CN105473855B - 用于活塞的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于其固定裙部(5)在气缸(8)中移动的活塞(2)的密封装置(1)，其包括滑动裙部(6)，所述滑动裙部(6)被压力传输通道(10)轴向地穿过且由机械裙部间连接件(7)连接到所述固定裙部(5)，同时可延伸连续段(9)以密封方式插入在所述裙部(5、6)之间，且当其内部圆柱形段面(12)经由所述压力传输通道(10)承受流体(36)的压力时可与所述气缸(8)接触，滑动裙部弹簧(16)趋向于使所述裙部(5、6)更靠近且将所述可延伸连续段(9)轴向地压缩在所述裙部(5、6)之间。

Description

用于活塞的密封装置

本发明涉及一种用于活塞的密封装置，尤其适用于在高压下操作的任何活塞。

活塞在数种机器中尤其用来压缩气体、泵抽液体、将起因于气体膨胀的作业聚集在一起，或在压力下将液流转换为机械作业。

活塞的密封与由摩擦力产生的损耗(由用来获得所述密封的构件产生)之间难以找到可接受的折衷。实际上，用于活塞的密封装置的最终能量平衡原则上起因于由于无法控制的泄漏和其产生的摩擦力产生的能量损耗的和。

必须尽可能严格地密封活塞同时使由摩擦力产生的可能损耗最低的最苛刻的应用包括具有轴向或径向活塞的高压或甚至极高压油泵和尤其旨在用于液压传输系统的泵。

为了实现密封，一种方法由在活塞与其气缸之间提供小的间隙组成。所述间隙通过加工精度获得。此途径在几十到几百巴的压力下是有效的；然而，在极高压力下(例如，1500或2000巴)，所述途径导致当其承受所述极高压力时漏油速率升高，且其中容纳活塞的气缸的直径增加使得所述气缸与所述活塞之间的标称间隙显著增加。

替代途径由提供容纳在布置于活塞外围上的凹槽中的密封件组成。然而，在先前提及的极高压力下，所述密封件在其凹槽中变形、施加高压于气缸上，且由于损害其配备的油泵的最终输出的摩擦力产生高的损耗。另外，由于气缸的直径随着压力增加，所述密封件应保证所述活塞与所述气缸之间的较大间隙中的所需密封，这趋向于在压力的影响下将所述密封件挤出并导致破坏所述密封件。

另一种途径由提供油泵组成，所述油泵的活塞的全部或部分主体具有硬度，使得压力使所述主体承受变形，所述变形相当于其使其中所述活塞移动的气缸的变形。此途径使得可在所述活塞与所述气缸之间保留小的间隙，且例如由公司“INNAS”采用以产生其“浮动杯”液压泵。然而，所述途径具有缺点：其只作用于具有实质上相当于活塞的主体的硬度的气缸，其在高压范围中导致过度约束所述气缸和所述活塞的材料。

应当注意的是，杯段不适用于在极高压力下操作的活塞，因为所述杯的区域中的漏油速率过高。另外，所述杯随着气缸的直径在所述压力的影响下增加而变大。这降低了其配备的油泵的体积效率。另外，由所述段施加于所述气缸的壁上的压力随着所述压力的上升而变大。此后一种效果增加了由于所述段与所述气缸之间的接触区域中的摩擦力产生的损耗，这降低了所述油泵的机械效率。

特定地说，为了解决通常与活塞且尤其与高压油泵的活塞相关的这些不同的问题，用于根据本发明的活塞的密封装置取决于所采用的实施方案而可以：

·以稳定且可持久方式实现任何活塞与其结合的气缸之间的高密封度，包括其中所述活塞包括置于高达2000巴和更高的极大压力下的流体且尽管所述压力使所述气缸承受相当大变形的情况；

·由于摩擦力产生小的或适中的损耗，而无关于流体施加于所述活塞和所述活塞结合的气缸上的压力。

另外，用于根据本发明的活塞的密封装置经提供具有适中的制造成本价格，且不使用任何复杂的实施工艺或昂贵的材料。

应了解，除了其应用于所属领域技术人员已知的油泵的径向或轴向活塞之外，用于根据本发明的活塞的密封装置可应用于包括至少一个活塞的任何机器或设备，所述机器或所述设备为(但不限于)泵、发动机或千斤顶，或其为例如压力分配器或增压器。根据本发明的密封装置还可应用于与气缸产生密封或具有与所述活塞互补的形状的任何其它凹陷形状且包括气体、液体或半固体元件的任何类型的任何活塞。

本发明的其它特征在所述描述和直接或间接取决于主权利要求的从属权利要求中加以描述。

提供一种根据本发明的活塞的密封装置，其使得活塞在多个端部之一被流体腔室封闭的气缸中移动，所述活塞包括至少一个活塞顶，其包括至少一个固定裙部且一方面具有用于施加力于任何机械、液压或气动传输构件上的活塞支撑面且另一方面具有压缩面，所述压缩面出现在流体腔室中且可接收流体压力，所述装置包括：

·至少一个圆柱形状的滑动裙部，其以小的间隙容纳在所述气缸中、放置在所述压缩面的侧面上的所述活塞顶的延伸部中和所述活塞顶的轴线中，所述滑动裙部由机械裙部间连接件连接到所述活塞顶，其使得所述滑动裙部相对于所述活塞顶纵向平移移动；

