CN101821534A - 横向密封垫圈及其方法 - Google Patents

Abstract

一个细长的弹性材料垫圈(10)密封一对相对凸缘(12、14)，以防止液体通过，而无需将凸缘(12、14)压紧到一起。一个加强弹簧(32)被嵌入该弹性材料垫圈(10)之内，并成形为使得当其被将垫圈(10)安装进凸缘(12、14)之间的一个工作位置的操作所偏斜时，加强弹簧(32)能起反作用。在一个优选的实施例中，形成在加强弹簧(32)上的一个被关键定位的U形弯头(34)增大在垫圈另一端的相对密封压条之间的接触压力。更具体地，作为加强弹簧(32)在装配期间被移置的一个直接结果，第一对密封压条(24)和它们相关的接触面(38)之间的横向接触压力被增大。类似地，直接响应于装配期间加强弹簧(32)在第一压条(24)的区域的横向移置，第二对压条(28)和它们相应的接触面(42)之间的横向接触压力被增大。

Description

横向密封垫圈及其方法

相关申请的交叉引用

无。

技术领域

本发明涉及一种用于不将相对凸缘压紧到一起而密封该相对凸缘的三部分垫圈系统(three-part gasket system)，特别是涉及一种活块垫圈(loose piecegasket)，该垫圈通过施加于每一相对凸缘上的、自生成的横向接触压力维持不透液的密封。

背景技术

垫圈被用于各式各样的密封应用中。典型地，垫圈被压紧于相对凸缘之间，以完善不透液的密封。压缩载荷通常由围绕垫圈分隔开多个螺栓或其他紧固装置而实现。为实用目的，垫圈和相对凸缘均必须设计并构造自足够坚固的材料，以承受完善密封所需的压缩载荷。因而，凸缘元件倾向于构造得较重，从而增加了总的重量和成本。

Inciong的授权于1997年11月18日的第5,687,975号美国专利描述了一种垫圈密封组件，其目的在于将在相对凸缘之间形成适当压缩载荷所需的夹紧螺栓的数量最小化。尽管Inciong的′975专利表现出本领域值得注意的进展，但依然有赖于在相对凸缘之间维持某些压缩载荷，以便维持不漏流体的密封。所以，该凸缘必须构造自足够坚固(并且重)的材料，以承受该压缩载荷。

现有技术一个更近期的试图减小相对凸缘之间的压缩载荷要求的例子可见于Bauer等的公布于2006年6月8日、公布号为2006/0118073的美国专利申请。尽管有效，但该技术可能被认为是费用大的，而且不适用于所有应用。在这一设计中，垫圈零件被直接模塑为凸缘部分之一。垫圈元件具有弹性材料构造，该构造被嵌入一个由刚性塑料材料制成的起稳定作用的核心，该核心增加了相对凸缘上的横向接触压力。

因此，本领域需要一种独立的垫圈，这种垫圈诸如用于由垫圈和一对相对凸缘组成的三部分系统的那种，这些部分被密封到一起——而不是将凸缘压紧到一起——以防止液体通过。垫圈部件的独立性质降低了总的系统成本，并便于低成本修理和维护。因此，需要一个由于避免了压缩载荷而使轻质凸缘构造成为可能的方案。该方案必须是低成本、通用、耐用的，并且易于从一个应用调整到另一个。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种独立的、活块垫圈，用于将一对相对凸缘密封在一起，以防止液体通过，而无需将凸缘压紧到一起。该垫圈包括一个细长的弹性材料垫圈主体，该主体确定一个大致连续的长度。垫圈主体包括相对该长度在第一横向方向上延伸的基本第一密封元件，以及在与该第一横向方向相反的第二横向方向上延伸的基本第二密封元件。第一和第二密封元件各自沿垫圈主体的长度连续延伸而不间断。第一对相对压条(bead)从第一密封元件横向突出。该第一对相对压条沿垫圈的长度连续延伸而不间断，以抵靠相对凸缘中的第一个而建立横向导向的接触密封。第二对相对压条从第二密封元件横向突出。该第二对相对压条沿垫圈的长度连续延伸而不间断，以抵靠相对凸缘中的第二个而建立横向导向的接触密封。一个细长的加强弹簧被嵌入垫圈主体之内并在每一个第一和第二密封元件之内延伸。该加强弹簧具有至少一个U形弯头，以相对该长度横向地连续加荷于相应的第一和第二对压条，从而增强压条与它们相应的相对凸缘之间的接触压力。通过这一构造，无需压缩力，该垫圈即可通过每一相对凸缘上的、自生成的横向接触压力，在相对凸缘之间维持不透流体的密封。

