專利名稱：雙用途插入力墊圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種用于其中雄插頭管部分安裝在相配合的雌插口管部分之內(nèi)的管接頭的密封墊圈。
背景技術(shù)：
由包括聚乙烯和PVC的熱塑材料形成的管用于各種工業(yè)中。以管各部分間的接頭形式，插頭或雄管端插入雌或插口管端之內(nèi)。典型地，環(huán)形彈性環(huán)或墊圈落座于在熱塑管的插口端內(nèi)形成的槽內(nèi)。隨著插頭插入到插口之內(nèi)，墊圈提供接頭的主要密封能力。在安裝過程中，由于墊圈的移動或錯位將不利地影響接頭的最終密封能力，關(guān)鍵的是墊圈不能扭曲或翻動。將密封環(huán)穩(wěn)定在其相配合的槽內(nèi)的先前的嘗試包括設(shè)置內(nèi)和外加強(qiáng)環(huán)或給彈性環(huán)提供附加剛性的帶。
也作出加強(qiáng)管槽或相鄰的管壁的嘗試。確保用在要求條件下的管接頭的剛性的一種早期努力是通過在管的這個區(qū)域的較大的壁厚來局部加強(qiáng)雌插口端的槽部分。在一些情況下，也采用加強(qiáng)套筒。這些方案中的每一個都不太理想，在一些情況下不能提供所需的接頭完整性，并經(jīng)常導(dǎo)致復(fù)雜并制造工作成本高。即使在如排水管或灌溉管的壓力條件不很嚴(yán)格的應(yīng)用中，也要求正確地定位墊圈，并確保其整體性。
在70年代早期，挪威的Rieber&Son of Bergen研制了一種新的技術(shù)，在工業(yè)中稱為“Rieber接頭”。Rieber系統(tǒng)采用組合模制元件和密封環(huán)用于密封由熱塑材料形成的兩個相配合管的插口端和插頭端之間的接頭。在Rieber方法中，隨著雌或擴(kuò)口端同時形成，彈性墊圈被插入雌管的插口端內(nèi)的內(nèi)槽中。在管工廠的擴(kuò)口工序過程中，預(yù)應(yīng)力和固定的彈性墊圈的設(shè)置給用于管接頭的改進(jìn)插口端提供了不會扭曲或翻動否則會允許雜質(zhì)進(jìn)入接頭的密封區(qū)域的密封墊圈，從而增加了接頭的可靠性并減少了由于磨損而導(dǎo)致的泄漏或有可能的故障的風(fēng)險。Rieber方法在以下公開的美國專利中加以描述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。
Rieber系統(tǒng)提供了整體安裝墊圈，其克服了在安裝和使用中保持密封圈在正確位置方面的現(xiàn)有裝置的許多缺點(diǎn)。隨著管的雌插口端冷卻先前安裝的墊圈，墊圈的彈性體壓縮在鋼加強(qiáng)環(huán)和在管的插口端內(nèi)形成的溝槽之間。當(dāng)相配合的插頭被安裝以拼合管接頭時，在徑向方向沿墊圈的內(nèi)壓縮區(qū)域內(nèi)發(fā)生墊圈的進(jìn)一步壓縮。
盡管Rieber方法提供了改進(jìn)，而壓縮密封幾何形狀在特定領(lǐng)域應(yīng)用中存在問題。在一些應(yīng)用中，特別是包括較大直徑管的應(yīng)用中，將雄接頭端插入相配合的雌插口端所需的插入力較大，這在一些場合下可能導(dǎo)致墊圈扭曲或移動。同樣，在包含諸如灌溉管的薄壁管的應(yīng)用中，利用Rieber型工藝制造過程中涉及的力將導(dǎo)致管伸長，從而在墊圈區(qū)域?qū)⒈诤駵p小到不可接受的程度。
作為本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明要提供一種用在諸如排水管和灌溉管的各種系統(tǒng)中的管墊圈，其提供了Rieber型墊圈的優(yōu)點(diǎn)，同時避免了在現(xiàn)有技術(shù)中遇到的前述的問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種管墊圈，該墊圈提供較小的外形，并由此對于雄插頭端進(jìn)入雌插口端時較低的插入力，以利于管接頭現(xiàn)場組裝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述類型的密封系統(tǒng)，其中密封墊圈安裝在熱塑管的雌插口端內(nèi)設(shè)置的槽中，其中墊圈被設(shè)計有較小的外形，以利于在包括薄壁管的Rieber型工序內(nèi)的擴(kuò)口操作，減小相鄰密封墊圈槽的管壁上的應(yīng)力，從而防止管壁不可接受地伸長并變薄。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用在這種密封系統(tǒng)中的改進(jìn)的墊圈，其中墊圈由單獨(dú)的、基本同族成份形成，而不具有各種材料明顯的區(qū)域，諸如各不相同硬度計值的橡膠區(qū)域(varying durometer rubber region)或塑料和橡膠區(qū)域。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有較小外形和唇形結(jié)構(gòu)的墊圈，其允許在管的插頭端無倒角地組裝。

