CN110997270A - 用于密封塑料管道的带有专用加强圈的密封垫圈 - Google Patents

Abstract

示出了一种管密封垫圈，该管密封垫圈被设计为容纳在设置在凹形扩口塑料管端的承插口端内的滚道内，该凹形扩口塑料管端与配对的凸形管端组装以形成塑料管接头。凹形扩口塑料管端中的滚道在制造过程中预成形，然后安装垫圈。该垫圈具有橡胶主体部分，该橡胶主体部分由硬塑料带加强，该硬塑料带形成为一系列一体的间隔开的楔块，这些楔块通过柔性条带互连。垫圈具有足够的柔韧性以被折曲并放置在管滚道中，而硬塑料带则起到防止垫圈在各种压力条件下挤出并防止在现场组装时发生移位的作用。

Description

用于密封塑料管道的带有专用加强圈的密封垫圈

技术领域

本发明大体上涉及用于塑料管道中的管接头的密封垫圈和密封系统，在该系统中，将凸形插口管段安装在配对的凹形承插口管段内以形成管接头，并且更具体地，涉及一种具有专用加强圈的改进的垫圈，以及一种用于将锁定垫圈安装在用于形成管接头的一段管道中的预制垫圈凹槽内的安装方法。

背景技术

用于塑料、流体输送管的流体密封系统已用于多种行业。在这种系统中使用的管通常由包括聚烯烃和PVC的热塑性材料形成。在管段之间形成接头时，将插口或凸形管端插入凹形管端或承插口管端内。环形的弹性圈或垫圈大体位于在热塑性管的承插口端中形成的凹槽内。在将插口(spigot，)插入承插口内时，垫圈为接头提供了主要的密封能力。已经采用各种类型的密封技术来确保管接头的密封完整性。重要的是，在接头组装过程中，不得将密封垫圈移开，并且在现场应用中，垫圈也不得扭曲或损坏。同样重要的是，在各种压力条件下，垫圈都不得从管槽中挤出。

较早的垫圈密封系统是已知的，在该系统中，均质的橡胶衬垫通常是可变形的，允许其用手折曲或弯曲，承受反向弯曲，并插入在凹形扩口管端中形成的配对内部滚道内。凹形管承口端中的滚道是在管制造厂使用可折叠的心轴式扩口工具预成型的。现有技术试图确保这种管接头的完整性的尝试包括使用具有由弹性可屈服的密封材料(如橡胶)形成的第一不同主体区域的管垫圈，该第一弹性区域粘结到由更刚性的材料(如硬塑料)形成的第二不同主体区域。目的是使垫圈的刚体区域有助于将垫圈保持在管槽内的适当位置。解决该问题的其他方法包括使用具有加强带的均质橡胶圈，该加强带插入设置在橡胶圈内径上的配对凹槽中。这些解决方案均具有关键限制。例如，现有技术的塑料/橡胶复合物有时允许在承口滚道和垫圈的外径之间渗入灰尘和碎屑。在某些情况下，塑料区域会减小橡胶表面的接触面积，有时会导致在所有条件下(包括高压，低压和周期性波动)提供所需密封的问题。当将均质橡胶垫圈主体与塑料加强带粘结时，必须使用兼容的材料。不良的粘结导致两个元件分离。加强带在两部件系统中容易错位和断裂。因此，在某些情况下，现有技术的解决方案无法提供所需的接头完整性，这常常导致制造操作和现场安装的复杂性和费用。

1970年代初期，挪威卑尔根的里伯父子公司(Rieber&Son)开发了一种新技术，在业界被称为“里伯接头”。里伯系统采用了组合的模具元件和密封圈，以用于密封由热塑性材料制成的两个协作管的承插口端和插口端之间的接头。在里伯方法中，在同时形成凹形端或扩口端时，将弹性垫圈安装在凹形管的承插口端的内槽内。里伯方法没有使用预制的凹槽，而是在扩口操作过程中提供了预应力和锚定的弹性垫圈。由于垫圈是在形成扩口管端的同时安装的，因此可以提供刚性的嵌入式加强圈以作为垫圈的一部分。因为从某种意义上说，由于管槽是在带有嵌入式加强圈的垫圈周围形成的，所以垫圈可以牢固地固定在适当的位置，并且不会扭曲或翻转，也不会使杂质进入接头的密封区域，从而增加了接头的可靠性，并减少因磨损而引起的泄漏或可能发生的故障的风险。下列已颁发的美国专利中对里伯方法进行了描述：美国专利号4,120,521；4,061,459；4,030,872；3,965,715；3,929,958；3,887,992；3,884,612；以及3,776,682。

