CN115380182A - 筒形壁上的旋塞阀硬密封件 - Google Patents

筒形壁上的旋塞阀硬密封件 Download PDF

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Abstract

一种旋转阀，包括：阀本体，该阀本体包括形成在阀本体中的开口；旋转部件，该旋转部件接纳在阀本体的开口内，其中旋转部件构造成绕旋转部件的旋转轴线相对于阀本体旋转；以及密封组件，该密封组件包括设置在阀本体与旋转部件之间的硬密封结构和软密封结构。硬密封结构由基本上刚性的材料形成并且构造成与旋转部件密封接合。软密封结构由可弹性变形的材料形成并且构造成与硬密封结构和阀本体密封接合。

Description

筒形壁上的旋塞阀硬密封件
技术领域
本发明涉及用于旋转阀的密封组件，更具体地，涉及包括软密封件和硬密封件中的每一者的密封组件，该密封组件用于确保固定阀本体的内表面与旋转部件的外表面之间的相对较低的摩擦和流体紧密密封。
背景技术
旋塞阀通常包括具有大致筒形或锥形的外表面的“旋塞”，该旋塞被接纳在具有对应的筒形或锥形内表面的阀本体内。旋塞通常包括贯穿旋塞形成的至少一个通路，其中，通路中的每个通路的端部中的至少一个端部与旋塞的外表面相交。通路的每个通路构造成通过旋塞关于各种不同的流动构型中的任一流动构型连通流体。阀本体进而通常包括与阀本体的内表面相交的一个或更多个端口，以便在阀本体的端口与旋塞的通路的任何组合之间连通流体。旋塞操作性联接至旋转致动器，该旋转致动器构造成使旋塞相对于固定阀本体旋转，以使通路中的每个通路相对于固定端口中的每个固定端口重新定位。根据旋塞和阀本体的构型，旋塞相对于阀本体的这种旋转可以切换通路中的哪个通路安置成与对应的端口进行流体连通，或者可以通过将通路中的至少一个通路安置成与阀本体的内表面的没有端口中的一个端口的一部分对准而停止通过通路中的至少一个通路的流。
旋塞相对于阀本体旋转的方式要求在旋塞的外表面与阀本体的内表面之间建立适当的流体紧密密封，以确保对应的流体不会泄漏到旋塞与阀本体之间可能存在的相对较小的筒形或锥形间隙中，该筒形或锥形间隙允许旋塞易于相对于阀本体旋转。传统上，这种密封是通过在阀本体的内表面上围绕端口中的每个端口的周缘安置密封元件来建立的。密封元件中的每个密封元件通常由相对较软且有弹性的材料形成，该相对较软且有弹性的材料能够被压缩在阀本体的内表面与旋塞的外表面之间，以确保无论旋塞的旋转位置如何，都能保持适当的密封效果。例如，该材料可以是弹性体材料。
发明内容
技术问题
不幸地，这些密封元件呈现不利的关系，其中旋塞与阀本体之间的密封效果的增加也倾向于增加旋塞相对于阀本体旋转所需的扭矩的量。这发生的原因是在旋塞阀的径向方向上施加至这种密封元件的压缩的量与由此提供的密封效果直接相关。随着压缩程度的增加，密封件的内表面与旋塞的外表面之间存在的径向力也增加。这种增加的径向力增加了密封元件与旋塞的外表面之间相对于旋塞的周向方向存在的摩擦力，这反过来又增加了使旋塞相对于阀本体旋转时克服这些摩擦力所需的扭矩的量。因此，能够为给定的旋塞阀构型提供期望程度的密封效果的旋转致动器的类型可能仅限于具有对应的扭矩等级的那些旋转致动器，这导致这些旋转致动器的成本更高，同时也需要更大的功率来以期望的方式操作。
因此，本领域存在对生产一种下述密封元件的需要，该密封元件能够在不需要相应增加使旋塞相对于相关联的阀本体旋转所需的扭矩的量的情况下提供期望程度的密封效果。
问题的解决方案
根据本发明的实施方式，公开了一种用于与旋转阀一起使用的密封组件，该旋转阀具有构造成相对于阀本体旋转的旋转部件。密封组件包括构造成与旋转部件密封接合的硬密封结构。硬密封结构由基本上刚性的材料形成。软密封结构构造成与硬密封结构和阀本体密封接合。软密封结构由可弹性变形的材料形成。
根据本发明的另一实施方式，公开了一种旋转阀。该旋转阀包括：阀本体，该阀本体包括在形成在阀本体中的开口；旋转部件，该旋转部件接纳在阀本体的开口内，其中旋转部件构造成绕旋转部件的旋转轴线相对于阀本体旋转；以及密封组件，该密封组件包括设置在阀本体与旋转部件之间的硬密封结构和软密封结构。硬密封结构由基本上刚性的材料形成并且构造成与旋转部件密封接合。软密封结构由可弹性压缩的材料形成并且构造成与硬密封结构和阀本体密封接合。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的利用多个新型密封组件的旋转阀的分解立体图；
图2是通过与旋转阀的旋转部件的旋转轴线平行的平面截取的图1的旋转阀的分解横截面正视图；
图3是当完全组装时沿着与图2相同的平面截取的旋转阀的横截面正视图；
图4是图3的环绕部分的放大的局部横截面正视图；
图5是图1的密封组件中的一个密封组件的分解立体图；
图6是示出为完全组装的图5的密封组件的立体图；
图7是根据本发明另一实施方式的密封组件的前视立体图；
图8是图7的密封组件的后视立体图；
图9是通过穿过软密封结构的相对侧部的第一平面截取时的图7和图8的密封组件的软密封结构的横截面正视图；
图10是通过布置成垂直于图9的第一平面的第二平面截取时的图7和图8的密封组件的密封结构的横截面图；
图11是沿着与旋转阀的旋转部件的旋转轴线平行的平面截取时的根据本发明的另一实施方式的旋转阀的横截面正视图；
图12是图11的盒装部分的放大的局部横截面正视图；
图13是沿着垂直于旋转部件的旋转轴线的平面截取时的图11的旋转阀的横截面图；
图14是图13的方形部分的放大的局部横截面正视图；
图15是根据本发明的又一实施方式的密封组件的后视立体图；
图16是图15的密封组件的前视立体图；并且
图17是通过穿过密封组件的相对侧部的平面截取时的图15和图16的密封组件的横截面正视图。
具体实施方式
以下详细描述和附图描述并图示了本发明的各种实施方式。描述和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法而言，所呈现的步骤本质上是示例性的，并且因此步骤的顺序不是必需的或关键的。
图1至图6图示了根据本发明的实施方式的利用至少一个改进的密封组件20的旋转阀10。所图示的旋转阀10根据需要可以替代性地被称为“旋塞阀”。本文中示出和描述的旋转阀10还可以用于任何数量的不同应用，并且用于选择性地输送通过旋转阀的任何种类的不同流体。当前公开的旋转阀10可以用于汽车应用，所述汽车应用例如包括控制与相关车辆的液压***、气动***、燃料***或者加热、通风和空气调节(HVAC)***的操作相关的各种流体。根据需要，适合于与旋转阀10一起使用的流体可以是空气、任何液压流体、任何类型的燃料、任何制冷剂或通常关于这些车辆***使用的任何冷却剂。然而，还应当明显的是，在不必脱离本发明的范围的情况下，本旋转阀10可以适于和与任何流体输送***相关联的任何流体一起使用。
