CN109312803A - 有保护布置的活塞缸装置及保护活塞缸装置防止活塞缸装置过载或故障的方法 - Google Patents

有保护布置的活塞缸装置及保护活塞缸装置防止活塞缸装置过载或故障的方法 Download PDF

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Abstract

一种活塞缸装置(1)，包括：缸体(2)，该缸体具有第一端和第二端、以及引导件(6)，使得在该缸体中形成压力室(8)。活塞(12)在该压力室(8)中可移动。该引导件(6)通过锁定环(7)固定地固定到该缸体(2)上。密封装置(9)被布置为在该引导件(6)与该缸体(2)的管状壁(3)的内壁之间进行密封以防止流体从该压力室(8)泄漏到环境中。该活塞缸装置(1)设置有材料弱化区(13)，该材料弱化区布置在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中、轴向地位于该锁定环(7)与该缸体(2)的第二端(20)之间，该材料弱化区(13)被布置为在该活塞(12)对该引导件(6)的预定冲击水平下压靠该锁定环(7)发生变形或切变。泄漏空隙(14)被布置为在该材料弱化区域(13)变形或切变时中断该密封装置(9)，使得允许来自该压力室(8)的气体穿过所述泄漏空隙(14)离开该压力室(8)到环境中。

Description

有保护布置的活塞缸装置及保护活塞缸装置防止活塞缸装置 过载或故障的方法
技术领域
本发明涉及一种活塞缸装置，该活塞缸装置设置有保护布置防止活塞缸装置过载和故障，并且涉及一种保护活塞缸装置防止活塞缸装置过载或故障的方法。
背景技术
当通过深拉金属片来使产品成形时，气弹簧用于保持金属片并且在成形操作之后帮助将工具半部彼此分离开。自从将气弹簧引入冲压工具，生产速度已经显著提高。提高的生产速度使冲压操作更快，具有更高的冲压率并且冲压循环之间的空闲时间更少以使效率保持在高水平。此外，生产系列的提高使得冲压工具的工作寿命延长。这与提高的生产速度一起提高对冲压工具的要求并且增加冲入工具部件的磨损。相比于在气弹簧第一次被引入金属片成形工业时使用的那些冲压工具，现在的冲压工具管理实质更快的冲压操作。
支撑金属片固持器的气弹簧在冲压循环开始时被施加50-200巴、通常150巴的预负载，并且在之后解除。活塞在操作期间压入气缸中，此时，气缸的气室里的气体被压缩并且气弹簧中的压力增加。每个气弹簧所受负载的程度由冲压循环、压型制品的形式、以及气弹簧的有效冲程长度确定。活塞完成冲程之后回到空载初始位置并且开始新的压缩事件。这在气弹簧的寿命期间进行重复。
为了优化成形操作，需要控制冲压循环。但是，存在不能以令人满意的方式控制冲压循环的风险。
新材料的发展，例如不同类型的高强度钢，需要增大的成形力。如果成形力不够大，在成形操作期间任何工作工具部件故障或其他事情发生错误并且不能以令人满意的方式控制冲压循环，存在气弹簧损坏或过载的风险。
此类错误可能导致气弹簧的活塞卡在压缩位置上。由于在冲压已经回到初始位置时气弹簧中的压力，活塞从这样的压缩位置释放之后在气弹簧中朝离开气弹簧的方向自由加速，即高速行进。如果发生这种情况，并且活塞在压缩状态下释放，活塞可能以不可控制的速度和能量行进。活塞的不可控制的速度和能量可能导致构成气弹簧的零件损坏，这些零件包括缸体、活塞杆、活塞、以及引导件，因而导致寿命缩短或更糟糕的破裂。进一步地，气弹簧的一些零件可能彼此分离并且使气弹簧具有高速度。在这些情形下，如果不控制过载，那么冲压工具和其他类型的设备、部件以及环境可能遭受损坏。