尽管里伯方法已取得了进步，但扩口操作还是有些复杂且成本很高。同样，在某些情况下，希望手动地移除一个垫圈并将另一垫圈重新安装在选定的管端中的预制滚道内，而不是利用在其中围绕垫圈形成管道中的凹槽的整体安装的垫圈。例如，市政和咨询工程师将基于管道的最终用途和土壤条件指定特种弹性体。尽管SBR为北美最常用的橡胶，但工程师会基于水处理技术指定EPDM，而当汽油或石油污染造成烃类土壤污染时，则指定丁腈橡胶。分销商和承包商无法在其管道库存中更换里伯方法垫圈。因此，与诸如里伯系统的那些在制造凹形管端的过程中在密封垫圈周围形成凹形管端的系统相反，能够在预先扩口管端内安装具有加强元件的垫圈类型将是有利的。然而，具有加强元件的现有技术的垫圈容易破裂并且不容易用手弯曲或折曲，因此通常排除了现场的手动组装。粘结到垫圈主体上的加强元件的大小和位置大体大于扩口管端的开口的直径，这给组装带来了进一步的复杂性。

本申请人共同拥有的，2000年4月4日授予Guzowski的美国专利号6,044,539描述了一种用于将无法承受反向弯曲的具有嵌入式加强圈的“卡扣式”垫圈插入扩口管端中的预制垫圈接收槽中的机器。然而，这种机器的制造成本相当高，并且在现场由工人手动携带方面存在困难。

本发明的一个目的是提供一种用于管接头的改进的管垫圈，该管垫圈具有里伯型密封的优点，同时允许垫圈承受反向弯曲，可以在制造工厂或现场操作中用手将其安装在预制槽中。

本发明的另一个目的是提供一种改进的垫圈，该垫圈可牢固地保持在预制管槽内，而无需单独的保持带。

本发明的另一个目的是提供一种改进的塑料/橡胶品种的密封垫圈，其使该垫圈与管扩口滚道的橡胶密封表面接触最优化。

本发明的另一个目的是提供一种不需要粘结到橡胶元件上的专用加强圈，因此产生了由多种材料制成的可能性。

本发明的另一个目的是提供一种具有特殊加强特性的密封垫圈，该加强特性允许密封垫圈在各种压力条件下密封，而在现场组装过程中不会扭曲或挤压或移位，并且可以用手安装在扩口滚道中。

发明内容

本发明的密封垫圈为橡胶/塑料固定设计，在密封具有使用可折叠心轴工具制成的扩口端部的PVC管时特别有用。垫圈用加强带或圈加强，该带或圈由一系列楔块组成，这些楔块由柔性条带互连。该带优选在模制操作期间被嵌入在垫圈的橡胶主体部分内，从而避免使用粘结元件。垫圈的橡胶元件提供了主要的密封能力，而塑料元件则提高了现场组装过程中由于水压和移位而引起的抗挤出性能。

垫圈承受反向弯曲，以便用手轻松安装在预先形成的管扩口滚道中。一旦安装好垫圈，它就可以作为压缩和唇形密封的结合体。它可以由PVC管制造商方便地安装，安装后即成为管道的固定部分。垫圈的橡胶部分可以为例如SBR、EPDM、NR等，并结合有硬塑料带。

在其优选形式中，示出了一种管密封垫圈，该密封垫圈被设计成用于容纳在设置在热塑性管的凹形扩口承插口端部内的滚道中，该滚道在横截面中大体为具有面向前的倾斜区域的拱形。在管的制造过程中已经预先形成了滚道，然后安装了垫圈。管的凹形扩口承插口端具有给定的内径，该内径被设计为可容纳相配的凸形热塑性管端以形成管接头。配对的凸型热塑性管端也具有给定的外径。

本发明的优选垫圈包括环形的弹性体，该弹性体具有由橡胶制成的主体部分，当从横截面看时，该主体部分包括前鼻区域、下部压缩区域和拖尾区域，该前鼻区域大体面向一旦将垫圈插入管内，便朝向该管的凹形承插口端。垫圈的主体部分的前鼻区域由硬塑料带加强，该硬塑料带形成为由柔性条带互连的一系列一体的间隔开的楔块。在垫圈制造过程中，硬塑料带被嵌入在垫圈主体部分的前鼻区域内。

硬塑料带由合成塑料材料制成，其硬度大于垫圈主体部分的硬度，同时又具有足够的柔韧性，以允许垫圈在安装到设置在热塑性管的凹形承插口端中的凹槽时承受反向弯曲。垫圈的主体部分可以由天然或合成橡胶制成。例如，垫圈的主体部分可以由选自丁苯橡胶、乙烯丙烯单体橡胶和丁腈橡胶的橡胶制成。合成塑料材料可以为“工程塑料”，诸如例如改性聚苯醚。