·至少一个压力传输通道，其被布置在所述滑动裙部内且向右沿轴向方向穿过此后者；

·至少一个连续环状形式的可延伸连续段，其被插入在所述固定裙部与所述滑动裙部之间，且包括经由所述压力传输通道承受所述流体的压力的内部圆柱形段面、能够与所述气缸接触的外部圆柱形段面、所述固定裙部的侧面上直接或间接地保持与所述固定裙部密封接触的轴向段面和所述滑动裙部的侧面上直接或间接地保持与所述滑动裙部密封接触的轴向段面；

·至少一个滑动裙部弹簧，其趋向于使所述滑动裙部更靠近所述固定裙部且轴向地压缩所述可延伸连续段。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括机械裙部间连接件，其由芯轴组成，所述芯轴与所述压缩面成一体且结合轴向地布置在所述滑动裙部中的芯轴孔口，所述芯轴容纳在所述孔口中。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括滑动裙部弹簧，其是一方面被支撑在所述芯轴的端部且另一方面被支撑在所述滑动裙部上的弹性垫圈。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括外径实质上小于所述气缸的内径的至少一个浮动板，其直接或间接地插入在所述可延伸连续段与所述固定裙部之间或所述段与所述滑动裙部之间，所述固定裙部的侧面上的所述轴向段面和/或所述滑动裙部的侧面上的所述轴向段面保持与所述板密封接触，同时此后者被至少一个轴向板孔口穿过，从而使得所述机械裙部间连接件穿过所述板。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括浮动板，其包括尤其图8中可见且趋向于将所述板相对于所述滑动裙部或相对于所述固定裙部径向地居中的板居中构件，所述构件被直接或间接支撑在所述裙部中的一个或另一个上或所述机械裙部间连接件上。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括浮动板，其包括段槽，所述段槽结合地用于将所述可延伸连续段相对于所述滑动裙部或相对于所述固定裙部径向居中。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括固定裙部，其包括容纳在被布置在所述裙部的所述外部圆柱形表面上的刮槽中的至少一个刮段。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括外部圆柱形段面，其包括至少一个轴向微漏凹槽。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括内部圆柱形段面，其与由柔性材料制成的至少一个圆形密封接头结合以直接或间接地与所述固定裙部和/或所述滑动裙部产生密封。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括最靠近所述固定裙部的所述内部圆柱形段面的长度的轴向部分，其平均具有大于最靠近所述滑动裙部的所述内部圆柱形段面的长度的轴向部分的直径，以此使得所述可延伸连续段在其整个轴向长度内在所述固定裙部的侧面上的厚度及硬度径向地小于在所述滑动裙部的侧面上的厚度及硬度，而所述外部圆柱形段面就其本身来说在所述段的整个所述轴向长度内保持近似相同的直径。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括至少一个可延伸连续解锁段，其呈连续环状形式且其外径实质上小于所述气缸的所述内径且直接或间接插入在两个可延伸连续段之间，所述可延伸连续解锁段包括经由所述压力传输通道承受所述流体的压力的内部圆柱形解锁段面、可使所述气缸和两个轴向解锁段面更靠近在一起的外部圆柱形解锁段面，所述两个轴向解锁段面各自与所述两个可延伸连续段之一保持直接或间接密封接触。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括滑动裙部，其具有与所述内部圆柱形段面结合以将所述可延伸连续段相对于所述裙部居中的可延伸连续段居中构件和/或与所述内部圆柱形解锁段面结合以将所述可延伸连续解锁段相对于所述裙部居中的解锁段居中构件。

用于根据本发明的活塞的密封装置包括可延伸连续段和/或可延伸连续解锁段，其通过居中环相对于所述滑动裙部保持近似居中，所述居中环本身通过居中环居中构件相对于所述裙部居中。

通过非限制实例对附图的以下描述将能够更好地理解本发明，本发明展现的特征和本发明可提供的优点：

图1示出用于根据本发明的活塞的密封装置的三维视图。

图2示出用于根据本发明的活塞的密封装置的分解三维视图。

图3示出用于根据本发明的活塞的密封装置的示意截面图，所述活塞包括通过浮动板彼此分离的三个可延伸连续段，每一所述段通过居中环相对于滑动裙部保持近似居中。

图4示出用于根据本发明的活塞的密封装置的示意截面图，所述活塞包括三个可延伸连续段和两个可延伸解锁连续段，所述段通过浮动板彼此分离且通过居中环相对于滑动裙部保持近似居中。

图5示出用于根据本发明的活塞的密封装置的示意截面图，所述活塞包括通过浮动板彼此分离的三个可延伸连续段，所述浮动板的段槽保证所述段相对于滑动裙部居中。

图6示出用于根据本发明的活塞的密封装置的示意截面图，所述活塞包括其间插入可延伸解锁连续段的三个可延伸连续段，而滑动裙部具有可延伸连续段居中构件和解锁段居中构件。

图7示出用于根据本发明的活塞的密封装置的示意部分截面图，其示出其间插入可延伸解锁连续段的三个可延伸连续段，所述段一方面彼此相对密封且另一方面由圆形密封接头密封到固定裙部和滑动裙部。

