CN107787417A - 包括安全装置的可压缩流体装置和保护可压缩流体装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种可压缩流体装置(1)，诸如气弹簧。所述装置包括：壳体(11)，其界定压缩腔(12)；活塞(15)，其可在腔(12)内移动；以及安全构件(2)，其以这样的方式放置：在活塞超行程时被活塞(15)撞击，由此从压缩腔(12)排放可压缩流体中的至少一些。所述装置还包括预撞击构件(25)，所述预撞击构件被布置成在安全构件(2)被撞击之前被撞击，使得安全构件(2)仅在达到预定的超行程压缩力时被撞击。

Description

包括安全装置的可压缩流体装置和保护可压缩流体装置的 方法
技术领域
本公开涉及可用于可压缩流体装置(诸如气弹簧、阻尼器和气动致动器)中的安全装置。
本公开还涉及一种防止这种安全装置在不应该被触发时被触发的方法。
背景
当通过深拉拔金属片成形产品时，气弹簧用于保持金属片并且用于在成形操作之后帮助将工具半部彼此分开。支撑金属片保持件的气弹簧在压制周期开始时被加载，并且在其后被释放。每个气弹簧被加载的程度取决于压制周期、压制产品的形式和有效行程长度的形式。为了优化金属片的成形操作，需要完全控制压制周期。
存在不能以令人满意的方式控制压制周期的风险。气弹簧可能会因超行程(overstroke)而受到不利影响，超行程是前进过远，超过气弹簧的标称行程长度的压缩行程。这种超行程可能会导致组成气弹簧的部件(包括气缸、活塞杆、活塞和引导件)受到损坏，从而导致寿命缩短或在最坏的情况下会导致破裂。此外，也许更严重的是，如果气弹簧超行程，压制工具和其他类型的设备可能会被损坏。
为了避免这种类型的问题，存在具有安全装置的气弹簧，例如在EP0959263B1和EP1241373B1中公开的气弹簧，其中安全塞被安装在气缸的底部。
但是，使用这种安全塞时，可能会出现意外和无意地触发安全装置的情况。其中一种这样情况是当使气弹簧故意排出气体(例如为了配合维护)时。金属片保持件的重量可能会意外地压缩空的或近似空的气弹簧，使其到达其末端位置并触发超行程保护。
因此，需要一种在这方面得到改进的安全装置。
概述
因此，总的目的是提供一种改进的安全装置。具体地，目的是提供一种安全装置，其无意地被触发的风险降低，同时仍然对超行程提供足够的保护。
本发明由所附独立权利要求限定，其中在所附从属权利要求中、在以下描述中以及在附图中阐述实施方案。
根据第一方面，提供了一种可压缩流体装置，诸如气弹簧，所述装置包括：壳体，其界定压缩腔；活塞，其可在腔内移动；以及安全构件，其以这样的方式放置：在活塞超行程时被活塞撞击，由此从压缩腔排放可压缩流体中的至少一些。所述装置还包括预撞击构件，所述预撞击构件被布置成在安全构件被撞击之前被活塞撞击，使得安全构件仅在达到预定的超行程压缩力时被撞击。
作为非限制性示例，可压缩流体装置可以是气弹簧、阻尼器或气动活塞。
通过提供预撞击构件，可以防止安全装置意外触发，例如在活塞超行程的情况下。在例如气弹簧经受负载的同时摆脱流体压力的情况下，可能发生这种情况。
预撞击构件可以布置在安全装置上，布置在腔壁上或活塞上，只要预撞击构件能够在安全装置之前接收来自活塞的力即可。
安全构件可以从腔壁部分向内延伸，并且预撞击构件可以比安全构件从腔壁向内延伸得更远。在所示的示例中，安全构件设置在气缸的底壁中。
预撞击构件可以包括被布置成当被预定的力撞击时变形的部分，并且安全构件仅在这种变形已经实现时才能相对于所述腔壁移动。
安全构件可以包括暴露在压缩腔中的撞击部分，并且可以包括密封部分，所述密封部分被布置成防止可压缩流体离开所述压缩腔，直到安全构件已经被撞击。
安全构件可以包括主体，所述主体被接纳在设置在腔壁中的安全通道中。
主体可以压配合在安全通道中。
替代地或作为补充，可以在主体和安全通道的壁之间设置游隙。
替代地或作为补充，主体可以通过螺纹连接来连接到安全通道。
预撞击构件可以形成为与安全构件分离的部件。
例如，预撞击构件可以形成为附接到腔壁的内侧的部件。替代地或作为补充，预撞击构件可以形成为与腔壁的内侧成一体的部件。
预撞击构件可以与安全构件成一体。
预撞击构件可以通过材料桥连接到安全构件。
材料桥可以大体上延伸安全构件的整个圆周。此外，材料桥可以沿径向从安全构件延伸到预撞击构件。
