CN104145145B - 单向压力激活的活塞密封件 - Google Patents

Abstract

一个螺线管致动阀门(10)以低泄漏保持储能器的压力和容积并且在一个释放行程中提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗卸载该储能器的流体容量。两个长形构件(10a，10b)被组装成在轴向上相对于彼此是可移动的，在这两个构件中的一个构件(10a)中形成有一个密封压盖或凹槽(10c)。位于该凹槽(10c)中的一个o型圈(12)在无激励状态时与另一个阀门构件(10b)无接触关系。位于该凹槽(10c)中的一个激励器环(14)可以相对于该o型圈(12)在轴向上往复运动。响应于该激励器环(14)的与该o型圈(12)相反的一个表面(14a)上的流体压力，该激励器环(14)在轴向上朝该o型圈(12)移动从而在轴向上压缩该o型圈(12)，致使该o型圈(12)在径向上向外扩展而与另一个阀门构件(10b)密封接触。

Description

单向压力激活的活塞密封件

技术领域

本发明涉及一种单向压力激活的活塞密封件和在未被压力激活时提供低阻力以及在被压力激活时提供低泄漏的方法。

背景技术

工业上在使用o型圈和聚四氟乙烯（PTFE）环（有时用品牌名称而称作特氟龙（TEFLON™））的活塞密封件上有许多变体。例如，在美国专利号7,815,195、美国专利号6,502,826、美国专利号6,129,358、美国专利号5,140,904、美国专利号5,082,295、美国专利号4,291,890、美国专利号4,109,921以及美国专利号3,592,164中披露了不同类型和构型的活塞密封件。虽然这些活塞密封件可认为是适于它们的预期目的，但这些构型都没有提供具有低致动阻力的压力激活的低泄漏密封件。

如在图6中清楚看到，先前已知的螺线管致动液压流体阀门30包括相对于彼此可移动的第一阀门构件30a和第二阀门构件30b。这些阀门构件中的一个阀门构件30a包括形成于其中的一个凹槽30c。一个标准o型圈32位于凹槽30c中并且对一个PTFE环34加偏压而与另一个阀门构件30b密封接合。这个密封系统使用o型圈32来将一个基于PTFE的密封环34加载抵靠到活塞孔36的由第二阀门构件30b限定的内径（ID）上。

发明内容

虽然先前已知的系统产生了良好密封，但与所希望的相比所产生的阻力还是较高。要求一种仅需要在一个方向上密封并在致动过程中释放该密封件来使致动阻力的量最小或消除的解决方案。所希望的是提供一种在一个方向上被密封时带有低泄漏的螺线管致动液压流体阀。所希望的是提供一种在相反方向上带有低致动阻力的螺线管致动液压流体阀。所希望的是提供一种响应于流体压力带有低泄漏密封而在没有流体压力的情况下带有低致动阻力的螺线管致动液压流体阀。

为了保持储能器的压力和容积，液压螺线管阀门具有非常苛求的泄漏要求。除此之外，该液压螺线管阀门必须能够以需要低致动阻力的非常低的电流消耗来充加（stroke）和卸载该储能器。一个单向压力激活的活塞密封件可以实现液压螺线管阀门的这种低泄漏和低致动阻力的双重目标，这是通过响应于流体压力密封该阀门并且通过响应于初始螺线管致动器的运动来释放该密封件从而提供低致动阻力实现的。所希望的是提供一种高流量、双向、开/关液压螺线管阀门，以便关闭和保持一个加压的液压储能器而带有低泄漏，然后当需要时以低致动阻力来释放和卸载这个储能器。

一个单向压力激活的活塞密封件可以包括轴向地相对于彼此可移动的两个构件，在这两个构件中的一者中形成有一个密封压盖或凹槽。当处于无激励状态时，一个o型圈可以位于该凹槽中而与这两个构件中的另一者无接触关系。一个激发器环可以位于该凹槽中以用于相对于该o型圈在轴向上往复运动，在此，这个激发器环响应于与该o型圈相反的一个表面上的流体压力而在轴向上朝该o型圈移动并且压缩该o型圈，从而致使该o型圈在径向上向外扩展与这两个构件中的另一者密封接触。

