CN100335841C - 气囊及其充注方法 - Google Patents

Abstract

一种气囊包括中空本体部分(1)和盖(2)，所述盖包括设置了充注口(3A)的茎部(3)。在组装所述本体部分(1)和所述盖(2)之前，塞子构件(4)被松松地插入所述囊内。在用气体充注所述囊的过程中，所述塞子构件(4)位于所述囊的所述本体内，且在释放所述囊的所述口(3A)处的气体压力之前，通过例如使囊倒置以使得塞子构件在重力下不能落入所述囊(1)体和所述充注口(3A)之间的位置，使所述塞子构件移动以阻塞出自所述囊中的气体路径。气体压力随后被释放以使得所述塞子构件(4)在气体压力下受力进入所述茎部(3)内以形成封闭所述充注口(3A)的气密密封。所述充注口(3A)可随后进行焊接以形成永久封闭。

Description

气囊及其充注方法

技术领域

本发明涉及对气囊和与其相关的改进。更具体而言，但不排他地，本发明涉及旨在相对较高的压力下进行充注且随后通过焊接所述囊的充注口而进行密封的这种类型的相对较小的气囊的充注。

背景技术

例如在EP-A-0757202和EP-A-0821195中描述了相对较小的气囊，所述气囊包含在相对较高的压力下的气体例如氦气，且旨在用于通过打破囊的封口而释放小体积的气体作为一次使用的剂量。例如在EP-A-0947760中描述了一种充注和密封这种囊的方法。

在用气体，例如氦气，充注和密封具有相对较小尺寸的气囊的过程中，在充注温度下的蒸气压力高于囊要进行充注的压力，确保密封的囊内的气体压力在所需压力限度内是特别困难的。这是由于与其它一些小气囊，例如含有液体二氧化碳的小气囊不同的是，包含在囊内的气体不是以液体的形式存在的，且充注压力因此与囊内的气体体积直接相关。

特别地，由于氦气可渗透通过最小的泄漏路径的能力，因此氦气是一种很难被限制在密封容器内的气体，对于小体积的气囊而言，这有效地不仅需要容器通过焊接进行密封，而且需要在焊接部位中的囊材料的熔合足以确保焊接部位的整体性且确保去除了由于缺陷例如焊缝孔隙造成的任何潜在的泄漏路径。

在上面提到的EP-A-0947760中描述了一种用于焊接这种囊的方法，所述方法包括当所述囊在压力下充注有流体时，对所述囊的颈部部分进行压接，以及随后释放所述囊的自由端以使得其焊接能够在无充注囊的气体的环境中进行。

然而，在囊的焊接过程中在其颈部保持气密压接部的必要性不仅在制造中是不方便的而且难以在涉及大量囊的快速充注的生产线中实现。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种充注和密封大体上如上面所述类型的囊的改进方法。

根据本发明的一个方面，一种充注具有中空本体部分和被组装到其上的盖且包括设置了充注口的茎部的所述类型的气囊的方法包括以下步骤：在组装本体部分和盖部之前在所述囊内设置塞子构件，所述塞子构件在所述囊内是松的；在压力下用气体充注所述囊，导致塞子构件处于囊体和充注口之间的位置以阻塞出自所述囊的气体路径；并且释放囊口处的气体压力以便导致塞子构件在所述囊内的气体压力下受力形成与限定出通向囊口的通道的盖构件的一部分的气密接合。

本发明的方法具有以下优点，即通过适当选择塞子构件的构型和材料以及要接收塞子构件的气体通道的适当构型，可获得在确保所述囊的有效密封可能需要进行的随后的焊接步骤中至少足以保持囊内所需的气体压力的气密密封。

例如可应用EP-A-0947760中的方法以形成容器的焊接密封，除以下情况之外，所述情况为在容器的颈部中制成的第一压接部可在关于容器本体的塞子构件的下游侧上的容器茎部的一部分上实现，以便在压接点处不存在充注气体的情况下可大体上实现压接。在焊接工艺中充注气体渗透到焊接环境中的可能性因此被大大降低，由此提高了焊接质量。

从下面的描述将易于理解根据本发明的方法的进一步的特征和优点。

附图说明

结合附图并通过实例的方式对本发明进行说明，其中：

图1是在采用根据本发明的一个实施例所述的方法进行充注和密封后的气囊的剖视图；

图2至图6以示意图的形式示出了用于充注和密封图1所示类型的囊的根据本发明的工艺中的步骤；

图7是在图1所示的囊口处形成焊接密封的方法的示意图；和

图8是与图1相似的剖视图，图中示出了所述囊的一种变型形式。

具体实施方式

参见图1，图中示出了根据本发明的一个实施例进行充注和密封的气囊。以已公知的方式，所述囊包括通过盖2被封闭住的本体部分1，所述本体部分和盖均具有大体上圆柱形的构造。囊的本体在端部1a处被封闭且在1b处渐细以形成颈部，盖2的缘部2a接合在所述颈部上，缘部2a的自由边缘通过填角焊缝，未示出，被焊接到本体1a的颈部上。盖2具有一体的茎部3，所述茎部的前端部3a具有减小的直径且旨在通过焊接进行密封。