發(fā)明內(nèi)容
示出了一種管密封墊圈，其被設(shè)計用來容納在熱塑管插口端內(nèi)設(shè)置的槽中。該墊圈包括具有大致同族成份的環(huán)形彈性體，當(dāng)在剖面圖中開時，其包括導(dǎo)向突出部區(qū)域和徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面，該主密封表面形成在插入過程中用于接合相配合的插頭端的唇密封。主密封表面由一中間環(huán)形槽區(qū)域連接到一次級密封表面上。次級密封表面包括中止成墊圈的內(nèi)側(cè)角的平面環(huán)形區(qū)域。內(nèi)側(cè)角由外部墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域，墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階部連接到墊圈的突出部區(qū)域。
墊圈的尺寸和幾何形狀被選取為提供較小的外形，這就減小了管接頭組裝過程中的插入力，同時也消除了制造操作中的特定問題，在制造過程中，彈性墊圈被插入到雌管的插口端內(nèi)的內(nèi)壁槽中，而同時擴(kuò)口端同時形成。


圖1是示出本發(fā)明的管接頭的部分剖去的局部透視圖，其中雄插頭管端插入雌插口端之內(nèi)，雌插口端具有用于容納本發(fā)明的密封墊圈的槽；圖2是為便于說明而以分離形式示出的本發(fā)明的密封墊圈的橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是當(dāng)雄插頭管端插入雌插口端之內(nèi)以形成管接頭時處于壓縮位置的圖2的墊圈的橫截面?zhèn)纫晥D；圖4-7是用于在熱塑管的雌插口端之內(nèi)形成的槽內(nèi)安裝壓縮密封墊圈的現(xiàn)有技術(shù)Rieber方法的簡化示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的具有改善的幾何形狀的管墊圈所提供的優(yōu)點(diǎn)將通過參照根據(jù)Rieber方法制造的現(xiàn)有技術(shù)墊圈而得以很好地理解。首先看圖4-7，說明了Rieber方法，示出在雌管段的插口端內(nèi)設(shè)置的槽中安裝現(xiàn)有技術(shù)壓縮密封墊圈。
圖4示出位于用于擴(kuò)口工序中的芯軸17的大致圓柱形外工作面15上的具有鋼加強(qiáng)環(huán)13的彈性密封墊圈11。該彈性墊圈11可以由例如橡膠形成，并為環(huán)形圓周元件，其具有下壓縮區(qū)域19和如圖4所示靠在擋塊或成形擋圈23上的暴露的鼻部21。成形擋圈23具有第一大致圓柱形延伸部25，其通過臺階區(qū)域29連接到第二圓柱形延伸部27上，從而第二延伸部27的外徑大于第一圓柱形延伸部25，如圖4所示。
在現(xiàn)有技術(shù)中，鋼加強(qiáng)彈性環(huán)11放置在芯軸17的工作面上，并推到抵靠擋塊或成形擋圈23的位置。在該位置，墊圈牢固地固定在芯軸表面上。
在該方法的第二步，熱塑管31的插口端33被加熱并推過鋼芯軸17、墊圈11以及擋圈23。由于管的熱塑特性而使插口端膨脹。在現(xiàn)有技術(shù)中公知許多具有取決于管接頭最終用途的所需膨脹特性的材料，如聚乙烯、聚丙烯以及聚氯乙烯(PVC)。
在該方法的第二步驟中，插口端33通過擋圈23的第一圓柱形延伸部25并靠在臺階區(qū)域29上。
在該技術(shù)的下一步驟(圖6)中，芯軸和管背離擋圈23移動，且由于熱塑材料的彈力管插口端33圍繞芯軸和墊圈11收縮。一般地，通過將芯軸工作面與真空源(未示出)相連的口35、37提供真空。