硬塑料带上的楔块与拱形滚道的面向前的倾斜区域共同作用，以在使用中在凸形热塑性管端的外径和凹形扩口承插口端部的内径之间楔入。一旦安装了相配的凸形管的插口端以形成管接头并对管加压，嵌入的硬塑料带就可以防止垫圈从设置在热塑性管的凹形扩口承插口端部中的凹槽中挤出。

硬塑料带的间隔开的楔块在横截面中分别具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，并且其中，相对的侧边缘在垫圈的前鼻区域的方向上均匀地倾斜。楔块的前边缘在模制过程中被一层橡胶覆盖，因此它们被包封在橡胶内。

在本发明的垫圈的一种版本中，硬塑料带形成为具有内侧壁和外侧壁的连续圈，并且其中，每个一体的间隔开的楔块的后边缘齐平地位于连续圈的内侧壁上的一个圆周位置处。

在本发明的垫圈的另一种版本中，硬塑料带约一半位于每个楔块的后部，而一半位于每个楔块的中间区域。

在本发明的密封垫圈的另一种版本中，硬塑料带位于每个楔块的中间区域的稍后方，并且其中，硬塑料带上的楔块各自在其中具有中空区域。

在本发明的密封垫圈的一种特别优选的版本中，垫圈的下部压缩区域包括用于接合配对的凸形插口管端的一系列周向接合凹槽。主垫圈主体还可以设置有外部球形区域，该外部球形区域还设置有用于接合管的凹形承插口端的一系列周向接合凹槽。

在一种优选版本中，主垫圈主体具有下部主密封表面，该下部主密封表面形成用于垫圈的唇部和压缩密封区域的组合。“唇部”区域通过V形凹部与垫圈主体的凸面密封面和拖尾部分隔开。当配对管段的配对凸形插口端与衬垫的主密封面相遇时，V形凹部使衬垫主体的唇部区域向内弯曲。

然而，本发明的垫圈虽然由硬塑料条带加强，但仍具有足够的挠性，以允许条带以斜角弯曲，以用于插入到设置在凹形承插口管端中的配对扩口槽内。然后，垫圈恢复为大致圆柱形的形状，并通过硬塑料条带的作用固定在扩口承插口槽内。

在下面的书面描述中，其他目的、特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为部分剖开的塑料管的截面的端视图，并示出了扩口端部和滚道，本发明的较早版本的垫圈在滚道中就位，凸形管段位于用于插入扩口中的位置。

图2为图1的密封垫圈的透视图，其示出了具有其楔块和相关联的柔性条带的早期版本的硬塑料带，图3至图6为在相关联的模具内安装硬塑料带的步骤的简化视图，其后所述模具被注入橡胶并加热和固化以制成本发明的完整垫圈。

