CN102667179A - 用于缓冲活塞运动的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于缓冲压缩空气气缸(10；20)中的活塞运动的设备，该设备包括压缩空气气缸(10；20)、阀装置、压缩空气装置以及控制单元，该设备的特征在于，控制单元包括机构，其用于以这样的方式控制阀装置以使得在活塞到达压缩空气气缸的壳体之前活塞(12；22)的运动被缓冲。本发明还涉及一种用于所述设备的控制的方法。

Description

用于缓冲活塞运动的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于缓冲压缩空气气缸中的活塞运动的设备。
本发明还涉及一种包括该设备的齿轮箱，并涉及一种用于缓冲活塞运动的方法。
背景技术
多种类型的齿轮箱被用在例如车辆中以调节从车辆的发动机向驱动车辆的动力车轮的驱动轴的动力传输。齿轮箱包括主轴和与其平行的副轴，这两者具有在其周围布置的多个齿轮。沿轴的齿轮的数量取决于齿轮箱中的齿轮位置的数量。
齿轮变速包括所选择的齿轮被连接至驱动轴或副轴/从其分离，这样所期望的转矩被传输至驱动轴。它也包括变速杆的运动被传输至可相对于主轴和副轴沿横向方向移动的横向推力轴，和被传输至与主轴和副轴平行地移动的纵向轴。多个轴使齿轮沿副轴和主轴的接合/分离起作用。
使齿轮快速地和正确地连接至它们围绕其布置的各自的轴/从其分离需要向轴施加大量的轴向力。在润滑剂的粘度改变的低温下需要特别大量的力，从而导致齿轮箱中的多个部件不那么容易相对于彼此滑动。减少该问题的一种方法是提供一种与各自的轴结合的压缩空气气缸，以帮助轴运动，在这种情况下，压缩空气气缸位于各自的轴的延伸部中，以使得当来自车辆的压缩空气系统的压缩空气被供给至压缩空气气缸时帮助轴运动。
压缩空气气缸具有纵向心轴和位于圆形气缸腔中并且心轴被紧固在其中的活塞。活塞和心轴可在腔中的至少两个不同的位置之间移动。活塞被放置在腔中导致活塞一侧的空间V1和活塞的相反侧的空间V2。活塞以及因此与其连接的横向推力轴可以通过连接压缩空气并对各自的空间V1和V2加压而沿所期望的方向移动。
当压缩空气被供给至空间V1或V2时，活塞快速地朝向极限位置中的一个移动，在该位置，当与气缸的周围壳体碰撞时它停止。当活塞与壳体碰撞时该碰撞引起大的噪声。
对于衰减该噪声有多种不同的解决方案。一种变型是在活塞和壳体的接触表面之间提供一种碰撞-缓冲弹性元件。该方案的缺点是在碰撞缓冲元件分解之后，导致缓冲的损失，并且在更坏的情况下，导致剩余的碎片阻止或锁定壳体中的活塞。
用于衰减该噪声的另一种方案是在向各自的空间供给压缩空气的供给处放置持久的压缩物，以便降低活塞的速度，以使得它不能朝向壳体移动那么快。然而，压缩物也降低实际的齿轮变速，这是一个明显的缺点，因为快速的齿轮变速对于齿轮箱来说是重要的。
一种另外的缓冲装置是液压缓冲，但这是昂贵的，因为它复杂、需要维修并且在低温下不能令人满意地工作。
因此，需要一种用于活塞的缓冲的有效的设备，其不会遭受上面描述的缺点，以使得它不会与壳体碰撞。
发明内容
本发明的目标是消除上面的问题。它通过按照第一独立权利要求的设备和按照第二独立权利要求的方法获得。
用于缓冲(或抑制)压缩空气气缸中的活塞运动的设备包括：
-具有至少一个将传输来自压缩空气气缸的力的纵向心轴的压缩空气气缸，所述压缩空气气缸包括在其中被连接至纵向心轴的活塞被放置为在活塞的每一侧形成一个空间并且每个空间具有与其连接的压缩空气软管或管的壳体；
-沿每个压缩空气软管或管布置的阀装置；