根据本发明的第二方面，提供一种三部分垫圈系统，用于将一对相对凸缘密封在一起，以防止液体通过，而无需将凸缘压紧到一起。该三部分系统包括一个细长的弹性材料垫圈主体，以及第一和第二凸缘。该细长的弹性材料垫圈主体确定一个大致连续的长度。第一和第二凸缘平行于该垫圈主体而延伸，并且各自有一对相对面向的接触面。垫圈主体包括朝第一凸缘横向延伸的基本第一密封元件，以及朝第二凸缘横向延伸的基本第二密封元件。第一和第二密封元件各自沿垫圈主体的长度连续延伸而不间断。第一对相对压条从第一密封元件横向突出。该第一对相对压条沿该长度连续延伸而不间断，以抵靠第一凸缘的相应接触面而建立横向导向的接触密封。同样地，相似地构造第二对相对压条，其抵靠第二凸缘的相应接触面而建立横向导向的接触密封。一个细长的加强弹簧被嵌入垫圈主体之内并在每一个第一和第二密封元件之内延伸。该加强弹簧具有至少一个U形弯头，以相对该长度横向地连续加荷于相应的第一和第二对压条，从而增强压条与第一和第二凸缘的相应的接触面之间的接触压力。该垫圈通过每一相应的接触面上的、自生成的横向接触压力，在第一和第二凸缘之间维持不透液的密封。

根据本发明的另一方面，提供一种方法，该方法用于在一对相对凸缘之间维持一个密封的界面，而无需将凸缘压紧到一起。根据该方法，提供第一和第二凸缘，它们各具有一对相对面向的接触面。一个细长的弹性材料垫圈主体被置于第一和第二凸缘之间。垫圈主体上的第一对相对压条承受与第一凸缘的相应接触面之间的横向压紧接触(lateral pressing contact)。同样地，垫圈主体上的第二对相对压条承受与第二凸缘的相应接触面之间的横向压紧接触。一个细长的加强弹簧被嵌入垫圈主体之内并支持着每一个第一和第二对压条。其改进的特征在于直接响应于在第一压条的区域横向地移置该加强弹簧，增大第二对压条和第二凸缘上的相应的接触面之间的横向接触压力。这与另一步骤同时发生，即直接响应于在第二压条的区域横向地移置该加强弹簧，增大第一对压条和第一凸缘上的相应的接触面之间的横向接触压力。从而，根据本方法，该垫圈通过每一相应的接触面上的、自生成的横向接触压力，在第一和第二凸缘之间维持不透液的密封。

根据本发明的各方面，克服了现有技术手段和教导中固有的缺点和缺陷。

附图说明

结合下面的详细说明和附图，本发明的这些和其他特征与优点将得以更好地理解，其中：

图1是一个分解透视图，以发动机汽缸盖、阀盖和阀盖垫圈形成一个三部分密封组件的形式描述了本发明的一个典型应用；

图2是根据本发明的一个优选实施例的独立垫圈的片段透视图；

图3是被压紧于相对凸缘之间的现有技术垫圈构造的代表性的剖面图；

图4是根据本发明的一个优选实施例的垫圈组件的剖面图；

图5是如图4的剖面图，描述了由相对的第一和第二凸缘的成形界面所导致的被嵌入的加强弹簧的多向移置；

图6是一个剖面图，通过假象的力矢量描述了每一个压条施加的横向接触压力的增大，这是由图5所示的加强弹簧的移置导致的；

图7是如图4的剖面图，但描述了本发明垫圈组件的第一替代实施例；以及

图8是如图4的剖面图，但描述了本发明垫圈组件的第二替代实施例。

具体实施方式

参考各图，贯穿这几个视图，其中相同的数字表示相同或相应的部分，根据本发明的一个密封组件示例于图1，它包括一个垫圈，该垫圈总体示于10，并置于第一凸缘12和第二凸缘14之间。尽管可在各种应用中发现本发明的垫圈组件的有用性，但此处描述的典型实施例描绘了在一个汽车环境下的使用，其中，第一凸缘12包括一个阀盖或摇杆盖16的下部的周边。此处示出的第二凸缘14形成一个汽缸盖18的上部的周边。当然，这些具体命名的部件仅仅是例子，而且本领域技术人员会理解汽车发动机领域之内和之外的、适用本发明教导的其他部件。