图7为本发明的垫圈的一种版本的侧视局部横截面视图，该垫圈处于设在凹形扩口承插口管端中的内槽中，配对的凸形管件的行进方向用虚线表示。

图8为用于制造图7的垫圈的硬塑料带的较早版本的剖视图，并且示出了由柔性条带互连的楔块和条带相对于间隔的楔块的位置。

图9为图8的垫圈的一部分的俯视图，其示出了放置的硬塑料带，其中垫圈主体的橡胶部分以虚线示出。

图10示出了装配管接头的开始步骤，其中凸形管端刚开始与图8的密封垫圈接触。

图11为类似于图10的视图，其示出了完整的管接头，其中外部压力作用在密封垫圈上。

图12为成的管接头的另一视图，这时密封垫圈使其内部压力作用在垫圈上。

图13为在本发明的垫圈中用作加强元件的硬塑料圈的另一种版本。

图14为使用图13的加强圈的本发明的改进的垫圈的侧视横截面视图。

图15为使用图13的加强圈的本发明的垫圈的版本的透视图。

图16为在本发明的垫圈中使用的另一种版本的加强圈的俯视平面图，其中互连带或条带位于相关联的楔块中的约一半处和相关联的楔块后的约一半处。

图17为沿图16中的线A-A截取的侧视截面图。

图18为沿图16中的线B-B截取的侧视截面图。

图19为以一定程度上放大的方式示出以简化说明的图16的加强圈的一部分的局部图。

图20为在本发明的改进的垫圈中使用的又一种加强圈的透视图，其示出了在该圈中使用的中空楔形段。

图21为图20的加强圈的一部分的局部图，其更详细地示出了其中的中空段。

图22为使用图20的加强圈的本发明的垫圈的形式的侧视截面图。

具体实施方式

现在转向附图，图1示出了在组装管接头之前就位的本发明的标记为11的垫圈的早期版本。垫圈11被安装在滚道13内，该滚道13设置在热塑性管17的凹形管段的扩口端部15内。凹形管段17可以由多种可商购的热塑性材料中的任何一种(诸如包括聚乙烯和聚丙烯以及聚氯乙烯的聚烯烃家族以及类似的材料)制成。这种通用类型的热塑性管用于各种工业环境，包括水、污水和化学工业。热塑性管段的扩口端部15具有开口19，该开口可与配对的凸形管段25的插口端23接合以形成管接头。通过使用可折叠的心轴扩口工具，已经在管制造厂处在管口开口19中预形成了垫圈容纳滚道13。滚道13在横截面中大体为拱形的，其具有向前的倾斜区域(图7中的32)。

在图2的轮廓中和图7的横截面中示出了图1的垫圈的较早版本。优选地，垫圈13为环形的圈状构件，其具有由诸如合适的天然或合成橡胶的柔性弹性材料制成的主垫圈主体28。用于形成垫圈的主体28的弹性材料将根据最终应用而改变成分，但是可以包括许多不同的天然和合成橡胶，包括例如丁苯橡胶(SBR)、乙烯丙烯橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、丁腈橡胶等。

现在转向图7，主垫圈主体28包括外凸密封表面27，在这种情况下，该外凸密封表面设置有一系列肋或锯齿29。主垫圈主体还包括下部主密封表面31。在所示的优选实施例中，主密封表面31为垫圈主体的均匀倾斜的表面，其形成用于垫圈的组合唇部和压缩密封区域。唇部区域通过V形凹部(在图7中大体示为33)与外凸密封表面27和拖尾部分30分隔开。当配对管段的配对凸形插口端与垫圈的主密封面31接触时，V形凹部使垫圈主体的唇部区域向内弯曲(参见图10至图12)。

返回图7，主垫圈主体28还具有前鼻区域，该前鼻区域在图7中大体标记为35，该前鼻区域在管接头的组装期间首先由配对的凸型插口管端接触。一旦将垫圈插入管内，前鼻区域35通常面向管的凹形承插口端。

现在参考图8，应当理解，垫圈的前鼻区域由硬塑料带37加强，该硬塑料带37形成为一系列通过柔性条带45互连的一体的间隔开的楔块(例如，楔块39、41、43)。从图4和图8中可以明显看出，楔块39分别具有前边缘53，后边缘55和相对的侧边缘57、59。从该横截面看，相对的侧边缘(诸如图10中的侧边缘59)从其后边缘55向其前边缘53均匀地倾斜。图2示出了加强的硬塑料带，其相关联的楔块以虚线表示(例如，参见楔块39、41、43)。因此，可以认为垫圈主体具有橡胶元件并且具有硬塑料元件，该硬塑料元件用作垫圈主体的加强元件。

在垫圈的制造操作过程中，在制造垫圈期间，硬塑料带37被嵌入垫圈的前鼻区域内。如将更详细解释的，一旦配对的凸形管被安装以形成管接头，硬塑料带37上的楔块39就起到防止垫圈从设置在热塑性管的凹形承插口端中的滚道(图1中的13)挤出的作用。

在图8中以局部方式示出的硬塑料带为塑料带的较早版本，该塑料带在制造期间主要在注射成型操作方面存在某些问题。本发明主要针对硬塑料带的形状和功能的改进。带的改进版本在附图的图13至图22中示出。主要的改进领域涉及带或条带相对于由柔性带互连的单个间隔楔块的放置，这些差异将在下面的书面描述中详细讨论。

如前所述，垫圈的主体部分由天然或合成橡胶(诸如丁苯橡胶，乙烯丙烯单体橡胶或丁腈橡胶)制成。用于主垫圈主体的橡胶的硬度可以根据最终应用而变化，但是通常将在约40-70肖氏A硬度的范围内，优选地在约40-60肖氏A硬度的范围内。另一方面，它是由合成塑料材料制成，其硬度大于垫圈主体部分的硬度。用于带的合成塑料材料优选地为这样一种材料，该材料表现出适合手边使用同时在安装期间允许折曲(承受反向弯曲)的适当刚度。所述带可以具有比垫圈的其余主体部分更高的硬度，因为它不以与垫圈的主密封区域相同的程度参与垫圈的密封功能。

各种硬塑料类型的材料可以适合用作硬塑料带。这些材料包括诸如聚丙烯、聚氯乙烯的材料和各种“工程塑料”。例如，一种这样的材料为属于改性聚苯醚(PPE)族的那些硬塑料。这些可商购的材料具有很高的耐热性，使其适合于注塑或压缩成型，并且通常适用于塑料/橡胶复合材料。一种可商购的材料为