图1至图6中所公开的旋转阀10总体上包括旋转部件50(旋塞)、阀本体60和用于在旋转部件50与阀本体60之间提供流体紧密密封的至少一个密封组件20。所公开的旋转阀10包括大致筒形的旋转部件50和大致筒形的阀本体60。旋转部件50构造成相对于阀本体60绕旋转部件50的旋转轴线旋转。旋转部件50的旋转轴线延伸穿过旋转部件50的中心并限定旋转部件50的轴向方向。旋转部件50的旋转轴线还与阀本体60以及更一般地旋转阀10的中心轴线重合，因此后续所指的旋转阀10、旋转部件50或阀本体60中的任一者的轴向方向是指布置成与旋转部件50的旋转轴线平行的方向。另外，旋转阀10、旋转部件50或阀本体60中的任一者的径向方向可以指穿过并布置成垂直于旋转部件50的旋转轴线的方向中的任何方向。
图1至图4中所图示的旋转部件50包括具有筒形形状的外周向表面52。至少一个通路54穿过旋转部件形成，其中通路54中的至少一个通路的至少一个端部55与旋转部件50的外周向表面52相交。
根据旋转阀10的流动构型，通路54中的每个通路的端部55中的每个端部可以表示对应通路54的入口或出口。在所提供的实施方式中，旋转部件50包括两个通路54，其中两个通路54中的每个通路的相反端部55中的每个端部在彼此周向地间隔开90度的位置处与外周向表面52相交。旋转部件50被示为包括分隔件53，该分隔件53将两个不同的通路54彼此隔开，以使端部55中的每个端部穿过旋转部件50的内部与端部55中的相邻的一个端部流体连通，同时与通路54中的另一个通路的剩余两个端部55流体分离。
本领域技术人员应当理解的是，可以使用通路54的替代性构型，只要通路54中的一个通路的端部55中的至少一个端部以需要其相对于周围的阀本体60密封的方式与旋转部件50的外周向表面52相交即可。通路54的替代性构型可以包括从其一个端部55分支成两个或更多个分离端部55以建立通过旋转部件50的1-2、1-3或2-3(等)流动构型的通路54中的至少一个通路。此外，在一些构型中，通路54中的至少一个通路的一个端部55可以与外周向表面52相交，同时流体联接的端部55中的至少一个端部与旋转部件50的轴向端部表面相交，以使流体在转向90度的同时从旋转部件50的径向方向流动至旋转部件50的轴向方向。这样的构型参照图11至图14中所示的本发明的实施方式图示，其在下文中更详细地被描述。
在图1至图4中所示的实施方式中，当通过端部55中的每个端部的中心相对于旋转部件50的对应的径向方向观察时，通路54中的每个通路的端部55中的每个端部包括大致圆形的轮廓形状。另外，当从旋转部件50的切向方向观察时，端部55中的每个端部可以包括大致弓形或双曲线的轮廓形状，该旋转部件50的切向方向垂直于其对应的径向方向布置。当从旋转部件50的轴向方向观察时，端部55中的每个端部还包括圆弧的轮廓形状。由于端部55中的每个端部围绕外周向表面52的筒形形状延伸的方式，所以呈现出弓形形状和圆弧的形状。然而，通路54中的每个通路的端部55中的每个端部在保持在本发明的范围内的同时可以包括从径向方向和切向方向观察的任何轮廓形状。例如，作为一个替代性且非限制性的示例，端部55中的一个端部可以替代地包括正方形径向轮廓形状和对应的矩形切向轮廓形状。如下文中所解释的，用于在通路54中的每个通路的端部55中的每个端部的周围提供流体紧密密封的密封组件20中的每个密封组件的构型可以适应于对应的周缘形状，以便完全包围端部55中的每个端部来防止对应的流体在围绕通路54的端部55中的每个端部的周缘的任何给定方向上泄漏。
旋转部件50以可操作的方式联接至旋转马达或致动器(未示出)，该旋转马达或致动器构造成提供使旋转部件50绕其相对于固定阀本体60的旋转轴线旋转所需的扭矩。作为非限制性示例，旋转马达或致动器可以是扭矩马达、伺服马达、电动步进马达或无刷DC马达。在不脱离本发明的范围的情况下，可以选择具有所需扭矩和精确度以用于建立旋转部件50相对于阀本体60的期望旋转位置的任何旋转马达或致动器。如图1至图3中所示，旋转部件50可以包括沿着其旋转轴线设置的轴向延伸杆56，以用于在操作上接合致动器的对应旋转马达。
阀本体60从其第一端部61轴向延伸至其第二端部62。阀本体60的第一端部61构造成在阀本体60将旋转部件50和对应的密封组件20中的每个密封组件轴向接纳在其中之后接纳盖63，如在下文中更详细地解释的。盖63包括在旋转部件50的旋转轴线上居中的开口64，其中开口64构造成通过该开口64接纳旋转部件50的杆56。O形环65设置在阀本体60的第一端部61与盖63的内轴向表面之间，以在阀本体60的第一端部61与盖63之间形成流体紧密密封。另一对O形环66接纳在盖63的限定其开口64的内周向表面与旋转部件50的杆56的外周向表面之间，以类似地在盖63与旋转部件50的杆56之间形成流体紧密密封，包括在旋转部件50相对于阀本体60的旋转期间形成流体紧密密封。
阀本体60包括用于将流体连通至旋转部件50的至少一个流体端口82，其中，流体端口82中的每个流体端口形成穿过阀本体60的中空通路，对应的流体可以通过该中空通路朝向或远离旋转部件50输送。在图示的实施方式中，阀本体60包括相对于阀本体60的周向方向彼此等距地间隔开的四个流体端口82，以使得流体端口82中的每个流体端口在与相邻流体端口82中的每个相邻流体端口的周向间隔开90度的方向上径向指向或远离旋转部件50的旋转轴线。当旋转部件50旋转到期望的操作位置时，流体端口82中的相邻的流体端口之间的90度的周向位移允许流体端口82中的每个流体端口在位置上对应于穿过旋转部件50形成的通路54中的每个通路的端部55中的每个端部。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，阀本体60在保持在本发明的范围内的同时可以包括少至一个径向延伸的流体端口82或任意数量的周向间隔开的流体端口82，并且特别是与图1至图4中所示的穿过对应的旋转部件50形成的通路54的构型的任何变型一致。
阀本体60还包括形成在其中的开口67，其中开口67相对于轴向方向从阀本体60的第一端部61朝向其第二端部62延伸。开口67限定阀本体60的轴向端壁68和周向壁69中的每一者。当旋转部件50沿旋转阀10的轴向方向以可旋转的方式接纳在阀本体60内时，轴向端壁68构造成接合旋转部件50的轴向端部，并且周向壁69构造成围绕旋转部件50。
阀本体60的周向壁69包括由开口67限定的围绕旋转部件50在周缘延伸的内周向表面70。内周向表面70包括多个筒形部段71和多个凹穴72，所述多个凹穴72置于筒形部段71的相邻筒形部段之间。当从阀本体60的轴向方向观察时，筒形部段71中的每个筒形部段可以包括具有与旋转部件50的外周向表面52的圆形轮廓形状基本相同的曲率半径的圆弧的形状。因此，无论旋转部件50相对于阀本体60的瞬时旋转位置如何，旋转部件50的外周向表面52基本上对应于筒形部段71中的每个筒形部段的形状。
凹穴72中的每个凹穴相对于邻近筒形部段71中的每个邻近筒形部段沿旋转阀10的径向向外方向凹入到周向壁69中。凹穴72中的每个凹穴定形状成将密封组件20中的一个密封组件接纳在其中，并且因此凹穴72中的每个凹穴对应于需要经由密封组件20中的一个密封组件密封的阀本体60的周向间隔开的流体端口82中的一个流体端口的位置。
在所提供的实施方式中，凹穴72中的每个凹穴包括平行于旋转部件50的径向对准部分的切向方向布置的径向端部表面73。图1至图4中所图示的凹穴72中的每个凹穴的径向端部表面73在构型上基本上是平面的，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不必脱离本发明的范围的情况下，径向端部表面73可以具有任何形状，包括具有比相邻筒形部段71大的曲率半径的筒形形状。