图8示出可延伸连续段和诸如可包括在用于根据本发明的活塞的密封装置中的可延伸连续解锁段以及所述段结合的浮动板和居中环。

图9到16示出说明用于根据本发明的活塞的密封装置在其包括其间插入可延伸解锁连续段的三个可延伸连续段时的操作的示意部分截面图。

图17示出诸如可以被提供用于根据本发明的活塞的密封装置的可延伸连续段的剖视三维视图，所述图包括更详细地示出所述段的横截面的示意横截面。

具体实施方式

图1到17示出用于活塞的密封装置1、其组件的各种细节、其变体和其配件。

提供使得活塞2在多个端部之一被流体腔室27封闭的气缸8中移动的用于活塞的密封装置1，所述活塞2包括至少一个活塞顶3，其包括至少一个固定裙部5且一方面具有用于施加力到任何机械、液压或气动传输构件33上的活塞支撑面4且另一方面具有压缩面11，所述压缩面11出现在流体腔室27中且可接收流体36的压力。

可注意到，传输构件33可例如为诸如图1到6中示出的支柱34。

尤其可参见图3到6，用于活塞的密封装置1包括至少一个圆柱形状的滑动裙部6，其以小的间隙容纳在气缸8中、放置在压缩面11的侧面上的活塞顶3的延伸部中和所述活塞顶3的轴线中，所述滑动裙部6由机械裙部间连接件7连接到所述活塞顶3，其使得所述滑动裙部6相对于所述活塞顶3纵向平移移动，所述机械连接件7与所述裙部6界定滑动连接、滑动枢转连接、滑动球接头连接或任何其它类型的连接，而所述裙部6与所述气缸8之间保留的小间隙构成密封。

用于活塞的密封装置1还包括布置在滑动裙部6内且沿轴向方向垂直行进通过此后者的至少一个压力传输通道10。

所述装置1还包括至少一个可延伸连续段9，其呈连续环状形式、插入在固定裙部5与滑动裙部6之间，且包括经由压力传输通道10承受流体36的压力的内部圆柱形段面12、能够与气缸8接触的外部圆柱形段面13、固定裙部14的侧面上直接或间接地与固定裙部5保持密封接触的轴向段面和滑动裙部15的侧面上直接或间接地与滑动裙部6保持密封接触的轴向段面，其中同时当流体腔室27中的压力为零时所述段9不包括任何杯状物，所述段9与气缸8保留径向间隙且具有径向厚度使得在超过由流体36经由压力传输通道10施加于内部圆柱形段面12上的某一压力时，外部圆柱形段面13在其周长内与气缸8接触。

可注意到，根据符合根据图17中清晰地说明的装置1的替代实施方案，接触线42可被布置突出在外部圆柱形段面13上。所述线42可沿滑动裙部6的方向在可延伸连续段9的轴向长度上实质上偏心使得在沿固定裙部5的方向定向的所述线42的侧面上形成长梯度的低倾斜部43，同时在沿滑动裙部6的方向定向的所述线42的侧面上形成短梯度的陡峭倾斜部44。

按规定，可延伸连续段9、滑动裙部6或固定裙部5可经氮化、注入水泥和/或涂覆有类金刚石(DLC)或任何其它涂层，其为硬的和/或具有低的摩擦系数。可注意到，外部圆柱形段面13可具有具备顶部、简单梯度、双倍梯度、轴肩、复杂形状或通常可适用于段且使得能够控制所述面13与气缸8之间的接触压力、形成在所述面13与气缸8之间的油膜的厚度或可延伸连续段9的扭转、倾斜或弯屈移动的任何几何形状的轮廓。

另外，外部圆柱形段面13的轮廓可倾斜以使得可延伸连续段9能够在所述面13在其与气缸8接触的线的任一侧上承受的压力的平衡的影响下快速收缩。还将注意到，固定裙部14的侧面上的轴向段面和/或滑动裙部15和/或固定裙部5和/或滑动裙部6的侧面上的轴向段面可具有轴向环状突部28，其使得可减小所述面14、15与所述裙部5、6之间的接触表面以确保所述面14、15与所述裙部5、6之间的最佳可能密封。

同样这也适用于所述面14、15与可延伸连续解锁段35或浮动板21接触的情况，其中此后者同样可以包括-根据符合本发明的密封装置的特定实施方案-轴向环状突部28。

如图2到6中说明，用于活塞的密封装置1包括至少一个滑动裙部弹簧16，其趋向于使滑动裙部6更靠近固定裙部5，且轴向地压缩可延伸连续段9，其中所述弹簧16可为贝氏垫圈、任何类型的弹性垫圈或可以是螺旋垫圈、刀片垫圈、扭力垫圈、牵引垫圈、压缩垫圈或所属领域技术人员所已知的任何类型。

根据用于根据图2到6中说明的本发明的活塞的密封装置1的变体，机械裙部间连接件7可由与压缩面11成一体且与轴向地布置在滑动裙部6中的芯轴孔口18结合的芯轴17组成，其中所述芯轴17容纳在所述孔口18中且可以具有圆形或任何其它可能几何形状的横截面，所述芯轴17与芯轴孔口18之间保留足够大的间隙(保留构成压力传输通道10的空间)，且此后者同样可呈布置在芯轴孔口18中和/或芯轴17上的至少一个纵向凹槽的形式。

可注意到，滑动裙部弹簧16可为一方面支撑在芯轴17的端部且另一方面支撑在滑动裙部6上的弹性垫圈19，其中所述垫圈19可例如包括诸如图2、4和5中示出的隔膜(其中心部分被部分容纳在布置于芯轴17的端处的止挡凹槽20中)，且所述垫圈19还可为-根据图3和6中示出的另一替代实施方案-与容纳在所述凹槽20中的簧环46结合的波形弹簧垫圈45，且平坦垫圈47在此情况中可插入在所述簧环46与所述波形弹簧垫圈45之间。

