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密封环
申请号	CN201480070160.1	申请日	2014-12-15	公开(公告)号	CN105899859B	公开(公告)日	2018-06-12
申请人	伯克哈特压缩机股份公司;			发明人	N·法伊斯特埃尔;
摘要	一种用于密封活塞杆的密封环(1)包括具有圆形内径(M1)和中心轴线(M)的固定环(2)和多个密封部段(3)，所述密封部段沿中心轴线(M)的径向可移动支承在固定环(2)中，每个所述密封部段(3)具有指向中心轴线(M)且在该中心轴线(M)的周向(U)上弯曲延伸的密封面(3a)，每个密封部段(3)具有两个相互平行延伸的侧向的密封部段引导面(3b)，其中密封面(3a)在两侧分别终止于所述两个密封部段引导面(3b)之一，所述固定环(2)包括沿周向(U)相互间隔布置的多个引导部段(2a)，每两个沿周向(U)前后相继的引导部段(2a)具有彼此相向且平行延伸的引导面(2b,2c)，所述引导面如此相互间隔布置和构造，所述密封部段(3)通过其密封部段引导面(3b)在两个侧向的引导面(2b,2c)上被引导且沿径向(R)可移动支承，其中沿周向(U)前后相继布置引导部段(2a)和密封部段(3)。
权利要求	1.一种用于密封活塞杆(4)的密封环(1)，包括延及360°的且具有圆形内径(M1)和中心轴线(M)的一体式固定环(2)以及多个密封部段(3)，所述密封部段能在该中心轴线(M)的径向上移动地支承在该固定环(2)中，其中每个所述密封部段(3)具有指向该中心轴线(M)且在该中心轴线(M)的周向(U)上弯曲延伸的密封面(3a)，并且每个所述密封部段(3)具有两个相互平行延伸的侧向的密封部段引导面(3b)，其中该密封面(3a)在两侧分别终止于两个所述密封部段引导面(3b)之一，并且所述固定环(2)包括多个沿周向(U)相互间隔布置的引导部段(2a)，每两个沿周向(U)前后相继的引导部段(2a)具有彼此相向且平行延伸的引导面(2b，2c)，所述引导面如此相互间隔布置和构成，即所述密封部段(3)通过其密封部段引导面(3b)在两个侧向的引导面(2b，2c)上被引导且能沿径向(R)移动地支承，其中沿周向(U)前后相继地布置引导部段(2a)和密封部段(3)，将密封部段(3)朝向中心轴线(M)移动支承，其中形成在密封部段(3)的端侧与活塞杆(4)之间的密封间隙(43)的密封效果在密封部段(3)的整个磨损过程中基本不改变。 2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述引导部段(2a)在朝向该中心轴线(M)的方向上终止于一个尖端(2g)。 3.根据权利要求2所述的密封环，其特征在于，所述尖端(2g)在该中心轴线(M)的方向上相对于内径(M1)对齐延伸。 4.根据权利要求2所述的密封环，其特征在于，所述尖端(2g)在径向(R)上与内径(M1)以直至0.4毫米的距离间隔。 5.根据前述权利要求之一所述的密封环，其特征在于，每个所述引导部段(2a)的侧向的引导面(2b，2c)以最大90度的角度延伸。 6.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述密封环包括偶数个、但至少四个密封部段(3)，并且所述密封环包括相同数量的沿周向(U)布置在所述密封部段(3)之间的引导部段(2a)。 7.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述密封环包括奇数个、但至少五个密封部段(3)，并且所述密封环包括相同数量的沿周向(U)布置在所述密封部段(3)之间的引导部段(2a)。 8.