CN109790899B - 气体弹簧的超程压力释放 - Google Patents

Abstract

一种气体弹簧具有：罩壳，其具有轴向延伸的侧壁、开放端和与开放端间隔开的闭合端壁、以及压力室，其部分地由所述壁提供以在压力下在其中接收气体；以及活塞杆，其可滑动地接收于罩壳中所接收的壳体中并且可在伸出位置和缩回位置之间移动。压力释放轴环可滑动地承载在活塞杆周围并且在正常情况下轴向向外突出到罩壳外，该压力释放轴环能够在活塞杆的超程状态期间轴向向内移位以使活塞杆密封件的一部分移位来开启过压释放路径，以允许压力室中的加压气体逸出至气体弹簧外部。

Description

气体弹簧的超程压力释放

本申请要求美国临时专利申请序列号62/395,729的权益，所述申请的公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总的涉及气体弹簧，且更特别地涉及气体弹簧的超程压力释放特征。

背景技术

气体弹簧是众所周知的，并且已在用于金属板冲压操作的压力机的模具中使用。例如，除了许多其他类型的应用以外，气体弹簧能够用作冲压垫。常规的气体弹簧包括：罩壳；承载于罩壳中的活塞杆；轴承和密封件壳体，其通过保持器被保持在罩壳中，以在罩壳内导引和保持活塞杆；以及用于容纳加压气体的压力室，加压气体通常为氮，其在一些应用中处于例如2,000至5,000 PSI的操作压力。壳体包括：一个或多个轴承，用于导引活塞杆在罩壳内的移动；以及一或多个密封件，用于防止从压力室的泄漏。加压气体将活塞杆偏压到伸出位置，并且可缩性地抵制活塞杆从伸出位置移动到缩回位置。但是活塞杆可超程越过设计意向的缩回位置，并且这样的超程可引起不期望的过压和其他不期望的状态。

发明内容

在一些实施方式中，一种用于成形设备的气体弹簧可具有：带有侧壁的罩壳、开放端和闭合端，所述闭合端通常与开放端轴向地间隔开并且部分地限定用于在压力下接收气体的压力室；活塞杆壳体，其被接收于罩壳中而邻近于其开放端；活塞杆，其被接收于壳体中并且在伸出位置和缩回位置之间往复移动；活塞杆密封件，其环绕活塞杆并支承在活塞杆上；以及环绕活塞杆的超程压力释放轴环，所述超程压力释放轴环可相对于活塞杆可滑动地移动并且具有在正常情况下轴向地突出越过罩壳的开放端的外端部。轴环可具有内端部，该内端部接触活塞杆密封件并且被构造成使得通常在活塞杆的超程状态期间，轴环朝向罩壳的闭合端的轴向移动使密封件的至少一部分从活塞杆移位，以便提供在压力下的气体从压力室逸出至气体弹簧的外部的路径。

在至少一些实施方式中，超程压力释放轴环也可为活塞杆提供轴承表面并且是活塞杆在其伸出位置和缩回位置之间轴向往复的唯一导引件。在至少一些实施方式中，轴承可由活塞杆壳体承载，用于导引活塞杆在其伸出位置和缩回位置之间的轴向往复。在至少一些实施方式中，活塞杆密封件可由活塞杆壳体承载，而在其他实施方式中，活塞杆密封件可由罩壳承载。在至少一些实施方式中，活塞杆密封件可包括：内唇缘，其与活塞杆密封接合；以及外唇缘，其与活塞杆壳体或罩壳中的一个密封接合。在至少一些实施方式中，在超程状态期间，轴环可相对于活塞杆密封件在轴向向内方向上移动，使得轴环内端部使活塞杆密封件的内唇缘的至少一部分径向地移位以允许压力室中的加压气体经过密封件逸出至气体弹簧外部的大气。

附图说明

将关于附图阐述优选实施例和最佳模式的以下详细描述，在附图中：

图1是目前优选形式的气体弹簧的剖视图，所述气体弹簧具有处于伸出位置中的活塞并且具有超程压力释放部件；

图2是图1的气体弹簧的剖视图，其图示了处于设计意图的最大行程位置中的活塞；

图3是取自图2的圆圈N的图2的气体弹簧的一部分的部分放大剖视图；

图4是图1的气体弹簧的剖视图，其图示了处于超程位置中的活塞并且描绘了气体从弹簧的排出；

图5是取自图4的圆圈M的图4的气体弹簧的一部分的部分放大剖视图；以及

图6是图1的部分剖视图并且具有修改的导引和密封组件。

具体实施方式

更详细地参考附图，图1图示了可用于成形设备（例如，金属板冲压模具和机械压力机（未示出））中的气体弹簧10。总的来说，气体弹簧10可包括：罩壳12；导引和密封组件14，其由罩壳12承载；活塞杆16，其由罩壳12承载并延伸穿过导引和密封组件14；以及压力室17。活塞杆16的外轴向端部可与以下各者接合或被以下各者接合：模具构件，或压力机的另一个部分，或成形设备（未示出）的零件。