图2到5和图7到16示出用于活塞的密封装置1还可包括至少一个浮动板21，其外径实质上小于气缸8的内径且直接或间接地插入在可延伸连续段9与固定裙部5之间或所述段9与滑动裙部6之间，固定裙部14的侧面上的轴向段面和/或滑动裙部15的侧面上的轴向段面保持与所述板21密封接触，同时此后者被至少一个轴向板孔口31穿过，从而使得机械裙部间连接件7穿过所述板21。

可以注意到，浮动板21可以插入在两个可延伸连续段9之间或可延伸连续段9与可延伸连续解锁段35之间。此外，浮动板21可经氮化、注入水泥和/或涂覆有类金刚石(DLC)或任何其它涂层，其为硬的和/或具有低的摩擦系数。

借助于变体，浮动板21可包括板居中构件23，其尤其在图8中可见且趋向于相对于滑动裙部6或相对于固定裙部5将所述板21径向地居中，所述构件23直接或间接支撑在所述裙部5、6中的一个或另一个上或机械裙部间连接件7或另一浮动板21上。

如图5中示出，浮动板21还可以包括段槽22，其在可延伸连续段9相对于滑动裙部6或相对于固定裙部5的径向居中时结合。

可注意到，浮动板21还可包括允许流体36从所述板21的一个面行进到所述板21的另一面的轴向通道和/或允许流体36从中心朝所述板21的外围行进的另一径向通道、凹槽或孔。

如图1到5和图7中可见，用于活塞的密封装置1的固定裙部5可包括容纳在布置在所述裙部5的外部圆柱形表面上的刮槽25中的至少一个刮段24，所述段24在其可以由诸如橡胶或弹性体的柔性材料制成时保持永久地接触气缸8的内壁以总是使油被存放在固定裙部5与滑动裙部6之间，所述柔性材料可以或可以不包括抗摩擦力和/或抗磨损材料、可以是简易或复合接头或可以是包括杯状物的金属环。

在此后一种情况中，可注意到，刮段24可经氮化、注入水泥和/或涂覆有类金刚石(DLC)或任何其它涂层，其为硬的和/或具有低的摩擦系数。可注意到，所述刮段24可以具有具备顶部的轮廓，其轮廓是圆锥形或具有通常可适用于段且使得能够控制由所述段24施加于所述气缸8上的接触压力或形成在所述段24与气缸8之间的油膜的厚度或还控制所述段24的扭转、倾斜或弯屈移动的任何几何形状。

将注意到在图3、5和7中，刮槽25可有利地由产生在固定裙部5的轴向外围上的孔29构成，所述孔29与孔垫圈30结合，此配置使得可在极小直径的活塞2上安装刮段24。

根据图17中示出的变体，外部圆柱形段面13可以包括至少一个轴向微漏凹槽26，其使得当外部圆柱形段面13与所述气缸8接触时极少量的油可在压力下在可延伸连续段9与气缸8之间行进。

将注意到在图7中，内部圆柱形段面12可与由柔性材料制成的至少一个圆形密封接头32结合以直接或间接地与固定裙部5和/或滑动裙部6产生密封，其中所述接头32可以具有圆形、正方形、多边形、复杂的或所属领域技术人员可实现的任何几何形状的横截面，而所述密封可以由所述接头32直接产生于内部圆柱形段面12与固定裙部5和/或滑动裙部6之间，或通过同时与至少一个浮动板21和/或插入在所述面21与所述裙部5、6之间的可延伸连续解锁段35产生密封而产生。

根据用于根据本发明的活塞的密封装置1的变体，最靠近固定裙部5的内部圆柱形段面12的长度的轴向部分可平均具有大于最靠近滑动裙部6的所述内部圆柱形段面12的长度的轴向部分的直径，以此使得可延伸连续段9在其整个轴向长度内在固定裙部5的侧面上的厚度及硬度径向地小于在滑动裙部6的侧面上的厚度及硬度，而外部圆柱形段面13就其本身来说在所述段9的整个所述轴向长度内保持近似相同的直径。

将了解，此特定几何形状尤其使得可延伸连续段9可在增加流体腔室27的压力期间在压力下沿滑动裙部6的方向驱动-如同泵一样驱动-少量的油或任何其它流体36。

可注意到，此布置适用于需要所述段9来在中间压力下在活塞2与气缸8之间产生密封的情况，且出于此目的此布置定位在一方面经放置最靠近滑动裙部6以在最低压力下产生所述密封的可延伸连续段9与另一方面经放置最靠近固定裙部5以在最高压力下产生所述密封的另一可延伸连续段9之间。因此，所述段9以中间压力操作-通过其产生于接触气缸8之后同时流体腔室27中的压力继续上升的泵效应-使得以较低压力操作且放置在较为靠近滑动裙部6的紧邻可延伸连续段9可在流体腔室27的压力的所述增加期间收缩。此收缩效应是必需的以限制由用于根据本发明的活塞的密封装置1产生的摩擦力。

如图2和4以及图6到16中说明，用于根据本发明的活塞的密封装置1可以包括至少一个可延伸连续解锁段35，其呈包括外径实质上小于气缸8的内径的连续环状形式且直接或间接插入在两个可延伸连续段9之间，所述可延伸连续解锁段35包括经由压力传输通道10承受流体36的压力的内部圆柱形解锁段面37、可使气缸8和两个轴向解锁段面39更靠近在一起的外部圆柱形解锁段面38，两个轴向解锁段面39各自与两个可延伸连续段9之一保持直接或间接密封接触。