如图1所示，茎部3包含以由例如硅橡胶材料制成的弹性体球4的形式存在的塞子构件，所述塞子构件能够通过压靠在茎部顶部3a上游的茎部3的收缩部分3b上而形成气密密封。在图1所示的位置中，球4在所述囊的本体1内含有的气体压力下以将在下面进行更详细地描述的方式已经受力形成与茎部3的接合。然而，在这个阶段应该提到的是，尽管在图1中为了方便起见，示出球4具有球形形状，但实践中所述球会产生弹性变形以符合茎部3的内表面。所述球4可具有比茎部3的内径略小的直径。在盖2的更宽部分和茎部3的孔之间的接合处形成了圆锥形表面5，所述圆锥形表面帮助引导球4进入茎部3内。

下面结合图2-图6对充注图1所示的囊的方法进行更详细的描述。

在组装本体1和盖2之前，一开始球4被引入本体1内，以使得球4被松散地容纳在本体1内且通过盖2被截留在所述本体中。如图2所示，本体1和盖2通过激光焊接进行结合。当被保持在包括在上部分6和下部分7的夹具内时，所述上部分和下部分保持本体和盖处于紧密接合状态，所述夹具围绕囊的纵向轴线进行旋转，如箭头8所示，同时激光束9被引导至本体1和盖2之间的接合处以形成上面提到的填角焊缝。在焊接过程中，球4位于盖2的上端部内。

在从夹具6、7中去除后，所述囊被倒置成图3所示的位置，且气体压力通过顶部3a被施加到盖2的口上，以便确保球4移动远离盖2且松散地放置在本体1内。在图4所示的第二步骤中，所述囊通过茎部3被排空且随后在高压下充注氦气，如图5所示。

可根据所述囊的预期用途选择囊的充注压力，且所述充注压力通常在10和80巴之间。

当气体压力被保持在所需水平时，囊被倒置，如图6所示，以便导致球4落入盖2内，以使得根据球的直径，所述球或者落入茎部3内或者保持受到表面5的周边的支承。施加在顶部3a的口处的气体压力随后被释放，导致球4受到囊内的气体压力的驱动，以使得其被制动以在茎部的收缩部分3b处形成密封。所述囊随后处于图1所示的状态。

在图1所示的状态下，囊实际上为含有在高压下的气体的密封容器。根据气体充注的性质，由球4形成的密封可证明对于囊的所需用途是有效的。当用氦气充注囊时，由于氦气气体的渗透特性，由硅橡胶球4形成的密封不足以形成永久密封，且因此茎部3的顶部3a必须通过焊接进行密封。

如图7示意性地示出的，所述囊处于图1所示的直立位置，且茎部3的顶部3a通过由下部的一对压接夹爪10形成的第一压接部进行封闭，所述下部压接夹爪刚好在收缩部分3b上方接合顶部3a，且顶部3的自由端随后通过上部的一对压接夹爪11进行压接。在释放夹爪11后，顶部3a的端部以已经在上面描述的方式通过激光焊接进行密封。此外，依照根据本发明的方法的优选特征，导致第三对夹爪12在球4下面的一点处使茎部3收缩，以阻止球在密封后移出茎部3外。应该意识到，一旦顶部3a的端部通过焊接被永久密封，气体例如氦气的渗透将使得气体压力能够在球4的上面和下面的点处变得相等，且因此存在球4可在茎部3不产生变形以便将球4截留在适当位置的情况下被释放回所述囊的本体1内的可能性。

应该意识到，可在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对上面描述的本发明的方法做出各种改变。因此，尽管在所述方法中导致球4在重力的影响下移动成图6所示的位置，但可以想到可通过其它手段实现运动，因此避免了倒置所述囊的需要。如图8所示，所述方法可被应用到所述囊的一种变型形式上，其中茎部3的收缩部3b以更逐渐锥形渐细体的形式而不是以阶梯状肩部的形式存在。锥形渐细的收缩部3b可更适于在更低的气体压力下充注囊，这是因为相应地增加了茎部的部分3b在施加气体压力的情况下在使球4收缩方面的机械优势。图8所示的囊可以与在上面结合图7所描述的方式相似的方式设有焊接密封。