根据权利要求6或7所述的密封环，其特征在于，所有密封部段(3a)在周向(U)上具有相同的宽度，并且所有引导部段(2a)在周向(U)上具有相同的宽度。 9.根据权利要求6所述的密封环，其特征在于，每两个关于中心轴线(M)对置的密封部段(3)在周向(U)上具有相同的宽度，并且在周向(U)上前后相继布置的密封部段(3)在周向(U)上具有不同的宽度。 10.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，在周向(U)上前后相继布置的密封部段(3)在中心轴线(M)的方向上以错移(2h)错开布置。 11.根据权利要求10所述的密封环，其特征在于，所述错移(2h)至少与所述密封部段(3)的轴向宽度(3k)一样大。 12.根据权利要求10所述的密封环，其特征在于，至少其中一个所述密封部段(3)与在周向(U)上相邻布置的密封部段(3)部分重叠。 13.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述密封环包括至少一个如此构造和布置的驱动装置(12)，即它确定至少一个密封部段(3)的在径向(R)上的位置。 14.根据权利要求13所述的密封环，其特征在于，每个密封部段(3)配属一个驱动装置(12)以便单独影响每个密封部段(3)的位置。 15.一种用于密封活塞式压缩机的轴向(4b)延伸的活塞杆(4)的密封装置(10)，包括至少一个密封腔(11)，其中所述密封腔(11)沿轴向(4b)由第一侧壁和第二侧壁(11a，11b)界定，其中在所述密封腔(11)中布置有至少一个密封环(1)，其特征在于所述密封环为如权利要求1-14中任一项所述的密封环。
说明书全文	密封环技术领域 [0001] 本发明涉及根据请求专利保护的技术方案中的密封环。背景技术 [0002] 文献EP2060833A1公开了一种用于密封活塞杆的密封环组件，其中所述密封环组件包括密封环和止挡环。所述密封环组件有下述缺点，密封部段在一定磨损后遭遇磨损停顿，从而在所述密封部段和活塞杆之间形成间隙，这导致密封效果的显著减弱。因此，这种已知的密封环组件有下述缺点，所述密封效果在一定用旧之后显著减弱。发明内容 [0003] 本发明的任务是设计一种经济上有利的用于密封活塞杆的密封环。 [0004] 该任务借助具有请求专利保护的技术方案中特征的密封环完成。在进一步请求专利保护的技术方案中涉及其它有利设计的密封环。该任务尤其借助下述密封环完成，所述密封环包括具有圆形内径和中心轴线的固定环，所述密封环还包括多个密封部段，它们沿中心轴线的径向可移动支承在固定环中，每个所述密封部段具有指向中心轴线且在中心轴线的周向上弯曲延伸的密封面，并且每个所述密封部段具有两个相互平行延伸的侧向的密封部段引导面，所述密封面在两侧分别终止于所述两个密封部段引导面之一，并且所述固定环包括多个沿周向相互间隔布置的引导部段，其中每两个沿周向前后相继的引导部段具有彼此相向且平行延伸的引导面，所述引导面这样相互间隔布置和构造，即所述密封部段通过其密封部段引导面在所述两个侧向的引导面上被引导并且径向可移动地支承，其中沿周向前后相继布置引导部段和密封部段。所述固定环是一体构成的并且沿360°的圆周角延伸。 [0005] 根据本发明的密封环具有下述优点，其密封效果即使在前述磨损情况下也不改变。相比之下，由现有技术已知的密封环的密封效果基本上在一定磨损之后通过下述方式改变，即由现有技术已知的密封环在一定磨损后形成无摩擦的间隙密封，这导致泄漏的相应增加。在根据本发明的密封环中，其泄漏横截面和进而其密封效果即使在前述磨损情况下且在整个磨损过程期间也不改变。因此，本发明的密封环确保了长期一致作用的可靠的密封，这一方面确保了可靠密封效果，另一方面降低了维修费用。 [0006] 在一个尤其优选的设计方案中，四个密封部段在周向上相互间隔布置并且在朝向中心轴线的方向上可移动支承在固定环中。在另一个可行设计方案中，本发明的密封环包括至少五个密封部段，优选六个或八个密封部段。 [0007] 在一个优选设计方案中，所有的密封部段沿周向具有相同的宽度。 [0008] 在另一个可行实施方式中，至少两个沿周向前后相继布置的密封部段沿轴向或沿中心轴线方向具有错移，所述密封部段通过所述错移沿轴向相互错开布置。所述错移的大小最好等于或大于所述密封部段的轴向高度，由此能使两个沿周向前后相继布置的密封部段被构造成如此宽，即它们沿周向相互重叠。 [0009] 在另一个优选设计方案中，至少一个密封部段且优选所有密封部段与致动器如压电致动器连接，以控制密封部段在中心轴线的径向上的位置。此外，在一个优选设计方案中设有传感器，其能够获知所述密封部段指向活塞杆的端侧的位置，以便例如获知在活塞杆表面与密封部段端侧之间的间隙宽度。在一个优选实施方式中设有控制装置，其能借助由传感器测得的数值并借助于致动器如此控制密封部段的位置，即所述密封部段处于预定位置，从而各密封部段的端侧例如具有距离活塞杆表面的预定距离，以便能调整并控制在活塞杆和密封部段之间的间隙宽度。这样的实施方式例如有下述优点，所述密封部段具有最小磨损，因为密封部段端侧不接触或仅轻微接触活塞杆，因而不会导致密封部段端侧的磨损或仅导致很小的磨损。附图说明 [0010] 用于说明实施例所用的附图示出： [0011] 图1示出密封装置的纵剖视图； [0012] 图2示出密封环的第一实施例； [0013] 图3示出密封环的第二实施例的俯视图； [0014] 图4示出图3的沿线A-A的剖视图； [0015] 图5示出密封部段的俯视图； [0016] 图6示出根据图5的密封部段的侧视图； [0017] 图7示出根据图5的密封部段的沿线B-B的剖视图； [0018] 图8示出另一密封部段的俯视图； [0019] 图9示出密封环的第三实施例的俯视图； [0020] 图10示出图9的沿线C-C的剖视图； [0021] 图11示出沿图8的线D-D的剖视图； [0022] 图12示出密封环的第四实施例的俯视图； [0023] 图13示出图12的沿线E-E的剖视图； [0024] 图14示出盖环的俯视图； [0025] 图15示出图14的盖环的沿线F-F的剖视图； [0026] 图16示出密封环的第五实施例； [0027] 图17示出密封环的第六实施例的剖视图； [0028] 图18示出引导环的局部俯视图； [0029] 图19示出密封装置的纵剖视图，其具有可被有效操作的密封部段； [0030] 图20和21示出了引导部段和密封部段的相互引导面的两种可能的构造。 [0031] 原则上，在这些附图中相同的零部件被赋予相同的附图标记。具体实施方式 [0032] 图1示出密封装置10的纵剖视图，其用于密封活塞式压缩机的沿轴向4b往复运动的活塞杆4。密封装置10最好包括多个沿轴线4b前后相继布置的、各具有第一侧壁11a和第二侧壁11b的密封腔11，在每个密封腔11中布置有密封环1。在密封腔11内的气压通过密封环1从较高压力P1下降至较低压力P2。所述压力下降尤其通过形成在密封部段3的端侧3a与活塞杆4的表面4a之间的密封间隙43实现。如在图2中的实施例所示，本发明的密封环1包括延及360°的固定环2，固定环具有圆形内径M1和中心轴线M，密封环包括多个沿中心轴线M的径向可移动支承在固定环2中的密封部段3。固定环2是一体构造的且在没有分型缝的情况下沿360°的圆周角延伸。如图1所示，内径M1被设计成大于活塞杆4的外径，从而在固定环2和活塞杆4之间形成间隙2f。