凹穴72中的每个凹穴的径向端部表面73与流体端口82中的对应的一个流体端口的径向最内端部83相交。如可以在图1至图3中看到的，流体端口82中的每个流体端口的径向最内端部83可以包括基本上对应于与旋转部件50的外周向表面52相交的通路54的端部55中的每个端部的尺寸和轮廓形状的尺寸和轮廓形状。流体端口82中的每个流体端口的径向最内端部83和通路54中的每个通路的对应的径向最外端部55的类似尺寸和形状可以选择成防止可能在它们之间存在方向的显著变化或流动面积的显著变化的情况下发生的通过旋转阀10连通的流体的压力的显著变化。在本实施方式中，流体端口82中的每个流体端口的径向最内端部83包括圆形轮廓形状，以匹配与旋转部件50的外周向表面52相交的通路54的端部55的每个端部的圆形轮廓形状。
凹穴72中的每个凹穴还包括一对相对的侧向表面75，该对相对的侧向表面75垂直于对应的径向端部表面73布置并在阀本体60的轴向方向上延伸。侧向表面75中的每个侧向表面的径向最内端部包括与邻近筒形部段71中的一个邻近筒形部段相邻的保持肩部76，其中保持肩部76中的每个保持肩部沿阀本体60的轴向方向延伸。凹穴72中的每个凹穴的保持肩部76构造成在密封组件20接纳在对应的凹穴72内时帮助保持密封组件20中的对应的一个密封组件的径向和周向位置。
凹穴72中的每个凹穴还包括轴向端部表面77，该轴向端部表面77垂直于对应的径向端部表面73布置并连接对应的侧向表面75。在所提供的实施方式中，径向端部表面73中的每个径向端部表面包括具有比对应的流体端口72的径向最内端部83的曲率半径大的曲率半径的半筒形形状，以将轴向端部表面77与对应的端部83间隔开。
如图2至图4中最佳示出的，轴向端部表面77中的每个轴向端部表面包括形成在其中的保持缺口78。保持缺口78中的每个保持缺口相对于对应的轴向端部表面77的周围部分朝向阀本体60的第二端部62轴向凹陷，同时在径向向外的位置处与旋转部件50的外周向表面52间隔开。保持缺口78中的每个保持缺口限定紧邻旋转部件50的外周向表面52设置的保持唇缘79。保持唇缘79中的每个保持唇缘构造成在旋转阀10的组装期间保持对应的密封组件20的一部分，如下文更详细地描述的。
图5和图6单独地图示了密封组件20中的一个密封组件，以更好地示出密封组件的特征。密封组件20包括第一密封结构21和第二密封结构22。根据需要，第一密封结构21可以替代性地称为“硬”密封结构21，而第二密封结构22可以替代性地称为“软”密封结构22。硬密封结构21构造成在旋转部件50旋转至其不同规定位置中的任何不同的规定位置以产生通过旋转阀10的规定流动构型中的任何规定流动构型时与旋转部件50的外周向表面52直接接合以在硬密封结构21与旋转部件50之间提供流体紧密密封。更具体地，硬密封结构21构造成在端部55中的对应的一个端部安置成与硬密封结构21径向对准时围绕穿过旋转部件50形成并且与旋转部件50的外周向表面52相交的通路54中的任何通路的端部55中的任何端部的周缘并且在该周缘的周围形成流体紧密密封。相反，软密封结构22构造成与阀本体60的周向壁69在周向壁69的凹穴72中的一个凹穴内直接接合，以在软密封结构22与周向壁69之间提供流体紧密密封。更具体地，软密封结构22构造成围绕阀本体60的流体端口82中的对应的一个流体端口的径向最内端部83的周缘并且在该周缘周围形成流体紧密密封。此外，硬密封结构21还构造成接合软密封结构22，以在密封结构21、22安置成彼此直接接触所在的位置处在硬密封结构21与软密封结构22之间形成流体紧密密封。因此，密封组件20在穿过旋转部件50形成的通路54中的一个通路的端部55中的瞬时对准端部与对应于密封组件20在阀本体60内的位置的流体端口82的径向最内端部83之间提供流体紧密密封。
硬密封结构21包括周向延伸的周缘部分25，该周缘部分25限定穿过其的筒形形状的流开口24，当从旋转阀10的延伸穿过流开口24的中心的径向方向观察时，该筒形形状的流开口24的轮廓形状是大致圆形。如下文中所使用的，旋转阀10的延伸穿过流开口24的中心的径向方向也表示硬密封结构21的中心轴线，因此，所提及的硬密封结构21的轴向方向是指平行于所描述的硬密封结构21的中心轴线布置的那些方向。流开口24包括在硬密封结构21的轴向方向上的轮廓尺寸和形状，该轮廓尺寸和形状基本上对应于穿过旋转部件50形成并且能够与流开口24轴向对准的通路54的端部55的任何端部的轮廓尺寸和形状。此外，当穿过旋转阀10的流体在通路54的端部55与对准的流开口24之间通过时，对应的尺寸和形状防止产生不期望的压力变化。
周缘部分25包括限定流开口24的内周向表面26和与内周向表面26相反且从内周向表面26相对于硬密封结构21的中心轴线径向向外形成的外周向表面27。当从硬密封结构25的轴向方向观察时，周缘部分25的外周向表面27包括圆形轮廓形状，其中外周向表面27具有如从硬密封结构21的中心轴线测量的比内周向表面26的曲率半径大的曲率半径。
周缘部分25还包括径向内表面28和径向外表面29，其中表面28、29中的每一者围绕周缘部分25的整个圆周将周缘部分25的内周向表面26连接至外周向表面27。径向内表面28构造成与旋转部件50的外周向表面52密封接合，并且因此包括与外周向表面52相同的筒形曲率和形状。具体地，当从旋转部件50的轴向方向观察时，径向内表面28具有圆弧的轮廓形状，该圆弧的轮廓形状具有与旋转部件50的外周向表面52相同的曲率半径。由于周缘部分25在筒形形状的旋转部件50周围的曲率，当从与旋转部件50的外周向表面52相切并且垂直于硬密封结构21的中心轴线的方向观察时，径向内表面28还包括基本上弓形或双曲线的轮廓形状。径向外表面29包括与径向内表面28基本上相同的总体形状，除了径向外表面29包括在从旋转部件50的轴向方向观察时如从旋转部件50的旋转轴线测量的略大的曲率半径，以使径向外表面29在旋转部件50的径向方向上与径向内表面28绕整个周缘部分25间隔开。
在所图示的实施方式中，周缘部分25的内周向表面26布置成绕周缘部分25的整个圆周平行于硬密封结构21的轴向方向延伸。类似地，周缘部分25的外周向表面27也布置成绕周缘部分25的整个圆周平行于硬密封结构21的轴向方向延伸。这种关系使得如从硬密封结构21的中心轴线测量的，绕周缘部分25的整个圆周内周向表面26相对于硬密封结构21的任何径向方向与外周向表面27基本等距地间隔开，其中，该径向距离在下文中称为硬密封结构21的周缘部分25的径向厚度。另外，硬密封结构21还以下述方式布置：其中，径向内表面28相对于穿过周缘部分25的任何轴向延伸的方向与径向外表面29等距间隔开，其中，表面28、29之间的该轴向距离在下文中称为硬密封结构21的周缘部分25的轴向厚度。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，在利用旋转部件50和软密封结构22提供期望的流体紧密密封时，硬密封结构21的成功操作不一定需要周缘部分25的一致相等的径向厚度和轴向厚度。例如，根据需要，当表面26、27在硬密封结构21的轴向方向上延伸远离旋转部件50的外周向表面52时，内周向表面26和外周向表面27中的一者、任一者或两者可以径向向内渐缩或径向向外渐缩，以在与旋转部件50和软密封结构22密封接触时产生作用在硬密封结构21上的期望力。