为了防止这种情况，气弹簧已经配备有保护布置，该保护布置通过逐步减少活塞杆的能量和速度以使得活塞上的力在气弹簧装置故障期间到达最小从而以受控方式使活塞杆停止。通过这种保护，如果气弹簧的活塞杆卡在压缩状态下并且在此之后被释放成在气弹簧中自由加速，气体可以以受控方式从气室泄漏出去。
不同的此类保护布置的实例可以在例如EP 1053410 B1和EP 2243976 B1中看到。
更大成形力和冲压速率的发展引起对气弹簧以及防止活塞杆在气弹簧中的速度不可控制的保护布置的要求提高。因而，需要稳健性得到提高并且防止气弹簧过载或故障的保护得到改善的气弹簧。
发明内容
本披露的目的是提供一种活塞缸装置，该活塞缸装置提供了一种将在该活塞缸装置过载或故障期间在活塞缸中高速行进的活塞杆的速度减小到零的方式。
本发明由所附独立权利要求、以及在所附从属权利要求中、在以下说明中和在附图中阐述的实施例限定。
根据第一方面，提供了一种活塞缸装置，该活塞缸装置包括：缸体，该缸体具有管状壁、在该管状壁的第一端处的端壁以及在该管状壁的第二端处的引导件，并且该管状壁、该端壁以及该引导件之间形成了压力室。活塞设置在该压力室内并且连接到活塞杆上，该活塞杆延伸穿过该引导件进入该压力室中，该活塞杆相对于该引导件可滑动，并且该引导件通过锁定环固定地固定到该缸体上，该锁定环被布置为在该缸体的管状壁的内壁的周向锁定环凹槽中、并且在该引导件的外壁的相对锁定环凹槽中突出。密封装置被布置为在该引导件与该管状壁的内壁之间进行密封以防止流体从该压力室泄漏到环境中。该活塞缸装置设置有材料弱化区，该材料弱化区布置在该缸体的管状壁的内壁中、轴向地位于该锁定环与该缸体的第二端之间，该材料弱化区被布置为在该活塞对该引导件的预定冲击水平下压靠该锁定环发生变形或切变。进一步地，该泄漏空隙被布置为在该材料弱化区变形或切变时中断该密封装置，使得允许来自该压力室的气体穿过所述泄漏空隙离开该压力室到环境中。
当该活塞杆从压缩状态释放并且在该缸体中朝离开该缸体的方向自由加速时，该活塞与该活塞缸装置的其他部件之间的第一次接触是当该活塞在朝向该缸体的第二端的方向上移动时该活塞撞击该引导件。在活塞与引导件的接触表面之间产生接触力。力通过该引导件向其与该缸体和该锁定环的接触表面传递。该锁定环在朝向该缸体的第二端的方向上被推进该锁定环凹槽中，如果没有防止在该活塞缸装置中的自由加速的保护，该凹槽可能过载。过载可能导致该锁定环凹槽中的或与其连接的材料破裂，导致活塞缸装置部件可能彼此分离并且使气弹簧装置具有高速度。
为了使活塞缸装置和其冲入部件上的负载最小并且为了如果活塞杆从压缩状态释放并且在活塞缸中自由加速，气体能够受控地泄漏，活塞缸装置在缸体的管状壁的内壁中轴向地在锁定环凹槽与缸体的第二端之间设置有材料弱化区。通过在活塞杆释放期间活塞缸装置的零件之间的接触，锁定环被压入缸体的锁定环凹槽中并且轴向地布置在该锁定环与该缸体的第二端之间的材料弱化区的材料发生变形或切变。材料弱化区使缸体的锁定环凹槽卸掉负载，使得防止锁定环凹槽中的或与其连接的材料过载和破裂，并且因此，活塞缸装置部件不彼此分离并且不使气弹簧具有高速度。
由于材料弱化区的材料的变形/切变，引导件的轴向位置向缸体的第二端移位。在引导件轴向移动时，密封装置被泄漏空隙中断，使得允许来自压力室的气体以受控的方式穿过所述泄漏空隙离开压力室到环境中。由此，活塞的速度减小到零而活塞缸装置零件中的任何一个没有彼此分离和离开活塞缸装置。材料弱化区的目的是，其材料应该压靠锁定环变形或切变使得来自释放的活塞杆的能量被材料弱化区吸收。由于密封装置已经被中断，因此活塞缸装置力竭并且气体不会意外地添加到该装置中。
由于材料弱化区中的材料的变形或切变而引起的引导件的轴向位置朝向缸体的第二端的位移可以作为引导件的延伸超过缸体的第二端的部分被看到。