-用于通过各自的压缩空气软管或管将压缩空气供给至每个空间的压缩空气装置，和
-被连接至每个阀装置以便通过压缩空气软管或管控制压缩空气何时被供给至和何时允许其离开压缩空气气缸中的空间的控制单元。
按照本发明的设备的特征在于，控制单元包括用于以这样的方式控制阀装置的机构，以便通过控制压缩空气向压缩空气气缸中的任一个空间的供给产生活塞和与其连接的心轴的运动，同时控制阀装置，这样在活塞的运动开始之前压缩空气被供给至其它的空间，以便由此缓冲活塞的运动。
因此，该设备使用的缓冲介质是在用于产生所期望的活塞运动的设备中已经可用的压缩空气。因此，该设备包括非常少的部件，因为缓冲介质，压缩空气通过两个也被用于产生压缩空气气缸的所期望的活塞运动的压缩空气软管被供给至压缩空气气缸并从其去除。
该设备在活塞碰到压缩空气气缸的壳体之前产生活塞的非常好的缓冲，其不复杂并且因此不昂贵。通过在活塞的运动开始之前已经供给的用于缓冲活塞的运动的压缩空气获得好的缓冲。
该设备的一个实施方式包括用于检测活塞的位置的机构。所检测的位置作为一个参数被传递到控制单元，并且在其中被用于确定为了最佳的缓冲，压缩空气需要何时被供给到空间中。活塞的位置的该确定使得缓冲可能响应于环境因素，例如压缩空气气缸的温度变化和调节，这大大影响活塞的运动速度。
在该设备的一个实施方式中，用于检测活塞的位置的机构位于空间的轴向延伸部中并包括与第一心轴共轴但是位于活塞的与第一心轴相反侧的第二心轴，和包括第二心轴在其中移动的凹槽的位置确定单元，以使得可以检测压缩空气气缸中的活塞的位置。这种类型的用于检测活塞的位置的机构提供其位置的可靠的和精确的确定，通过该确定也可以确定其运动。
在该设备的一个实施方式中，活塞可在压缩空气气缸中的两个位置之间移动，在该设备的另一个实施方式中，活塞可在压缩空气气缸中的三个位置之间移动，中间位置是活塞通过被放置在活塞和活塞每一侧的壳体之间的心轴周围的螺旋弹簧返回的静止位置。压缩空气气缸的构造可以根据它将在其中使用的应用变化。不考虑该设备的构造，结果是可靠的设备和活塞运动的非常好的缓冲。
在该设备的一个实施方式中，阀装置是使得可能以令人满意的精度控制向压缩空气气缸的空间和从压缩空气气缸的空间的压缩空气流动的电磁阀。
按照本发明的设备可以被有利地用在压缩空气气缸的纵向心轴在其中被连接至齿轮箱的被用在齿轮箱中的多个齿轮位置的连接/分离中的任意轴的齿轮箱中。按照本发明的设备减小齿轮箱的构成部件上的磨损和每次活塞与压缩空气气缸的壳体碰撞所产生的噪音量。
当该设备用在齿轮箱中时，压缩空气气缸的纵向心轴可以有利地被连接至齿轮箱中的横向推力轴。横向推力轴相对于齿轮箱的主轴和副轴是横向的。
本发明还涉及一种用于缓冲如上所述的设备中的活塞运动的方法，该方法包括步骤：
-控制单元启动阀装置，以使得在活塞的运动开始之前，将被用于缓冲活塞的运动的空间被加压至少一次，以便由此在到达壳体之前缓冲活塞的运动；
-控制单元启动阀装置，以对沿所期望的方向产生活塞运动的空间加压。
该方法在不需要现有的压缩空气气缸的大的修改的情况下提供活塞运动的非常好的缓冲。
该方法的一个实施方式还包括检测活塞的位置和控制单元采用该信息用于压缩空气气缸中的空间加压的可靠的控制的步骤。所述另一个步骤使得可能基于当时的条件获得活塞缓冲的更精确的控制。
在该方法的一个实施方式中，两个空间被同时加压，这是利用所期望的缓冲的简单的并且因此可靠的方法，从而产生不那么复杂的控制单元和控制机构。
该方法的一个实施方式还包括允许空间中的用于缓冲活塞的运动的空气在空间被加压之后的某个时间借助于打开压缩空气阀的控制单元通过压缩空气软管或管离开空间的步骤。所述另一个步骤表示用于使活塞缓冲最佳的另一个参数。