硬密封结构21还包括导引特征31和保持特征35，导引特征31和保持特征35从周缘部分25的相对于旋转阀10的轴向方向彼此对准的在直径上相反的侧部突出。导引特征31与阀本体60的第一端部61相邻地设置，并且保持特征35与阀本体60的第二端部62相邻地设置。导引特征31包括渐缩表面32，该渐缩表面32随着导引特征31相对于硬密封结构21的径向向外方向远离周缘部分25延伸而在旋转阀10的径向向外方向上渐缩，以使导引特征31在从旋转部件50的切线方向观察时包括大致三角形的横截面形状。当密封组件20接纳在凹穴72中的对应一个凹穴72内时，保持特征35构造成用于接纳在凹穴72中的对应一个凹穴的保持缺口78内。保持特征35被示出为包括相对于导引特征31基本上对称的构型，并且类似地包括渐缩表面36，该渐缩表面36随着保持特征从硬密封结构21的中心轴线径向向外突出而在旋转阀10的径向向外方向上渐缩，以再次形成保持特征35的大致三角形的横截面形状。保持特征35的渐缩表面36构造成在旋转阀10的组装期间支承抵靠凹穴72中的对应的一个凹穴的保持唇缘79。
硬密封结构21由基本上刚性的材料形成，比如由相对刚性且相对硬的热塑性材料形成。更具体地，所选择的材料可以理想地是半结晶热塑性的。如果使用热塑性材料，则热塑性材料可以优选地为聚邻苯二甲酰胺(PPA)或聚苯硫醚(PPS)。由于材料中的每种材料均具有相对较强的耐化学性、耐热性和抗永久变形或磨损性能，因此可能优选地使用PPA或PPS中的任一者。此外，PPA和PPS中的每一者都可以被提供为热塑性树脂，所述热塑性树脂能够被注射模制，以用于使用相对便宜的制造工艺来形成硬密封结构21的上述形状和构型，同时保持在期望的公差内来建立与旋转部件50的外周向表面52的期望的密封接合。可以使用其他刚性热塑性材料来形成硬密封结构21，比如聚四氟乙烯(PTFE)，但是PTFE不能使用注射模制工艺制造，因此需要更昂贵和更困难的制造工艺将硬密封结构21适当地形成为期望的构型来提供与旋转部件50的外周向表面52的流体紧密密封。也可以使用附加的刚性材料来形成硬密封结构21，包括各种金属、各种陶瓷、碳石墨、以及甚至玻璃，这取决于对相关联的旋转阀10的应用特定要求。然而，再次地，除了上面列出的优选热塑性材料之外的这些替代性材料可能成本过高，或者愈加难以在期望公差内制造来维持硬密封结构21与旋转部件50之间的流体紧密密封。
硬密封结构21可能需要有限程度的顺应性，以允许硬密封结构21符合旋转部件50中存在的任何表面不规则性或尺寸不一致，从而确保无论旋转部件50的旋转位置如何都存在期望的密封效果。优选的热塑性材料比如PPA或PPS的刚性可能要求硬密封结构21形成为具有围绕周缘部分25的圆周的最小横截面，以确保期望程度的顺应性和一致性。硬密封结构21的周缘部分25可以设置为包括3mm或更小的径向厚度以及3mm或更小的轴向厚度，以确保其期望的顺应性和一致性。例如，周缘部分25可以设置成具有约2mm的径向厚度和约2mm的轴向厚度。
旋转部件50、并且特别是旋转部件50的形成其外周向表面52的部分可以由被描述为适合于形成硬密封结构21的相同材料形成。例如，作为非限制性示例，旋转部件50可以由比如PPA或PPS的刚性热塑性材料形成。在一些实施方式中，可以选择相同的材料来形成旋转部件50和硬密封结构21中的每一者。然而，在不必脱离本发明的范围的情况下，可以选择任何刚性材料来形成旋转部件50。
软密封结构22具有与形成在阀本体60中的凹穴72中的每个凹穴的形状基本互补的形状，以允许以防止软密封结构22在阀本体60的径向方向或周向方向上运动的方式将软密封结构22接纳在凹穴72中的对应的一个凹穴内。在所图示的实施方式中，软密封结构22包括一对侧向表面38，其中侧向表面38中的每个侧向表面构造成与凹穴72中的对应的一个凹穴的侧向表面75中的对应的一个侧向表面互补。侧向表面38中的每个侧向表面还包括直角缺口39，该直角缺口39构造成与侧向表面75中的对应的一个侧向表面75的保持肩部76互补，其中缺口39和保持肩部76的互补形状防止软密封结构22在接纳在凹穴72中的对应一个凹穴内时径向向内运动。软密封结构22还包括与凹穴72中的对应的一个凹穴的径向端部表面73互补和接合的径向外表面40、以及具有与凹穴72中的对应的一个凹穴的轴向端部表面77互补和接合的半筒形形状的轴向端部表面41。
软密封结构22包括由其内周向表面43限定的穿过其形成的筒形形状的流开口44。如下文所使用的，延伸穿过流开口44的中心的旋转阀10的径向方向也表示软密封结构22的中心轴线，因此，所提及的软密封结构22的轴向方向是指平行于其所述中心轴线布置的那些方向。因此，当沿软密封结构22的轴向方向观察时，流开口44包括圆形轮廓形状。穿过软密封结构22形成的流开口44包括相对于穿过硬密封结构21形成的流开口24略微减小的半径，以确保当密封组件20安置在其操作位置时硬密封结构21的径向外表面29支承抵靠软密封结构22。
软密封结构22的径向内表面45包括弯曲的筒形形状，该弯曲的筒形形状具有比硬密封结构21的径向内表面28略大的曲率半径。径向内表面45还包括形成在其中的轴向缺口46，该轴向缺口46具有相对于其轴向方向与硬密封结构21的轮廓形状互补的形状。轴向缺口46包括在软密封结构22的轴向方向上的深度，该深度小于硬密封结构21的轴向厚度，以允许硬密封结构21的径向内表面28相对于旋转阀10的径向方向从软密封结构22的径向内表面45的其余部分径向向内设置，从而确保当密封组件20设置在阀本体60的凹穴72中的对应的一个凹穴内时软密封结构22不与旋转部件50的外周向表面52接合。保持特征35相对于阀本体10的轴向方向延伸到轴向缺口46的外部，以确保保持特征35在位于软密封结构22的外部的位置处被接纳在形成在阀本体60中的保持缺口78内。轴向缺口46形成软密封结构22的定位及保持特征，以用于防止硬密封结构21相对于软密封结构22的不期望的运动。
如由给出的名称所暗示的，硬密封结构21由比选择成用于形成软密封结构22的材料更硬和更刚性的材料形成。更具体地，软密封结构22由可弹性变形的相对较软的材料形成。如本文中所使用的，弹性可变形材料是下述材料，该材料可以变形成使得该材料在其变形之后尝试返回到其原始位置，并且特别是当该材料被压缩成在给定方向上减小尺寸时。为软密封结构22选择的材料的弹性应当使得该材料响应于软密封结构22在径向向外方向上朝向周向壁69被压缩而向硬密封结构21施加径向向内的弹簧力，其中径向力和径向压缩方向是指旋转阀10的径向方向。作为非限制性示例，弹性可变形材料可以优选地为弹性体材料，比如
Figure BDA0003884549480000131
热塑性弹性体、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、
Figure BDA0003884549480000132