由于作用在密封部段外侧3c上的较高压力P1，在指向中心轴线M的方向上可移动地支承的密封部段3通过其端侧3a以压紧力3m挤压活塞杆4的表面4a。活塞杆4的移动导致密封部段3在端侧3a磨损。起效的压紧力3m以及密封部段3可朝向中心轴线M移动支承的特性导致密封间隙43保持可靠密封，不得已时直至几乎整个密封部段3都磨损。因此，本发明的密封环3具有长期可靠的恒定密封效果，不得已时磨损直至整个密封部段3。密封部段3有下述优点，在端侧3a在所述密封部段的周向U上不发生有差别的或仅发生差别微小的材料损耗，从而密封间隙43的泄漏横截面和因此密封间隙43的密封效果在密封部段3的整个磨损过程中不改变或仅以可忽略不计的程度微小改变。此外，密封环1有下述优点，密封部段3未弹性变形和/或塑性变形或仅轻微变形，这又导致密封间隙43的泄漏横截面和因此密封间隙43的密封效果在密封部段3的整个磨损过程中不改变或仅以可忽略不计的程度微小改变。因此，本发明的密封环1具有长期可靠的密封效果。 [0033] 尤其当设有弹簧如螺旋弹簧6时可有利于密封环2的安装，所述弹簧沿周向U包围所有密封部段3。 [0034] 此外，图1还示出可选的盖环5，盖环用于改善密封环1的密封效果。然而也可放弃盖环5。 [0035] 接着将公开密封环1的不同实施方式。 [0036] 如图2所示的用于密封活塞杆4的密封环1包括固定环2，所述固定环具有环形内径M1和中心轴线M，密封环还包括四个密封部段3，它们在中心轴线M的径向R上可移动支承在固定环2中，每个所述密封部段3具有指向中心轴线M的且在中心轴线M的周向U上弯曲且匹配于活塞杆4表面延伸的密封面3a。每个密封部段3具有两个相互平行延伸的、侧向的密封部段引导面3b，其中密封面3a在两侧分别终止于所述两个密封部段引导面3b之一。固定环2包括垫环2k和多个沿周向U相互间隔布置的引导部段2a，其中引导部段2a在中心轴线M的方向上突出于垫环2k，其中每两个沿周向U前后相继的引导部段2a具有彼此相向且平行延伸的引导面2b、2c，它们这样相互间隔布置和构造，即各有唯一的密封部段3通过其密封部段引导面3b在两个侧向的引导面2b、2c上被引导且沿径向R可移动地支承，其中沿周向U前后相继地布置引导部段2a和密封部段3。 [0037] 引导部段2a在指向中心轴线M的方向上终止于一个尖端2g。在一个优选设计方案中，如图2所示，尖端2g在中心轴线M的方向上相对于内径M1对齐。在另一个可行设计方案中，如图18所示，引导部段2a的尖端2g沿径向R具有直至0.4毫米、优选直至0.2毫米的相对于内径M1的距离D1或者说间隔。 [0038] 在一个优选设计方案中，如图2所示的密封环1包括四个密封部段3和四个引导部段2a，其中每个引导部段2a的侧向的引导面2b、2c以90度角度延伸。 [0039] 在一个优选设计方案中，如图2所示，密封环1分别具有两个相对于中心轴线M对置的密封部段3，它们在周向U上有相同的宽度31，其中沿周向U前后相继布置的密封部段3在周向U上有不同的宽度31。因此如图2所示的密封环1具有两个窄的密封部段3e和两个宽的密封部段3d。 [0040] 另一个实施例在图3中以俯视图并在图4中以沿线A-A的剖视图被示出。沿垫环2k布置有四个在中心轴线M方向上突出于垫环2k的引导部段2a，其中沿周向U前后相继的引导部段2a分别错移90度布置。每个引导部段2a具有两个侧向的引导面2b、2c，它们以90度角度通至尖端2g。两个沿周向U前后相继的引导部段2a的对置的引导面2b、2c形成两个平行延伸的面，如图5所示，在所述面之间沿径向R分别可移动地支承有密封部段3。密封部段3包括两个平行延伸的密封部段引导面3b、一个密封面3a以及一个密封部段外侧3c。图6示出密封部段3的侧视图且图7示出密封部段3沿线B-B的剖视图。