞桿用的密封裝置特別是在活塞式壓縮機(jī)中是人所共知的。無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行的活塞式壓縮機(jī)是密封件不用任何單獨(dú)潤(rùn)滑地能運(yùn)行的機(jī)器。這種壓縮機(jī)具有固定的密封裝置，活塞桿通過(guò)這種密封裝置，而且這種密封裝置通常都是前后串聯(lián)布置的，并這樣構(gòu)成一個(gè)所謂的密封組件。這種帶有密封裝置和密封圈的密封組件在CH439897中提出過(guò)。密封圈的密封面緊貼在活塞桿上會(huì)產(chǎn)生磨損。為了即使有磨損也能保持較長(zhǎng)時(shí)間的密封性，所以公知的密封圈具有一個(gè)磨損補(bǔ)償，即密封圈分成三個(gè)密封圈元件，具有相對(duì)于活塞桿平行于一條切線延伸的隔離縫和具有構(gòu)成一個(gè)補(bǔ)償環(huán)形間隙的徑向縫。一個(gè)箍住密封圈圓周的軟管狀彈簧在密封圈元件上引起一個(gè)朝活塞桿作用的預(yù)應(yīng)力。這種公知的密封裝置具有這樣的缺點(diǎn)，即密封圈具有大量的隔離縫而會(huì)損害密封作用。為了密封這些縫，在密封圈軸向內(nèi)設(shè)置一個(gè)緊貼著的覆蓋圈。這種密封裝置具有這樣的缺點(diǎn)，即它在軸向內(nèi)具有相當(dāng)長(zhǎng)的膨脹。這種密封裝置在活塞桿上出現(xiàn)的人所共知的一個(gè)問(wèn)題是產(chǎn)生摩擦熱，摩擦熱的散熱通過(guò)密封裝置本身只能是很困難的，因?yàn)槊芊庋b置通常用塑料制成，而且?guī)缀跗鸾^熱體的作用。所以摩擦熱的絕大部分以明顯不利的方式通過(guò)活塞桿散熱。產(chǎn)生的摩擦熱特別是在用塑料密封圈時(shí)導(dǎo)致大的磨損。因此往往需要保持密封裝置的密封組件的昂貴的冷卻。
本發(fā)明的任務(wù)是克服公知密封裝置的各種缺點(diǎn)。
這個(gè)任務(wù)是通過(guò)權(quán)利要求1所述的特征來(lái)解決的。從屬權(quán)利要求2至9涉及其他的有利結(jié)構(gòu)型式。
圓形橫截面活塞桿用的本發(fā)明密封裝置包括一個(gè)具有一個(gè)接頭和平衡間隙的一個(gè)整體密封圈以及一個(gè)在圓周方向內(nèi)包住密封圈的覆蓋圈。其中密封圈至少一端具有一段與密封圈另一端構(gòu)成一個(gè)搭接接頭處，而且密封圈具有一個(gè)朝隔離縫或接頭處逐漸減小的徑向壁厚。
本發(fā)明密封裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，搭接的接頭在軸向內(nèi)具有高度的氣密性。包住的覆蓋圈有助于密封作用，并在密封圈上引起一個(gè)朝活塞桿作用的預(yù)應(yīng)力。包住的覆蓋圈密封徑向內(nèi)的搭接接頭。
作為密封圈適用的材料為無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行用的塑料，例如用聚四氟乙烯基體的填充聚合物或機(jī)械強(qiáng)度較高的耐高溫和耐磨的聚合物的混合物，這種聚合物也叫“高溫聚合物”，例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚酰亞胺(PI)、聚苯撐硫(PPS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰胺(PAI)或環(huán)氧樹(shù)脂。純粹的高溫聚合物沒(méi)有無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行能力，所以需有附加固態(tài)潤(rùn)滑物如碳、石墨、硫化鉬、聚四氟乙烯等等。這種高溫聚合物叫做“改良的”聚合物。
本發(fā)明密封裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，密封圈特別適用于用高溫聚合物制造。