附图说明
下面参照其在附图中示出的其实施方式对本发明进行更详细的解释，在其中：
图1示意性地示出了压缩空气气缸的第一实施方式。
图2示意性地示出了压缩空气气缸的第二实施方式。
图3是用于压缩空气气缸的空间的加压的一个选择的示意性的图表。
图4是用于压缩空气气缸的空间的加压的第二选择的示意性的图表。
具体实施方式
图1示意性地示出了一个非常简单的压缩空气气缸10的第一实施方式。压缩空气气缸包括容纳活塞12和与其连接的纵向心轴13并且从活塞的一侧的中心通过压缩空气气缸10的一个端壁延伸并从壳体11出来的壳体11，以使得压缩空气气缸产生的轴向运动可以被适当地用在所期望的应用中。
压缩空气气缸10的内腔大致是圆柱的，但是假设与活塞的形状一致，那么其它的形状也是可能的。为了压缩空气气缸按预期起作用，在活塞的外周和腔的内部之间，和心轴的周围和壳体端壁中的出口之间有好的密封设备是重要的。有多种类型的滑动密封设备，其可以被放置在活塞的外周上和出口的内表面上。壳体的外部的构造可以根据压缩空气气缸将在其中使用的应用变化。
其大小(容量)取决于压缩空气气缸中的活塞的位置的空间在活塞12的每一侧的腔中形成。在图1和2中，一个空间被指定为V1，活塞相反侧的空间被指定为V2。如前面提到的，这些空间的容量取决于腔中的活塞的轴向位置。在图1中示出的实施方式中，活塞和与其连接的心轴可在腔的各自端部的两个不同的位置之间移动，而图2中示出的压缩空气气缸的实施方式中的活塞可在三个不同的位置之间移动。
在压缩气体气缸的每一端，具有结合的压缩空气阀30的压缩空气软管14以这样的方式被连接至靠近各自的端壁的腔，以至于一个软管被引导到空间V1中，另一个软管被引导到活塞相反侧的空间V2中。各自的压缩空气软管14被连接至不断地向其供给压缩空气的压缩空气源31。活塞和因此与其连接的心轴可以通过打开阀并且由此连接压缩空气和对各自的空间V1和V2加压而在两个位置之间沿所期望的方向移动。
图2示出了压缩空气气缸20的第二实施方式。该压缩空气气缸同样地具有包含大致圆柱的腔的周围壳体21，和活塞22和与其连接的纵向心轴23。在这种情况下，心轴23从活塞中心的两侧伸出。在活塞的一侧，它从活塞延伸，通过活塞该侧的空间V2，并从壳体21出来，以使得压缩空气气缸产生的轴向运动可以被适当地使用。
在活塞22的另一侧，第二心轴29与第一心轴23共轴地延伸。第二心轴29起位于空间的轴向延伸部中的位置确定单元26的一部分的作用。位置确定单元26还包括位于空间的端壁28的中心的凹槽25。当活塞22朝向或远离端壁28移动时，第二心轴29在凹槽25中移动，并且至少与第二心轴29的长度一样长。位置确定单元26检测凹槽25中的心轴的位置，并且使得可以检测压缩气体气缸中的活塞的运动速度。位置确定单元当然也可以与压缩气体气缸的第一实施方式结合地使用。
压缩空气气缸还包括两个每个沿轴向方向位于各自的空间的端壁和活塞的各自一侧的螺旋弹簧27。这些螺旋弹簧的主要作用是在活塞可在压缩气体气缸中沿两个轴向方向从静止位置移动的情况下使活塞和结合的心轴返回活塞的大致位于压缩空气气缸的中心的静止位置。如在上面说明的压缩气体气缸的实施方式中，该压缩空气气缸具有压缩空气软管24和未示出的位于腔的各自端部的压缩空气阀。
压缩空气阀，无论其构造如何，都被包括控制机构，例如用于使压缩空气阀的基于某些参数的所期望的控制起作用的程序代码的控制单元32控制。如果压缩空气气缸具有用于检测活塞的位置和速度的位置确定装置，那么这是特别地被控制单元使用的参数。
