уплотнительное устройство со слоистым несущим элементом и смещенным эластомерным уплотнением

Формула изобретения

1. Уплотнительное устройство, содержащее первый несущий слой, второй несущий слой, при этом первый и второй несущие слои выполнены отдельно и сложены, образуя многослойный несущий элемент, по меньшей мере, одно выровненное отверстие, выполненное в несущем элементе, эластомерное уплотнение, выполненное на несущем элементе, имеющее первый уплотнительный буртик, окружающий отверстие на одной стороне несущего элемента, и второй уплотнительный буртик, окружающий отверстие на противоположной стороне несущего элемента, причем указанные уплотнительные буртики образуют соответствующие уплотнительные контактные поверхности, расположенные на расстоянии по оси наружу от противоположных сторон несущего элемента и асимметричные относительно друг друга, при этом несущий элемент включает уплотнительный канал, расположенный на расстоянии наружу от отверстия, в котором выполнено указанное уплотнение.

2. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, часть уплотнительного канала проходит полностью через несущие слои.

3. Устройство по п.2, в котором уплотнение проходит полностью через уплотнительный канал к противоположным сторонам несущего элемента.

4. Устройство по п.3, в котором уплотнительный канал включает участок уплотнительного канала, выполненный в каждом из несущих слоев, причем участки уплотнительного канала открыто сообщаются друг с другом, но расположены асимметрично относительно друг друга.

5. Устройство по п.4, в котором участки уплотнительного канала имеют линию, которая, по существу, является той же линией, что и линия уплотнительного буртика, связанного с соответствующим участком уплотнительного канала.

6. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна из уплотнительных контактных поверхностей расположена концентрично относительно отверстия в несущем элементе.

7. Устройство по п.2, в котором уплотнение выполнено как один непрерывный элемент между уплотнительными буртиками на противоположной стороне несущего элемента.

8. Устройство по п.2, в котором уплотнительный канал прерван множеством мостовых участков.

9. Устройство по п.1, в котором уплотнительный буртик на одной стороне несущего элемента расположен концентрично относительно уплотнительного буртика на противоположной стороне несущего элемента.

10. Устройство по п.1, в котором уплотнительный буртик на одной стороне несущего элемента имеет длину окружности, которая отличается от линии уплотнительного буртика на противоположной стороне несущего элемента.

11. Способ выполнения уплотнения между двумя элементами по разделительной плоскости для уплотнения отверстий, сообщающихся между элементами по разделительной плоскости и расположенных асимметрично относительно друг друга, включающий следующие операции: подготовку уплотнительного устройства, имеющего, по меньшей мере, два отдельно выполненных несущих слоя, соединенных для образования слоистого несущего элемента, имеющего, по меньшей мере, одно отверстие, проходящее сквозь него в соответствии с расположением отверстий в элементах, подлежащих уплотнению через разделительную плоскость; спрессовывание эластомерного уплотнения со слоистым несущим элементом для образования уплотнительных буртиков на противоположных сторонах слоистого несущего элемента, окружающих отверстие в слоистом несущем элементе и проходящих в осевом направлении наружу от противоположных поверхностей слоистого несущего элемента, образуя противоположные контактные поверхности уплотнительных буртиков, которые выполнены асимметричными по отношению друг к другу, в соответствии с асимметричным расположением отверстий элементов, подлежащих уплотнению по разделительной плоскости.

12. Способ по п.11, включающий выполнение уплотнительного канала через несущий элемент, примыкающего к отверстию в несущем элементе, и запрессовку уплотнения в канал.

13. Способ по п.12, включающий выполнение несущего элемента с мостовыми участками, проходящими через канал.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение касается, в общем, уплотнительных устройств для уплотнения отверстий, более конкретно уплотнительных устройств, имеющих эластомерное уплотнение, связанное с несущим элементом.