热塑性弹性体、EPDM泡沫、硅橡胶、腈或氨基甲酸酯。弹性体材料可以基于通过旋转阀10连通的流体的类型和流体的操作特性来选择，比如包括所期望的耐化学性和耐热性。在优选实施方式中，弹性体材料可以选择为低硬度、35-45肖氏A的软密封橡胶，以提供相对于软密封结构22的低弹簧力与位移比。低硬度材料的使用还有助于解决与在任何给定方向、包括旋转阀10的径向方向上的公差叠加有关的问题，因为低的力与位移比允许在形成密封组件20的每个密封组件时使用更大且更有利于制造的公差。
形成硬密封结构21的刚性材料被选择为包括比用于形成软密封结构22所选择的弹性和软的材料低的摩擦系数。因此，与软密封结构22安置成在旋转部件50旋转期间与旋转部件50直接接触的情况相比，旋转部件50经由对应的旋转马达或致动器的旋转需要较少的扭矩来克服硬密封结构21的径向内表面28与旋转部件50的外周向表面52之间存在的摩擦力。
旋转阀10按如下方式组装。首先，将硬密封结构21的每个硬密封结构接纳在软密封结构22的对应的一个软密封结构的轴向缺口46内，以形成多个密封组件20中的每个密封组件。然后，将密封组件20中的每个密封组件相对于阀本体60的轴向方向***到阀本体60的凹穴72中的对应的一个凹穴中。密封组件20中的每个密封组件轴向***到阀本体60中建立了软密封结构22中的每个软密封结构在对应的凹穴72中的每个对应的凹穴内的固定位置，同时硬密封结构21中的每个硬密封结构的保持特征35也轴向***到对应的保持缺口78中的每个对应的保持缺口中。
然后，在将旋转部件50轴向***到阀本体60的开口67中之前将旋转部件50相对于阀本体60居中。在旋转部件50的轴向***之前，将周向间隔开的硬密封结构21中的每个周向间隔开的硬密封结构的径向内表面28定位在旋转部件50的外周向表面52的径向位置的略微径向内侧。从硬密封结构21中的每个硬密封结构轴向突出的导引特征31在旋转部件50轴向***到阀本体60期间帮助引导和对中旋转部件50。旋转部件50的外周向表面52支承抵靠导引特征31的每个导引特征的渐缩表面32，并且以倾向于沿旋转阀10的径向向外方向推动硬密封结构21中的每个硬密封结构的方式继续沿着渐缩表面32中的每个渐缩表面轴向滑动，直到旋转部件50的外周向表面52与硬密封结构21的径向内表面28中的每个径向内表面接合为止。形成在阀本体60中的保持唇缘79中的每个保持唇缘支承抵靠硬密封结构21中的每个硬密封结构的保持特征35，以防止在旋转部件50轴向***到阀本体60中期间与阀本体60的第二端部62相邻的硬密封结构21的不期望的向内旋转。一旦旋转部件50完全接纳在阀本体60内，软密封结构22中的每个软密封结构就在旋转阀10的径向向外方向上被压缩，以在阀本体60与软密封结构22中的每个软密封结构之间建立流体紧密密封。软密封结构22中的每个软密封结构的弹性又向硬密封结构21中的每个硬密封结构提供相反的径向向内力，以用于在旋转部件50的外周向表面52与硬密封结构21的径向内表面28中的每个径向内表面之间建立流体紧密密封。
旋转部件50的杆56***到盖63的开口64中，其中前述O形环65、66中的每一者定位在盖63与阀本体60的第一端部61之间。然后，盖63牢固地联接至阀本体60，从而以期望的方式压缩O形环65、66，以用于防止相关流体从旋转阀10泄漏。
当处于完全组装位置时，穿过硬密封结构21的流开口24与穿过软密封结构22的流开口44配合，以在穿过旋转部件50形成的通路54中的一个通路的任何径向对准的端部55与穿过阀本体60形成的对应的流体端口82之间提供流体连通。具有穿过其的对应流体的密封组件20中的每个密封组件建立必要的流体紧密密封，以防止流体到期望的流体的流动路径之外的任何泄漏。旋转致动器或马达可以使旋转部件50相对于阀本体60旋转至各种不同的旋转位置中的任一旋转位置，其中由于由软密封结构22中的每个软密封结构施加至对应的硬密封结构21的连续弹簧力，密封组件20中的每个密封组件在旋转部件50的旋转期间和之后都保持流体紧密密封效果。
所示出和描述的旋转阀10包括若干有利的特征。使用具有比弹性和软的材料低的摩擦系数的刚性材料来接合旋转部件50允许旋转部件50更容易相对于密封组件20中的每个密封组件旋转。另外，由于硬密封结构21的周缘部分25的相对较小的径向厚度，硬密封结构21的径向内表面28在与旋转部件50的密封接合时具有最小化的表面面积，以进一步使在旋转部件50旋转期间存在的摩擦力最小。上述优点中的每个优点都导致对应的旋转马达或致动器需要较小的扭矩使旋转部件50以期望的方式旋转。降低的扭矩要求有益地扩大了能够用于与旋转阀10一起使用同时还减少了使旋转部件50相对于阀本体60旋转所需的能量的合适的旋转马达或致动器的范围。较低的扭矩要求还可以有利地允许旋转马达或致动器在尺寸上更小，以减小包括旋转阀10的组件的包装空间。
除了使硬密封结构21的径向内表面28与旋转部件50的外周向表面52之间存在的摩擦力最小之外，与外周向表面52接合的径向内表面28的相对较小的表面面积还以确保硬密封结构21与旋转部件50之间的所期望的流体紧密密封的方式促进了对于给定表面面积在硬密封结构21与旋转部件50之间存在的高接触力。尽管与用于进行这种密封接合的弹性体材料的传统使用相比，硬密封结构21的刚性程度相对较高，但是沿着存在于接合部件之间的相对较小的表面面积作用的高接触力还使得硬密封结构21相应地顺应形成在旋转部件50中的任何划痕或其他尺寸不一致。
使用形成在硬密封结构21中的每个硬密封结构的一个端部处的导引特征31还有助于以建立用于形成所描述的流体紧密密封中的每个流体紧密密封的期望的径向力的方式组装旋转阀10。此外，旋转部件50经由中间硬密封结构21中的每个中间硬密封结构逐步压缩软密封结构22中的每个软密封结构的方式也防止了在密封结构21、22中的任一者中存在的任何尺寸变型干扰旋转阀10的正常操作。将保持特征35添加至硬密封结构21中的每个硬密封结构还通过防止硬密封结构21中的每个硬密封结构的不期望的运动同时还建立密封组件20中的每个密封组件的期望的径向位置进一步简化了旋转阀10的组装。
被描述为适合于形成密封组件20中的每个密封组件的硬密封结构21和软密封结构22的材料还便于使用注射模制操作来形成密封结构21、22中的每个密封结构。这与其他相关制造工艺相比降低了成本并简化了密封组件20中的每个密封组件的制造。
现在参照图7至图14，示出并描述了根据本发明的另一实施方式的用于在旋转阀110中使用的密封组件120。旋转阀110再次地总体上包括旋转部件150、阀本体160和多个密封组件120，密封组件120用于在旋转部件150周围的周向间隔开的位置处在旋转部件150与阀本体160之间提供流体紧密密封。