当需要如上面说明的压缩空气气缸产生的轴向运动时，控制单元启动压缩空气阀，当加压并且压缩空气被供给至所选择的空间时，其产生所期望的活塞和心轴运动。然而，由于获得活塞运动的缓冲的目标，因此控制单元在其启动该空间以获得活塞运动之前或同时，启动对压缩空气气缸中的第二空间加压的压缩空气阀，以使得空间中的压缩空气起缓冲介质的作用并缓冲活塞运动。由此，在活塞到达腔的端部之前，该空间中的压缩空气将有效地缓冲活塞运动。
用于缓冲活塞运动的空间的加压可以在从对用于产生活塞运动的空间加压之前不久到与对产生活塞运动的空间加压的同时的范围内的任意时间发生。然而，为了获得所期望的活塞的缓冲，对空间加压以缓冲活塞运动总需要在压缩空气气缸中的活塞运动开始之前启动。实例在图3和4中示意性地示出，在其中，表示用于产生活塞运动的空间的加压的加压p1和构成活塞缓冲的p2被示出为时间的函数。在图3中，用于活塞运动的空间V1和缓冲空间V2在时间T被同时加压，但是空间V2中的压力p2在时间td之后被去除。
然而，在图4中，p2、即缓冲空间V2在加压p1、即用于获得活塞运动的加压之前不久的时间T被加压。在某些应用中，该方法非常适合在期望的情况下使得更大的缓冲成为可能。在两种情况下，加压时间td的长度可以被用作用于进一步控制所应用的活塞缓冲量的参数。这可能例如被用于根据例如压缩空气阀被用在其中的齿轮箱中的温度调节缓冲，因为润滑剂的粘度取决于温度。较长的启动时间td导致更大的活塞缓冲。
因此，压缩空气借助于控制单元被部分地用于产生所期望的活塞运动，但是也被用作缓冲介质，该控制单元在所选择的情况下启动相反的空间的加压，以便缓冲活塞的运动。
将缓冲活塞运动的空间的加压通过控制单元打开压缩空气阀终止，因此，活塞的力使空间中的空气通过压缩空气软管从空间流出，并进入周围空气。
以上，本发明以多个实施方式的形式进行描述，但也可以想到多种修改，例如：
-压缩空气气缸可以多种不同的方法构造，例如，在其剖面形状方面。
-压缩空气气缸可以具有活塞可以在其中静止的多个位置。
-控制单元可以被构造和适于适应所期望的缓冲特性。
虽然基于某些作为例子的实施方式进行了描述，然而本发明未被限制于它们，而是基于所附的权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种用于缓冲压缩空气气缸(10；20)中的活塞运动的设备，所述设备包括：
-压缩空气气缸(10；20)，其具有至少一个用于传输来自所述压缩空气气缸(10；20)的力的纵向心轴(13；23)，所述压缩空气气缸包括壳体(11；21)，在所述壳体(11；21)中，被连接至纵向心轴的活塞(12；22)以这样的方式被放置以至于在活塞的每一侧形成一个空间(V1；V2)并且每个空间(V1；V2)具有与所述空间连接的压缩空气软管(14；24)或管；
-沿每个压缩空气软管或管布置的阀装置(30)；
-用于经由各自的压缩空气软管(14；24)或管将压缩空气供给至每个空间(V1，V2)的压缩空气装置(31)，以及
-控制单元(32)，其被连接至每个阀装置(30)，以经由压缩空气软管(14；24)或管来控制何时压缩空气被供给至压缩空气气缸(10；20)中的空间(V1，V2)以及何时压缩空气被允许离开所述空间(V1，V2)，