Предшествующий уровень техники

Уплотнительные устройства обычно используют для уплотнения вокруг отверстий для текучей среды, сообщающихся между двумя сжатыми компонентами, такими как впускной коллектор и головка цилиндра. Обычный подход к выполнению таких уплотнительных устройств заключается в том, чтобы задействовать жесткую несущую пластину, изготовленную из металла или пластмассы, выполненную с одним или несколькими отверстиями, соответствующими одному или нескольким отверстиям, подлежащим уплотнению уплотнительным элементом. Затем уплотнительный буртик спрессовывают с несущим элементом в окружающем отношении с отверстием уплотнительного устройства, чтобы уплотнить соединение против утечки текучей среды (см., например, патент США 5322299, F16J 15/08, 21.06.1994).

В некоторых применениях случается, что отверстия у соединения двух элементов совпадают не идеально и/или могут иметь неодинаковый размер. Следовательно, под действием зажимных нагрузок к уплотнительному буртику и/или несущему элементу приложены неоднородные силы, приводящие к их преждевременному отказу, результатом чего являются проблемы гарантийного обслуживания.

Целью настоящего изобретения является создание уплотнительного устройства, позволяющего устранить или минимизировать ограничения известных уплотнений предыдущего.

Краткое описание изобретения и преимущества

Согласно одному варианту предложено уплотнительное устройство, содержащее первый несущий слой, второй несущий слой, при этом первый и второй несущие слои выполнены отдельно и сложены, образуя многослойный несущий элемент, по меньшей мере, одно выровненное отверстие, выполненное в несущем элементе, эластомерное уплотнение, выполненное на несущем элементе, имеющее первый уплотнительный буртик, окружающий отверстие на одной стороне несущего элемента, и второй уплотнительный буртик, окружающий отверстие на противоположной стороне несущего элемента, причем указанные уплотнительные буртики образуют соответствующие уплотнительные контактные поверхности, расположенные на расстоянии по оси наружу от противоположных сторон несущего элемента и асимметричные друг относительно друга, при этом несущий элемент включает уплотнительный канал, расположенный на расстоянии наружу от отверстия, в котором выполнено указанное уплотнение.

Предпочтительно, по меньшей мере, часть уплотнительного канала проходит полностью через несущие слои.

Предпочтительно уплотнение проходит полностью через уплотнительный канал к противоположным сторонам несущего элемента.

Предпочтительно уплотнительный канал включает участок уплотнительного канала, выполненный в каждом из несущих слоев, причем участки уплотнительного канала открыто сообщаются друг с другом, но расположены асимметрично друг относительно друга.

Предпочтительно участки уплотнительного канала имеют линию, которая, по существу, является той же линией, что и линия уплотнительного буртика, связанного с соответствующим участком уплотнительного канала.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна из уплотнительных контактных поверхностей расположена концентрично относительно отверстия в несущем элементе.

Предпочтительно уплотнение выполнено как один непрерывный элемент между уплотнительными буртиками на противоположной стороне несущего элемента.

Предпочтительно уплотнительный канал прерван множеством мостовых участков.

Предпочтительно уплотнительный буртик на одной стороне несущего элемента расположен концентрично относительно уплотнительного буртика на противоположной стороне несущего элемента.

Предпочтительно уплотнительный буртик на одной стороне несущего элемента имеет длину окружности, которая отличается от линии уплотнительного буртика на противоположной стороне несущего элемента.

Согласно другому варианту предложен способ выполнения уплотнения между двумя элементами по разделительной плоскости для уплотнения отверстий, сообщающихся между элементами по разделительной плоскости и расположенных асимметрично друг относительно друга, включающий следующие операции: подготовку уплотнительного устройства, имеющего, по меньшей мере, два отдельно выполненных несущих слоя, соединенных для образования слоистого несущего элемента, имеющего, по меньшей мере, одно отверстие, проходящее сквозь него в соответствии с расположением отверстий в элементах, подлежащих уплотнению через разделительную плоскость; спрессовывание эластомерного уплотнения со слоистым несущим элементом для образования уплотнительных буртиков на противоположных сторонах слоистого несущего элемента, окружающих отверстие в слоистом несущем элементе и проходящих в осевом направлении наружу от противоположных поверхностей слоистого несущего элемента, образуя противоположные контактные поверхности уплотнительных буртиков, которые выполнены асимметричными по отношению друг к другу, в соответствии с асимметричным расположением отверстий элементов, подлежащих уплотнению по разделительной плоскости.