可注意到，所述解锁段37不包括任何杯状物且与气缸8保留径向间隙且具有径向厚度使得从与所述解锁段37密封接触且最靠近固定裙部5的可延伸连续段9接触气缸8的时刻起，所述解锁段37的外部圆柱形解锁段面38与所述气缸8之间仍然存在一定距离。一旦建立此后一种接触且随着流体腔室中27的压力继续增加，外部圆柱形解锁段面38的直径继续增加，这增加被包括在所述面38、两个所述可延伸连续段9和气缸8之间的流体36的压力，趋向于平衡外部圆柱形段面13在其与可延伸连续段9的气缸8接触的线的任一侧上承受的压力，所述可延伸连续段9与所述解锁段37密封接触且最靠近滑动裙部6。

结果，此后一种可延伸连续段9可快速收缩使得其将保证活塞2与气缸8之间的密封的责任传递到与所述解锁段37密封接触且最靠近固定裙部5的可延伸连续段9。可注意到，可延伸连续解锁段35可经氮化、注入水泥和/或涂覆有类金刚石(DLC)或任何其它涂层，其为硬的和/或具有低的摩擦系数。

另外，轴向解锁段面39可包括轴向环状突部28，其减小所述面39与可延伸连续段9之间或所述面39与浮动板21之间的接触表面并增加其间的接触压力。所述突部28加强用于根据本发明的活塞的密封装置1的密封。

尤其图6中可见，滑动裙部6-作为变体-可具有与内部圆柱形段面12结合以相对于所述裙部6将可延伸连续段9居中的可延伸连续段居中构件40和/或与内部圆柱形解锁段面37结合以相对于所述裙部6将可延伸连续解锁段35居中的解锁段居中构件41。

根据用于图2到4和图8中表示的活塞的密封装置1的另一变体，可延伸连续段9和/或可延伸连续解锁段35可通过居中环相对于滑动裙部6保持近似居中，所述居中环本身通过可与-例如-芯轴17结合的居中环居中构件49相对于所述裙部6居中。

可注意到，居中环49被至少一个轴向孔口横跨，所述至少一个轴向孔口使得机械裙部间连接件横跨所述环49，同时此后者还可包括允许流体36从所述环49的一个面行进到所述环49的另一面的轴向通道和/或允许流体36从中心朝所述板49的外围行进的另一径向通道、凹槽或孔。

本发明的操作

用于活塞的密封装置1的操作将通过考虑图9到16来理解，作为非限制替代实施方案，在图9到16上，示出所述装置1，其具有插入在固定裙部5与滑动裙部6之间的可延伸连续段9，同时可延伸连续解锁段35插入在每一段9之间。

根据符合本发明的所述装置1的此实施方案，流体腔室27填充有压力可变的流体36，所述流体36是油。将注意到，在所述油的压力的影响下，活塞2可推动机械传输构件33，这些后者-根据图1到6中公开的非限制实例-呈支柱34的形式。

为了促进理解密封装置1的操作，这里将提及第一可延伸连续段9，其开始于滑动裙部6“低压段A”、第二“中间压力段B”和第三“高压段C”。此后一段C因此是被定位成最靠近固定裙部5的一段。

同样地，这里将提及位于低压段A与中间压力段B“低压解锁段D”之间的可延伸连续解锁段35，且还将提及位于中间压力段B与高压段C“中间压力解锁段E”之间的可延伸连续解锁段35。

如图9到16中表示的密封装置1因此保证活塞2根据四种操作模式密封在气缸8中，所述模式中的每一个对应于可由包括在流体腔室27中的油施加于压缩面11上的压力的范围。

为了简化根据本发明的装置1的操作的描述，我们在此情况中考虑-根据图9到16中的说明-只有可延伸连续段9包括轴向环状突部28，且这些后者全部具有相同的接触直径。同样地，我们考虑低压段A、中间压力段B和高压段C的外部圆柱形段面13在没有特定的油压在流体腔室27中主导时具有相同的直径。

因此，用于根据本发明的活塞的密封装置1的操作如下：

如果如图9中示出低压在流体腔室27中主导，那么其没有充分利用任何可延伸连续段9以保证活塞2与气缸8之间的密封并防止包括在所述腔室27中的油不会溢出在所述活塞2与所述气缸8之间。在此低压力级下，所述密封只由存在于滑动裙部6与所述气缸8之间的小间隙而实现。

虽然流体腔室27中主导的压力为低，但是其并未被立刻传输到三个可延伸连续段9中的每一个的内部圆柱形段面12和两个可延伸连续解锁段35中的每一个的内部圆柱形解锁段面37。所述压力是经由布置在滑动裙部6内的压力传输通道10传输到所述面12、37，所述通道10沿轴向方向向右行进通过所述裙部6。

如图9中说明，此结果是三个可延伸连续段9的外部圆柱形段面13的直径大幅增加，但是不足以使所述面13接触气缸8。以类似方式，两个可延伸连续解锁段35的外部圆柱形解锁段面28的直径大幅上增加，同时保持与气缸8的壁相距一定距离。

将注意到在图9到16上而且在图6上，包括在流体腔室27中的油不会经由压力传输通道10溢出-或只有极少量可溢出在低压段A与滑动裙部6之间、任何可延伸连续段9与和其结合的可延伸连续解锁段35之间和高压段C与固定裙部5之间。实际上，这些组件沿轴向方向一方面通过滑动裙部弹簧16且另一方面通过力而彼此压缩，所述力通过油的压力产生于滑动裙部6上且趋向于使此后者更靠近固定裙部5。可注意到，所述力近似等于所述压力与滑动裙部6的直径的截面面积的乘积减去所述压力与低压段A的轴向环状突部28的接触直径的截面面积的乘积。如先前公开，所述突部保证所述滑动裙部6与所述段A之间的密封。