材料系列。

为赢创德固赛公司(Evonik Degussa GmbH)的注册商标，其用于模塑含有聚2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚的化合物以作为聚合物成分(聚亚苯基醚，PPE，也称为PPO)。

现在将描述本发明的密封管垫圈的制造方法。该垫圈被设计用于容纳在设置在凹形扩口管件的承插口端内的扩口管滚道(raceway)中，从而将垫圈安装在滚道中，允许将具有插口管端的配对凸形管插入该扩口管滚道中以形成连续的管接头。将主要参考图3至图6描述制造方法。图3示出了相关领域技术人员将熟悉的那种类型的注射成型模件47的一半。如图3所示，第一半模具具有带圆周凹部51的第一模面49。如图4所示，在制造过程的第一步中，带有通过柔性条带45互连的一系列一体的间隔开的楔块的硬塑料带37被放置在圆周凹部51内。应当理解，将楔块作为离散的和单独的元件放入模具中将非常耗时。然而，由于齿通过柔性条带互连，因此可以很容易地在单个步骤中将它们整体地放置在模具中。这也确保了各个齿在垫圈圆周上的适当间隔。

接下来，提供第二配对模面，其基本上为第一模面的镜像。图5示出了部分安装在第一模面的圆周凹部中的硬塑料带，而图6示出了完全安装的带。然后将第一模面和第二模面结合在一起，并将可模制的橡胶化合物注入到圆周凹部中。然后以已知的方式将热量和压力施加到模具上，以形成环形的弹性体。模具中的热量和压力使嵌入其中的硬塑料带的主体部分固化，从而使垫圈的主体部分被硬塑料带加强，从而由于管中的流体产生的液压作用在硬塑料带上的楔块上以将齿推入与配对的凸形管件和凹形管件紧密接合，以在一旦安装了配对的凸形管的插口端以形成管接头和管道正在输送流体，防止垫圈从设置在热塑性管道的凹形扩口承插口端部的滚道中挤出。

虽然垫圈主体经过加固以防止在各种流体压力条件下挤出，并且在现场组装过程中不会移位，但它仍具有足够的柔韧性，以允许用手弯曲垫圈并将其安装在设置在凹形管件的扩口端部内的垫圈容纳滚道内。可以通过以下方式将密封垫圈安装在垫圈容纳滚道中：弯曲垫圈以将垫圈从大体上圆柱形的形状临时转换为大体上椭圆形，然后将垫圈放置在垫圈容纳槽中并释放垫圈，从而使垫圈返回大致呈圆柱形。由于管中的流体产生的液压作用在硬塑料带上的楔块上以将楔块推入与配对的凸形管件和凹形管件紧密接合，以在一旦安装了配对的凸形管的插口端以形成管接头并且管道正在输送流体，防止垫圈从设置在热塑性管道的凹形扩口承插口端部的滚道中挤出。图11示出了外部压力作用在垫圈上的情况下，安装在管接头中的图7的垫圈的横截面。图12为类似于图11的视图，但是示出了垫圈的横截面形状，其中内部流体压力作用在垫圈主体上。

图13至图22示出了用于加强本发明的密封垫圈的硬塑料带的三种不同版本。再次参考图8，较早版本的硬塑料带具有沿楔块的整个长度，换言之，沿着图8中的整个侧边缘57、59延伸的互连带或互连条带。较早版本的硬塑料带遇到的主要问题在于，该带并未“互锁”在垫圈主体的橡胶内。因此，它有在间隔开的楔块的前边缘区域处滑出垫圈主体的趋势。它还遇到某些注射成型问题，因为难以通过薄壁几何形状流动，并导致最终的垫圈出现缺陷。没有橡胶的区域为通常在图8中的53和图10中的53指示的区域。

已经发现，可以通过扩展在垫圈的鼻部和在塑料带插件前面的橡胶的几何形状，从而使插件的前边缘完全被橡胶覆盖，来克服较早版本的垫圈的缺陷。换句话说，在塑料插件周围放置足够的橡胶，以确保它不会与垫圈主体的橡胶分离。从这个意义上讲，它被“互锁”在橡胶垫圈主体内。最优选地，插件的带或条带部分完全被橡胶包围，除非其附接到楔块段上。本发明的改进的塑料带插件具有改进的几何形状，该几何形状相对于橡胶垫圈主体实现了更好的互锁状态，并且在某些情况下可以更容易地注塑成型。