“高溫聚合物”的概念在結(jié)合活塞式壓縮機(jī)使用的密封元件中是作為塑料的總概念提出的，這類塑料與一般填充聚四氟乙烯材料有如下的特性區(qū)別-高溫聚合物即使在無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行的一般高溫情況下也具有高的機(jī)械強(qiáng)度；-高溫聚合物沒(méi)有冷變形特性，所以，即使制成小的密封圈也能保持形狀穩(wěn)定，特別是在用于密封組件時(shí)，即使在大的壓力作用下也不需要附加的支承環(huán)；-高溫聚合物具有顯著高的彈性模數(shù)，這在密封圈的尺寸較大時(shí)導(dǎo)致較高的剛度；-用高溫聚合物制造的密封圈與填充聚四氟乙烯比較具有明顯小的尺寸和高得多的機(jī)械強(qiáng)度，所以用高溫聚合物制造的密封圈特別適用于高的壓縮壓力。
采用高溫聚合物的一個(gè)迄今為止的缺點(diǎn)是，它的不良的外形配合能力很難使密封圈與活塞桿的整個(gè)圓周完全貼緊，因而產(chǎn)生不密封性。
本發(fā)明的密封圈具有這樣的優(yōu)點(diǎn)密封圈朝隔離處或接頭處具有徑向逐漸減小的壁厚，亦即密封圈在搭接接頭的范圍內(nèi)作得稍微薄一些，也就是柔軟一些。通過(guò)這種設(shè)計(jì)使用高溫聚合物制成的密封圈具有良好的外形配合能力。
本發(fā)明的密封裝置特別適用于無(wú)潤(rùn)滑環(huán)形活塞式壓縮機(jī)，其中，密封圈最好用一種具有所謂自潤(rùn)滑性能的改良高溫聚合物制成，這樣的一種密封圈可制成一個(gè)很窄的圈，所以活塞桿一方面可將熱通過(guò)輻射熱更好地傳遞到密封組件上，另一方面在密封圈和活塞桿之間存在較小的摩擦面而可減少發(fā)熱。所以可防止活塞桿產(chǎn)生過(guò)高的熱，從而使密封圈具有減少磨損的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的密封裝置具有高的密封性，所以整個(gè)密封裝置只有很少的漏氣，而且這種漏氣主要發(fā)生在活塞桿和密封圈的密封面之間。這樣就在活塞桿和密封面之間形成充氣貯藏，從而減少熱的發(fā)生，因而也減少了活塞桿的發(fā)熱和密封圈的磨損。
下面
本發(fā)明的不同實(shí)施例。這些附圖是圖1表示密封裝置的透視圖；圖2表示密封圈的俯視圖；圖3表示密封圈的底視圖；圖4表示密封圈的橫截面；圖4a表示沿剖面線B-B剖開(kāi)的密封圈的另一個(gè)橫截面；圖4b表示沿剖面線C-C剖開(kāi)的圖4a的密封圈的另一個(gè)橫截面；圖5表示密封圈的另一個(gè)橫截面；圖6表示覆蓋圈的俯視圖；圖7表示密封圈另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；圖7a表示從圖2的E方向看去的密封圈的側(cè)視圖；圖7b表示從圖7E方向看去的密封圈的側(cè)視圖；圖8表示無(wú)潤(rùn)滑密封裝置的縱截面。
圖1表示密封裝置12的分解圖，該密封裝置由一個(gè)密封圈1、一個(gè)在密封圈1圓周方向內(nèi)布置在該密封圈上面的覆蓋圈2以及一個(gè)在圓周方向內(nèi)箍住覆蓋圈2的軟管狀彈簧3組成。圖2所示密封圈1的頂視圖具有一個(gè)沿內(nèi)環(huán)圓形延伸的面1h，這個(gè)面面向被密封的活塞桿4并起密封作用。密封圈1作為一個(gè)整環(huán)構(gòu)成一個(gè)隔離縫1a。所以密封圈有兩個(gè)端部1b、1c。1c端設(shè)計(jì)成在密封圈1的圓周方向內(nèi)具有一個(gè)延伸段1d，該延伸段與另一端1b構(gòu)成一個(gè)在圓周方向內(nèi)搭接的接頭處，如圖3所示。密封圈1具有彈性的性質(zhì)，所以在隔離縫1a的范圍內(nèi)具有一個(gè)間隙S。在本實(shí)施例中，密封圈1設(shè)計(jì)成使它的徑向壁厚D離隔離縫1a到對(duì)邊點(diǎn)為最大Dmax，亦即在D1或D2方向逐漸減小。