将注意到在图9到16中，低压段A的平均径向厚度低于中间压力段B，此后者低于高压段C。结果，在相同的油压的影响下，低压段A的外部圆柱形段面13的直径增加大于中间压力段B的所述面13，此后者增加大于高压段C的所述面13。

根据相同原理，低压解锁段D的平均径向厚度低于中间压力解锁段E。此结果是在相同的油压下，低压解锁段D的外部圆柱形解锁段面28的直径增加大于中间压力解锁段E的外部圆柱形解锁段面28。

随着包括在流体腔室27中的油的压力继续增加，三个可延伸连续段9的外部圆柱形段面13的直径继续增加直到低压段A的此部圆柱形段面13如图10中示出般与气缸8周向接触为止。

可注意，由所述面13施加于气缸8上的接触压力尤其是由诸如图17上尤其可见的低压段A的所述面13的轮廓而预定，此轮廓同样可适用于中间压力段B和高压段C的外部圆柱形段面13。因此，其是由油施加于所述段A的内部圆柱形段面12上的压力结合构成所述段A与气缸8之间的所需密封的此后者的硬度和轮廓。

随着流体腔室27中的压力继续增加，低压段A的外部圆柱形段面13的直径施加增加的压力于气缸8上，同时中间压力段B和高压段C的外部圆柱形段面13的直径继续增加直到中间压力段B的外部圆柱形段面13如图11中示出般与气缸8周向接触为止。在此阶段处，油压仍然不足以使高压段C的外部圆柱形段面13与气缸8周向接触，因为所述高压段C的径向厚度以及其硬度均大于中间压力段B。

在与气缸8周向接触之后，中间压力段B-通过充当低压段A-在所述中间压力段B与所述气缸8之间产生密封。

在此阶段处，低压段A和中间压力段B两者均与气缸8接触，而只有低压段A在压力下有效地挡住原本可行进通过活塞2与气缸8之间的油。

随着流体腔室27中的压力继续增加，由低压段A保证的有效密封可凭借于低压解锁段D的作用而被转移到中间压力段B。

实际上，极低压力下的油被约束在低压段A、中间压力段B、低压解锁段D的外部圆柱形解锁段面38和气缸8的壁之间保留的小空间中。此空间小到使得其体积的极小绝对降低导致其包括的油的压力的大幅相对增加。

随着流体腔室27中的压力继续增加，低压解锁段D的外部圆柱形解锁段面38的直径增加，所述面38压缩包括在所述空间中的油。所述油然后施加增加的压力于低压段A的外部圆柱形段面13上，所述压力接近由包括在流体腔室27中的油经由压力传输通道10施加于所述低压段A的内部圆柱形段面12上的压力。

在所述空间中的一定压力之外，低压段A再也不会保持与气缸8接触和如图12上示出般收缩。在此情况中，其不再保证与气缸8的密封且流体腔室27的压力立即传播到最初保留在低压段A、中间压力段B、低压解锁段D的外部圆柱形解锁段面38和气缸8的壁之间的空间。这具有终止低压解锁段D的收缩且同样地如图13上示出般终止低压解锁段D的收缩的效果。

在此阶段处，只有中间压力段B因此仍然保证活塞2与气缸8之间的基本密封。

随着流体腔室27中的压力继续增加，如图14到16上示出，中间压力段B与高压段C之间发生密封构造中的相同动作顺序，先前使用的低压解锁段D在所述顺序中被中间压力解锁段E取代。

将注意到在图1到5上和图7中，刮段24可有利地被提供在布置于固定裙部5的外部圆柱形表面上的刮槽25中或形成于所述裙部5的轴向外围中的孔29中。此刮段24防止活塞2可以在气缸8中执行的快速往复移动-加速地-排放一方面包括在可延伸连续段9与气缸8之间且另一方面包括在可延伸连续解锁段35与所述气缸8之间的油。实际上，所述油的存在是必须的以使得必须收缩以将其一直负责的密封转移到放置在更靠近固定裙部5之处的相邻可延伸连续段9的任何可延伸连续段9可有效地这样做。此收缩只可作用于-不断增加流体腔室27的压力-沿紧靠必须收缩的所述段9后面的固定裙部5的方向定位的可延伸连续解锁段35可有效地压缩被约束在其外部圆柱形解锁段面38与气缸8之间的油。此状况是必须的以使得油施加于必须收缩的可延伸连续段9的外部圆柱形段面13上的压力接近由所述油施加于所述段9的内部圆柱形段面12上的压力，这导致所述段9按照需要有效地收缩。

可注意到，有利的是，每当流体腔室27中的压力变得低于其中低压段A与气缸8周向地接触时的压力，滑动裙部6总是允许极少量的油溢出在其自身与气缸8之间。因此，滑动裙部6和刮段24总是一方面使油保持在可延伸连续段9与气缸8之间且另一方面使油保持在可延伸连续解锁段35与所述气缸8之间。