如图1所示的垫圈10形成为一个连续的——即环形或无端点的——元件。在许多应用中，这一形式会被认为是个标准。但是可以预见，垫圈10可具有类似的细长构造，但具有确定的端点。在两者中的任何一个情况下，垫圈主体细长、挤压状的性质始终如一地确定了一个大致连续的长度。

现在参考图2，垫圈10的长度由垫圈10的细长主体确立，并以邻近该图的一个描述性图例标示。此处示出的垫圈主体包括相对该长度在第一横向方向上延伸的基本第一密封元件20。在本例中，该第一横向方向描述为一个朝上指向的矢量。所有的方向指示，比如“横向”，均相对于垫圈主体的长度。同样地，基本第二密封元件22在与该第一横向方向大致相反的第二横向方向上延伸。从而，在图2的例子中，该第二横向方向以一个向下指向的矢量代表。第一和第二密封元件20、22各自沿垫圈主体的长度连续延伸而不间断。从而，垫圈10沿其整个长度保持大致一致的剖面，该长度可为无端点的或确定的。

第一对相对压条24从第一密封元件20横向突出。此处所指的涉及压条24的横向方向包括第三和第四横向方向。这些第三和第四横向方向在图2中表示为大致垂直于第一和第二横向方向的矢量。该第一对相对压条24沿垫圈主体的长度连续延伸而不间断，以抵靠第一凸缘12而建立横向导向的接触密封。因而，第一对压条24采用肋或脊的形式，延伸垫圈10的整个长度。除了第一对压条24之外，当需要时，可加上补充第一压条26。所以，补充第一压条26是可选的，并可被包括在特定应用所适合的许多对和排列。如同第一对压条24，该补充第一压条26既可以也可不沿垫圈10的连续长度延伸，并可为增强的密封、增强的保持力或其他目的而被提供。

第二对相对压条28从第二密封元件22横向突出。如同第一对压条24，该第二对相对压条28也面向第三和第四横向方向。第一和第二对压条24、28被指为“相对”，意味着压条24、28在横向相反的方向(即第三和第四横向方向)上面向。对于第一对压条24，它们被描述为彼此横向离开或相对向外而面向。但是，对于第二对相对压条28，它们被显示为彼此朝向或相对向内而面向。除了第二对压条28之外，为了与上述有关第一对补充压条26的目的同样的目的，可提供补充压条30。即，该第二对补充压条30既可以也可不沿垫圈10的长度连续延伸而不间断，并可为增强的密封、增强的夹紧力、定位目的或其他有用目的而被提供。

优选地，垫圈10由一种高弹性的弹性材料制成，例如橡胶。术语“橡胶”以一种更一般的意义使用，是指任何可压缩的和高度有弹性的弹性材料。但是，更一般地，只要有弹性，已知的任何被用于垫圈应用的材料都可用于垫圈10。

大致示于32的一个细长的加强弹簧被嵌入该弹性材料垫圈主体。该加强弹簧32优选为一个由诸如高碳钢或其他高弹性合金的金属弹簧材料制成的单一的片状的带。加工成形该加强弹簧32，使得其在每一个第一和第二密封元件20、22之内延伸，支撑相应的第一和第二对相对压条24、28。加强弹簧32可被加工成形为各种构造，但包括至少一个U形弯头34，以相对垫圈10的长度横向地(即第三和第四维度)连续加荷于相应的第一和第二对相对压条24、28。由弯曲的加强弹簧32引起的这一横向加荷增强了压条24、28与它们相应的相对凸缘12、14之间的接触压力。通过该加强弹簧32的关键形状和嵌入，无需在凸缘12、14之间维持压缩力，该垫圈10得以通过每一凸缘12、14上的、自生成的横向接触压力，在相对凸缘12、14之间维持不透液的密封。因此，可减轻一个或两个凸缘的结构组成，因为没有或只有最小量的压缩载荷需要承受。