一种用于在轴向上相对于彼此可移动的两个构件之间进行密封且在一个方向上带有低泄漏、而在一个相反方向上提供低阻力的方法，该方法可以包括：在这两个构件中的一者中提供一个密封压盖或凹槽；在该凹槽中将一个o型圈定位成当处于无激励状态时与这两个构件中的另一者无接触关系；并且使一个激发器环在该凹槽中在第一位置与第二位置之间相对于该o型圈轴向地移动，在此，该激发器环响应于与该o型圈相反的一个表面上的流体压力而在轴向上朝该o型圈移动并且压缩该o型圈，由此致使该o型圈轴向压缩并且使该o型圈径向扩展从而与这两个构件中的另一者密封接触。

一种用于以低泄漏保持储能器的压力和容积并且用于在螺线管致动阀门释放行程中提供低致动阻力以便以低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量的螺线管致动阀门，该螺线管致动阀门可以包括：在轴向上相对于彼此可移动的两个阀门构件，在这两个构件的一者中形成的一个密封压盖或凹槽，当处于无激励状态时位于该凹槽中而与这两个构件中的另一者无接触关系的一个o型圈，以及位于该凹槽中用于在轴向上相对于该o型圈往复移动的一个激发器环，在此，该激发器环响应于与该o型圈相反的一个表面上的流体压力而轴向地朝该o型圈移动并且压缩该o型圈，从而致使该o型圈在径向上向外扩展而与这两个构件中的另一者密封接触。

对于本领域普通技术人员而言在结合以下附图来阅读用于实践本发明所考虑的最佳模式的说明时，本发明的其他应用将变得清楚。

附图说明

在此的说明参照了附图，其中在这几个视图中相似的参考数字指代相似的部分，并且在附图中：

图1展示了一个用于螺线管致动阀门的单向压力激活的活塞密封件的截面视图，该螺线管致动阀门具有一个螺线管电枢（起活塞作用）、在外径（OD）上带有一个密封压盖，该密封压盖容纳一个o型圈和一个激励环，在没有流体压力的情况下，o型圈坐入该密封压盖中并且是与活塞孔间隔开定位的；

图2展示了根据图1的用于螺线管致动阀门的单向压力激活的活塞密封件的o型圈和激励器环的详细截面视图，在此，该o型圈和激励器环都处于一种放松的、无激励状态，该o型圈是与活塞孔间隔开定位的；

图3展示了根据图1的用于螺线管致动阀门的单向压力激活的活塞密封件的o型圈和激励器环的详细截面视图，在此，该o型圈和激励器环都处于一种激励状态，该o型圈被轴向压缩并且被径向扩展从而密封该活塞孔；

图4展示了根据图1的用于螺线管致动阀门的单向压力激活的活塞密封件的o型圈和激励器环的详细截面视图，在此，该螺线管致动阀门在箭头方向上移动从而释放该o型圈的压力并且使该o型圈和激励器环回到图2的放松的、无激励状态。

图5A至图5B展示了用于该激励器环的替代截面；并且

图6展示了具有一个标准o型圈激励PTFE活塞密封环的现有技术螺线管阀门，在此该o型圈用来将一个基于PTFE的密封环加载到一个活塞孔的内径（ID）上。

具体实施方式

现在参见图1至图4，描绘了一个螺线管致动的流体阀门10，该螺线管致动的流体阀门用于以低泄漏保持储能器的压力和容积并且用于在螺线管致动阀门的释放行程中提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量。流体阀门10可以包括能够在轴向上相对于彼此往复运动的两个长形阀门构件10a、10b，在这两个阀门构件中的一个阀门构件10a中形成有一个密封压盖或凹槽10c。