在該方法的最后一步驟中(圖7)，管插口端33通過水噴射條(bar)39和噴嘴41予以冷卻。隨著產(chǎn)生冷卻，管插口端33圍繞墊圈11收縮，從而將墊圈的橡膠體壓縮在鋼加強(qiáng)環(huán)13和插口槽之間，以建立牢固的密封。由于墊圈對插口的密封于工廠中在受控條件下產(chǎn)生，在存放、運(yùn)輸或安裝過程中不可能有砂子或類似的污染物穿過墊圈的關(guān)鍵的密封區(qū)域。
上述的Rieber方法自70年代早期起就已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng)用，并在上面提及的授權(quán)的美國專利和其他來源中有所描述，從而，這對于熱塑管密封技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的。
圖1示出本發(fā)明的密封墊圈，總地標(biāo)識為43，其安裝于設(shè)置在熱塑管的插口端47內(nèi)的槽45中。該墊圈43具有較小的外形(low profile)及改進(jìn)的幾何形狀，因此，雄插頭管段49插入到雌插口段47之內(nèi)可以以最小的插入力實現(xiàn)，同時保持管接頭理想的密封特性。本發(fā)明的墊圈在包括排水管和灌溉管的各種密封應(yīng)用中都可以使用，尤其是對于灌溉管，會遇到與很多高壓應(yīng)用中遇到的外滲形式的問題相對的滲入問題。本發(fā)明的墊圈為排水管和灌溉管應(yīng)用都提供了所需的密封能力。
本發(fā)明墊圈的改善的幾何形狀可以結(jié)合附圖中圖2所示的橫截面圖很好地理解，其中本發(fā)明的管密封墊圈被總地標(biāo)識為73。該墊圈由基本上均勻的成份(homogeneovs composition)，諸如由適宜的橡膠形成，而不是包含接合到硬塑料區(qū)域的彈性區(qū)域。55硬度計值的(55Durometer)天然或合成橡膠，諸如SBR商業(yè)等級橡膠等提供了優(yōu)選的密封可變形性。墊圈73具有導(dǎo)向的鼻部區(qū)域75，其接合到在插入過程中形成用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面77。主密封表面77通過中間環(huán)形槽區(qū)域81接合到次級密封表面79。次級密封區(qū)域79包括中止于墊圈的內(nèi)角83的平面環(huán)形區(qū)域。
內(nèi)角83由外部墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域。如圖2中85處所示，外墊圈表面在內(nèi)側(cè)角83處起始為一均勻傾斜表面。該表面的斜度相對垂直軸86形成大約54°的角β。外墊圈表面85相對管水平軸89(圖1)折轉(zhuǎn)一個角度以形成外墊圈表面上的第一徑向偏移的第一頂點(diǎn)(pitch point)87。外墊圈表面繼續(xù)延伸以接合比第一頂點(diǎn)87更大的相對徑向偏移的第二頂點(diǎn)91，從而形成傾斜的徑向區(qū)域88。第二頂點(diǎn)91包括帶有垂直臺階93的接合部，其接合引向鼻部區(qū)域75的墊圈的向下傾斜的外表面90。
諸如金屬環(huán)95的加強(qiáng)元件在一圓周位置穿過環(huán)形彈性體。
本發(fā)明的墊圈73具有在鼻部區(qū)域75和其內(nèi)角83之間所確定的長度，并具有在最外壁區(qū)域頂點(diǎn)91和唇區(qū)域最內(nèi)側(cè)延伸部97(見圖2)之間確定的總寬?？傞L度在圖2中示作L1，而總寬在圖2中示作W1。在所示的優(yōu)選實施例中，L1為大約28.8mm而W1為大約15mm。從而，優(yōu)選的長寬比至少為大約2∶1。該墊圈還具有平均密封寬度W2，其被定義為頂點(diǎn)91和圖2中軸99之間的距離。對于圖2所示墊圈的特定實施例的平均密封寬度為11.25mm。
在圖2所示的優(yōu)選實施例中，墊圈的槽區(qū)域81包括相對槽表面81形成大約40°銳角α的內(nèi)壁101。槽區(qū)域也包括相對槽區(qū)域其余部形成鈍角的外壁103。
前面描述的角度和尺寸給墊圈賦予一改進(jìn)的幾何形狀，尤其是對于薄壁塑料管及滲入比外滲更成問題的安裝場合。本發(fā)明的墊圈還具有較小的外形，這利于接頭的組裝，并利于在Rieber型制造操作中的擴(kuò)口工序。
雖然圖1所示的雄插頭管端49具有倒角50，本發(fā)明墊圈的小的外形和唇型結(jié)構(gòu)也允許接頭總成帶有未倒角的插頭。當(dāng)需要在管的插頭端進(jìn)行現(xiàn)場切割時這是有用的。