参考附图的图13，其示出了用于本发明的密封垫圈中的改进的硬塑料带的一种版本。再次，管密封垫圈被设计成用于容纳在设置在热塑性管的凹形扩口承插口端部内的滚道内，如前所述，当从横截面看时，该滚道通常为具有面向前的倾斜区域的拱形。在管的制造过程中已经预先形成了滚道，然后安装了垫圈。

垫圈的主体部分的前鼻区域再次由硬塑料带加强，该硬塑料带形成为由柔性条带互连的一系列一体的间隔开的楔块，硬塑料带在垫圈制造过程中被嵌入垫圈的主体部分的前鼻区域内。如图13所示，每个间隔开的楔块63、65具有前边缘67，后边缘69和相对的侧边缘71、73。从图13中应当理解，当将所述带嵌入橡胶垫圈主体中时，相对的侧边缘71、73在垫圈的前鼻区域的方向上均匀地倾斜。然而，在这种情况下，与图8所示的带不同，间隔开的楔块的前边缘(图14中的67)在制造过程中被一层橡胶覆盖，从而将它们完全包封在垫圈主体的橡胶中。因此，虽然图14中所示的硬带的顶部边缘75和底部边缘77可以暴露，但是每个楔块的前边缘67被图14中表示为“t”的橡胶厚度覆盖。额外的橡胶层可在使用中将楔块牢牢地嵌入垫圈的橡胶中。

在图13所示的硬塑料带的情况下，该带形成为具有内侧壁81和外侧壁84的连续圈79，并且其中，每个一体的间隔开的楔块的后边缘69齐平地位于连续圈的内侧壁81上的一个圆周位置处。因此，在本发明的该版本中，所述带在楔块段之后连续地延伸，并且完全嵌入在垫圈主体的橡胶中，从而有助于使所述带相对于垫圈主体的其余部分进一步互锁。在先前关于图3至图6讨论的塑料模制操作中，它也像圆周流道一样起作用。即使楔块段的前边缘以某种方式从垫圈主体的橡胶中推出，它们也将借助于带79保持“互锁”。然而，在正常操作条件下不应发生这种情况。

图16至图19示出了本发明的改进的硬塑料带的另一种版本。在这种版本的带中，一旦在制造过程中安装了带，则每个楔块的相对的侧边缘(诸如，图17中的侧面85)就也沿垫圈的前鼻区域的方向均匀地倾斜。从图17和18可以理解，在这种情况下，塑料带约一半位于每个楔块的后部，而一半位于每个楔块的中间区域。这种布置使得所述带和楔块段之间的结构连接更牢固，并且使得楔块段的前边缘更难以从橡胶垫圈主体中推出，使它们以某种方式暴露。

图20至图22示出了在本发明的密封垫圈中使用的硬塑料带的另一种版本。在本发明的该版本中，硬塑料带位于每个楔块的中间区域的稍后方(总体在图21中由数字89表示)。同样，在这种情况下，硬塑料带92上的每个楔块90中的至少一者被选择具有在其中形成的中空区域91。中空凹部完全穿过每个楔形段，使它们的前侧和后侧连通。

再次，如在图14中描述的带的版本中，中空楔块段90的前边缘94被一层橡胶覆盖，使得它们被包封在垫圈主体的橡胶内(参见图22)。本发明的中空段版本为模具流动问题提供了更好的解决方案，因为它在整个几何形状上提供了更均匀的厚度，尽管在构成楔块的中空段的孔周围裂开了。沉痕被消除。这种设计通常在橡胶和硬塑料插件之间提供最佳连接，并更好地与橡胶互锁。楔形段和管道之间有一个较宽的接触表面，其可减少使用中的周期性压力载荷产生的痕迹。中空区域允许更多的橡胶穿过并围绕带，以实现更好的互锁。由于在某种意义上是不连续的，因此在带上使用的材料较少。从图21可以理解，中空带提供了坚固的“封闭框架”楔块段结构。穿过楔块插件几何形状的“中空”通道允许橡胶流分裂、穿过然后在插件的前边缘处结合。所述部件被互锁，因此橡胶和塑料之间不需要粘合或胶合。

本发明提供了若干优点。本发明的用于安装垫圈的方法允许将管垫圈安装在热塑性管中的预先存在的和预先形成的凹槽内。一旦将垫圈以卡扣配合的方式固定就位，就可以将其牢固地保持在管滚道内，并抵抗往往会使垫圈从滚道上移位的轴向力。由于将垫圈插入预制的管槽或滚道内，因此简化了制造和安装过程，并降低了成本。垫圈的设计还使得有可能移除一个垫圈，然后将另一个垫圈重新安装在选定管端的预制滚道内。