从图11和图13可以明显看出，旋转阀110包括与图1至图4的旋转阀10基本不同的流动构型。具体地，旋转阀110的阀本体160包括周向壁169，该周向壁169仅具有相对于旋转阀10所示出的两个径向延伸的流体端口182而不是四个径向延伸的流体端口82。径向延伸的流体端口182中的每个径向延伸的流体端口包括与周向壁169的内周向表面170相交的径向最内端部183。内周向表面170被分成多个筒形部段171和多个凹穴172，所述多个凹穴172置于筒形部段171的相邻筒形部段之间。凹穴172中的每个凹穴与阀本体10的凹穴72的不同之处在于，凹穴172中的每个凹穴的径向端部表面173具有筒形曲率和形状，其中凹穴172的曲率半径从旋转阀110的旋转轴线测量。凹穴172中的每个凹穴还包括在旋转阀110的对应径向方向上布置的一对相对的侧向表面175。凹穴172中的每个凹穴的径向端部表面173和侧向表面175中的每个侧向表面布置成在旋转阀110的轴向方向上延伸。凹穴172中的每个凹穴的轴向端部表面177垂直于旋转阀110的轴向方向布置，而不是如相对于存在于旋转阀10中的轴向端部表面77所公开的包括半筒形形状。凹穴172中的每个凹穴的轴向端部表面177还包括形成在其中并在轴向方向延伸到阀本体160中的保持缺口178。
阀本体160的端壁168包括沿着由旋转部件150的旋转轴线限定的旋转阀110的中心轴线布置的轴向延伸的流体端口186。旋转部件150包括穿过其形成的单个通路154，其中通路154的端部155中的一个端部与旋转部件150的外周向壁152相交，并且通路154的相反端部157在旋转部件150的与轴向延伸流体端口186对准的轴向端部158处终止。旋转阀110相应地构造成允许通过其的流体的90度转向，其中旋转部件150能够在两个不同的径向延伸的流体端口182之间切换，所述两个不同的径向延伸的流体端口182与轴向延伸的流体端口186流体连通。旋转部件150再次以可操作的方式联接至能够使旋转部件150在两个不同旋转位置之间旋转的合适的旋转马达或致动器(未示出)。
参照图7和图8，单独地公开了适合与旋转阀110一起使用的密封组件120中的一个密封组件。密封组件120在许多方面与密封组件20基本相似，但与密封组件20相比，因为若干修改和添加而不同。密封组件120包括硬密封结构121和软密封结构122，硬密封结构121和软密封结构122中的每一者可以由被描述为适合形成硬密封结构21和软密封结构22的相同材料形成。
硬密封结构121包括周缘部分125，该周缘部分125包括内周向表面126、相反的外周向表面127、构造成与旋转部件150的外周向表面152接合的径向内表面128、以及与径向内表面128相反并构造成接合软密封结构122的径向外表面129(图12和图14)。内周向表面126限定穿过硬密封结构121的流开口124，该流开口124在大小和形状上与穿过阀本体160形成的径向延伸的流体端口182中的每个径向延伸的流体端口以及穿过旋转部件150形成的通路154的径向延伸的端部155基本上相对应。旋转部件150通过流开口124的中心的径向方向限定了硬密封结构121的中心轴线，因此下文中所提及的硬密封结构121的轴向方向是指平行于硬密封结构121的中心轴线的方向。此外，所提及的硬密封结构121的径向方向也是指穿过硬密封结构121的中心轴线并垂直于该中心轴线布置的那些方向。
径向内表面128基本上类似于硬密封结构21的径向内表面28，并且包括与旋转部件150的外周向表面152的筒形形状互补的弯曲的筒形形状。外周向表面127在硬密封结构121的轴向方向上延伸，并且还基本上类似于硬密封结构21的外周向表面27。然而，由于周缘部分125的径向厚度随着周缘部分125沿旋转阀110的与硬密封结构121的轴向方向一致的径向向外方向延伸而减小，硬密封结构121的内周向表面126和径向外表面129与硬密封结构21的对应表面26、29不同。更具体地，内周向表面126的至少一部分朝向径向外表面129渐缩，以使径向外表面129包括相对于径向内表面128减小的径向厚度。因此，周缘部分125的径向外表面129包括比周缘部分125的径向内表面128小的表面面积。
硬密封结构121包括一对侧向间隔开的导引特征131和保持特征135，导引特征131和保持特征135从周缘部分125的相对于旋转阀110的轴向方向的在直径上相反的侧部突出。除了被间隔开并设置为一对之外，导引特征131中的每个导引特征在结构和用途上与硬密封结构21的导引特征31类似，因此省略了对导引特征131的进一步描述。类似地，保持特征135在结构和用途上与硬密封结构21的保持特征35类似，因此也省略对保持特征135的进一步描述。
硬密封结构121还包括从周缘部分125的相反侧向侧部延伸的一对侧向框架构件190。框架构件190中的每个框架构件包括一对连接部分191，该对连接部分191相对于硬密封结构121的径向方向从周缘部分125的外周向表面127至少部分地径向向外延伸。每对连接部分191将周缘部分125连接至框架构件190中的一个框架构件的对应的侧向壁192。如下文所述，当密封组件120接纳在阀本体160内时，侧向壁192中的每个侧向壁在对应于旋转阀110的径向方向的方向上远离对应的一对连接部分191突出。连接部分191中的每个连接部分还包括联接突出部193(图8)，该连接突出部193在密封组件120接纳在阀本体160内时在硬密封结构121的轴向方向或对应于旋转阀110的径向向外方向的方向中的任一方向上从连接部分191延伸。
软密封结构122用于与软密封结构22基本相同的目的，但是包括与如上文所述的阀本体60和硬密封结构21不同的构型以适应阀本体160和硬密封结构121在结构方面的变化。软密封结构122还包括改进的双密封表面，以用于接合阀本体160的周向壁169，如下文所述。
软密封结构122具有与形成在阀本体160中的凹穴172中的每个凹穴的形状基本互补的形状。在所图示的实施方式中，软密封结构122包括一对侧向表面138，其中当软密封结构122接纳在凹穴172中的一个凹穴内时侧向表面138中的每个侧向表面在阀本体110的轴向方向和径向方向上延伸。软密封结构122包括径向外表面140，该径向外表面140具有大致筒形形状，该筒形形状具有比旋转部件150的外周向表面152的曲率半径大的曲率半径。软密封结构122还包括基本上平坦的轴向端部表面141，该轴向端部表面141垂直于旋转阀110的轴向方向布置，并且构造成与凹穴172中的对应的一个凹穴的轴向端部表面177接合。
软密封结构122包括由其内周向表面143限定的穿过其形成的筒形形状的流开口144。如下文所使用的，旋转阀110延伸穿过流开口144的中心的径向方向也表示软密封结构122的中心轴线，因此，所提及的软密封结构122的轴向方向是指平行于软密封结构122的所描述的中心轴线布置的那些方向。因此，当沿软密封结构122的轴向方向观察时，流开口144包括圆形轮廓形状。穿过软密封结构122形成的流开口144定尺寸成确保当密封组件120安置在其操作位置时硬密封结构121的径向外表面129支承抵靠软密封结构122。
软密封结构122的径向内表面145包括筒形形状，该筒形形状具有比硬密封结构121的径向内表面128略大的曲率半径。径向内表面145还包括形成在其中的轴向缺口146，该轴向缺口146具有相对于其轴向方向与硬密封结构121的轮廓形状互补的形状。轴向缺口146包括在软密封结构122的轴向方向上的深度，该深度小于硬密封结构121的轴向厚度，以允许硬密封结构121的径向内表面128从软密封结构122的径向内表面145的其余部分径向向内设置，以确保当密封组件120设置在阀本体160的凹穴172中的对应的一个凹穴内时软密封结构122不与旋转部件150的外周向表面152接合。保持特征135相对于阀本体110的轴向方向延伸到轴向缺口146的外部，以确保保持特征135在软密封结构122的外部位置处被接纳在形成于阀本体160中的保持缺口178内。轴向缺口146形成软密封结构122的定位特征，以用于防止硬密封结构121相对于软密封结构122的不期望的运动。