在图2中清楚可见，在处于无激励状态时，一个o型圈12位于该凹槽10c中而与这两个阀门构件中的另一个阀门构件10b处于无接触关系。一个激励器环14位于该密封压盖或凹槽10c中以便相对于该o型圈12在轴向上往复运动。该激励器环14被展示为具有一个矩形截面、或方形截面，在与该o型圈12的相反的一侧上带有一个表面14a。然而，应该认识到，该激励器环14可以具有任何希望的截面。通过举例而非限制的方式，该激励器环14可以具有如图5A中展示的L形截面14b，或者如图5B中展示的带有成角度的o型圈接合表面14c的L形截面，或者带有一个弯曲o型圈接合表面的L形截面，或一个三角形截面，或者它们的任何组合。在任何情况下，这个激励环14在与o型圈12相反的一侧上包括一个表面14a，从而允许流体压力作用于该激励器环14的表面14a上，从而在轴向上驱动该激励器环14与该o型圈压缩接合。

如在图3中清楚可见，该激励器环14响应于与该o型圈12相反的一个表面14a上的流体压力而在轴向上朝该o型圈12移动。而在这种流体压力激励状态下，该激励器环14压缩该o型圈12从而致使o型圈12在径向上向外扩展而与这两个阀门构件中的另一个阀门构件10b密封接触。该o型圈12响应于作用在表面14a上的流体压力、通过该激励器环14而保持处于一种在径向上向外扩展的激励状态。

如在图4中清楚可见，当螺线管18激励而使阀门构件10a在箭头16的方向上开始运动时，阀门构件10a的运动释放或卸载了该激励器环14在该o型圈12上的压缩力，从而允许该o型圈12从图3中展示的径向扩展情况中缩回或转变回到图2中展示的无激励状态。

该单向压力激活的活塞密封组件20被开发成用于解决与低泄漏、高流量、双向、开/关、螺线管操作的液压流体阀相关的密封挑战。这个螺线管操作的流体阀门10用来关闭和保持一个加压的液压储能器，然后当需要时释放和卸载该储能器。为了保持该储能器的压力和容积，螺线管操作的流体阀门10具有非常苛求的泄漏需求。除此之外，螺线管操作的流体阀门10必须能够以非常低的电流消耗来充加和卸载该储能器而因此需要具有低致动阻力。

再次参照图1，螺线管操作的流体阀门10被展示成带有起活塞作用的螺线管电枢10a并且在外径（OD）上带有一个密封压盖10c，该密封压盖容纳一个o型圈12和一个激励环14。在没有压力的情况下，o型圈12坐入该密封压盖10c中并且与该阀体10b的内径（ID）限定的活塞孔26间隔开。这个激励环14也被设计成与该孔26间隙配合，所以只存在很少甚至没有密封阻力。当存在压差（在该激励环一侧上的压力较高）时，激励器环14压缩该o型圈12从而迫使该o型圈12的外径（OD）向外并且与该活塞环10b接触并且密封该活塞孔26。当操作该螺线管18来致动和卸载该储能器时，活塞10a向上移动并且使o型圈12去负载从而允许o型圈12从该活塞孔26缩回而消除阻力。

虽然本发明已经结合目前所考虑到的最实用和优选的实施例进行了说明，应该理解本发明不限于所披露的这些实施例，而相反地是旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围中包括的不同的修改和等效安排，对该范围应给予最广义的解释以便涵盖如法律所容许的所有此类修改和等效结构。

Claims (13)

1.一种单向压力激活的活塞密封件，该活塞密封件包括：

两个构件（10a，10b），这两个构件在轴向上相对于彼此是可移动的，在两个构件中的一个构件（10a）中形成有一个凹槽（10c）；

一个o型圈（12），该o型圈位于形成在该两个构件中的一个构件（10a）中的凹槽（10c）中，在无激励状态时该o型圈保持为相对于这两个构件中的另一个构件（10b）无接触关系，在此，该o型圈（12）响应于该两个构件之间的初始运动为可释放的，最小化该两个构件（10a、10b）之间的相对运动期间的阻力；以及

一个激励器环（14），该激励器环位于该凹槽（10c）中用于在轴向上相对于该o型圈（12）往复运动，在此，在激励状态时该激励器环（14）响应于与该o型圈（12）相反的一个表面（14a）上的流体压力而在轴向上朝该o型圈（12）为可移动的并且该o型圈（12）由于该激励器环（14）为可压缩的而使得该o型圈（12）在径向上扩展进而与这两个构件中的另一个构件（10b）密封接触，而该两个构件（10a、10b）相对于彼此静止。

