專利名稱：用于氣動閥的變形o形環平面密封的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及閥密封，更加具體地說，本發明涉及一種液體閥如氣動閥中的面對面的密封。
背景技術：
當兩個基本上是平的表面有選擇地到達一起以阻塞流體流動通道時在閥中形成了一些平面密封。這些表面例如包括金屬或者模制塑料。一個表面典型地包括孔，當這些表面到達一起時該孔關閉。為了提高密封，彈性密封件典型地被保持在一個表面上以接觸位于另一表面上的閥座區域，該閥座區域共心地繞著孔。在密封期間，該密封件從一個表面進行延伸并且被壓縮在兩個表面之間。
O形環是用在各種各樣閥中的普通的密封件。最公知的是，O形環由橡膠或者其它彈性材料來形成環形。它們常常被插入到為圓柱形表面的環形槽中，以在運動缸和孔之間形成密封。O形環在商業上可以得到許多種尺寸大小并且可以由性能范圍(例如，溫度范圍、不同化學環境中的穩定性和彈性)較寬的許多種不同成分形成。由于廣泛地使用O形環，因此它們被大量生產。因此，與為更加特殊的密封應用所生產出的其它密封件相比，O形環密封件的費用較小。
在平面密封中使用O形環在下面這個方面具有一些困難發現一種方法來可靠地保持住O形環，而不需要相對較貴的機加工或者其它制造過程。由于缺少使用O形環的可接受方式，因此許多閥的應用使用了其它密封形狀如具有擴大外邊緣的模制橡膠盤(即，O形環與平的內部墊圈結合起來)。但是，這些特殊模制的零件的費用是O形環的5到10倍。
為了在平面密封中使用標準的O形環，因此使槽在密封表面中形成有底切側，以致槽頂部具有比槽底部更窄的橫向寬度，并且O形環可以安裝在該槽中。在插入O形環(例如，借助滾壓在其中形成有槽的金屬閥體的邊緣，以封閉槽的頂部)之后通過調整槽的一側或者兩側來實現把O形環插入到槽中，或者在插入期間借助使O形環進行變形來實現把O形環插入到槽中。但是，滾壓增加了制造過程的費用，并且只能對金屬元件來進行。因此，在這種方法中，更便宜、更輕的塑料模制零件不能與O形環裝配在一起。此外，在滾壓閥件邊緣以夾緊O形環時，O形環的槽一定得相當靠近元件的邊緣。因此，槽側壁的強度有限。
在插入期間使O形環進行變形(例如，延伸)的情況下，槽的頂部開口不得不剩余大量的O形環厚度，因為在插入期間所得到的變形量有限。因此，保持O形環的可靠性比理想的要差。此外，槽的尺寸大小與O形環的形狀不容易進行配合，從而在槽中產生了空的空間。當閥被加壓時，閥中的高壓流體可以進入到該空的空間中。之后，當閥減壓時，在O形環后面的、空的空間中的高壓流體使O形環從槽中移出，因此導致密封失敗。
發明內容
本發明具有這樣的優點費用低，使用O形環的平面密封的可靠性較高，該O形環可以克服現有技術中的上述問題。盡管模制零件是優選的，但是可以使用可機加工的金屬閥元件或者可模制的塑料閥元件。
在本發明的一個方面中，閥組件包括具有第一面表面(facesurface)的運動閥件。設置了一閥座，該閥座具有第二面表面，以與第一面表面形成平面密封，其中第一面表面和第二面表面中的一個包括腔，該腔凹陷到該面表面中。該腔具有邊緣支承表面。O形環被插入到該腔中并且具有接觸邊緣支承表面的外邊緣。保持器被固定到位于該O形環內部中的腔中，該保持器具有傾斜外邊緣，該外邊緣把O形環擠壓在邊緣支承表面上，因此O形環進行變形以基本上填滿位于邊緣支承表面和傾斜外邊緣之間的該腔。一部分O形環從腔中延伸出來以到達該面表面上，以在第一和第二面表面之間形成密封。
圖1是使用了本發明O形環密封件保持裝置的閥的第一實施例的橫剖視圖。
圖2是使用了本發明O形環密封件保持裝置的閥的第二實施例的橫剖視圖。
圖3是使用了本發明O形環密封件保持裝置的示例性閥系統的橫剖視圖。