這樣用一種較高彈性模數(shù)的材料例如用一種高溫聚合物制成的密封圈也具有朝隔離縫1a逐漸增加的彈性或柔軟性。用軟管狀彈簧3箍住密封圈1的覆蓋圈2在密封圈1上朝活塞桿作用一個(gè)力。覆蓋圈2作成一個(gè)開(kāi)口圈。通過(guò)隔離縫1a的間隙S以及朝隔離縫1a的彈性性質(zhì)使密封圈1具有與活塞桿4的良好形狀配合能力。所以密封圈1密封地包住活塞桿4的整個(gè)圓周。密封圈1具有一個(gè)徑向向外的圓形延伸的面1m，1n。在所示實(shí)施例中，這兩個(gè)面1n、1m的走向相互配合成相互偏心延伸。密封圈1具有五個(gè)在徑向內(nèi)延伸的回流槽4a或卸壓槽4a。這些回流槽4a可使(例如圖8)在密封組件環(huán)形腔14中封閉的氣體在氣缸的一個(gè)吸程回流到氣缸，所以防止了密封元件1的雙倍密封作用，亦即防止了在氣缸吸入階段和壓縮階段的密封作用。密封圈1也可作成沒(méi)有回流槽4a。例如在環(huán)形腔5的金屬底板上銑槽以代替回流槽。
圖6表示具有一個(gè)扇形切口2a的開(kāi)口覆蓋圈2。密封圈1具有一個(gè)圓柱形凸起的固定裝置1g，該裝置在密封圈1蓋上覆蓋圈2時(shí)貼合切口2a，所以覆蓋圈2在密封裝置12的圓周方向內(nèi)鎖定以防止旋轉(zhuǎn)。
圖7a表示從圖2的E方向看去的密封圈側(cè)視圖。密封圈1的接頭處具有兩個(gè)端部1b、1c，其中1b端具有沿圓周方向延伸的端段1d，所以在圓周方向搭接的接頭處有一個(gè)隔離縫1a。
圖5表示沿圖2的A-A線剖開(kāi)的密封圈1的截面。其中隔離縫1a與圖1至圖3的結(jié)構(gòu)比較有所不同。在密封圈1的每一端1b、1c上設(shè)置有沿密封圈1圓周方向延伸的端段1d、1e，這兩個(gè)端段在圓周方向內(nèi)搭接并構(gòu)成一個(gè)搭接的接頭處。隔離縫1a也具有一個(gè)間隙S。密封圈1的側(cè)視圖7b在E方向看去與圖5的結(jié)構(gòu)型式相同。密封圈1向兩個(gè)端部1b、1c過(guò)渡，這兩個(gè)端部在圓周方向具有搭接的端段1d、1c。在兩端1b、1c之間有一個(gè)寬度為S1或S2的中間間隙。在一個(gè)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)型式中，S1、S2的寬度相同，所以密封圈1在圓周方向內(nèi)具有一個(gè)間隙S＝S1＝S2。覆蓋圈2緊貼槽1n，其中槽1n的寬度設(shè)計(jì)成使槽1n在圓周方向內(nèi)也延伸過(guò)端段1e，所以覆蓋圈2在槽1n的范圍內(nèi)包住端段1e。這樣一種密封裝置12具有高度的密封性，因?yàn)楦采w圈2也包住寬度S的間隙和端段1d、1e之間的間隙，這就在徑向內(nèi)構(gòu)成高度的密封性。此外，阻止了兩個(gè)端段1d、1e在徑向內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
圖4表示沿圖2的A-A線剖開(kāi)的密封圈的橫截面的另一種可能的結(jié)構(gòu)。密封圈1具有一個(gè)朝活塞桿4的滑動(dòng)面定向的面1h。這個(gè)面1h在軸向內(nèi)具有一個(gè)高度H，并在1i部分呈圓柱形延伸，以構(gòu)成一個(gè)密封面1i，而另一部分1k則作成擴(kuò)展形。擴(kuò)展面11例如可按一個(gè)角度β呈錐形延伸。