将注意到，固定裙部5与气缸8之间保留的小间隙可以选用地呈现为对于使用刮段24来说是没有必要的。

可注意到，用于根据本发明的活塞的密封装置1经操作使得流体腔室27中主导的压力上升或下降，每一可延伸连续段9在预定压力范围中与气缸8周向地接触。

将注意到，在流体腔室27中的压力上升阶段中，在某些压力范围内，只有单个可延伸连续段9与气缸8接触，而在其中可延伸连续段9将其一直负责的密封转移到放置在更紧靠固定裙部5之处的相邻可延伸连续段9的其它压力范围内，这两个后面的可延伸连续段9同时与气缸8暂时接触。由用于根据本发明的活塞的密封装置1提供的此特定操作使得可最小化活塞2与气缸8之间的油的任何泄漏。

图17说明如可以根据用于活塞的密封装置1的替代实施方案提供的可延伸连续段9的外部圆柱形段面13的轮廓。所述轮廓界定接触线42，其经布置突出在外部圆柱形段面13上且实质上沿滑动裙部6的方向在可延伸连续段9的轴向长度上偏心。所述轮廓的结果是，沿固定裙部5的方向定向的所述线42的侧面上存在长梯度的低倾斜部43，而沿滑动裙部6的方向定向的所述线42的侧面上存在短梯度的陡峭倾斜部44。

外部圆柱形段面13的轮廓的此非限制实例保证接触线42的区域中的足够高的接触压力，以实现良好的密封，而不管施加于所述线42上的力保持为低的事实为何。实际上，所述力起因于在长梯度的低倾斜部43的长度内由油施加于内部圆柱形段面12上的压力减去可延伸连续段9由于其固有硬度而存在的收缩的力。

施加于接触线42上的少量力不足通过所述线42与气缸8之间的界面处的摩擦力而产生低损耗。然而，所述接触线42的小宽度导致所述线42在气缸8上的接触压力为高，所述压力提供良好的密封。

这里可规定，长梯度的低倾斜部43和短梯度的陡峭倾斜部44的高度实际上只有几微米。特定地说，长梯度的低倾斜部43的高度经计算使得当邻接所述梯度43的可延伸连续解锁段35将油压缩在此后者与气缸8之间时所述梯度43与气缸8之间存在足够大的空间，使得上面布置所述梯度43的可延伸连续段9如同其应当收缩一样充分收缩。

当阅读刚刚给出的用于活塞的密封装置1的操作的描述时，将轻易推导出对于活塞2可以包括的可延伸连续段9和可延伸连续解锁段35的数量来说，没有固定的限制。还将了解，由发生在活塞2与气缸8之间的摩擦力引起的损耗随着所述活塞2包括的可延伸连续段9的数量增加而变小。

可以回顾，在极低压力下，所述装置1不会在可延伸连续段9与气缸8之间产生大量摩擦力，密封是以令人满意的方式通过滑动裙部6与气缸8之间保留的小间隙而实现。

当用于密封的油的压力在流体腔室27中上升时，可以注意到任何可延伸连续段9与气缸8之间的摩擦力仍然是有限制的，因为在所述压力的影响下由所述段9的外部圆柱形段面13施加于所述气缸8上的力通过由所述段9由于其硬度而产生的相对收缩力而降低，此后一种力与所述段9的直径的增加相反。然而，由所述面13施加于所述气缸8上的圆周接触压力仍然足够高到保证良好的密封，所述压力尤其通过所述面13(借助于实例)在图17上表示的轮廓来预定。

因此，用于根据本发明的活塞的密封装置1使得可维持适中的摩擦力和良好的密封，即便流体腔室27中所包括的油承受2000巴和更大数量级的极高压力也是如此。实际上，起因于这些压力的气缸8的直径的大幅变动不会妨碍根据本发明的装置1的操作，也不会妨碍其保证良好密封并同时产生低程度的摩擦力的能力。这源于以下事实：每一可延伸连续段9的径向厚度是在考虑气缸8的硬度之后进行有利地计算，使得基于所需压力，每一所述段9与所述气缸8周向接触，然后在所述段9的外部圆柱形段面13与所述气缸8之间产生必要的接触压力以产生所需密封。

可注意到，用于根据本发明的活塞的密封装置1通常至少需要高的加工精度以产生滑动裙部6、可延伸连续段9、可延伸连续解锁段35和气缸8，所述精度是必要的以保证低压下的准确密封并最小化至少介于所述段9、35与所述气缸8之间的间隙。

另外，如果所述装置1是在极高压力的背景下使用，那么气缸8的硬度应足够大使得可延伸连续段9在过大的机械应变力下不会承受高的疲劳应力。

因此将注意到，一方面可延伸连续段9和可延伸连续解锁段35的相应径向厚度且另一方面所述段9、35与气缸8之间保留的间隙是在确定用于根据本发明的活塞的密封装置1的操作的基本因素中。这同样也适用于气缸9相对于所述段9、35的径向硬度。另外，外部圆柱形段面13上的接触线42的轴向定位以及气缸8上的所述接触线42的宽度(依据施加于包括所述线42的段的内部圆柱形段面12的压力而变化)实质上确定根据本发明的装置1的操作。在任何情况中，所述装置1的设计和尺寸可有利地使用有限元方法。

另外，用于根据本发明的活塞的密封装置1的操作原理表明，可延伸连续段9和可延伸连续解锁段35由具有高强度、高机械电阻和高的抗疲劳度的材料制成。

用于根据本发明的可能的活塞的密封装置1不限于以上描述的应用，且另应了解，前述描述只是通过实例给出且不以任何方式限制本发明的范围，用任何其它等效物取代所描述的执行细节将不会脱离本发明的范围。

Claims (13)