如图5、图6和图7所示的密封部段3包括径向延伸的连接通道3f、卸压槽3g和用于弹簧的凹口3h。密封部段3具有轴向宽度3k。所有四个用于固定环2的密封部段3在周向U上具有相同的宽度，从而所有密封部段3具有相同的设计构造。 [0041] 在一个优选设计方案中，如图4所示，引导部段2a具有凹口2o，如图1所示的螺旋弹簧6可沿所述凹口延伸，所述弹簧在一个可行实施方式中包围密封部段3。 [0042] 另一个实施例在图9中以俯视图并在图10中以沿线C-C的剖视图被示出。沿垫环2k布置有四个沿中心轴线M方向突出于垫环2k的引导部段2a，其中沿周向U前后相继的引导部段2a分别错移45度或错移135度地布置。每个引导部段2a具有两个侧向的引导面2b、2c，它们以90度角度通至尖端2g。沿周向U前后相继的两个引导部段2a的对置的引导面2b、2c形成两个平行延伸的面，在上述面之间分别布置有宽的密封部段3d，或如图8所示在上述面之间分别布置有窄的密封部段3e。 [0043] 图7示出密封部段3沿线D-D的剖视图。密封部段3包括径向延伸的连接通道3f、卸压槽3g和用于弹簧的凹口3h。 [0044] 另一实施例在图12中以俯视图并在图13中以沿线E-E的剖视图被示出。沿垫环2k设有八个在中心轴线M方向上突出于垫环2k的引导部段2a，其中在周向U上前后相继的引导部段2a分别错移45度地布置。每个引导部段2a具有两个侧向的引导面2b、2c，它们以45度角度通至尖端2g。两个在周向U上前后相继的引导部段2a的对置的引导面2b、2c形成两个平行延伸的面，它们以距离D2相互间隔并且在它们之间分别布置有密封部段3。在如图12所示的固定环2中，所有密封部段3优选具有相同的设计构造。 [0045] 根据本发明的密封环1包括至少四个沿周向U间隔布置的密封部段3且优选是四个、六个或八个密封部段3以及相应地包括四个、六个或八个沿周向U布置在密封部段3之间的引导部段2a。所有密封部段3最好在周向U上具有相同的宽度31，且所有引导部段2a在周向U上具有相同的宽度。密封环1也可包括奇数个、至少五个密封部段3并且包括相同数量的引导部段2a，它们沿周向U布置在密封部段3之间。每个引导部段2a的两个侧向的引导面2b、2c延伸的角度与密封部段3的总数量或者引导部段2a的总数量相关，上述总数量与密封部段3的总数量一致。与所述总数量相关地，所述角度小于或等于90度。在四个密封部段3或引导部段2a的情况下，所述角度为90度。在五个密封部段3或引导部段2a的情况下，所述角度为72度。在六个密封部段3或引导部段2a的情况下，所述角度为60度，或者在八个密封部段或引导部段的情况下，所述角度为45度。随着密封部段3或引导部段2a的数量增加，所述角度相应减小。 [0046] 图14以俯视图而图15以沿线F-F的剖视图示出盖环5的实施例。盖环5包括第一盖环半体5a和第二盖环半体5b，还具有用于容纳销21的凹口5c以及用于容纳螺旋弹簧6的凹口5d。如图3所示，固定环2可具有沿中心轴线M的方向伸出的销21，其中盖环5如此侧向安放在密封环1上，即伸出的销21伸入凹口5c，从而盖环5相对于密封环1处于规定位置。 [0047] 在另一个优选设计方案中，至少两个密封部段3这样布置在密封环1中，在周向U上前后相继布置的密封部段3沿中心轴线M的方向以错移2h错开布置。图16以立体图示出而图17以剖视图示出这种布置形式的两个实施例。在图16中，垫环2k形成引导面2m，在所述引导面上沿径向R可移动地支承有两个宽的密封部段3d。固定环2在两个引导部段2a之间具有包括引导面2n的主体部2i，其中主体部2i的高度与错移2h一致。所述窄的密封部段3e沿径向R可移动地支承在引导面2n上，从而所述窄的和宽的密封部段3e、3d在中心轴线M的方向上以错移2h错开布置。