本發(fā)明的密封裝置12具有很好的密封作用，因?yàn)樵谳S向和徑向內(nèi)都阻止了氣體流動(dòng)。所以泄漏的氣體主要在密封面1i和活塞桿4的滑動(dòng)面之間，這就具有這樣的優(yōu)點(diǎn)密封圈1容易從滑動(dòng)面抬起，從而減小摩擦。擴(kuò)展的面1l起這樣的作用，即氣體部分在減小的密封面1i的方向內(nèi)暢流無(wú)阻，其中氣體部分在面1l和1i上都對(duì)密封圈1作用一個(gè)徑向向外作用的力。所以有利于密封面1i和活塞桿4的滑動(dòng)面之間的漏氣，從而在密封圈1和活塞桿4之間產(chǎn)生充氣貯藏。密封面1i在它的軸向膨脹相當(dāng)窄，以便引起明顯的氣體貯藏。這樣在密封面1i和活塞桿4之間可減小摩擦，從而具有減小發(fā)熱和減小密封圈1磨損的優(yōu)點(diǎn)。密封圈1具有一個(gè)用來(lái)裝覆蓋圈2的槽1n。此槽1n也可作成另外的形狀，或不作此槽。
圖8表示無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行密封裝置或所謂密封組件6的縱截面。其中至少有一個(gè)包圍活塞桿4的密封腔14，它由兩個(gè)環(huán)形腔5構(gòu)成，這兩個(gè)環(huán)形腔朝對(duì)應(yīng)的圓柱腔15密封鎖緊。在密封腔14中設(shè)置一個(gè)由一個(gè)密封圈1和一個(gè)覆蓋圈2組成的密封裝置12。此外，一個(gè)軟管狀彈簧3箍住覆蓋圈2。由于密封圈1的密封作用，所以密封腔14內(nèi)的壓力P1大于到下面密封腔14的通流口內(nèi)的壓力P2。
與圖2結(jié)構(gòu)型式的區(qū)別是，圖7所示密封圈1的實(shí)施例具有一個(gè)錐形延伸分面1l的面1h。分面1l在三個(gè)部位用連接條1p隔斷。亦可在圓周上均勻分布設(shè)置多個(gè)三個(gè)的連接條1p。圖4a表示沿剖面線B-B剖開(kāi)的密封圈1的截面，并示出了錐形延伸的在軸向內(nèi)伸過(guò)寬度1k的分面1l，以及圓柱形延伸的分面1i。錐形延伸的分面1l與軸4的表面構(gòu)成一個(gè)角度β。圖4b表示沿剖面線C-C剖開(kāi)的密封圈1的連接條1p。連接條1p設(shè)計(jì)成使內(nèi)表面1h在軸向內(nèi)有一個(gè)與密封圈1的寬度H一致的并與軸4表面平行的寬度。連接條1p貼在軸4的整個(gè)寬度H上并對(duì)密封圈1起穩(wěn)定作用。圖7所示實(shí)施例在面1h的整個(gè)圓周上均勻分布設(shè)置三個(gè)連接條1p，其中連接條1p設(shè)置在隔離縫1a的范圍內(nèi)。當(dāng)然，密封圈1亦可作成沒(méi)有連接條1p，這樣錐形分面1l則不中斷地在面1h的整個(gè)圓周上延伸。
圖4a的錐形延伸分面1l具有一個(gè)到軸4的最大距離B。在密封圈1的一種結(jié)構(gòu)型式中，間隙S設(shè)計(jì)成這樣寬，即它具有一個(gè)“2×Pi×B”的寬度。這種結(jié)構(gòu)的密封圈1在第一運(yùn)行階段構(gòu)成一個(gè)摩擦圈，而在第二運(yùn)行階段則構(gòu)成一個(gè)通流圈。在第一運(yùn)行階段中，密封圈1具有一個(gè)錐形延伸的分面1l。隨著密封面1i上的磨損不斷增加，錐形延伸的分面1l消失，直至密封面1i延伸到整個(gè)寬度H為止。如果這時(shí)間隙S根據(jù)“2×Pi×B”的寬度設(shè)計(jì)，則在分面1l完全消失時(shí)，間隙＝0。在這種情況中，密封圈1變成通流圈，因?yàn)殚g隙等于零，密封面1i幾乎不再產(chǎn)生磨損，所以密封圈1在第二運(yùn)行階段具有一個(gè)幾乎恒定的不密封性。密封圈1在第二運(yùn)行階段具有一個(gè)最大的通流阻力。
分面1l不只是可作成錐形延伸，也可具有任意的走向，即在分面1l的范圍內(nèi)，在軸4和密封圈1之間有一定的距離即可。
權(quán)利要求
1.圓形橫截面活塞桿的密封裝置(12)，包括一個(gè)帶有一個(gè)隔離處(1a)和平衡間隙(S)的整體密封圈(1)以及一個(gè)在圓周方向內(nèi)包圍或卡住密封圈(1)的覆蓋圈(2)，其中密封圈(1)在至少一端(1b)上具有一個(gè)沿密封圈(1)圓周方向延伸的分段(1d、1e)，該分段與密封圈(1)的另一端(1c)一起構(gòu)成一個(gè)搭接的接頭處，而且密封圈(1)具有一個(gè)朝隔離處(1a)不斷減小的徑向壁厚(D)。