1.提供一种使得活塞(2)在多个端部之一至少被流体腔室(27)封闭的气缸(8)中移动的用于活塞的密封装置(1)，所述活塞(2)包括至少一个活塞顶(3)，其包括至少一个固定裙部(5)且一方面具有用于施加力到任何机械、液压或气动传输构件(33)上的活塞支撑面(4)且另一方面具有压缩面(11)，所述压缩面(11)出现在所述流体腔室(27)中且可接收流体(36)的压力，密封装置的特征在于其包括：

·至少一个圆柱形状的滑动裙部(6)，其以小的间隙容纳在所述气缸(8)中、放置在所述压缩面(11)的侧面上的所述活塞顶(3)的延伸部中和所述活塞顶(3)的轴线中，所述滑动裙部(6)由机械裙部间连接件(7)连接到所述活塞顶(3)，其使得所述滑动裙部(6)相对于所述活塞顶(3)纵向平移移动；

·至少一个压力传输通道(10)，其被布置在所述滑动裙部(6)内且向右沿轴向方向穿过后者；

·至少一个连续环状形式的可延伸连续段(9)，其被插入在所述固定裙部(5)与所述滑动裙部(6)之间，且包括经由所述压力传输通道(10)承受所述流体(36)的所述压力的内部圆柱形段面(12)、能够与所述气缸(8)接触的外部圆柱形段面(13)、所述固定裙部的侧面上直接或间接地保持与所述固定裙部(5)密封接触的轴向段面和所述滑动裙部的侧面上直接或间接地保持与所述滑动裙部(6)密封接触的轴向段面；

·至少一个滑动裙部弹簧(16)，其趋向于使所述滑动裙部(6)更靠近所述固定裙部(5)且轴向地压缩所述可延伸连续段(9)。

2.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述机械裙部间连接件(7)由芯轴(17)组成，所述芯轴(17)与所述压缩面(11)成一体且结合轴向地布置在所述滑动裙部(6)中的芯轴孔口(18)，所述芯轴(17)容纳在所述孔口(18)中。

3.根据权利要求2所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述滑动裙部弹簧(16)是一方面被支撑在所述芯轴(17)的端部且另一方面被支撑在所述滑动裙部(6)上的弹性垫圈(19)。

4.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于外径实质上小于所述气缸(8)的内径的至少一个浮动板(21)直接或间接地插入在所述可延伸连续段(9)与所述固定裙部(5)之间或所述段(9)与所述滑动裙部(6)之间，所述固定裙部的侧面上的所述轴向段面和/或所述滑动裙部的侧面上的所述轴向段面保持与所述板(21)密封接触，同时此后者被至少一个轴向板孔口(31)穿过，从而使得所述机械裙部间连接件(7)穿过所述板(21)。

5.根据权利要求4所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述浮动板(21)包括趋向于将所述板(21)相对于所述滑动裙部(6)或相对于所述固定裙部(5)径向地居中的板居中构件(23)，所述构件(23)被直接或间接支撑在所述裙部(5、6)中的一个或另一个上或所述机械裙部间连接件(7)上。

6.根据权利要求4所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述浮动板(21)包括段槽(22)，其结合地用于将所述可延伸连续段(9)相对于所述滑动裙部(6)或相对于所述固定裙部(5)径向居中。

7.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述固定裙部(5)包括容纳在被布置在所述固定裙部(5)的所述外部圆柱形表面上的刮槽(25)中的至少一个刮段(24)。

8.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述外部圆柱形段面(13)包括至少一个轴向微漏凹槽(26)。

9.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述内部圆柱形段面(12)结合由柔性材料制成的至少一个圆形密封接头(32)以直接或间接地与所述固定裙部(5)和/或所述滑动裙部(6)产生密封。

10.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于最靠近所述固定裙部(5)的所述内部圆柱形段面(12)的长度的轴向部分平均具有大于最靠近所述滑动裙部(6)的所述内部圆柱形段面(12)的长度的轴向部分的直径，以此使得所述可延伸连续段(9)在其整个轴向长度内在所述固定裙部(5)的侧面上的厚度及硬度径向地小于在所述滑动裙部(6)的侧面上的厚度及硬度，而所述外部圆柱形段面(13)就其本身来说在所述段(9)的整个所述轴向长度内保持近似相同的直径。

11.根据权利要求1所述的用于活塞的密封装置，特征在于至少一个可延伸连续解锁段(35)呈连续环状形式且其外径实质上小于所述气缸(8)的内径且直接或间接插入在两个可延伸连续段(9)之间，所述可延伸连续解锁段(35)包括经由所述压力传输通道(10)承受所述流体(36)的所述压力的内部圆柱形解锁段面(37)、可使所述气缸(8)和两个轴向解锁段面(39)更靠近在一起的外部圆柱形解锁段面(38)，两个轴向解锁段面(39)各自与所述两个可延伸连续段(9)之一保持直接或间接密封接触。

12.根据权利要求11所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述滑动裙部(6)具有结合所述内部圆柱形段面(12)以将所述可延伸连续段(9)相对于所述滑动裙部(6)居中的可延伸连续段居中构件(40)和/或结合所述内部圆柱形解锁段面(37)以将所述可延伸连续解锁段(35)相对于所述滑动裙部(6)居中的解锁段居中构件(41)。

13.根据权利要求11所述的用于活塞的密封装置，特征在于所述可延伸连续段(9)和/或所述可延伸连续解锁段(35)通过居中环相对于所述滑动裙部(6)保持近似居中，所述居中环本身通过居中环居中构件(49)相对于所述滑动裙部(6)居中。