在实践中，本发明的方法已经证明在形成暂时密封方面是成功的，所述暂时密封足以在囊的充注和用以形成永久密封的顶部3a随后的焊接之间的相对较短的期间将充注气体例如氦气保持在所述囊内。

应该意识到，在所描述的本发明的实施例中实现的气体密封的有效性取决于对用于囊和塞子构件的合适材料以及相应的部件的相对尺寸、其表面光洁度和茎部3的收缩部分3b的锥角的适当选择。尽管这些参数可易于通过试验和实验被确定，但实践中已经获得了满意的结果，其中所述囊的本体部分和盖可通过由铝的深冲压形成，茎部3在收缩部3b上游端处的内径在2.15和2.25mm之间。收缩部分3b相对于茎部3的纵向轴线的锥角可以在用于图8所示的渐细茎部的7°和用于图1所示的茎部的实施例的60°之间。采用具有这种尺寸的茎部，球4可被形成作为硅酮弹性体的球体，所述硅酮弹性体球体具有2.0mm至2.3mm范围内的直径且具有45至65IRHD范围内的肖氏硬度。为了阻止具有这种尺寸的弹性体球在充注工艺中由于静电被粘附到铝囊的内壁上，优选通过将适当比例的导电材料例如碳黑加入硅酮弹性体中，或者通过利用导电材料例如石墨粉对其表面进行处理而使其具有导电性。

在实践中，上述参数的选择已经使得能够对由铝制成的囊进行令人满意的密封，所述囊具有3-5毫升的内部体积且在10至80巴的压力下用氦气进行充注。

Claims (12)

1、一种充注包括中空本体部分和被组装到其上的盖的气囊的方法，盖包括设置了充注口的茎部，所述方法包括以下步骤：在组装本体部分和盖之前在所述气囊的本体部分内设置塞子构件，所述塞子构件在所述气囊的本体部分内是松的，组装本体部分和盖，接着在压力下用气体充注所述气囊，导致塞子构件处于所述气囊的本体和所述充注口之间的位置以阻塞出自所述囊中的气体路径；并且释放所述囊的所述口处的气体压力以便导致所述塞子构件在所述气囊内的气体压力作用下受力，形成与限定通向所述囊的所述口的通道的所述盖构件的一部分的气密接合。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述通道被形成以使得其包括在所述茎部内的孔，所述孔具有直径减小的收缩部分，且所述塞子构件被形成作为弹性材料的球，所述球形成一定尺寸以使得在所述气体压力下，其受力进入所述孔内且被截留形成与所述收缩部分的流体紧密接合。

3、根据权利要求2所述的方法，其中所述孔设有邻近所述囊的所述本体部分的具有更宽直径的第一部分和邻近所述充注口的具有更窄直径的第二部分，且其中所述收缩部分包括肩部，所述肩部联接所述更宽和更窄的部分且形成用于在所述气体压力下受到所述球的接合的座。

4、根据权利要求2所述的方法，其中所述孔设有邻近所述囊的所述本体部分的具有更宽直径的第一部分和邻近所述充注口的具有更窄直径的第二部分，且其中所述收缩部分包括在所述更宽和更窄部分之间延伸的所述孔的渐细部分，由此在所述气体的压力下，所述弹性球受力沿所述渐细部分且被压缩至某个点处，在所述点处其被截留在所述孔内。

5、根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述本体部分和所述盖由铝或铝合金形成。

6、根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3-5中任一项所述的方法，其中所述球由硅橡胶形成。

7、根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3-6中任一项所述的方法，其中在使所述球进入所述孔内后，所述茎部永久地向内变形以使所述囊的本体和所述球之间的所述孔收缩，以便将所述球截留在所述盖的所述茎部内。

8、根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在所述释放所述茎部的所述充注口处的气体压力后，所述茎部的所述顶部被焊接以封闭所述口。

9、根据权利要求8所述的方法，其中所述焊接步骤包括以下步骤：在紧邻所述口的第一对压接夹爪之间对所述茎部进行压接以便压平并封闭后者；在第二对压接夹爪之间在与所述口间隔一定距离的点处对所述茎部进行压接；当所述茎部位于所述第二对夹爪之间时，释放第一对压接夹爪；并且通过引导激光束沿由压平的口形成的线焊接所述口。

10、根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在压力下进行用气体充注所述囊的所述步骤之前，所述囊首先用气体进行冲刷且随后被排空，在冲刷和排空过程中设置所述囊的取向使所述充注口位于向上的位置，由此导致所述塞子构件在所述排空步骤中松散地放置在所述囊的底部中。

11、根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中导致所述塞子构件采用所述位置，以在重力的影响下通过设置所述囊的取向使所述充注口处于向下的位置，从而阻塞气体路径。

12、一种采用权利要求1-4中任一项所述的方法生产的包含充注气体的囊。

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