Предпочтительно выполнение уплотнительного канала через несущий элемент, примыкающего к отверстию в несущем элементе, и запрессовка уплотнения в канал.

Предпочтительно выполнение несущего элемента с мостовыми участками, проходящими через канал.

Такой слоистый несущий слой, выполненный с асимметричными уплотнительными каналами и асимметричными уплотнительными буртиками, обеспечивает возможность успешного использования уплотнительного устройства в применениях, где отверстия элементов, сжимаемых по разделительной плоскости, в которой установлен уплотнительный элемент, сами асимметричны. Такое уплотнение обеспечивает возможность приспособить один из уплотнительных буртиков на уплотнение одного из элементов, зажимаемого с одной стороны разделительной плоскости, тогда как другой уплотнительный буртик может быть приспособлен на специфические нужды другого зажимаемого элемента для согласования любой асимметрии, которая может присутствовать в уплотнительном соединении. Таким образом, когда уплотнение зажато при использовании, оно не подвергается неуравновешенной или переменной нагрузке из-за асимметрии зажимаемых элементов, а скорее настроено на согласование таких асимметрий.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - изображение в плане уплотнительного устройства согласно изобретению.

Фиг.2 - увеличенный вид в разрезе по линиям 2-2 на фиг.1.

Фиг.3 - схематичный вид линий контактных поверхностей уплотнительного буртика, наложенных друг на друга, иллюстрирующий их асимметрию.

Фиг.4 - вид с частичным разрезом по линии 4-4 на фиг.2.

Фиг.5 - вид, подобный фиг.3, но альтернативного асимметричного расположения.

Фиг.6 - вид, подобный фиг.3, еще одного дополнительного альтернативного асимметричного расположения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Уплотнительное устройство согласно первому, предпочтительному варианту осуществления изобретения в целом обозначено позицией 10 на фиг.1. Оно включает слоистый несущий элемент 12, выполненный из первого несущего слоя 14, расположенного на втором несущем слое 16. Несущие слои 14, 16 предпочтительно выполнены отдельно, из металла, хотя могут быть использованы пластмассы, керамика и другие пригодные материалы как подходящие для несущих слоев. Первый несущий слой 14 выполнен с, по меньшей мере, одним, и в данном случае двумя отверстиями 18, которые соответствуют отверстиям 20, выполненным в первом элементе 22, подлежащем зажиму. Второй слой 16 выполнен, по меньшей мере, с одним и, как проиллюстрировано, с двумя отверстиями 24, которые соответствуют отверстиям 26 и второму элементу 28. Первым элементом 22 может быть, например, впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания, а вторым элементом 28 может быть, например, головка цилиндра двигателя, на котором смонтирован впускной коллектор, такие, что соответствующие отверстия 20, 26 сообщаются по разделительной плоскости или разделительным поверхностям элементов 22, 28. Отверстия 20, 26 элементов 22, 28 асимметричны друг относительно друга, по меньшей мере, относительно их уплотнительных поверхностей, окружающих отверстия. Уплотнительное устройство 10 зажато известным способом, таким как скрепление болтами, между элементами 22, 28 и служит для уплотнения соединения между отверстиями 20, 26 от утечки текучей среды. Как более подробно объяснено ниже, уплотнительное устройство 10 специально предназначено для согласования асимметричного расположения отверстий 20, 26 элементов 22, 28 через соединение для обеспечения уплотнения высокой целостности, которое может принимать нагрузку на уплотнительный элемент, налагаемую асимметричным отношением, без ухудшения целостности уплотнения или напряжения, или поломки несущего элемента.