本發(fā)明提供了多個優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的密封系統(tǒng)提供了在熱塑管的插口端之內(nèi)設(shè)置的槽中的一體形成的密封墊圈，其特征體現(xiàn)在一改進(jìn)的幾何形狀，這在排水和灌溉管安裝中特別有用。本發(fā)明的雙用途墊圈克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題，在于其減小了這些類型安裝所需的插入力，同時保持所需的密封完整程度。本發(fā)明的墊圈也消除了在擴(kuò)口操作中先前遇到的問題，在該操作中管壁厚度是對同時形成密封槽和安裝密封墊圈能力的限制約束。
雖然本發(fā)明只以其一種形式示出，但本發(fā)明不局限于此，而在不背離其精髓前提下易于進(jìn)行改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于配裝在熱塑管插口端內(nèi)設(shè)置的槽中的管密封墊圈，包括具有基本上均勻成份的環(huán)形彈性體，當(dāng)在橫截面圖中看時，包括導(dǎo)向的鼻部區(qū)域和形成在插入期間用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面，主密封表面通過中間環(huán)形槽區(qū)域接合到次級密封表面，次級密封表面包括中止于墊圈的內(nèi)角的平面環(huán)形區(qū)域，所述內(nèi)角由外墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域，墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階連接到墊圈的鼻部區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的管密封墊圈，其特征在于，一加強(qiáng)元件在一個周向位置處穿過環(huán)形彈性體。
3.如權(quán)利要求1所述的管密封墊圈，其特征在于，外墊圈表面在墊圈內(nèi)角處起始為一均勻傾斜的表面，但以一個角度轉(zhuǎn)折以形成外墊圈表面上的第一徑向偏移的內(nèi)頂點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的管密封墊圈，其特征在于，外墊圈表面繼續(xù)延伸以接合具有比第一頂點(diǎn)更大的徑向偏移的第二頂點(diǎn)，第二頂點(diǎn)包括接合通向墊圈的鼻部區(qū)域的均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階的接合部。
5.如權(quán)利要求2所述的管密封墊圈，其特征在于，加強(qiáng)元件為剛性環(huán)。
6.一種用于配裝在熱塑管插口端內(nèi)設(shè)置的槽中的管密封墊圈，包括具有基本上均勻成份的環(huán)形彈性體，當(dāng)在橫截面圖中看時，包括導(dǎo)向的鼻部區(qū)域和形成在插入期間用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面，主密封表面通過中間環(huán)形槽區(qū)域接合到次級密封表面，次級密封表面包括中止于墊圈的內(nèi)角的平面環(huán)形區(qū)域，所述內(nèi)角由外墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域，墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階連接到墊圈的鼻部區(qū)域；以及其中，墊圈具有限動在鼻部區(qū)域和其內(nèi)角之間的長度，并具有限動在最外壁區(qū)域和其唇區(qū)域的最內(nèi)延伸部之間的寬度，長對寬的比至少為大約2∶1。
7.如權(quán)利要求6所述的管密封墊圈，其特征在于，一加強(qiáng)元件在一個周向位置穿過環(huán)形彈性體。