例如，在各种实施方式中，一个或多个气体弹簧10可用于成形设备中以提供可移动部件以用于利用屈服力或返回力支撑成形模具或工件。例如，在装订环实施方式中，气体弹簧10可提供压靠着成形模具的装订环的屈服力以保持金属工件，同时成形模具的另一部分形成、切割、拉伸或弯曲工件。在升降器实施方式中，气体弹簧10可提供屈服力和返回力以将工件提离成形模具的表面或者以其他方式维持对工件的控制。在凸轮工具实施方式中，气体弹簧10可施加屈服力以使凸轮致动的工具返回其原始位置。当然，气体弹簧10可用于范围广泛的其他实施方式中。

根据本公开，在气体弹簧10的活塞杆16的超程状态的情况下，气体弹簧10包括超行程或超程压力释放部件18。如下文将更详细地讨论的，超程压力释放部件18可以是导引和密封组件14的一部分，并且可起作用以允许加压气体从压力室17传送出去以便在超程状态（包括压力室17中可能的气体过压）下提供保护。如下文将更详细地讨论的，在超程状态的情况下，超程压力释放部件18可移位，以便使密封件离开座位以从气体弹簧10的压力室17内释放加压气体。如本文中所使用的，术语“超程状态”包括这样一种状态：其中模具构件或气体弹簧10与之相互作用的任何其他机器部件导致活塞杆超过气体弹簧10中的设计意图位置缩回到罩壳12中。

参考图1，罩壳12可包括侧壁20，该侧壁可在闭合端22处和开放端24处轴向地终止，该开放端可在其中接收导引和密封组件14以及活塞杆16。压力室17至少部分地由侧壁20和端壁22建立，以在压力下接收气体。在所图示的实施例中，闭合端22可以是联接到侧壁20并用密封件密封到其（例如通过压接、模锻或其他成形法）的单独部件。在其他实施例中，闭合端22可经由焊接接头联接到侧壁20，或者可与侧壁20一体地制造。罩壳12的侧壁20具有内表面26和外表面28，所述内表面至少部分地限定压力室17。罩壳12可以是大体圆柱形形状，例如，其中，内表面26或外表面28中的至少一个是圆柱形的。侧壁20可具有周向延伸的保持器凸缘30，以轴向地保持导引和密封组件14的至少一部分，以便维持气体弹簧10处于其组装状态。为了便于将气体弹簧10安装和定位在压力机内，可在罩壳12的外表面28中机加工、形成或以其他方式提供一对纵向间隔开的周向沟槽32、34。为了准许气体进入气体弹簧10中，罩壳12可包括通道或填充端口36，该通道或填充端口可以任何合适的方式设置穿过罩壳12的闭合端22。填充阀38可由罩壳12承载，以允许通过填充端口36对气体弹簧10加压并且在气体弹簧10被加压时关闭填充端口36。填充阀38可以是提升阀，如所图示的，但是替代地可包括施克拉德（Schrader）填充阀，或者是在罩壳12的闭合端22处的任何合适位置中的任何其他合适类型的阀。

导引和密封组件14可安置在罩壳12的开放端24中或接近罩壳12的开放端24被承载，并且可密封地联接到罩壳12。组件14可包括轴承组件，该轴承组件可包括活塞杆壳体44和由壳体44承载的导引轴承46。组件14还可包括：杆密封件48，其可安置在壳体44和开放端24之间；密封件挡板47，其可安置在杆密封件48和开放端24之间；杆刮板50，其可承载在密封件挡板47和开放端24之间并且可从开放端24中突出来；以及罩壳密封件51，其可包括可承载在刮板50的一部分和开放端24之间的O形环。导引轴承46可包括一个或多个部件，并且其尺寸可设计成可滑动地接合活塞杆16以导引活塞杆16在罩壳12内轴向往复。在所图示的实施例中，导引轴承46包括衬套，该衬套可由任何合适的低摩擦材料组成。活塞杆密封件48可包括U形杯密封件，该U形杯密封件具有与罩壳12的内表面26接触的径向外唇缘48a和与活塞杆16的外表面接触的径向内唇缘48b。