参考图3和4，可很容易地看到本发明垫圈10和适于一个类似应用的现有技术构造的并排比较。如图4所示，本发明垫圈10的一个优选的实施例与第一凸缘12啮合，该凸缘成形为具有一对相对面向的接触面38的一个连续延伸的槽36，该接触面38在槽36的相对侧上横向地面向对方而呈现。另一方面，第二凸缘14则由具有一对相对面向的接触面42的一个连续延伸的舌状物40确定，该接触面42在舌状物40的相对侧上横向地背向对方而呈现。在这种情况下，当从剖面看时，垫圈主体具有一个倒转的Y形构造，第一密封元件20被插入槽36中，而第二密封元件22则具有一个与舌状物40的两侧重叠的大致U形的构造。正如此处所示，当从垂直于垫圈10的长度的剖面看时，弹性弹簧32同样具有一个大致Y形的构造。弹性弹簧32的Y形构造由嵌入第二密封元件22之内的一对分叉支线44和嵌入第一密封元件20之内的一个汇合干线46确定。之前提及的U形弯头34被容纳于干线46的顶部，即，邻近垫圈10的最上边。在这一配置中可以发现，第一对相对压条24彼此横向背向突出，以在一个横向方向上与接触面38啮合。第二对相对压条28彼此横向面向突出，并适于与舌状物40的接触面42直接啮合。

工作中，确定垫圈10的尺寸以提供相应的压条24、28和凸缘12、14上相应的接触面38、42之间的干涉配合关系。因此如图5所示，当第一密封元件20被插入第一凸缘12中的槽36时，第一对压条24和接触面38之间的干涉配合移置加强弹簧32的干线46部分，从而如假想的方向箭头所示的那样将其压挤到一起。因此，有了这个发挥类似活动铰链作用的U形弯头34，分叉支线44被压挤到一起，导致如图6所示的密封反作用力，其中，第二对压条28抵靠其在舌状物40上相应的接触面42被压挤得更紧密。在与第一凸缘12有关的加强弹簧32的被迫移置之间确立一个共生关系，改善了在与第二凸缘14的界面处的密封特性。通过类似方法，由于第二对压条28和接触面42之间的干涉配合，第二密封元件22对舌状物40的附着向外移置加强弹簧32的分叉支线44，如图5的方向箭头所示。这反过来通过铰链状的U形弯头34，促使干线46的扩展。如图6所示，其结果是产生一个横向向外导向的密封反作用力，该反作用力倾向于更紧密地抵靠槽36中的接触面38，更紧密地压迫第一对压条24(以及任何补充压条26)。因此，具有被嵌入的加强弹簧32的、与第一和第二凸缘12、14的新颖构造耦合的本发明垫圈10的独特构造产生一个通过每一相应接触面38、42上的、自生成的横向接触压力，更适于在第一和第二凸缘12、14之间维持不透液的密封的垫圈10。

现在转向图7，示出并描述了本发明垫圈的第一替代实施例110。在这第一替代实施例中，为方便起见，类似于以上所使用的参考数字被偏置100，并重新用来标识相应的部件。在这一实施例中，第一密封元件120的形状与第二密封元件122的成镜像，使得垫圈110的引起的剖面形状像字母“H”。在这一设计中，加强弹簧132由第一和第二脱节的半个组成，每一个半个在垫圈主体的中心连接部包含一个U形弯头134。第一凸缘112的形状被相应地修改，采用与第二凸缘114相同的外形，以与这个替代垫圈110的构造适当配合。在所有其他方面，垫圈110如如上所述的有关优选实施例一样运行。

图8描述了本发明的第二替代实施例。在这个例子中，与优选实施例相应的参考数字被偏置200，第二凸缘214被修改以和第一凸缘212成镜像。类似地，垫圈210的第二密封元件222与第一密封元件220成镜像，形成一个加号(+)形状的垫圈210的剖面构造。在这个例子中，加强弹簧232再次形成为第一和第二半个，每一个半个服务第一和第二密封元件220、222。加强弹簧232的每一个半个的U形弯头234被置于邻近顶部，正如在优选实施例中那样。当需要时，相应的半个加强弹簧的部分可在横向向外的方向上(第三和第四维度)被弯曲，以硬化垫圈的主体或增强功能。