2.如权利要求1所述的密封件，其中该激励器环（14）具有一个矩形横截面。

3.如权利要求1所述的密封件，其中该激励器环（14）具有一个L形横截面（14b）。

4.如权利要求1所述的密封件，其中该激励器环（14）具有一个L形横截面（14b），该横截面带有一个成角度的o型圈接合表面（14c）。

5.一种用于以低泄漏保持储能器的压力和容积并且在螺线管致动阀门（10）的释放行程中提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量的方法，该方法包括：

在两个阀门构件（10a、10b）中的一个构件中提供一个凹槽（10c），这两个阀门构件在轴向上相对于彼此是可移动的；

在该凹槽（10c）中将一个o型圈（12）定位；

在无激励状态时保持该o型圈（12）相对于这两个阀门构件中的另一个构件（10b）无接触关系，在此，该o型圈（12）响应于螺线管致动阀门（10）的释放行程的初始运动为可释放的，从而在该两个阀门构件（10a、10b）之间的相对运动期间提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量；并且

在该凹槽（10c）中组装一个激励器环（14）以用于在轴向上相对于该o型圈（12）往复运动，在此，在激励状态时该激励器环（14）响应于与该o型圈（12）相反的一个表面（14a）上的流体压力而在轴向上朝该o型圈（12）为可移动的并且该o型圈（12）由于该激励器环（14）为可压缩的，由此致使该o型圈（12）径向扩展而与这两个阀门构件中的另一个构件（10b）形成密封接触，从而响应于流体压力密封该螺线管致动阀门（10）用于以低泄漏保持该储能器的压力和容积，而该两个阀门构件（10a、10b）相对于彼此静止。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：

为该激励器环（14）提供一个矩形横截面。

7.如权利要求5所述的方法，进一步包括：

为该激励器环（14）提供一个L形横截面（14b）。

8.如权利要求5所述的方法，进一步包括：

为该激励器环（14）提供一个具有成角度的o型圈接合表面（14c）的L形横截面（14b）。

9.一种螺线管致动阀门（10），该螺线管致动阀门用于以低泄漏保持储能器的压力和容积并且在该螺线管致动阀门（10）的释放行程中提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量，该螺线管致动阀门包括：

在轴向上相对于彼此可移动的两个阀门构件（10a，10b），在两个阀门构件中的一个阀门构件（10a）中形成有一个凹槽（10c）；

一个o型圈（12），该o型圈位于形成在该两个阀门构件中的一个构件（10a）中的凹槽（10c）中，在此，在无激励状态时该o型圈（12）保持为相对于这两个阀门构件中的另一个阀门构件（10b）无接触关系，该o型圈（12）响应于该螺线管致动阀门（10）的释放行程的初始运动为可释放的而形成该无接触关系，从而在该两个阀门构件（10a、10b）之间的相对运动期间提供低致动阻力以便以非常低的电流消耗来卸载该储能器的流体容量；以及

一个激励器环（14），该激励器环位于该凹槽（10c）中用于相对于该o型圈（12）轴向移动，在此，在激励状态时该激励器环（14）响应于与该o型圈（12）相反的一个表面（14a）上的流体压力而在轴向上朝该o型圈（12）为可移动的并且该o型圈（12）由于该激励器环（14）为可压缩的，由此致使该o型圈（12）在径向上扩展而与这两个阀门构件中的另一个阀门构件（10b）形成密封接触，从而响应于流体压力密封该螺线管致动阀门（10）用于以低泄漏保持该储能器的压力和容积，而该两个阀门构件（10a、10b）相对于彼此静止。

10.如权利要求9所述的阀门（10），其中致动该螺线管致动阀门（10）使该o型圈（12）上的压缩压力去载从而允许从在径向上扩展的激励状态缩回到无激励状态时的相对于该两个阀门构件（10a、10b）中的另一个阀门构件的无接触关系。

11.如权利要求9所述的阀门（10），其中该激励器环（14）具有一个矩形横截面。

12.如权利要求9所述的阀门（10），其中该激励器环（14）具有一个L形横截面（14b）。

13.如权利要求9所述的阀门（10），其中该激励器环（14）具有一个带有成角度的o型圈接合表面（14c）的L形横截面（14b）。