活塞杆16至少部分地安置在罩壳12中并穿过导引和密封组件14，用于在气体弹簧10的循环（包括缩回行程和伸出或返回行程）中沿轴线A在伸出位置和缩回位置之间往复。压力室17中的加压气体作用于活塞杆16，以使活塞杆16朝向伸出位置和远离缩回位置偏压。活塞杆16穿过导引和密封组件壳体44从罩壳12中延伸出来，并且包括外轴向端部52和安置在罩壳12中并且可径向扩大的内轴向端部54。例如，活塞保持器56可联接到内轴向端部54，例如经由将活塞杆16模锻到其上。保持器56可与活塞杆壳体44的一部分接合，以将活塞杆16保持在罩壳12中。活塞杆16与杆密封件48密封接合并与活塞杆轴承46滑动接合，用于引导在伸出位置和缩回位置之间的相对移动。

如所图示的，超程压力释放部件18可包括轴环60，该轴环可围绕活塞杆16至少部分轴向地被可滑动地承载在导引和密封组件14与罩壳开放端24之间并由密封件挡板47轴向地保持。在所图示的实施例中，轴环60是周向连续的并且具有圆柱形内表面。轴环60包括：内端部62，其相对于罩壳12的开放端24轴向向内安置并接触活塞杆密封件48；以及轴向外端部64，其轴向地超过壳体12的开放端24或相对于壳体12的开放端24向外安置。换句话说，轴环60在其轴向外端部64处轴向地延伸出或超过壳体44和罩壳12。轴环内端部62可以是卡口形或楔形，例如，包括具有肩部的倒钩、圆柱形内表面和相对于轴环60的内表面以非零角度安置的外表面。密封件挡板47包括小于轴环内端部62的外直径的内直径，以便将轴环60轴向地保持在气体弹簧10中。刮板50轴向地突出超过轴环外端部64并且可与活塞杆16接合，使得轴环60由刮板50遮蔽。

气体弹簧10可以以任何合适的方式组装，并且其各种部件可以以任何合适的方式制造并且由任何合适的材料组成。例如，罩壳12可从金属管和/或金属棒料（诸如，钢）车削、镗孔、钻孔，攻丝和/或以其他方式机加工而成。在另一个示例中，轴环60可由例如钢、黄铜、铜、碳纤维、聚合材料和/或任何其他（一种或多种）合适的材料构造而成。

在操作中，任何合适的加压装置（未示出）可联接到端口36以开启阀38并将加压气体引入到端口36中。一旦达到所期望的压力，加压装置就可缩回以允许阀38关闭并由此将加压气体密封在压力室17内。

在使用期间，并且关于图2，模具构件或任何其他机器部件（未示出）可使活塞杆16在轴向向内方向上移位到罩壳12中，以便压缩压力室17中的气体。图2图示了处于活塞杆16相对于罩壳12的设计意图的最大压缩位置中的气体弹簧10。如图所示，在该位置中，活塞杆16的轴向最外表面轴向地突出超过超程释放部件18的轴向最外表面。而且，如图3中所示，超程释放部件18尚未相对于密封件48移动。

然而，相反，参考图4，模具构件或任何其他机器部件（未示出）可进一步使活塞杆16轴向地移位到罩壳12中。在这样的超程状态（其中机器部件相对于气体弹簧10行进超过设计意图位置）的情况下，机器部件撞击超程释放部件18的轴向外端部64，从而导致其移位。超程释放部件18的这样的轴向位移将导致密封件48的一部分径向向外移位，由此允许室17中的加压气体通过活塞杆16和密封件48之间的路径逸出至气体弹簧10的外部，如图4中说明性地描绘且如图5中更清楚地示出的。

在所图示的实施例中，例如，在超程状态期间，轴环60相对于活塞杆密封件18在轴向向内方向上移动，使得轴环内端部62使活塞杆密封件48的内唇缘48b径向地移位以开启过压释放路径来允许压力室17中的加压气体通过该释放路径逸出至气体弹簧10外部的大气。更具体地，轴环内端部62和密封件内唇缘48b的对应的倾斜/成角度表面相合作，使得其间的相对轴向移动导致密封件48径向向外移动而离开座位或破坏密封件48和活塞杆16之间的密封接合。

图6图示了气体弹簧10'，除了修改的导引和密封组件14'之外，该气体弹簧具有与气体弹簧10基本相同的结构和布置。气体弹簧10'的与气体弹簧10的部件基本相同的部件用与气体弹簧10的对应部件相同的附图标记标识，且因此将不重复对这些部件的描述。