前述发明的描述符合相关法定标准，所以本说明书本质上是示范性的，而不是限制性的。对所公开的实施例而作的变更和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且落入本发明的范围。因此，本发明的法律保护范围只能通过研究所附权利要求才能得以确定。

Claims (20)

1.一种垫圈，用于将一对相对凸缘密封在一起，以防止液体通过，而无需将凸缘压紧到一起，所述垫圈包括：

一个细长的弹性材料垫圈主体，所述主体确定一个大致连续的长度；

所述垫圈主体包括相对所述长度在第一横向方向上延伸的基本第一密封元件，以及在与所述第一横向方向相反的第二横向方向上延伸的基本第二密封元件，所述第一和第二密封元件各自沿所述垫圈主体的所述长度连续延伸而不间断；

从所述第一密封元件横向突出的第一对相对压条，所述第一对相对压条沿所述长度连续延伸而不间断，以抵靠相对凸缘中的第一个而建立横向导向的接触密封；

从所述第二密封元件横向突出的第二对相对压条，所述第二对相对压条沿所述长度连续延伸而不间断，以抵靠相对凸缘中的第二个而建立横向导向的接触密封；

以及一个细长的加强弹簧，所述加强弹簧被嵌入所述垫圈主体之内并在每一个所述第一和第二密封元件之内延伸，所述加强弹簧具有至少一个U形弯头，以相对所述长度横向地连续加荷于所述相应的第一和第二对压条，从而增强所述压条与它们相应的相对凸缘之间的接触压力，这样，无需压缩力，所述垫圈即通过每一凸缘上的、自生成的横向接触压力，在相对凸缘之间维持不透液的密封。

2.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一和第二对相对压条相对所述长度在第三和第四横向方向上、并大致垂直于所述第一和第二横向方向而突出。

3.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述弹性弹簧由一个单一的片状的带组成。

4.根据权利要求3所述的垫圈，其特征在于，所述弹性弹簧由一种金属材料制成。

5.根据权利要求3所述的垫圈，其特征在于，当从垂直于所述长度的剖面看时，所述弹性弹簧具有一个大致Y形的构造。

6.根据权利要求5所述的垫圈，其特征在于，所述弹性弹簧的所述大致Y形的构造由嵌入所述第二密封元件之内的一对分叉支线和嵌入所述第一密封元件之内的一个汇合干线确定，所述U形弯头被容纳在所述干线之内，所述第一对相对压条彼此横向背向突出，且所述第二对相对压条彼此横向面向突出。

7.根据权利要求3所述的垫圈，其特征在于，所述弹性弹簧由被嵌入所述第一密封元件的一对相隔的支线确定，所述U形弯头与所述支线毗连。

8.根据权利要求7所述的垫圈，其特征在于，所述第一对相对压条彼此横向面向突出。

9.根据权利要求7所述的垫圈，其特征在于，所述第一对相对压条彼此横向背向突出。

10.一种垫圈系统，用于将一对相对凸缘密封在一起，以防止液体通过，而无需将凸缘压紧到一起，所述垫圈系统包括：

一个细长的弹性材料垫圈主体，所述主体确定一个大致连续的长度；

平行于该垫圈主体而延伸的第一凸缘，所述第一凸缘有一对相对面向的接触面；

平行于该垫圈主体而延伸、与所述第一凸缘相对的第二凸缘，所述第二凸缘有一对相对面向的接触面；

所述垫圈主体包括朝所述第一凸缘横向延伸的基本第一密封元件，以及朝所述第二凸缘横向延伸的基本第二密封元件，所述第一和第二密封元件各自沿所述垫圈主体的所述长度连续延伸而不间断；

