专利名称：环形密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封件，其布置在环形密封间隙的径向朝内的外边界面和该密封间隙的径向朝外的内边界面之间。
背景技术：
在工程、尤其是机械工程中在各种几何和使用形状中都需要用于密封环形间隙的密封件。因此，这种密封件的各种结构构型在现有技术中是公知的-包括预制的标准部件的形式，甚至是标准化的构型。公知的环形密封件的最简单形式是橡胶制成的O形圈。相当复杂的结构的形式例如为公知为轴密封圈的那种，这种密封元件包括作为外部支座的金属环和橡胶制成的径向面向内的密封唇。这种类型的轴密封圈例如作用为密封其中伸出旋转轴的传动箱。为此目的，金属环配装在轴经其穿过的箱体内的钻孔中，而密封唇抵靠轴的圆柱形周面，该表面尽可能平滑分界(smooth-walled)。密封唇和轴的表面之间的接触表面区域减小到围绕轴的环形线，更详细地说，是由于密封唇径向向内逐渐缩小成几何形状上锋利的边缘这个事实造成的。这种设计构型允许轴高速旋转，在该情况下，例如，处于箱体内部并要被密封件阻止溢出到箱体之外的传动油在密封唇之下形成润滑油膜。那么，如所公知的那样，在接触表面区域内的动压力条件使得油不会向外穿过密封唇的下面。另外，尤其是，毡环公知为用于密封围绕如下元件的环形间隙，该元件不仅旋转，而且以平移运动通过钻孔。
在任何情况下，密封件遭受磨损，并有可能例如由于污垢或压力而受损-在密封件密封移动元件的情况下，但特别也由于磨损和疲劳造成-，而这种情况一般也导致密封元件在接触表面区域内腐蚀，并从而一方面导致密封件抵靠互补元件的偏压力减小，另一方面甚至会导致密封件开口且间隙开放。因此，密封件的磨损限制了其工作寿命，使得在密封件作为其组成零件的设备具有较长寿命时要更换密封件。
发明内容
与此相比，本发明要提供一种寿命提高的密封件。
根据本发明，该目的由具有权利要求1的特征的密封件来实现。本发明的优选结构在从属权利要求中陈述。
根据本发明，用于密封环形密封间隙的密封件包括密封环、偏压装置和压力环。密封环具有密封地抵靠密封间隙的边界面的密封表面。根据本发明，边界面可以是密封间隙的径向朝内的边界面或密封间隙的径向朝外的边界面。对于密封间隙的外边界面(也就是说，内边界面或外边界面)，密封环的压力表面在其径向相对密封表面的侧面上形成横截面为楔形的中间空间。压力环由偏压装置偏压于其上，更具体地说，偏压在形成楔形中间空间的表面上，偏压到以楔形构型渐细的中间空间内，从而压力环促使中间空间分隔开，并从而将密封环以其密封表面密封地压抵在密封间隙的(外或内)边界面上。
在这种情况下，压力环例如可以简单地为环形或矩形横截面的元件，并例如可以简单地被作为偏压装置的弹性环压入楔形中间空间内，但是优选地是压力环为大致三角形横截面的压力环形式-尤其是由径向向外指向的圆柱形周面形式的外工作表面形成，并具有径向向内指向的圆锥形周面形式的内工作表面和轴向指向的环形表面形式的偏压表面，偏压装置抵靠该偏压表面。偏压装置优选地为流体，该流体在密封件一侧受到压力，并通过连通管线(line communication)抵靠偏压装置-例如，该连通管线可以简单地为间隙形的中间空间形式，就本发明的密封布置及其结构空间而言其不密封，从而轴向指向的环形表面形式的偏压表面可靠地接收流体的压力并可以将该压力传递到压力环的工作表面上，偏压表面优选地为凹陷构型。那么，即使在安装根据本发明的密封件的座的相对轴向指向的平的环形表面情况下，它可以与其一起限定一个环形压力腔(也就是说，该压力腔的横截面一方面以对应于凹陷表面的方式限定为弧形，而另一方面以对应于平的表面的方式限定为直的。
优选地，且在上述对应于径向向内指向的圆锥形周面作为压力环工作表面的示例中，密封环具有圆锥形周面作为压力环的内工作表面所抵靠的压力表面，该圆锥形周面与压力环互补并因此径向向外指向-其中，密封表面在密封环的径向相对一侧上相应地为径向朝内的特性。