圖4是本發明運動閥件的側視圖。
圖5是圖4的運動閥件的側橫剖視圖。
圖6是圖4的運動閥件的透視圖。
圖7是本發明的O形環保持器的側視圖。
圖8是圖7的保持器的透視圖。
圖9是圖4的運動閥件與圖7的O形環和保持器裝配在一起的側視圖，其中保持器部分地以虛線示出。
圖10是圖9的組件的透視圖。
圖11是圖9的組件的分解視圖。
圖12是另一實施例的保持器的側橫剖視圖。
圖13是包括圖12的保持器在內的組件的側橫剖視圖。
圖14是流程圖，它示出了本發明的優選實施例。
具體實施例方式
參照圖1，閥10包括運動閥件11和固定閥件12，固定閥件12提供了閥座并且具有孔13，該孔13接受流體流14，該流體流由運動閥件11的位置來控制，如箭頭15所示一樣。O形環16安裝在運動閥件11內，并且當座靠在閥座12上時形成了密封。
用來保持O形環16的結構包括碗形腔17，該腔17具有邊緣支承表面18。在裝配期間，O形環16被插入到腔17中，因此它的外邊緣接觸邊緣支承表面。O形環保持器19基本上是盤形以安裝到位于O形環16內部中的腔17中。保持器19具有傾斜的外邊緣20，該外邊緣20把O形環16擠壓在腔17的邊緣支承表面上。O形環16的直徑最好大于腔17的深度。傾斜保持器19的外邊緣20與腔17的邊緣支承表面之間的平均距離同樣小于O形環16的直徑。保持器19施加足夠大的力以使O形環16進行變形，因此它基本上填滿了位于邊緣支承表面與外邊緣20之間的那部分腔17。此外，這種變形可以提高O形環16從腔17的外部到閥座12的的延伸。由于O形環16的底側變形從而基本上填滿了腔17的其它開口區域，因此不能期望具有明顯量的高壓流體可以進入，而這些高壓流體趨于移動O形環16。
保持器19可以以任何合適的方式連接到運動閥件11上。如圖1所示，螺釘孔21可以設置在保持器19中，以安裝螺釘22。閥件11中的螺紋孔23可牢固地安裝螺釘22以把保持器19保持在合適位置上。保持器19也可以借助例如超聲焊接、膠粘或者壓配合固定到零件11上。
為了避免接觸任何尖邊緣的O形環16受到潛在損害，因此保持器19的傾斜邊緣20終止于非傾斜(即，直的圓柱形)部分24上。此外，斜面25沿著頂部在腔17的外邊緣形成。除了使腔17的接觸邊緣較軟之外，斜面25提供了這樣的空間，當這些面表面相互到達一起以進行密封時，O環形16的一部分可以偏轉到該空間中。
傾斜外邊緣20相對于腔的邊緣支承表面最好形成15度到45度之間的角度，最優選的是，形成大約30度，以最佳地保持住O形環16。邊緣支承表面可以垂直于密封表面，如圖所示，該密封表面允許閥件由塑料模制出來，并且在沒有作進一步改進的情況下使用。另外，模制出來的塑料元件也可以被機加工來提供錐形壁或者底切。傾斜邊緣20最好調整成，使支承表面所形成的角度保持大約30度。
如圖2所示，此外，O形密封件可以保持在固定的(即非運動)面表面上，同時運動閥件提供了閥座。因此，圓形通道或者槽26形成在閥件12上，該閥件12與孔13共心。借助襯墊形保持器28使O形環27可變形地保持在槽26中，而保持器28具有傾斜邊緣以擠壓O形環27。借助膠粘劑29使保持器28固定在槽26中。
圖3示出控制閥，該閥采用了本發明的密封件。閥體30包括不規則形狀的、通常是圓柱形縱向孔31，該孔31安裝著運動閥組件32。閥體30包括閥座33和34，閥座33和34各自接觸O形環35和36，以形成第一和第二提升閥。運動組件32包括閥桿37，它載有O形環35和36；第一運動件28；雙端保持器39；第二運動件40；定位架41；及螺母42和43，它們接合桿37的螺紋端以把組件保持在一起。孔31內的一些空間連通到外部閥口(未示出)，電磁閥(未示出)可以用作控制壓力源，從而有選擇地控制組件32的位置，這些在現有技術中是公知的。