Как лучше всего проиллюстрировано на фиг.2, отдельные несущие слои 14, 16 сложены друг на друга для образования слоистой структуры и предпочтительно соединены любым подходящим способом, например заклепками, сварными конструкциями, клеящими веществами, оттяжными лапками и т.п. Отверстия 18, 24, выполненные в несущих слоях 14, 16, концентрично выровнены по общей оси А. Предпочтительно отверстия 18, 24 имеют одинаковый размер, такой что стенки отверстий выровнены по оси друг относительно друга вокруг оси А.

Радиально наружу из каждого отверстия 18, 24 каждый из несущих слоев 14, 16 выполнен с уплотнительным каналом 30, 32, которые окружают соответствующие отверстия 18, 24 в несущих слоях 14, 16. Уплотнительные каналы 30, 32 асимметричны друг относительно друга, так что они только частично перекрывают друг друга по зоне 34 сопряжения между несущими слоями 14, 16. Другими словами, уплотнительный канал 30 одного слоя 14 имеет конфигурацию, не идентичную конфигурации уплотнительного канала 32 другого слоя 16 как по форме, так и по ориентации, но каналы 30, 32 асимметрично смещены в соответствии с требованиями к асимметрии отверстий первого и второго элементов 22, 28. Следовательно, в то время как каналы 30, 32 частично находятся в открытом сообщении друг с другом через зону 34 сопряжения, радиально внутренние 36, 37 и наружные 38, 39 граничные стенки каналов 30, 32 не выровнены по оси по их соответствующим периметрам, так что одна смещена радиально наружу или внутрь относительно другой, как проиллюстрировано на фиг.2. В настоящем варианте осуществления каждый из уплотнительных каналов 30, 32 вместе круговые, или почти круговые. Нижний уплотнительный канал 32 радиально больше, чем верхний уплотнительный канал 30. Кроме того, соответствующие оси верхнего и нижнего каналов 30, 32 смещены для приспособления к другой степени асимметрии. Основанием для такой асимметрии являются требования к заданному применению, которые в настоящем варианте предусматривают разные в радиальном направлении и смещенные верхнюю и нижнюю уплотнительные поверхности устройства уплотнения.

После образования индивидуальных уплотнительных каналов 30, 32 в их соответствующих отдельных несущих слоях 14, 16 и соединения вместе слоев 14, 16 эластомерный уплотнительный материал 42 запрессовывают в уплотнительный канал 30, 32 для образования уплотнительных буртиков 44, 46 на противоположных сторонах несущего элемента 12, которые окружают соответствующие отверстия 18, 24 несущего элемента 12 для уплотнения присоединенных отверстий 20, 26 первого и второго элементов 22, 28. Как лучше всего показано на фиг.2, уплотнительный материал 42, образующий противоположные уплотнительные буртики 44, 46, выполнен из одного отформованного куска и присоединен через уплотнительные каналы 30, 32 индивидуальных несущих слоев 14, 16. Как лучше всего показано на фиг.2, уплотнительные буртики 44, 46 проходят в осевом направлении наружу из центрального тела 48 уплотнительного материала 42 и наружу из их соответствующих каналов 30, 32 к самой наружной уплотнительной контактной поверхности 50, 52 уплотнительных буртиков 44, 46, соответственно. Уплотнительные буртики 44, 46 описывают ту же общую линию, что и линия их уплотнительных каналов 30, 32, и, таким образом, уплотнительные буртики 44, 46, подобно каналам 30, 32, асимметричны, так что уплотнительные контактные поверхности 50, 52 не выровнены по оси друг относительно друга на противоположных сторонах несущего элемента по всей линии уплотнительных буртиков. Это асимметричное отношение дает возможность уплотнительным буртикам 44, 46 принимать асимметричные отверстия 20, 26 первого и второго элементов 22, 28, и, таким образом, выполнены в соответствии с требованиями к асимметричным отверстиям 20, 26 первого и второго элементов 22, 28.