2.按權(quán)利要求1的密封裝置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一個(gè)徑向向里對(duì)著被密封體的圓形延伸的面(1h)，而且密封圈(1)具有徑向向外在密封圈(1)圓周方向呈圓形和偏心朝面(1h)延伸的面(1m)。
3.按權(quán)利要求1或2的密封裝置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一個(gè)鎖緊裝置(1g)來(lái)防止密封圈(1)和覆蓋圈(2)的相互旋轉(zhuǎn)。
4.按權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的密封裝置(12)，其特征是，覆蓋圈(2)具有彈性的性質(zhì)和/或被一個(gè)緊貼在覆蓋圈(2)上沿密封圈(1)圓周方向延伸的彈簧(3)箍住。
5.按權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的密封裝置(12)，其特征是，密封圈(1)具有一個(gè)徑向向里對(duì)著被密封體的面(1h)，該面(1h)在垂直于密封圈(1)圓周方向延伸的方向內(nèi)具有一個(gè)高度(H)，該面(1h)在高度(H)的一部分呈圓柱形，以構(gòu)成一個(gè)密封面(1i)，而其余部分(1k)則具有一個(gè)相對(duì)于密封面(1i)增大半徑的面(1l)。
6.按權(quán)利要求5的密封裝置(12)，其特征是，面(1l)呈錐形擴(kuò)展。
7.按權(quán)利要求5或6的密封裝置(12)，其特征是，面(1l)在徑向內(nèi)具有一個(gè)最大的距離(B)，且平衡間隙(S)具有一個(gè)“2×Pi×B”的寬度。
8.按權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)的密封裝置(12)，其特征是，沿內(nèi)表面(1h)在圓周方向內(nèi)均勻分布設(shè)置有幾個(gè)連接條(1p)。
9.按權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的密封裝置(12)，其特征是，密封圈(1)用塑料制造，例如聚四氟乙烯、一種改良的高溫聚合物如聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亞胺、聚苯撐硫、聚苯并咪唑、聚酰胺。
10.密封活塞桿用的密封組件具有一如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的密封裝置(12)。
11.活塞式壓縮機(jī)，具有一個(gè)如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的密封裝置(12)。
全文摘要
圓形橫截面活塞桿用的密封裝置(12)包括一個(gè)帶有一個(gè)隔離縫(1a)和平衡間隙(S)的整體密封圈(1)以及一個(gè)在圓周方向內(nèi)包住密封圈(1)的覆蓋圈(2)。其中,密封圈(1)至少一端(1b)具有沿密封圈(1)圓周方向延伸的一段(1d、1e),該段與密封圈(1)的另一端(1c)構(gòu)成一個(gè)搭接的接頭處,而且密封圈(1)具有一個(gè)朝隔離縫(1a)逐漸減小的徑向壁厚(D)。這種布置在軸向內(nèi)具有特別好的密封作用。
文檔編號(hào)F16J15/26GK1187869SQ96194741
公開(kāi)日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1996年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月4日
發(fā)明者N·法伊斯特埃爾 申請(qǐng)人:蘇舍-布爾克哈特機(jī)械制造有限公司