优选地，根据本发明的密封表面具有两个径向凸出的唇，它们例如在密封表面的周边上根据它们相应的取向而或是径向向内或是径向向外卷边状延伸。两个密封唇优选地在它们之间限定密封环中的沟槽，从而通过密封唇和沟槽的横截面优选地由持续的皱纹状的或波浪线限定边界，其中，通过密封唇和沟槽的横截面在任一情况下可以为弧形(唇凸起而沟槽凹陷)。
根据本发明的密封件尤其利于用在带有钻孔的外部元件和通过钻孔振荡移动的内部元件之间的环形间隙的密封上，尤其对于那种使用情况，密封环的密封表面径向朝内并且优选地抵靠内部元件的圆柱形周面，后者优选地为尽可能平滑表面的构型。这种使用情况例如在活塞的情形下出现，该活塞的活塞杆作为内部元件向外穿过作为外部元件的活塞箱体。根据本发明，在活塞振荡移动过程中有时处于压力下-更具体地说以脉动方式-的流体在每个活塞冲程中可以作为偏压装置穿过间隙状的中间空间而到达压力环的安装座，而这可以促使(优选地借助于偏压力)压力环进入密封环和密封间隙的其他表面之间的楔形中间空间内-所述其他表面在此使用情况下为外部元件中的密封间隙的径向朝内的外表面。
现在，例如，如果由于振动的活塞往复运动或由于其他磨损作用在密封环的密封表面上，则发生磨蚀，根据本发明的密封件有利地实现了这种磨蚀由压力环方面的偏压效果、借助于密封环经受压力环的压力所造成的补偿调节(take-up adjustment)，也就是说，由压力环所施加的偏压装置的偏压效果压力环被压在互补的密封间隙表面上(在后面描述的示例中，该偏压装置为流体)。
对于其间设置沟槽的两个密封唇的结构，在涉及振荡元件的使用情况下，它进一步有利的是对于每个活塞冲程润湿内部元件的流体的一部分传输到两个密封唇之间，并在此形成一种用来润滑密封表面的储池。如果流体本身具有一定的润滑特性，则尤其具有有益效果。然而，例如在与密封表面的材料相接触时，例如借助于化学反应或借助于形成保护膜，它例如促使该材料与内部元件(或更广义地说与抵靠它的互补元件)的表面材料的抗摩擦特性或是其耐磨性的情况下，这也具有有利的润滑效果。
因此，如在本实施例中的，内部元件平动到流体之外的情况下，流体作为润滑剂传输到密封表面上，根据本发明，通过在外部元件钻孔侧壁内的密封件另一侧上附加地设置流体储存沟槽，该沟槽例如以整个周边上的环形沟槽形式设置，可以进一步增强这个有利效果。在密封件于流体的偏压效果之下实现密封之前有可能移动过内部元件润湿表面上的密封件之下的流体可以汇集在流体储存沟槽中，并且这样会在一开始就增强密封效果，只要该部分流体不进一步向外传输即可。另外，内部元件的返回冲程运动将流体传输到流体储存沟槽之外而回到密封表面，在此，该流体可以带来同样的有益(例如润滑)效果，这在此前已经相对于冲程运动加以描述。
工作中在密封件出的磨损偶尔会不可预料地高。这主要归因于密封件在工作中严重变形。为了应付这种情况，提供了另一种构型，即，密封件具有芯部，该芯部形状稳定。形状稳定的芯部例如可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚甲醛(POM)。由于POM易于加工并具有疏水特性，因此POM尤其是广泛用在卫生部分的材料。
在该方面，密封环可以保持其外形不变。密封环稳定的芯部基本上与密封环的形状一致，也就是说，它可以为楔形构型，并由密封材料以密封件外形保持不变的方式围绕。另外，稳定的芯部也可以基本上为密封环的形状，并可以围绕其再涂覆密封材料。那么，密封材料的厚度优选地大约在2和3mm之间的范围内。
根据本发明，根据本发明的密封件尤其有利地以所述方式用在海水淡化工厂中的传输活塞中，在海水淡化工厂中，传输活塞以大约0.1Hz的相对低的活塞冲程频率传送海水。然而，根据本发明的密封件也可以有利地在其他活塞或泵上使用。
下面，将参照附图描述本发明，图中图1和2分别是在外部和内部元件之间的环形密封间隙内的根据本发明的密封件的相应的截面侧视图；以及图3和4示出带有形状稳定的芯部的根据本发明的密封件的两种构型。
具体实施例方式