在软密封结构122的径向内表面145中朝向软密封结构122的径向外表面140形成多个联接开口103。联接开口103在图8中示出为延伸穿过软密封结构122，但是在不必脱离本发明的范围的情况下，可以利用联接开口103的任何深度。根据需要，联接开口103中的每个联接开口可以沿软密封结构122的轴向方向或旋转阀110的对应的径向方向中的任一方向延伸到软密封结构122中。当硬密封结构121与软密封结构122接合时，联接开口103中的每个联接开口定位和定尺寸成将联接突出部193中的对应的一个联接突出部接纳在其中。
由于包括在软密封结构122的轴向方向上从软密封结构122突出的一对密封唇缘111、112，软密封结构122的径向外表面140与软密封结构22的对应的径向外表面40基本不同，其中密封唇缘111、112中的每一者构造成密封地接合凹穴172中的对应的一个凹穴的径向端部表面173。更具体地，第一密封唇缘111紧邻穿过软密封结构122的流开口144设置，而第二密封唇缘112相对于软密封结构122的径向方向设置在第一密封唇缘111径向外部。密封唇缘111、112中的每个密封唇缘可以包括基本上弓形的梢部，以用于接合对应的径向端部表面173，但是在不脱离本发明的范围的情况下也可以使用其他形状。密封唇缘111、112中的每一者围绕流开口144环形延伸，以形成围绕流开口144的两个径向间隔开的密封表面，由此提供附加且独立设置的密封表面，以用于防止对应的流体端口182的径向最内端部183与软密封结构122的径向外表面140之间的泄漏。当从软密封结构122的轴向方向观察时，密封唇缘111、112中的每一者包括圆形轮廓形状，但是如果对应的流开口144设置成包括与所示出和描述的形状不同的形状，则可以使用替代性形状。
第一密封唇缘111包括内周向表面113和相反的外周向表面114，而第二密封唇缘112还包括内周向表面115和相反的外周向表面116。第一密封唇缘111的内周向表面113可以与软密封结构122的内周向表面143重合，从而限定穿过软密封结构122的流开口144，因此内周向表面113可以在软密封结构122的轴向方向上延伸。
现在参照图12，矢量F1被示出为在第一密封唇缘111的外周向表面114与第二密封唇缘112的内周向表面115之间延伸。图14示出了在相对于软密封结构122的中心轴线与矢量F1的位置旋转间隔开约90度的位置处在第一密封唇缘111的外周向表面114与第二密封唇缘112的内周向表面115之间延伸的矢量F2。矢量F1、F2中的每一者布置成在旋转阀110的从旋转部件150的旋转轴线延伸并垂直于该旋转轴线布置的间隔开的径向方向上延伸。由于软密封结构122经由硬密封结构121在旋转部件150的外周向表面152与对应的凹穴172的径向端部表面173之间被压缩的方式，矢量F1、F2中的每一者表示在所标识的位置处作用于软密封结构122的压缩力的方向，其中矢量F1、F2中的每一者在矢量F1、F2中的每一者通过的位置处垂直于外周向表面152和径向端部表面173布置。
如图12中所示，第一密封唇缘111的外周向表面114以至少1度的角度远离矢量F1倾斜，而第二密封唇缘112的内周向表面115以相对的至少1度的角度远离矢量F1倾斜。类似地，尽管矢量F2与矢量F1间隔开并且图14的给定横截面与图12的给定横截面的垂直布置，第一密封唇缘111的外周向表面114以至少1度的角度远离矢量F2倾斜，而第二密封唇缘112的内周向表面115以相对的至少1度的角度远离矢量F2倾斜。周向表面114、115远离矢量F1、F2中的每一者的倾斜有利地防止了在压缩软密封结构122期间密封唇缘111、112中的每一者朝向彼此的不期望的屈曲，其中这种屈曲可能中断由密封唇缘111、112中的每一者提供的密封效果。这样，两个不同且流体紧密的环形密封表面由软密封结构122围绕穿过其形成的对应流开口144形成。
密封组件120中的每个密封组件通过将硬密封结构121安置在形成于软密封结构122的径向内表面145中的轴向缺口146内来组装。硬密封结构121的联接突出部193也接纳在软密封结构122的联接开口103内，同时框架构件190中的每个框架构件的侧向壁192围绕软密封结构122的侧向表面138延伸并接合所述侧向壁192。硬密封结构121与软密封结构122之间的各种不同接合保持结构121、122相对于彼此的位置。然后，密封组件120中的每个密封组件能够经由相对于阀本体160的轴向方向的***而接纳在阀本体160的凹穴172中的一个凹穴内。与本发明的第一实施方式不同，使与硬密封结构121相关联的侧向壁192与对应的凹穴172的侧向表面175而不是软密封结构122接合。旋转部件150再次轴向接纳在阀本体160内，其中导引特征131在逐步压缩软密封结构122中的每个软密封结构以在旋转部件150、硬密封结构121、软密封结构122和阀本体160之间形成期望的径向力时起到类似的作用。
贯穿图7至图14所示的本发明的实施方式提供了许多有利特征。首先，由于与软密封结构22相比，用于形成硬密封结构121的材料的刚性增加，因此硬密封结构121经由框架构件190与阀本体160直接接合的方式提高了硬密封结构121与阀本体160之间的连接的刚性。其次，如上所述，使用软密封结构122的一对密封唇缘111、122使存在于软密封结构122与阀本体160之间的密封表面加倍。最后，周缘部分125朝向其径向外表面129的渐缩允许更大的尺寸不一致性在旋转阀110的径向方向上被引入到旋转阀110中。这发生的原因是径向外表面129包括较小的表面面积，这使得硬密封结构121更容易在旋转阀110的径向方向上局部压缩软密封结构122，以考虑到相互作用的部件中任何部件、特别是涉及形成密封组件120中的每个密封组件的那些部件的尺寸的任何变化。径向外表面129的相对较小的表面面积使移位到软密封结构122中的表面面积的量最小，这进而降低了两个部件之间存在的合力曲线。这种关系允许软密封结构122形成得相对较薄，以用于进一步使旋转阀110所占用的包装空间最小。
现在参照图15至图17，公开了一种根据本发明的第三实施方式的密封组件220。从第三实施方式的图示可以明显看出，密封组件220的硬密封结构221包括与先前描述的硬密封结构21、121中的一者或另一者共有的结构，因此在本文中很大程度上省略了进一步的描述。所图示的硬密封结构221包括以下述方式从其周缘部分225延伸的一对框架构件290，其中硬密封结构221可以构造成接纳在关于上述第二实施方式的阀本体160所图示的凹穴172中的一个凹穴内。
密封组件220主要由于密封组件220的制造方法而与先前描述的密封组件20、120的不同。密封组件220是在二次注射模制工艺中形成的，其中密封组件220的软密封结构222经由使用单个模具被直接模制到硬密封结构221上。因此，两个结构221、222彼此联接，而不需要上文参照密封组件20、120描述的各种不同的定位和联接特征。因此，软密封结构222可以生产成具有简化的结构，该简化的结构不需要在形状和构型上与硬密封结构221和对应的阀本体中的每一者对应。在所提供的示例中，软密封结构222仅设置为下述筒形本体，该筒形本体与硬密封结构221的***部分225接合并且具有由筒形本体限定的中心流开口240。因此，密封组件220使用比先前描述的密封组件20、120少得多的材料，同时还减少了必须形成在密封结构221、222中的特定特征的数量，以用于满足相关旋转阀的密封要求。