На фиг.3 представлена линия уплотнительных контактных поверхностей 50, 52 противоположных уплотнительных буртиков 44, 46 и асимметричное отношение уплотнительных буртиков 44, 46. Видно, что нижний уплотнительный буртик 46 имеет больший диаметр, чем диаметр верхнего уплотнительного буртика 44, и что их оси смещены. Конкретное асимметричное отношение между контактными поверхностями 50, 52 уплотнительных буртиков будет задано конкретными требованиями указанного уплотнительного применения, основанными на асимметричном отношении сопрягающихся отверстий 20, 26 первого и второго элементов 22, 28, подлежащих уплотнению.

Как проиллюстрировано на фиг.2, каждый из уплотнительных буртиков 44, 46 имеет профиль в сечении, который может быть одинаковым или отличаться от другого. Конкретный профиль задается требованиями конкретного уплотнительного применения, причем проиллюстрированное применение представляет лишь одну возможность. Специалистам в данной области техники ясно, что асимметричное отношение верхнего и нижнего уплотнительных буртиков 44, 46 может быть применено в равной степени к уплотнительным буртикам любой конфигурации сечения, требуемой для конкретного уплотнительного буртика, и независимо от того, одинаковые или разные профили между уплотнительными буртиками.

Эластомерным материалом для уплотнительных буртиков 44, 46 может быть любой органический полимерный эластомерный материал, используемый в настоящее время или разработанный в будущем, пригодный для конкретного уплотнительного применения, для которого будет использоваться уплотнительный элемент 10. Некоторые примеры включают в себя резину, эластомерный сополимер бутадиена и акрилонитрила или другие эластомеры. Изобретение, кроме того, рассматривает возможность совместного формования двух материалов, если это требуется для заданного применения, так что один из уплотнительных буртиков может быть выполнен из эластомерного материала, отличного от материала другого уплотнительного буртика, чтобы выдерживать различные нагрузки, напряжения или другие условия, если требуется.

Фиг.4 иллюстрирует соединение несущих слоев по уплотнительному каналу. Введением уплотнительного канала 30, 32 в несущие слои 14, 16 внутреннее кольцо 54 несущего материала 12 ограничено радиально внутрь относительно уплотнительных буртиков, но присоединено к главному телу 56 несущего элемента через мостовые участки 58, 60 несущих слоев 14, 16, проходящие через тело 48 эластомерного уплотнения 42. Мостовые участки 58, 60 прерваны открытыми областями 62, 64 (фиг.2), чтобы установить открытое сообщение между уплотнительными каналами несущих слоев 14, 16 для цельного формирования уплотнительного материала 42.

Фиг.5 и 6 иллюстрируют линии асимметричных контактных поверхностей 150, 152, 250, 252, соответственно, противоположных уплотнительным буртикам 144, 146, 244, 246 двух примерных альтернативных вариантов осуществления уплотнительного устройства 110 и 210, соответственно. Линии уплотнительного буртика на фиг.5 являются примером, в котором уплотнительные буртики 144, 146, 244, 246 могут иметь идентичные размер и форму, но их оси смещены так, что имеется осевое рассогласование уплотнительных буртиков для компенсации соответствующего рассогласования в элементах, подлежащих регулированию. Линии на фиг.6 иллюстрируют пример, в котором одна из линий является круговой, в то время другая линия не круговая. Конечно, специалисты в данной области техники осознают, что возможно практически бесконечное число сочетаний асимметричных уплотнительных буртиков, обусловленных требованиями заданного применения. Соответственно, эти варианты осуществления, описанные выше, являются лишь примерными из множества других вариантов асимметричного расположения буртиков, которые рассматриваются настоящим изобретением.

Следует понимать, что другие варианты осуществления изобретения, которые выполняют ту же функцию, включены сюда в рамках объема любых, конечно же, допустимых, патентных притязаний.