材料桥可以具有沿轴向方向观察到的厚度，该厚度在至少两个不同的厚度之间变化。
材料桥可以在预撞击构件的最靠近腔壁的部分处连接到预撞击构件。
材料桥可以在预撞击构件的与腔壁间隔开的部分处连接到预撞击构件，使得当预撞击构件安装在腔壁中时，在材料桥和腔壁之间形成间隔。
安全构件还可以包括轴向延伸的通风通道。
通过在压缩腔和密封构件之间提供连接，当安全构件已经被撞击时，通风通道可以促进压缩腔的排放。
通风通道延伸穿过材料桥和/或穿过主体。
安全构件还包括过压安全装置(overpressure safety device)，所述过压安全装置适于在压缩腔中的压力超过预定的最大压力时从压缩腔排放至少一些流体。
过压安全装置可以布置成与通风通道连接。
这种过压安全装置可以包括安全装置的可变形或可断裂部分。
根据第二方面，提供一种保护可压缩流体装置(诸如气弹簧)的方法，所述可压缩流体装置包括界定压缩腔的壳体和可以在腔中移动的活塞。所述方法包括：在活塞压缩地超行程时，致使活塞撞击安全构件，以使得所述安全构件致使所述装置中的可压缩流体中的至少一些被排放；致使预撞击构件在活塞撞击所述安全构件之前被撞击；以及致使所述活塞仅在预撞击构件的预定变形或移动已经实现之后撞击安全构件。
附图简述
图1a-1d是气弹簧的示意性截面图，其示出了本公开的安全装置构思的设计和操作。
图2a-2d是安全装置的示意性透视图。
图3a-3b是图2a-2d的安全装置的示意性截面图。
图4a-4c是更详细地示出本公开的安全装置构思的操作的示意性截面图。
图5是示出安全装置的第一设计的示意性截面图。
图6是示出安全装置的第二设计的示意性截面图。
图7是示出安全装置的第三设计的示意性截面图。
图8是示出安全装置的第四设计的示意性截面图。
图9是示出安全装置的第五设计的示意性截面图。
图10a-10c示意性地示出了安全装置与预撞击构件之间的连接的另一种设计。
图11a-11b示意性地示出了安全装置与预撞击构件之间的连接的另一种设计。
图12示意性地示出了安全装置与预撞击构件之间的连接的另一种设计。
详细描述
图1a-1d是气弹簧1的示意性截面图，气弹簧1包括安全装置2，如下面将进一步描述的。
虽然参考气弹簧进行描述，但是应该理解，本公开的安全装置也可以应用于其他可压缩流体装置，诸如阻尼器或气动致动器。还可以想到的是，本公开可以应用于不可压缩流体类型的应用，例如液压缸。
气弹簧1包括界定压缩腔12的壳体11和可以通过诸如O形环的密封装置(未示出)相对于壳体11被密封的引导件13。当经受负载3时，活塞15可移动地布置在压缩腔中。壳体11呈现出大体上圆柱形的侧壁111和底壁112。
气弹簧1的这样的操作是常规的。也就是说，当活塞15被负载3推入压缩腔12时，存在于压缩腔12中的流体被压缩，即“压缩行程”。一旦负载3被释放，活塞15就被加压流体向后推出，即“返回行程”。
活塞15可以在外极限和内极限之间移动，外极限可以设置在引导件13上，并且内极限可以最终由底壁提供。
安全装置2可以布置在凹部113中，凹部113形成在底壁112中。
安全装置2总体上形成为塞，塞的一部分从腔壁向内突出，当经受足够大的轴向负载3时，塞可在凹部113内沿轴向移置，通常是向外移置，当发生超行程时就是这样。
参考图2a-2d，安全装置2可以包括安全装置主体20、密封件保持件21、密封构件22和端板23。安全装置可以包括轴向延伸的通风通道24。
安全装置2还包括预撞击构件25。
主体20可以形成为具有适于与凹部113的横截面配合的横截面的大体上圆柱形的构件。
主体20具有撞击部分201，撞击部分201被布置成从底壁112向内突出并且当活塞超行程时被活塞15撞击。
密封件保持件21可以与主体20成一体，例如与主体20一体形成。密封件保持件可以被设置成沿径向开口的周向凹槽的形式，其适于接纳O形环22，该O形环被布置成抵靠凹部113的壁密封。当被接纳在密封件保持件21和凹部113的壁之间时，O形环可以被压缩。
在安全装置2的轴向最靠外部分处可以设置端板23。端板23可以形成密封件保持件21的一部分，例如通过提供密封件保持件21的轴向极限，从而防止密封构件22离开密封件保持件21。
端板23可进一步被布置成在受到过大压力时弯曲或断裂(剪断)，使得压缩腔的流体可以以受控的方式排出。例如，如图3a所示，可以设置破裂痕迹27，使得端板或其一部分将在预定位置处断裂。然而，这种破裂痕迹不是必需的，因为端板的设计可以使得端板在预定位置处屈服(即弯曲或剪断)。