如果活塞缸装置的保护布置已经被触发，即材料弱化区已经变形/切变，因为经历了材料弱化的材料变形/切变的缸体被损坏，因此该缸体不可在另一个活塞缸装置中再次使用。
材料弱化区被布置为使得弱化足够稳健以经受住常规操作条件并且足够弱到在受到过载时变形或切变。材料弱化区可以形成在锁定环凹槽与缸体的管状壁的内壁中的连续或不连续的周向凹槽之间。
不连续的周向凹槽可以是沿着周界铣削或钻孔切口。
该凹槽的径向范围和形状控制材料弱化区，使得弱化足够稳健以经受住常规操作条件并且足够弱到在受到过载时变形或切变。
该凹槽的轴向范围控制材料弱化区的材料在密封装置被泄漏空隙变成中断之前可以变形或切变多少。该凹槽的轴向范围应被适配成使得锁定环在该活塞缸装置装配期间卡在该凹槽中的风险最小化。
密封装置可以例如是O形环。
密封装置可以轴向地布置在锁定环与缸体的第一端之间。
密封装置可以布置在引导件的外壁中的周向凹槽中。
密封装置可以布置在缸体的管状壁的内壁中的周向凹槽中。
泄漏空隙可以轴向地布置在锁定环与密封装置之间。
密封装置和泄漏空隙应相对于彼此布置以有助于密封装置被泄漏空隙中断，从而在引导件的轴向位置由于材料弱化区的材料的变形或切变而朝向缸体的第二端移位时，允许来自压力室的气体穿过所述泄漏空隙离开压力室到环境中。
泄漏空隙可以布置在缸体的管状壁的内壁中。在这种情况中，密封装置优选地布置在引导件的外壁中。
泄漏空隙可以布置在引导件的外壁中。在这种情况中，密封装置优选地布置在缸体的管状壁的内壁中。
泄漏空隙可以是缸体的管状壁的内壁中的连续或不连续的周向凹槽。
不连续的周向凹槽可以是沿着管状壁的内壁的周界铣削或钻孔切口。
泄漏空隙可以与锁定环凹槽成一体。
泄漏空隙可以替代性地被布置为与锁定环凹槽相距一段轴向距离。
根据第二方面，提供了一种保护活塞缸装置防止过载的方法，该活塞缸装置包括：缸体，该缸体具有第一端和第二端、以及引导件，使得在该缸体中限定了压力室；以及活塞，该活塞在该压力室中可移动，该方法包括：在该活塞对该引导件的预定冲击水平下，引起布置在该缸体的管状壁的内壁中的材料弱化区变形或切变，当该材料弱化区变形或切变时中断被布置为在该引导件与该管状壁的内壁之间进行密封的密封装置，使得允许来自该压力室的气体离开该压力室到环境中。
附图说明
图1是具有材料弱化区的活塞缸装置的纵向截面视图，该材料弱化区布置在缸体的内壁中。
图2-5是图1的活塞缸装置的一部分的放大图。
在图3中示出了活塞缸装置的活塞杆在缸体中朝离开缸体的方向X自由加速。
在图4中示出了行进的活塞与引导件之间接触的瞬间。
在图5中示出了压靠在锁定环上材料弱化区的变形/切变。
图6是图1的活塞缸装置的替代性实施例的放大图，其中，泄漏空隙被布置为与锁定环凹槽相距一段轴向距离。
图7是图1的活塞缸装置的又一个替代性实施例的放大图，其中，泄漏空隙与锁定环凹槽是一体的。
图8示出了活塞缸装置的缸体的管状壁的内壁中的不连续周向凹槽。
具体实施方式
在图1中示出了活塞缸装置1。活塞缸装置包括具有管状壁3的缸体2，端壁4封闭管状壁的一端。管状壁3的相对的第二端20包括开口5，并且活塞杆引导件6通过锁定环7固定地固定在开口5内以便在缸体2中形成压力室8。锁定环7被布置为在缸体2的管状壁3的内壁的周向锁定环凹槽40中、并且在引导件6的外壁的相对锁定环凹槽41中突出，参见图2。
压力室8通常预加载有高压(通常大约50-200巴、一般150巴)气体。
图1-7，密封装置9设置在管状壁2的内壁与活塞杆引导件6之间以防止流体从压力室8泄漏到引导件6的外表面与管状壁的内壁之间再到环境中。密封装置9可以轴向地布置在锁定环7与缸体2的第一端4之间，参见图1。密封装置9可以布置在引导件的外壁中的周向凹槽中，图1-7。替代性地，密封装置9可以布置在缸体2的管状壁3的内壁中的周向凹槽中(未示出)。