一种尤其优选的具有错移2h的布置形式如图17所示。根据图17的剖视图示出具有引导面2m的垫环2k和具有引导面2n的主体部2i，从而引导面2m、2n沿中心轴线M方向以错移2h间隔布置。错移2h在所示实施例中与宽的密封部段3d的轴向宽度3k一样宽。密封部段3d、3e沿径向R可移动地支承。所述窄的密封部段3e在周向U上具有宽度31，其大于引导面2n的宽度，这导致两个密封部段3d、3e在左右两侧具有相交部位3n，在所述相交部位处在中心轴线M方向上重叠布置两个密封部段3d、3e的一部分。这样的相交部位3n具有改进沿轴向M的密封的优点。在一个优选设计方案中，至少两个沿周向(U)前后相继布置的密封部段(3)部分重叠。优选地，错移2h至少与密封部段3的轴向宽度3k一样大。但错移2h也可大于或小于轴向宽度3k。 [0048] 图19示出密封装置10的纵剖视图，其具有可被有效操作的密封部段3。在所示实施例中，固定环2呈L形构成，其中沿径向在密封部段3和固定环2之间布置驱动机构12如压电晶体，以控制密封部段3在径向R上的位置，从而由此调整形成在密封部段3的端侧3a与活塞杆4的表面4a之间的密封间隙43的宽度。驱动机构12通过电线12a与控制装置12b相连。此外在一个优选设计方案中设有传感器12c，传感器例如布置在密封部段3中，其中传感器12c同样以信号传导的方式如通过电线12d与控制装置12连接，从而形成能够调节密封面3a相对于表面4a的间隔的调节回路。所述间隔最好这样被调节，密封面3a几乎不接触或恰好不接触表面4a。在一个优选设计方案中，为密封环1的每个密封部段3设置一个驱动机构12，从而每个密封部段3优选也可单独沿径向R被可移动地控制。此外，在一个优选设计方案中，为每个密封部段3设置传感器12c以便单独控制每个密封部段3的密封间隙43的宽度。 [0049] 根据本发明的密封部段3优选被用在用于密封活塞式压缩机的轴向4b延伸的活塞杆4的密封装置10中。这样的密封装置10包括至少一个密封腔11，其中密封腔11在轴向4b上由第一侧壁11a和第二侧壁11b界定，在密封腔11中布置有至少一个密封环1。通常，密封装置包括多个轴向间隔的密封腔11，在所述密封腔中分别布置有密封环1。被证实有利的是，还可以为每个密封环1设置一个盖环5，盖环在轴向上紧邻密封环1设置。 [0050] 如图18所示的尖端2g以相对于内径M1的很小距离D、优选一毫米至几十分之一毫米布置导致了两个沿周向U前后相继布置的密封部段3可在内径M1和尖端2g之间区域内相互接触，从而密封部段3在相互接触部位的区域内或许轻微变形。这导致所述密封部段在尖端2g区域内沿轴向产生很好的密封效果。在另一个优选实施方式中，尖端2g相对于内径M1对齐布置，就是说距离D1为零。这种设计方案因为密封部段3沿径向R在尖端2g之后、就是说在间隙2f区域内可相互接触的方式而也具有优点。所述相互接触导致所述间隙2f在所述部位沿轴向4b尤其好地密封。由图2可见，密封部段3在所述部位可具有相对窄的端边缘3n，其可用相对小的力被弹性变形或塑性变形，这导致直接位于尖端3g前的间隙2f区域通过在这个区域内优选弹性变形或塑性变形的密封部段3被密封。这导致尽管尖端2g自身不具有密封部段3并且尖端2g总具有相对于活塞杆4的表面4a的微小间隔，间隙2f在直接位于尖端2g之前的区域内被密封。 [0051] 在所示实施例中，密封部段引导面3b和侧向的引导面2b、2c总以平面形式被示出。然而所示面可构造为多种可行的形状，其中所述形状必须这样构造，密封部段3沿轴向R可移动地支承在固定环2中。图20和图21示例性示出引导部段2a和密封部段3的相互引导面的两种可行设计方案。所述设计方案有下述优点，这样引导密封部段3，即只能发生沿径向R的移动，而排除了沿中心轴线M的方向的移动。