通风通道24可以是轴向延伸的通道，其使压缩腔直接与密封构件22和/或端板23连接，使得密封构件22经受压缩腔的压力并且因此可以在压力过大的情况下被触发。
预撞击构件25在此被设置成环的形式，其与安全装置2的主体20成一体。
预撞击构件25呈现有轴向长度T，轴向长度T大于撞击部分201的轴向长度t。也就是说，与撞击部分相比，预撞击构件25向压缩腔中延伸得更多，使得在发生超行程的情况下，活塞15将在撞击该撞击部分201之前先撞击预撞击构件。
预撞击构件25可以由一起被设计成当经受超过预定值的力时屈服的材料和几何形状形成。在所公开的非限制性示例中，预撞击构件形成为具有轴向厚度T和径向宽度W的环，所述轴向厚度T和径向宽度W被选择成使得当活塞(或活塞的一部分)以预定的力撞击环时所述环会屈服。
预撞击构件25不一定形成为环。例如，它可以由一个或更多个直线的或弯曲的材料段形成。预撞击构件25可以由沿轴向和/或沿径向呈雉堞状或波状的结构形成。
预撞击构件可以形成在气缸的端壁部分上，如附图中所公开的。作为替代方案，预撞击构件可以形成在圆柱形壁部分上或形成在圆柱形壁部分和端壁部分之间的过渡处。
作为另一个选项，预撞击构件可以形成在安全装置上。
作为另一个选项，预撞击构件可以形成在活塞上，使得预撞击构件将会接触壁部并且在安全构件被活塞撞击之前开始接受力。
图3a示意性地示出了安全装置2的横截面，该横截面是在通风通道24处被截取的。
图3b示意性地示出了在与通风通道24成角度地间隔开的平面处截取的横截面。
参考图3a和3b，预撞击构件24通过径向材料桥26附接到主体20。该材料桥可以在主体20的整个圆周上或在其部分圆周上延伸。
再次参考图1a-1b，图1a示出了处于活塞15到达安全装置2之前的状态的气弹簧1。此时，活塞15可以被负载3推向其收缩位置。
图1b示出了处于活塞15已经与安全装置2的预撞击构件25-1接触的状态的气弹簧1。如图所示，并且在图4a中更清楚地示出，在活塞15和安全装置的撞击部分201之间存在轴向间隔(T-t)。
图1c和图4b示出了处于这样的状态的弹簧1：预撞击构件25-2已经开始屈服至使得活塞15和安全装置主体20的撞击部分201之间开始接触的程度。预撞击构件25-2因此已经被稍微压缩。
图1d和图4c示出了处于这样的状态的气弹簧1：安全装置2已经被活塞15轴向地移置到允许排放压缩腔中的流体的程度。在所示的示例中，整个密封构件22已经从凹部113被推出。气体因此可以通过通风通道并越过密封构件22排出。预撞击构件25-3已被完全压缩。
因此，一旦预撞击构件屈服到足够的程度，撞击部分201就会被活塞15撞击，并且当主体20已经在凹部113中执行了足够的轴向运动以将密封构件22推到在凹部113的外极限之外时，安全装置将被触发。
图5以放大的横截面图示意性地示出了先前论述的安全装置2。在此实施方案中，安全装置的主体20可以压配合到凹部113中。也就是说，在主体和凹部113是圆柱形的情况下，主体20的直径可以等于或稍大于凹部113的直径。在此实施方案中，密封构件22可以具有比主体20还大的直径。
安全装置2是从气弹簧2的内部安装的，这意味着为了更换安全装置2，需要拆开气弹簧1。
图6示意性地示出了根据第一替代实施方案的安全装置2'。在此实施方案中，在主体20'与凹部113的壁之间存在径向间隙Sr。密封构件22可以具有比凹部113的直径大的外径。因此，可以通过在密封构件22和凹部113之间提供的摩擦力以及通过预撞击构件25和其相关材料桥26来保持安全装置2'。
安全装置2'是从气弹簧1的内部安装的。
图7示意性地示出了根据第二替代实施方案的安全装置2”。在此实施方案中，安全装置通过螺纹连接Ct连接到凹部。因此，安全装置2”的主体20”可以设置有外螺纹并且凹部113'的壁可以设置有内螺纹。螺纹被设计成当安全装置2”经受足够的轴向负载时剪断，使得安全装置沿轴向部分地从凹部113'移出。
在此实施方案中，安全装置2”是也是从气弹簧1的内部安装的。
图8示意性地示出了根据第三替代实施方案的安全装置2”'。在此实施方案中，如关于图5所描述的，安全装置2”'的主体20”'可以压配合到凹部113中。在此实施方案中，预撞击构件25'被设置为分离的部件，其可以附接到壁11的内侧或与壁11的内侧一体形成。因而，可以从内部或从外部安装此安全装置2”'。