引导件6包括穿其而过的中央开口10，并且活塞杆11滑动地接纳在开口10中并且延伸到压力室8中。活塞12固定到活塞杆11的在压力室8中的那端上。
密封件21围绕活塞杆11以便防止流体在活塞杆11与引导件6之间泄漏。
活塞缸装置1设置有材料弱化区13，该材料弱化区布置在缸体2的管状壁3的内壁中、轴向地处于锁定环7与缸体2的第二端4之间。图5，材料弱化区13被布置为在活塞11对引导件6的预定冲击水平下压靠锁定环7变形或切变。
泄漏空隙14被布置为在材料弱化区13变形或切变时中断密封装置9，使得允许来自压力室8的气体穿过泄漏空隙14离开压力室8到环境中。
由于材料弱化区13在缸体2的管状壁3的内壁中轴向地存在于锁定环凹槽与缸体2的第二端之间，因此活塞缸装置1被设计为以受控方式使由于活塞缸装置1的故障引起的、朝离开缸体的方向、沿着图1和3中所示箭头X高速移动的活塞杆11停止。
在图3中示出了活塞杆11在缸体2中朝离开缸体2的方向X自由加速。在图4中示出了行进的活塞12与引导件6之间接触的瞬间。通过在活塞杆11由于活塞装置故障或过载而从压缩状态释放期间活塞缸装置1的零件之间的接触，锁定环7被压入缸体2的锁定环凹槽40中并且材料弱化区的材料变形或切变，图5。由此，引导件6的轴向位置朝向缸体2的第二端移位。在引导件6轴向移动时，密封装置9被泄漏空隙14中断，使得允许来自压力室8的气体穿过泄漏空隙14离开压力室8到环境中。由此，活塞11的速度减小到零而活塞缸装置零件中的任何一个没有彼此分离和离开活塞缸装置。通过材料弱化区的材料压靠锁定环7而发生材料变形/切变，来自释放的活塞杆11的能量被材料弱化区13吸收。
材料弱化区13可以形成在锁定环凹槽与缸体的管状壁的内壁中的连续或不连续的周向凹槽30(参见图8)之间。在图8中示出了这样的不连续凹槽。不连续的周向凹槽可以是沿着周界铣削或钻孔切口。
如图1-7所示，泄漏空隙14可以轴向地布置在锁定环7与密封装置9之间。替代性地，泄漏空隙可以布置在密封装置9与缸体2的第一端4之间(未示出)。泄漏空隙14可以布置在缸体2的管状壁3的内壁中，参见图2-7。泄漏空隙14可以替代性地布置在引导件6的外壁中(未示出)。
泄漏空隙14可以是缸体2的管状壁3的内壁中的连续或不连续的周向凹槽。
不连续的周向凹槽可以是沿着管状壁的内壁的周界铣削或钻孔切口。
泄漏空隙14可以是与锁定环凹槽成一体，参见图1-5和图7。在图7的实施例中，泄漏空隙相比于图1-5的实施例中的泄漏空隙在纵向方向上沿着管状壁的内壁延伸得更长。
泄漏空隙14可以替代性地被布置为与锁定环凹槽相距一段轴向距离，参见图6。

Claims (13)

1.一种活塞缸装置(1)，包括：
缸体(2)，该缸体具有管状壁(3)、在该管状壁(3)的第一端处的端壁(4)、以及在该管状壁(3)的第二端(20)处的引导件(6)，并且所述管状壁(3)、所述端壁(4)以及所述引导件(6)之间形成了压力室(8)，
活塞(12)，该活塞设置在该压力室(8)内并且连接到活塞杆(11)上，该活塞杆(11)延伸穿过该引导件(6)进入该压力室(8)中，该活塞杆(11)相对于该引导件(6)可滑动，
该引导件(6)，该引导件通过锁定环(7)固定地固定到该缸体(2)上，该锁定环被布置为在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁的周向锁定环凹槽(40)中、并且在该引导件(6)的外壁的相对锁定环凹槽(41)中突出，
密封装置(9)，该密封装置被布置为在该引导件(6)与该管状壁(3)的内壁之间进行密封以防止流体从该压力室(8)泄漏到环境中，