从所述第一密封元件横向突出的第一对相对压条，所述第一对相对压条沿所述长度连续延伸而不间断，以抵靠所述第一凸缘的相应接触面而建立横向导向的接触密封；

从所述第二密封元件横向突出的第二对相对压条，所述第二对相对压条沿所述长度连续延伸而不间断，以抵靠所述第二凸缘的相应接触面而建立横向导向的接触密封；

以及一个细长的加强弹簧，所述加强弹簧被嵌入所述垫圈主体之内并在每一个所述第一和第二密封元件之内延伸，所述加强弹簧具有至少一个U形弯头，以相对所述长度横向地连续加荷于所述相应的第一和第二对压条，从而增强压条与所述第一和第二凸缘的相应的所述接触面之间的接触压力，这样，所述垫圈通过每一相应的所述接触面上的、自生成的横向接触压力，在所述第一和第二凸缘之间维持不透液的密封。

11.根据权利要求10所述的垫圈系统，其特征在于，所述第一和第二对相对压条相对所述长度在第三和第四横向方向上、并大致垂直于所述第一和第二横向方向而突出。

12.根据权利要求10所述的垫圈系统，其特征在于，所述弹性弹簧由一个单一的片状的带组成。

13.根据权利要求12所述的垫圈系统，其特征在于，所述弹性弹簧由一种金属材料制成。

14.根据权利要求12所述的垫圈系统，其特征在于，当从垂直于所述长度的剖面看时，所述弹性弹簧具有一个大致Y形的构造。

15.根据权利要求14所述的垫圈系统，其特征在于，所述第一凸缘由具有所述一对相对面向的接触面的一个连续延伸的槽确定，所述接触面在所述槽的相对侧上横向地面向对方而呈现，所述第二凸缘由具有所述一对相对面向的接触面的一个连续延伸的舌状物确定，所述接触面在所述舌状物的相对侧上横向地背向对方而呈现，并且进一步地，所述弹性弹簧的所述大致Y形的构造由嵌入所述第二密封元件之内的一对分叉支线和嵌入所述第一密封元件之内的一个汇合干线确定，所述U形弯头被容纳在所述干线之内，所述第一对相对压条彼此横向背向突出，且所述第二对相对压条彼此横向面向突出。

16.根据权利要求12所述的垫圈系统，其特征在于，所述弹性弹簧由被嵌入所述第一密封元件的一对相隔的支线确定，所述U形弯头与所述支线毗连。

17.根据权利要求16所述的垫圈系统，其特征在于，所述第一凸缘由具有所述一对相对面向的接触面的一个连续延伸的舌状物确定，所述接触面在所述舌状物的相对侧上横向地背向对方而呈现，所述第一对相对压条彼此横向面向突出，以与所述接触面直接啮合。

18.根据权利要求16所述的垫圈系统，其特征在于，所述第一凸缘由具有所述一对相对面向的接触面的一个连续延伸的槽确定，所述接触面在所述槽的相对侧上横向地面向对方而呈现，所述第一对相对压条彼此横向背向突出，以与所述接触面直接啮合。

19.一种无需将一对相对凸缘压紧到一起，即可在所述凸缘之间维持一个密封界面的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有一对相对面向的接触面的第一凸缘；

提供具有一对相对面向的接触面的第二凸缘；

将一个细长的弹性材料垫圈主体置于所述第一和第二凸缘之间；

在所述垫圈主体上形成第一对相对压条，所述第一对相对压条承受与所述第一凸缘的相应接触面之间的横向压紧接触；

在所述垫圈主体上形成第二对相对压条，所述第二对相对压条承受与所述第二凸缘的相应接触面之间的横向压紧接触；

将一个细长的加强弹簧嵌入所述垫圈主体，所述加强弹簧支持着每一个所述第一和第二对压条；

以及直接响应于在所述第一压条的区域横向地移置所述加强弹簧，增大所述第二对压条和所述第二凸缘上的所述相应的接触面之间的横向接触压力，并同时直接响应于在所述第二压条的区域横向地移置所述加强弹簧，增大所述第一对压条和所述第一凸缘上的所述相应的接触面之间的横向接触压力，这样，所述垫圈通过每一所述相应的接触面上的、自生成的横向接触压力，在所述第一和第二凸缘之间维持不透液的密封。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述增大接触压力的步骤包括彼此背向地横向加荷于所述第一对相对压条，并同时彼此面向地横向加荷于所述第二对相对压条。

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