在该过程中使用的垫圈设计简单并且制造相对经济。不需要外部保持带或内部金属圈来帮助将垫圈固定在管槽内。因为不需要金属保持带或圈，所以与先前的里伯垫圈技术一样，在制造过程中也可以省去将带或圈保持在模具内的适当位置所需的销。硬塑料带及其一体的间隔开的楔块起到防止垫圈在各种流体压力情况下从凹形管槽中挤出或防止在现场组装过程中移位的作用。提供楔块作为连续条带的组成部分可简化制造过程并节省时间。楔块段为垫圈的坚固支撑提供了高的径向刚度，这起到了防止在加压条件下挤出的作用。

尽管仅以本发明的一种形式示出了本发明，但是本发明不限于此，而是可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种改变和修改。

Claims (21)

1.一种管道密封垫圈，设计成用于容纳在设置在热塑性管道的凹形扩口承插口端部内的滚道内，当从横截面看时，所述滚道大体为具有面向前的倾斜区域的拱形，并且其中，所述滚道已经在管道制造期间预先形成然后安装所述垫圈，所述凹形扩口承插口端部具有给定内径，并设计为容纳配对的凸形热塑性管端以形成管接头，所述凸形热塑性管端具有给定的外径，所述垫圈包括：

环形的弹性体，所述弹性体具有由橡胶制成的主体部分，当从横截面看时，所述主体部分包括前鼻区域、下部压缩区域和拖尾区域，一旦将所述垫圈插入所述管道内所述前鼻区域大体面朝向所述管道的凹形承插口端；

其中，所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域由硬塑料带加强，所述硬塑料带形成具有给定周长的连续圈，所述带具有一系列一体的间隔开的楔块，这些楔块附接到所述带并以相等的间隔从所述带围绕所述带的圆周延伸，所述硬塑料带在所述垫圈制造过程中嵌入所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域内，每个间隔开的所述楔块具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，在从横截面看时，所述楔块的后边缘连接到下面的连续硬塑料带并支撑在所述硬塑料带上，并且其中，所述相对的侧边缘在所述垫圈的前鼻区域的方向上均匀地倾斜，在制造过程中，间隔开的所述楔块的前边缘被一层橡胶覆盖，使得这些楔块被完全包封在垫圈的主体的橡胶中；

其中，所述硬塑料带由合成塑料材料制成，所述硬塑料带的硬度大于所述垫圈的主体部分的硬度，同时又具有足够的柔韧性以允许所述垫圈在安装到设置在所述热塑性管道的凹形承插口端中的凹槽时承受反向弯曲；并且

其中，所述硬塑料带上的所述楔块与拱形的所述滚道的面向前的倾斜区域共同作用，以在所述凸形热塑性管端的外径和所述凹形扩口承插口端部的内径之间楔入，一旦安装了配对的凸形管的插口端以形成管接头，嵌入的硬塑料带就防止所述垫圈从设置在所述热塑性管道的凹形扩口承插口端部中的凹槽中挤出。

2.根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由天然或合成的橡胶制成。

3.根据权利要求2所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由选自包括丁苯橡胶，乙烯丙烯单体橡胶和丁腈橡胶的组的橡胶制成。

4.根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为工程塑料。

5.根据权利要求4所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为改性聚苯醚。

6.根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的下部压缩区域包括用于接合配对的凸形插口管端的一系列周向接合凹槽。

7.根据权利要求6所述的密封垫圈，其中，所述主垫圈主体具有外部球形区域，所述外部球形区域还设置有用于接合所述管道的凹形承插口端的一系列周向接合凹槽。

8.一种管道密封垫圈，设计用于容纳在设置在热塑性管道的凹形扩口承插口端部内的滚道内，当从横截面看时，所述滚道大体为具有面向前的倾斜区域的拱形，并且其中，所述滚道已经在所述管道制造期间预先形成然后安装所述垫圈，所述凹形扩口承插口端部具有给定内径，所述凹形扩口承插口端部被设计为容纳配对的凸形热塑性管端以形成管接头，所述凸形热塑性管端具有给定的外径，所述垫圈包括：

环形的弹性体，所述弹性体具有由橡胶制成的主体部分，当从横截面看时，所述主体部分包括前鼻区域、下部压缩区域和拖尾区域，一旦将所述垫圈插入所述管道内所述前鼻区域大体面朝向所述管道的凹形承插口端；

其中，所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域由硬塑料带加强，所述硬塑料带在围绕所述带的圆周的等距位置处具有一系列与所述带一体的间隔的楔块，所述硬塑料带在垫圈制造过程中被嵌入所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域内，每个间隔开的所述楔块具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，在横截面中看时，所述楔块的段与所述硬塑料带在间隔开的位置相交，使得所述带不连续，所述带与所述楔块在这样的点处相交，使得约一半的所述带嵌入每个楔块中而另一半则从每个楔块向外延伸的，并且其中，所述相对的侧边缘沿所述垫圈的所述前鼻区域的方向均匀地倾斜，间隔开的所述楔块的前边缘在制造过程中被一层橡胶覆盖，使得这些楔块被完全包封在所述垫圈的主体的橡胶中；