参照图1，其中示出密封件2，该密封件2具有密封环4和压力环6。密封环4具有径向朝内的密封表面8，其横截面为持续的皱纹或波浪线。作为横截面的波浪线由两个径向向内凸出的密封唇10提供，这两个密封唇在它们之间限定了一个密封环4的密封表面8中的沟槽12。密封环4的密封表面8抵靠密封间隙16的径向朝外的内周面14，该密封间隙16是形成在内部元件18和外部元件20之间。内部元件18是沿轴22的方向在作为外部元件20的活塞箱体内的钻孔16中振荡移动的活塞杆。在图中左手一侧标号24上，在活塞箱体内设置的是在压力下设置的海水24，海水24由活塞箱体20和活塞杆18作为其部件的设备(未示出)传输。位于外部元件20内的环形沟槽形式的座26内的密封件由金属环28借助于螺栓30轴向固定在座26中。
对于活塞杆18的每个冲程运动，润湿活塞杆18的表面的水被传输到密封唇10和密封唇10之间的沟槽12的区域内，在此形成润滑剂膜并汇集在沟槽12中。
在密封唇10处由于活塞杆18的振荡运动而发生磨损，从而在特定的工作时段后，密封件2的密封作用减弱，并且对于每个活塞杆的冲程运动传输到外部的水24逐渐地稍微增多。润湿活塞杆18的表面并整体在密封表面8之下向外传输(朝向图1的右侧)的水汇集在流体储存沟槽32中，该沟槽32在外部元件20钻孔16的径向朝内的侧壁中设置成环形构型。在这种结构中，侧壁以间隙配合抵靠形成活塞杆18的表面的圆柱形周面，后者具有光滑侧壁的特征。从而，在密封件22之下向外传输的水24随着润湿活塞杆18而被汇集在此处，并在活塞杆18的返回行程中从此处被传送回密封件2的区域，并由此额外地促进润滑剂膜在密封件2和密封间隙16的边界面之间的区域内的形成。
随着密封唇10的磨损变得越来越大，尤其是由于活塞杆18的振荡运动，越来越多的水24向外穿透，并且在这种情况下也穿透到密封件2的后面(在图1的右侧)而进入座26中。然后在轴向指向(朝左)的座26的边界面和轴向指向(朝右)的压力环6的凹陷的偏压表面36之间建立使水24向外穿透的压力，并从而将压力环6轴向(朝左)偏压到密封环4的径向向外指向的压力表面38和密封间隙16的径向朝内的外边界面40之间的中间空间内，该中间空间为楔形横截面。在这种情况下，密封间隙16的径向朝内的外边界面40为座26的径向指向的边界面，并且它为圆柱形表面的形式；而密封环4的径向向外指向的压力表面为圆锥形表面的形式，用于形成中间空间的楔形横截面。
借助于这种布置和构型，向外转移的水24目前作为偏压装置将压力环6的偏压表面36压入密封环径向朝外的压力表面38和座26的径向朝内的外边界面之间的楔形中间空间内，并从而导致密封环4以其密封表面8压抵活塞18的圆柱形外表面(以便它经历补偿调节)。从而，根据本发明的密封件16在磨损或在其他形式的磨蚀之后根据本发明自动采取补偿调节。
图2所示的密封件2′与图1所示的密封件2不同之处主要在于它配装在内部元件18′(在此为活塞18′)内。于是，它的密封表面8径向朝外，且抵靠密封间隙16′的径向朝内的外表面40′。密封件2′的密封表面8′所抵靠的表面40′为气缸20′的径向朝内的圆柱形周面，而活塞18′在该气缸内往复运动。
与图1所示的密封件2相比，图2所示的密封件2′的另一个主要不同之处在于凹陷的偏压表面36′面对活塞压力侧的方向上(朝向图2的右侧)，在该偏压表面处流体24′处于压力下。因此，流体24′的偏压作用仅在流体24′开始穿过密封表面8之下时不开始，但是流体24′的压力总是作用在偏压表面上。
所述的密封件也可以具有芯部，该芯部形状稳定，并优选地由塑料材料制成。这种带有形状稳定的芯部的密封件的第一种构型在图3中示出。在这种结构中，形状稳定的芯部41为压力环的楔形形式，并布置在密封环42之内。在图4所示的另一种构型中，形状稳定的芯部41′也可以为密封环4的形状，并可以涂覆有密封材料42′，该涂层42′优选地在2和3mm厚度之间。这些结构克服了密封件在工作中过渡磨损的问题。这是由于密封件整体相对容易变形，并导致整体被卷入活塞杆18的平移运动中，穿过活塞杆18和活塞箱体20之间，从而密封件轻易会被磨碎。在形状稳定的密封件情况下这个问题可予以避免。
权利要求