運動閥件38和40包括用于各自安裝O形環35和36的腔44和45。雙端保持器39包括第一盤46和第二盤47，當組件32借助螺母42和43夾緊在一起時，這些盤可變形地保持住O形環35和36。因此，在具有平面密封提升閥的控制閥中可以得到費用低的、可靠性高的密封。
圖4-6示出了另一個實施例中的運動閥件50。腔51形成在元件50的上部密封表面中。在這個實施例中，元件50可以包括金屬體，該金屬體具有腔51，該腔被機加工來提供底切52。孔53沿著軸向延伸通過閥件50。圖7和8示出了保持器55，該保持器用來把O形環保持在閥件50的腔51中(在圖4-6中沒有示出)。保持器55包括保持盤56，該保持盤56具有傾斜的外邊緣57。第一桿部分58和第二桿部分59在盤56的相對側部上進行延伸。
圖9-10示出了組件，該組件包括運動閥件50和保持器55，該保持器夾住O形環54。桿部分59以部分的方式延伸到孔52中，并且可以借助膠粘或者其它公知的方法來進行固定。例如，在形成完整的提升閥組件時，另一桿部分(未示出)從該相對側延伸到孔52中。圖11示出了圖9和10中的組件的分解視圖，其中O形環54的形狀由它的自然環形變形而成。
圖12示出了O形環保持器60的另一個實施例，該保持器60包括盤61和桿延伸部62。螺釘安裝孔63安裝在桿延伸部62中。圖13示出了保持器60，該保持器60插入到閥件64的中心孔中并且以與前面實施例相同的方式來保持住O形環65。閥件64包括法蘭端66，其中法蘭端的螺釘孔67與孔63對準。螺釘68通過孔67進入到孔63中并且被緊固以把保持器60固定到閥件64上，從而使夾緊的O形環65變形。
圖14示出了本發明的優選方法。在步驟70中，閥件形成有腔，該腔凹陷到它的第一面表面中。在步驟71中，對著腔的邊緣支承表面使O形環插入到腔中。在步驟72中，保持器被插入到腔中，以把O形環壓靠在邊緣支承表面上并且使它進行變形。在步驟73中，借助機械方法(如擰入、打樁、壓配合、焊接)或者借助化學結合使閥件和保持器固定在合適位置上。在步驟74中，運動閥件、O形環和保持器的子組件與閥座相對準地安裝到閥體中。
權利要求
1.一種閥組件，它包括具有第一面表面的運動閥件閥座，該閥座具有第二面表面，以與所述第一面表面形成平面密封，其中所述第一面表面和所述第二面表面中的一個包括腔，該腔凹陷到所述一個面表面中，所述腔具有邊緣支承表面；O形環，其被插入到所述腔中并且具有接觸所述邊緣支承表面的外邊緣；及保持器，它被固定到位于所述O形環內部中的腔中，所述保持器具有傾斜的外邊緣，該外邊緣把所述O形環擠壓在所述邊緣支承表面上，其中所述O形環進行變形以基本上填滿位于所述邊緣支承表面與所述傾斜外邊緣之間的所述腔，一部分所述O形環在所述一個面表面上從所述腔中延伸出來以在所述第一和所述第二面表面之間形成密封。
2.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述保持器在所述傾斜外邊緣附近具有不傾斜的外邊緣部分。
3.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述腔包括鄰近所述邊緣支承表面的削邊，當所述面表面到達一起以用于密封時，所述O形環的一部分偏轉到鄰近所述削邊的空間中。
4.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述運動閥件包括活塞。
5.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述運動閥件包括提升閥。
6.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述腔凹陷到所述運動閥件的所述第一面表面中。