图9示意性地示出了根据第四替代实施方案的安全装置2IV。在此实施方案中，如关于图7所描述的，主体通过螺纹连接Ct附接到凹部113'。预撞击构件也被设置为分离的部件，其可以附接到壁11的内侧或者与壁的内侧一体地形成。因而，可以从内部或者从外部安装此安全装置2IV。
图10a-10c示意性地示出了安全装置2V的实施方案，其中材料桥26'呈现有变化的厚度。在所示的实施方案中，材料桥呈现有一对具有较大厚度的沿直径相对的部分26a和另一对具有较小厚度的沿直径相对的部分26b。成对的部分26a、26b可以彼此垂直地布置。
在替代方案中，沿着材料桥的圆周看，材料桥26'可以具有连续变化的厚度，例如波形形式。
作为另一种选择，材料桥可以形成为一个或更多个桥部分，每个桥部分仅在主体20的圆周的一部分上延伸。
应该理解，参照图10a-10c论述的材料桥26'的设计可以与主体20、20'、20”、20”'、20IV及其附接到壁11的附接机构的任何设计相结合。
图11a-11b示意性地示出了安全装置2VI的实施方案，其中材料桥26”与预撞击构件25的最靠近壁11的部分间隔开，使得在壁和材料桥26”之间形成间隔。
换言之，在材料桥26”的将要面向气弹簧1的壁112的那侧上形成下部环形凹槽g1。
此外，在材料桥26”的将要暴露在压缩腔12中的那侧上形成上部环形凹槽g2。
环形凹槽g1、g2可呈现有不同的轴向深度和/或不同的径向宽度。
应该理解，参照图11a-11b论述的材料桥26”的设计可以与主体20、20'、20”、20”'、20IV及其附接到壁11的附接机构的任何设计相结合。还应理解，参照图11a-11b和图12论述的材料桥26”可以设置有参照图10a-10c论述的变化的厚度。
图12示意性地图示了安全装置2VII的实施方案，其中材料桥26”'与预撞击构件25的最靠近壁11的部分隔开，使得在壁11和材料桥26”'之间形成环形凹槽g1。在图12的实施方案中，没有图11a-11b中的上部凹槽g2，并且因此材料桥26”'的上侧与撞击部分201齐平。
应该理解，参照图12论述的材料桥26”'的设计可以与主体20、20'、20”、20”'、20IV及其附接到壁11的附接机构的任何设计相结合。还应理解，参照图论述的材料桥26”'可以设置有参照图10a-10c论述的变化的厚度。参照图12论述的材料桥设计26”'也可以设置有参照图10a-10c论述的变化的厚度。
安全装置和预撞击构件25可以由相同的材料形成。材料可以是金属材料，诸如钢或铝，或者聚合物材料。
在替代方案中，安全装置和预撞击构件可以由不同的材料形成，诸如不同的金属或聚合物材料，或者一个由金属材料形成，另一个由聚合物材料形成。
根据可压缩流体装置的尺寸，安全装置可以适于在经受约3000N至约300000N的活塞力时触发。

Claims (16)

1.一种可压缩流体装置(1)，诸如气弹簧，包括：
壳体(11)，其界定压缩腔(12)，
活塞(15)，其能够在所述腔(12)内移动，以及
安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)，其以这样的方式放置：在所述活塞超行程时被所述活塞(15)撞击，由此从所述压缩腔(12)排放可压缩流体中的至少一些，
其特征在于：
预撞击构件(25、25')，所述预撞击构件被布置成在所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)被撞击之前被所述活塞(15)撞击，使得所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)仅在达到预定的超行程压缩力时被撞击。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)从腔壁部分(111、112)向内延伸，预撞击构件(25、25')比所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)从所述腔壁向内延伸更远。