8.如權(quán)利要求7所述的管密封墊圈，其特征在于，外墊圈表面在墊圈內(nèi)角處起始為一均勻傾斜的表面，但以一個角度轉(zhuǎn)折以形成外墊圈表面上的第一徑向偏移的內(nèi)頂點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的管密封墊圈，其特征在于，外墊圈表面繼續(xù)延伸以接合具有比第一頂點(diǎn)更大的徑向偏移的第二頂點(diǎn)，第二頂點(diǎn)包括接合通向墊圈的鼻部區(qū)域的均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階的接合部。
10.如權(quán)利要求7所述的管密封墊圈，其特征在于，加強(qiáng)元件為剛性環(huán)。
11.一種利用管密封墊圈形成管接頭的方法，管密封墊圈用于配裝在第一節(jié)管的雌插口端內(nèi)設(shè)置的槽中，用于在用一給定的插入力將雄插頭端插入到雌插口端之內(nèi)時形成雌插口端的內(nèi)表面和相配合的第二節(jié)管的雄插頭端之間的密封，所述墊圈具有改進(jìn)的小外形的幾何形狀，所述方法包括以下步驟在設(shè)置于第一節(jié)管的雌插口端內(nèi)的槽中安裝一密封墊圈，所述墊圈形成為一具有基本均勻成份的環(huán)形彈性體，當(dāng)在橫截面圖中看時，包括導(dǎo)向的鼻部區(qū)域和形成在插入期間用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面，主密封表面通過中間環(huán)形槽區(qū)域接合到次級密封表面，次級密封表面包括中止于墊圈的內(nèi)角的平面環(huán)形區(qū)域，所述內(nèi)角由外墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域，墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階連接到墊圈的鼻部區(qū)域；以及其中，墊圈被形成為具有限定在鼻部區(qū)域和其內(nèi)角之間的長度，并形成為具有限定在最外壁區(qū)域和其唇區(qū)域的最內(nèi)延伸部之間的寬度，長對寬的比被選定為提供一改進(jìn)的外形，其減小了在形成管接頭時用于將雄插頭端插入到雌插口端之內(nèi)的給定插入力。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，墊圈被形成為長對寬的比至少約為2∶1。
13.一種用于配裝在設(shè)置于熱塑管插口端內(nèi)的槽中的管密封墊圈，所述墊圈具有小的外形以形成改進(jìn)的低插入力的幾何形狀，同時減小插口端制造期間的擴(kuò)口力，所述墊圈包括具有基本上均勻成份的環(huán)形彈性體，當(dāng)在橫截面圖中看時，包括導(dǎo)向的鼻部區(qū)域和形成在插入期間用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面，主密封表面通過中間環(huán)形槽區(qū)域接合到次級密封表面，次級密封表面包括中止于墊圈的內(nèi)角的平面環(huán)形區(qū)域，所述內(nèi)角由外墊圈表面連接到墊圈的最外壁區(qū)域，墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜的外墊圈表面的垂直臺階連接到墊圈的鼻部區(qū)域；以及其中，唇密封具有一相對環(huán)形槽區(qū)域形成大約40°角的內(nèi)壁。
全文摘要
示出了一種管密封墊圈(73),其被設(shè)計為容納在熱塑管插口端內(nèi)設(shè)置的槽中。該墊圈包括環(huán)形體,當(dāng)在橫截面圖中看時,該環(huán)形體包括導(dǎo)向的突出部區(qū)域(75)和形成在插入過程中用于接合相配合的插頭端的唇密封的徑向向內(nèi)傾斜的主密封表面(77),主密封表面通過中間環(huán)形槽區(qū)域(81)接合到次級密封表面(79)上,次級密封表面包括中止成墊圈的內(nèi)側(cè)角(83)的平面環(huán)形區(qū)域,所述內(nèi)側(cè)角由外墊圈表面(85)連接到墊圈的最外壁區(qū)域,墊圈的最外壁區(qū)域由接合均勻傾斜外墊圈表面(90)的垂直臺階部(93)連接到墊圈的突出部區(qū)域。
文檔編號F16L21/02GK1342250SQ00804560
公開日2002年3月27日 申請日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月3日
發(fā)明者小布拉德福德·G·科比特, 塞繆爾·古佐斯基 申請人:S&B技術(shù)產(chǎn)品公司