1.一种密封件，布置于环形密封间隙的径向朝内的外边界面和密封间隙的径向朝外的内边界面之间，其特征在于，包括一个密封环(4)，该密封环具有密封表面(8)，该密封表面(8)密封抵靠密封间隙(16)的一个边界面(14)，并具有压力表面(38)，该压力表面(38)在密封环(4)的与密封表面(8)成径向相对关系的一侧上，与密封间隙(16)的另一边界面(40)一起形成中间空间，该中间空间为楔形横截面；以及压力环(6)，该压力环至少有时被偏压装置(24)相对于密封间隙(16)的另一边界面(40)和压力表面(38)偏压到中间空间内，用来将密封表面(8)压抵到密封间隙(16)的所述一个边界面(14)上。
2.如权利要求1所述的密封件，其特征在于，偏压装置是流体(24)，该流体在密封件(2)的一侧(24)上处于压力下并抵靠压力环(6)。
3.如上述权利要求中任一项所述的密封件，其特征在于，压力环(6)具有径向向外指向的圆柱形周面形式的外工作表面(40)，该表面抵靠密封间隙(16)的另一边界面(40)；以及径向向内指向的圆锥形周面形式的内工作表面(38)，该表面抵靠互补的圆锥形周面形式的密封环(4)的压力表面(38)；还具有轴向指向的环形表面形式的偏压表面(36)，偏压装置抵靠该表面。
4.如权利要求3所述的密封件，其特征在于，偏压表面(36)是凹陷的。
5.如上述权利要求中任一项所述的密封件，其特征在于，密封表面(8)具有两个径向凸出的密封唇(10)，它们在封闭密封环(4)中于其间封闭一沟槽(12)。
6.如权利要求5所述的密封件，其特征在于，通过密封唇(10)和沟槽(12)的横截面分别为圆弧形式。
7.如权利要求5或6所述的密封件，其特征在于，通过密封唇(10)和沟槽(12)的横截面为持续的波浪线。
8.如上述权利要求中任一项所述的密封件，其特征在于，密封间隙(16)的一个边界面(14)为圆柱形内部元件(18)的周面，而密封间隙(16)的另一边界面(40)为外部元件(20)中圆柱形钻孔(16)的径向朝内表面。
9.如权利要求8所述的密封件，其特征在于，内部元件(18)通过钻孔(16)振荡地移动。
10.如权利要求9所述的密封件，其特征在于，流体(24)在密封件(2)的一侧上处于压力下，而在设置于钻孔(16)侧壁内的密封件(2)的以间隙配合抵靠内部元件(18)的周面(14)的另一侧上是环形的流体储存沟槽(32)。
11.如上述权利要求中任一项所述的密封件，其特征在于，密封件，尤其是密封环(4)具有芯部，该芯部形状稳定，并尤其是包含塑料材料。
12.如权利要求11所述的密封件，其特征在于，形状稳定的芯部基本为压力环(6)的形状，或为密封环(4)的形状，并涂覆有密封材料。
13.一种活塞装置，其具有气缸，活塞在其中可移动，用于输送流体，并且在气缸内壁和活塞外壁之间具有如上述权利要求中任一项所述的密封件。
14.一种海水淡化设备，具有如权利要求13所述的活塞装置，用来输送海水和/或浓缩的海水。
全文摘要
本发明涉及一种位于环形密封间隙的径向朝内的外边界面和所述密封间隙的径向朝外的内边界面之间的密封件。所述密封件特征在于一密封环(4)，该密封环包括紧密抵靠密封间隙(16)的一个边界面(14)的密封表面(8)以及在密封环(4)的径向与密封表面(8)相对的一侧上与密封间隙(16)的另一边界面(40)一起形成楔形横截面的中间腔的接触表面(38)。密封件特征还在于推力环(6)，推力环至少间歇地由预紧元件(24)相对于密封间隙(16)的另一边界面(40)和接触表面(38)预张紧到中间腔中，以便将密封表面(8)压在密封间隙(16)的第一边界面(14)上。
文档编号F16J15/18GK1486407SQ02803683
公开日2004年3月31日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月19日
发明者阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本 申请人:阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本