7.如權利要求6所述的閥組件，其特征在于，所述運動閥件由模制樹脂形成。
8.如權利要求7所述的閥組件，其特征在于，所述邊緣支承表面基本上垂直于所述第一面表面。
9.如權利要求8所述的閥組件，其特征在于，所述保持器的所述傾斜外邊緣從所述邊緣支承表面以大約30度的角度進行傾斜。
10.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述保持器由模制樹脂形成。
11.如權利要求1所述的閥組件，還包括閥桿，該閥桿與所述運動閥件和所述保持器共軸線地進行延伸，所述運動閥件和所述保持器在所述閥桿上被壓縮在一起。
12.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述O形環是環形的，所述邊緣支承表面是圓柱形的，所述保持器是盤形的。
13.如權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述O形環由彈性材料形成。
14.一種閥組件，它包括具有第一面表面的運動閥件，該第一面表面具有凹陷于其中的腔，所述腔具有圓柱形邊緣支承表面；閥座，該閥座具有第二面表面，從而與所述第一面表面形成平面密封，O形環，其被插入到所述腔中并且具有接觸所述邊緣支承表面的外邊緣；及盤形保持器，它被固定到位于所述O形環內部中的所述腔中，所述盤形保持器具有傾斜的外邊緣，該外邊緣把所述O形環擠壓在所述邊緣支承表面上，其中所述O形環進行變形以基本上填滿位于所述邊緣支承表面與所述傾斜外邊緣之間的所述腔；一部分所述O形環在所述第一面表面上從所述腔中延伸出來，以在所述第一與所述第二面表面之間形成密封。
15.一種在閥組件中提供面密封的方法，該方法包括這些步驟形成具有第一面表面的運動閥件，該第一面表面與第二面表面一起密封閥座，并且具有凹陷于其中的腔，所述腔具有邊緣支承表面；把O形環插入到所述腔中，從而所述O形環的外邊緣靠近所述邊緣支承表面；及把保持器插入到位于所述O形環內部中的所述腔中，因此所述保持器的傾斜外邊緣把所述O形環擠壓在所述邊緣支承表面上，以使所述O形環進行變形，從而基本上填滿位于所述邊緣支承表面與所述外邊緣之間的所述腔，因此一部分所述O形環在所述第一面表面上方從所述腔中延伸出來，從而在所述第一和第二面表面之間形成密封。
16.如權利要求15所述的方法，還包括這樣的步驟提供閥桿，該閥桿與所述運動閥件和所述保持器共軸；及把所述運動閥件和所述保持器中的至少一個安裝在所述閥桿上，從而把所述運動閥件和所述保持器壓縮在一起。
17.如權利要求15所述的方法，還包括這樣的步驟把具有所述O形環的所述運動閥件和所述保持器插入到閥體中，從而所述O形環有選擇地定位靠在所述閥座。
全文摘要
一種閥組件具有運動閥件，該閥件具有第一面表面。設置了一閥座，該閥座具有第二面表面，以與第一面表面形成平面密封，其中第一面表面和第二面表面中的一個包括腔，該腔凹陷到該面表面中。該腔具有邊緣支承表面。O形環被插入到該腔中并且具有接觸邊緣支承表面的外邊緣。保持器被固定到位于該O形環內部中的腔中，該保持器具有傾斜外邊緣，該外邊緣把O形環擠壓在邊緣支承表面上，因此O形環進行變形以基本上填滿位于邊緣支承表面和傾斜外邊緣之間的該腔。一部分O形環從腔中延伸出來以到達該面表面上，以在第一和第二面表面之間形成密封。
文檔編號F16K1/32GK1580618SQ20041005878
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月30日 優先權日2003年7月31日
發明者約瑟夫·E·福斯特 申請人:羅斯控制閥公司