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述预撞击构件(25、25')包括被布置成当被预定的力撞击时变形的部分，由此所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)仅在这种变形已经实现时才能相对于所述腔壁移动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)包括暴露在所述压缩腔(12)中的撞击部分(201)，并且所述安全构件包括密封部分(21、22)，所述密封部分(21、22)被布置成防止可压缩流体离开所述压缩腔(12)，直到所述安全构件已经被撞击。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)包括主体(20)，所述主体(20)被接纳在设置在腔壁(111、112)中的安全通道(113、113')内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述预撞击构件(25、25')形成为与所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)分离的部件。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述预撞击构件(25、25')与所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)成一体。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述预撞击构件(25、25')通过材料桥(26、26'、26”、26”')连接到所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述材料桥(26、26'、26”、26”')大体上延伸所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)的整个圆周。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述材料桥(26、26'、26”、26”')具有厚度，该厚度是沿轴向方向观察到的，该厚度在至少两个不同的厚度之间变化。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中，所述材料桥在所述预撞击构件(25、25')的最靠近所述腔壁的部分处连接至所述预撞击构件。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其中，所述材料桥(26、26'、26”、26”')在所述预撞击构件(25、25')的与所述腔壁间隔开的部分处连接到所述预撞击构件，使得当所述预撞击构件(25、25')安装在所述腔壁中时，在所述材料桥和所述腔壁之间形成间隔(g1)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)还包括轴向延伸的通风通道(24)。
14.根据当引用了引用权利要求5的权利要求8-12中任一项时的权利要求13所述的装置，其中，所述通风通道(24)延伸穿过所述材料桥(26、26'、26”、26”')和/或穿过所述主体(20)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)还包括过压安全装置，所述过压安全装置适于在所述压缩腔中的压力超过预定的最大压力时从所述压缩腔排放至少一些流体。
16.一种保护可压缩流体装置的方法，所述可压缩流体装置是诸如气弹簧，所述可压缩流体装置包括界定压缩腔的壳体和能够在所述腔中移动的活塞，所述方法包括：
在活塞压缩地超行程时：
致使所述活塞撞击安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)，以使得所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)致使所述装置中的可压缩流体中的至少一些被排放，
致使预撞击构件(25、25')在所述活塞撞击所述安全构件之前被撞击，
致使所述活塞仅在所述预撞击构件(25、25')的预定变形或移动已经实现之后撞击所述安全构件(2、2'、2”、2”、2IV、2V、2Ⅵ)。
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