所述控制单元(32)还包括机构，所述机构用于以这样的方式控制阀装置(30)，以便通过控制压缩空气向压缩空气气缸(10；20)中的各自空间(V1，V2)的供给，所述机构产生活塞(12；22)和与所述活塞(12；22)连接的心轴(13；23)的运动，其特征在于，所述阀装置(30)被控制，以使得在活塞(12；22)的运动开始之前压缩空气被供给至第二空间(V1，V2)，以便由此缓冲活塞(12；22)的运动。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于检测活塞(22)的位置的机构，以使得所检测的位置可以作为参数经由线路(33)被传递到控制单元(32)，以便确定何时压缩空气必须被供给到空间(V1，V2)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述用于检测活塞(22)的位置的机构位于所述空间的轴向延伸部中，并且包括与第一心轴(23)共轴且位于活塞(22)的与第一心轴(23)相反侧的第二心轴(29)，一位置确定单元(26)包括凹槽(25)，第二心轴(29)在所述凹槽(25)中移动，以使得可以检测压缩空气气缸中的活塞(22)的位置。
4.如权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于，所述活塞(12)可在压缩空气气缸(10)中的两个位置之间移动。
5.如权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于，所述活塞(22)可在压缩空气气缸(20)中的三个位置之间移动，中间位置是静止位置，其中活塞(22)通过围绕处于活塞(22)与活塞(22)每一侧的壳体(21)之间的心轴(23)被放置的螺旋弹簧(27)而返回所述静止位置。
6.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述阀装置(30)是电磁阀。
7.一种齿轮箱，其包括如权利要求1-6中的任一项所述的设备，并且其中所述压缩空气气缸(10；20)的纵向心轴(13；23)被连接至齿轮箱中的当连接/分离齿轮箱中的多个齿轮位置时被使用的轴中的任一个。
8.如权利要求7所述的齿轮箱，其特征在于，所述纵向心轴(13；23)被连接至齿轮箱中的横向推力轴。
9.一种用于缓冲如权利要求1-6中的任一项所述的设备中的活塞运动的方法，所述方法包括以下步骤：
-控制单元(32)启动阀装置(30)，以使得在活塞(12；22)的运动开始之前，将用于缓冲活塞(12；22)的运动的空间(V1，V2)被加压至少一次，以便由此在所述活塞到达壳体(11；21)之前缓冲活塞(12；22)的运动；
-控制单元(32)启动阀装置(30)，以对沿所期望的方向产生活塞运动的空间(V1，V2)加压。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：检测压缩空气气缸(20)中的活塞(22)的位置，并且从而控制单元(32)采用所述信息以用于空间(V1，V2)加压的可靠控制。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述控制单元同时对空间(V1，V2)加压。
12.如权利要求9-11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使活塞(22)返回静止位置的步骤。
13.如权利要求9-12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：允许空间(V1，V2)中的用于缓冲活塞(12；22)的运动的空气在空间(V1，V2)已经被加压之后的某个时间通过控制单元打开阀装置(30)来经由压缩空气软管(14；24)或管离开所述空间(V1，V2)。
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