其中，所述硬塑料带由合成塑料材料制成，所述硬塑料带的硬度大于所述垫圈的主体部分的硬度，同时又具有足够的柔韧性以允许所述垫圈在安装到设置在所述热塑性管道的凹形承插口端中的凹槽时承受反向弯曲；并且

其中，所述硬塑料带上的所述楔块与拱形的所述滚道的面向前的倾斜区域共同作用，以在所述凸形热塑性管端的外径和所述凹形扩口承插口端部的内径之间楔入，一旦安装了配对的凸形管的插口端以形成管接头，嵌入的所述硬塑料带就防止所述垫圈从设置在所述热塑性管道的凹形扩口承插口端部中的凹槽中挤出。

9.根据权利要求8所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由天然或合成的橡胶制成。

10.根据权利要求9所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由选自包括丁苯橡胶，乙烯丙烯单体橡胶和丁腈橡胶的组的橡胶制成。

11.根据权利要求8所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为工程塑料。

12.根据权利要求11所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为改性聚苯醚。

13.根据权利要求8所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的下部压缩区域包括用于接合配对的凸形插口管端的一系列周向接合凹槽。

14.根据权利要求13所述的密封垫圈，其中，所述主垫圈主体具有外部球形区域，所述外部球形区域还设置有用于接合所述管道的凹形承插口端的一系列周向接合凹槽。

15.一种管道密封垫圈，设计成用于容纳在设置在热塑性管道的凹形扩口承插口端部内的滚道内，当从横截面看时，所述滚道大体为具有面向前的倾斜区域的拱形，并且其中，所述滚道已经在所述管道制造期间预先形成然后安装所述垫圈，所述凹形扩口承插口端部具有给定内径并设计为容纳配对的凸形热塑性管端以形成管接头，所述凸形热塑性管端具有给定的外径，所述垫圈包括：

环形的弹性体，所述弹性体具有由橡胶制成的主体部分，当从横截面看时，所述主体部分包括前鼻区域、下部压缩区域和拖尾区域，一旦将所述垫圈插入所述管道内所述前鼻区域大体面朝向所述管道的凹形承插口端；

其中，所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域由硬塑料带加强，所述硬塑料带在围绕所述带的圆周的等距位置处具有一系列与所述带一体的间隔的楔块，所述硬塑料带在垫圈制造过程中被嵌入所述垫圈的主体部分的所述前鼻区域内，每个间隔开的所述楔块具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，在横截面中看时，所述楔块的段与所述硬塑料带在间隔开的位置相交，使得所述带不连续，所述硬塑料带上的所述楔块各自具有中空区域，所述中空区域与所述楔块的前边缘和后边缘连通，由此在所述垫圈的制造过程中，橡胶能够流过所述中空区域并填充所述中空区域，间隔开的所述楔块的前边缘在制造过程中被一层橡胶覆盖，使得这些楔块被完全包封在所述垫圈的主体的橡胶中；

其中，所述硬塑料带由合成塑料材料制成，所述硬塑料带的硬度大于所述垫圈的主体部分的硬度，同时又具有足够的柔韧性以允许所述垫圈在安装到设置在所述热塑性管道的凹形承插口端中的凹槽时承受反向弯曲；并且

其中，所述硬塑料带上的所述楔块与拱形的所述滚道的面向前的倾斜区域共同作用，以在所述凸形热塑性管端的外径和所述凹形扩口承插口端部的内径之间楔入，一旦安装了配对的凸形管的插口端以形成管接头，嵌入的所述硬塑料带就防止所述垫圈从设置在所述热塑性管道的凹形扩口承插口端部中的凹槽中挤出。

16.根据权利要求15所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由天然或合成的橡胶制成。

17.根据权利要求16所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主体部分由选自包括丁苯橡胶，乙烯丙烯单体橡胶和丁腈橡胶的组的橡胶制成。

18.根据权利要求16所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为工程塑料。

19.根据权利要求18所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料为改性聚苯醚。

20.根据权利要求16所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的下部压缩区域包括用于接合配对的凸形插口管端的一系列周向接合凹槽。

21.根据权利要求20所述的密封垫圈，其中，所述主垫圈主体具有外部球形区域，所述外部球形区域还设置有用于接合所述管道的凹形承插口端的一系列周向接合凹槽。

Images