该活塞缸装置(1)设置有材料弱化区(13)，该材料弱化区布置在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中、轴向地位于该锁定环(7)与该缸体(2)的第二端(20)之间，该材料弱化区(13)被布置为在该活塞(12)对该引导件(6)的预定冲击水平下压靠该锁定环(7)发生变形或切变，
泄漏空隙(14)，该泄漏空隙被布置为在该材料弱化区(13)变形或切变时中断该密封装置(9)，使得允许来自该压力室(8)的气体穿过所述泄漏空隙(14)离开该压力室(8)到环境中。
2.如权利要求1所述的活塞缸装置(1)，其中，该材料弱化区(13)形成在该锁定环凹槽(40)与该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中的连续或不连续的周向凹槽(30)之间。
3.如权利要求1或2中任一项所述的活塞缸装置(1)，其中，该密封装置(9)轴向地布置在该锁定环(7)与该缸体(2)的第一端(4)之间。
4.如权利要求3所述的活塞缸装置(1)，其中，该密封装置(9)布置在该引导件(6)的外壁中的周向凹槽中。
5.如权利要求3所述的活塞缸装置(1)，其中，该密封装置(9)布置在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中的周向凹槽中。
6.如权利要求3-5中任一项所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)轴向地布置在该锁定环(7)与该密封装置(9)之间。
7.如权利要求6在从属于权利要求4时所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)布置在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中。
8.如权利要求6在从属于权利要求5时所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)布置在该引导件(6)的外壁中。
9.如权利要求7所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)是该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中的连续或不连续的周向凹槽。
10.如权利要求8所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)是该引导件(6)的外壁中的连续或不连续的周向凹槽。
11.如权利要求6-10中任一项所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)是与该锁定环凹槽(40、41)成一体。
12.如权利要求6-10中任一项所述的活塞缸装置(1)，其中，该泄漏空隙(14)被布置为与该锁定环凹槽(40、41)相距一段轴向距离。
13.一种保护活塞缸装置(1)防止过载的方法，所述活塞缸装置(1)包括：缸体(2)，该缸体具有第一端和第二端、以及引导件(6)，使得在该缸体中限定了压力室(8)；以及活塞(12)，该活塞在该压力室(8)中可移动，该方法包括：
在该活塞(12)对该引导件(6)的预定冲击水平下，
引起布置在该缸体(2)的管状壁(3)的内壁中的材料弱化区(13)变形或切变，并且
当该材料弱化区(13)变形或切变时中断被布置为在该引导件(6)与该管状壁(3)的内壁之间进行密封的密封装置(9)，使得允许来自该压力室(8)的气体离开该压力室(8)到环境中。
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