关于本文中所公开的密封组件的新颖特征也可以容易地适用于除本文中所示出和描述的构型之外的任何种类的相关旋转阀构型。例如，尽管本文所示出和描述的密封组件被示出为定轮廓成用于接纳在筒形形状的旋转部件(旋塞)与具有筒形轮廓内表面的阀本体之间，但是应当理解的是，本文所公开的密封组件中的每个密封组件都可以定轮廓成用于接纳在替代性形状内，其中使对应的旋转部件(旋塞)相对于对应的阀本体的内表面绕中心轴线旋转。例如，根据需要，本文所公开的密封组件中的每个密封组件可以适用于与锥形形状的旋转部件和对应阀本体的锥形形状的内表面一起使用，或者适用于包括球形形状的旋转部件和对应阀本体的球形形状的内表面的球阀构型。
根据前述描述，本领域普通技术人员可以容易地确定本发明的本质特性，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作出各种改变和改型以使本发明适应各种用途和条件。
工业实用性
本发明涉及一种用于旋转阀的密封组件，并且更具体地，涉及一种包括软密封件和硬密封件中的每一者的密封组件，该密封组件用于确保固定阀本体的内表面与旋转部件的外表面之间的相对较低的摩擦和流体紧密密封。

Claims (20)

1.一种用于旋转阀的密封组件，所述旋转阀具有构造成相对于阀本体旋转的旋转部件，所述密封组件包括：
第一密封结构，所述第一密封结构构造成与所述旋转部件密封接合，所述第一密封结构由基本上刚性的材料形成；以及
第二密封结构，所述第二密封结构构造成与所述第一密封结构和所述阀本体密封接合，所述第二密封结构由可弹性变形的材料形成。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述基本上刚性的材料是热塑性材料。
3.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述热塑性材料是聚邻苯二甲酰胺或聚苯硫醚中的一者。
4.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述可弹性变形的材料是弹性体材料。
5.根据权利要求4所述的密封组件，其中，所述弹性体材料是
Figure FDA0003884549470000011
热塑性弹性体、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、
Figure FDA0003884549470000012
热塑性弹性体、EPDM泡沫、硅橡胶、腈或氨基甲酸酯中的一者。
6.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述基本上刚性的材料包括比所述可弹性变形的材料低的摩擦系数。
7.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述第二密封结构包括形成在所述第二密封结构中的缺口，所述缺口构造成接纳所述第一密封结构，其中，构造成与所述旋转部件密封接合的所述第一密封结构的一部分设置在所述缺口之外。
8.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述第二密封结构包括至少两个密封唇缘，所述至少两个密封唇缘构造成与所述阀本体密封接合，其中，所述至少两个密封唇缘中的每个密封唇缘围绕穿过所述第二密封结构形成的流开口在周缘延伸。
9.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述第一密封结构包括在朝向所述第二密封结构的方向上减小的厚度。
10.一种旋转阀，包括：
阀本体，所述阀本体包括形成在所述阀本体中的开口；
旋转部件，所述旋转部件接纳在所述阀本体的所述开口内，所述旋转部件构造成绕所述旋转部件的旋转轴线相对于所述阀本体旋转；
第一密封结构，所述第一密封结构构造成与所述旋转部件密封接合，所述第一密封结构由基本上刚性的材料形成；以及
第二密封结构，所述第二密封结构构造成与所述第一密封结构和所述阀本体密封接合，所述第二密封结构由可弹性变形的材料形成。
11.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述第二密封结构构造成与所述阀本体的内周向表面密封接合，所述内周向表面部分地限定所述阀本体中的所述开口，并且其中，所述第一密封结构构造成与所述旋转部件的外周向表面密封接合。
12.根据权利要求11所述的旋转阀，其中，所述阀本体的所述内周向表面限定凹穴，所述凹穴构造成将所述第二密封结构接纳在所述凹穴中。
13.根据权利要求11所述的旋转阀，其中，所述旋转部件的所述外周向表面是筒形形状、锥形形状或球形形状中的一者。
14.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述第一密封结构包括穿过所述第一密封结构形成的第一流开口，并且所述第二密封结构包括穿过所述第二密封结构形成的第二流开口，其中，所述第一流开口和所述第二流开口配合以在穿过所述旋转部件形成的通路与穿过所述阀本体形成的流体端口之间提供流体连通。
15.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述基本上刚性的材料是热塑性材料，并且所述可弹性变形的材料是弹性体材料。
16.根据权利要求15所述的旋转阀，其中，所述热塑性材料是聚邻苯二甲酰胺或聚苯硫醚中的一者，并且所述弹性体材料是
Figure FDA0003884549470000032
热塑性弹性体、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、
Figure FDA0003884549470000031
热塑性弹性体、EPDM泡沫、硅橡胶、腈或氨基甲酸酯中的一者。
17.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述第一密封结构由与所述旋转部件相同的材料形成。
18.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述第一密封结构包括渐缩导引特征，所述渐缩导引特征构造成帮助将所述旋转部件安装到所述阀本体的所述开口中。
19.根据权利要求18所述的旋转阀，其中，所述第一密封结构包括与所述第一密封结构的所述导引特征相反地形成的保持特征，并且其中，所述保持特征构造成被接纳在形成于所述阀本体中的保持缺口内。
20.根据权利要求10所述的旋转阀，其中，所述第二密封结构被压缩在所述第一密封结构与所述阀本体之间，其中，所述第二密封结构在朝向所述旋转部件的方向上对所述第一密封结构施加弹簧力。
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