修改的导引和密封组件14'具有环形壳体44'，该环形壳体可滑动地接收于罩壳12中并通过两段式的开口环70可移除地保持在其中，该开口环邻近于开放端被接收于壳体和罩壳中的互补型环形凹槽72和74中。杆刮板50'被接收于壳体44'的上端部中的环形凹槽76中。活塞杆密封件48被接收并保持在壳体44'中的环形凹槽78中，该凹槽径向向内通向活塞杆16。壳体44'和罩壳之间的密封可由O形环80和垫环82提供，所述O形环和垫环被接收于壳体中的环形沟槽84中并且径向向外通向罩壳12。活塞杆16可具有一体式保持器56'，该一体式保持器在杆的完全伸出位置中重叠并支承在壳体44'的内端部86上，以在活塞杆移动到其完全伸出位置时提供用于活塞杆的前挡块。

超程压力释放轴环60既可滑动地接收在活塞杆16之上和周围，又被接收在穿过壳体44'的孔88中，该孔可与圆柱形罩壳壁26同轴。轴环60也可提供活塞杆16在其伸出位置和缩回位置之间的唯一轴承导引往复运动。轴环60可具有沟槽92，该沟槽径向向内通向活塞杆116以用于接收和保持用于轴环的轴承表面94的合适润滑剂。

在活塞杆的超程状态的情况下，轴环60相对于杆密封件48在轴向向内方向上移动，并且使密封件48的内唇缘48b的至少一部分从杆16移位以开启超程压力释放路径，从而允许压力室17中的加压气体通过该释放路径逸出至气体弹簧10'外部的大气。在使用中，气体弹簧10'以与气体弹簧10相同的方式操作，且因此将不重复其操作。

应了解，本领域普通技术人员将认识到包含在本发明的范围内的其他实施例。上文示出和描述的多个布置仅仅是说明性的而不是完整的或详尽的列举或表示。当然，鉴于本公开，仍然能够实现其他的实施例和实施方式。上文所描述的实施例旨在为说明性的而非限制性的。本发明的范围由以下权利要求限定。

Claims (15)

1.一种用于成形设备的气体弹簧，所述气体弹簧包括：

罩壳，其包括轴向延伸的侧壁、开放端、与所述开放端轴向地间隔开的横向延伸的闭合端壁、压力室，所述压力室部分地由所述侧壁和端壁建立以在压力下接收气体；

轴承组件，其承载于所述罩壳内部并且包括：

活塞杆壳体，其包括杆内端部和与所述杆内端部轴向地间隔开的杆外端部，以及

活塞杆轴承，其由所述活塞杆壳体承载；

活塞杆，其可滑动地接收于所述活塞杆轴承中以在伸出位置和缩回位置之间往复；

活塞杆密封件，其承载在所述轴承组件和所述罩壳开放端之间；以及

超程压力释放轴环，其围绕所述活塞杆至少部分轴向地被可滑动地承载在所述轴承组件和所述罩壳开放端之间，并且具有轴向地突出超过所述活塞杆壳体的轴环外端部和接触所述活塞杆密封件的轴环内端部，

其中，在超程状态期间，所述轴环相对于所述活塞杆密封件在轴向向内方向上移动，使得所述轴环使所述活塞杆密封件的一部分径向地移位以开启过压释放路径来允许所述压力室中的加压气体通过所述释放路径逸出至所述气体弹簧外部的大气。

2.根据权利要求1所述的气体弹簧，其中，所述活塞杆密封件是U形杯密封件，所述U形杯密封件具有与所述罩壳的内表面接触的径向外唇缘和与所述活塞杆的外表面接触的径向内唇缘。

3.根据权利要求1所述的气体弹簧，其中，所述超程压力释放轴环的所述轴环内端部是卡口形。

4.根据权利要求1所述的气体弹簧，其进一步包括密封件挡板，所述密封件挡板安置在所述活塞杆密封件和所述罩壳的所述开放端之间并且包括小于所述轴环内端部的外直径的内直径，以便将所述轴环轴向地保持在所述气体弹簧中。

5.根据权利要求1所述的气体弹簧，其进一步包括刮板，所述刮板承载在所述罩壳的所述开放端处并且轴向地突出超过所述轴环外端部并与所述活塞杆接合，使得所述轴环由所述刮板遮蔽。

6.根据权利要求1所述的气体弹簧，其中，所述活塞杆密封件包括与所述罩壳的内表面接触的外唇缘和与所述活塞杆的外表面接触的内唇缘。

7.根据权利要求6所述的气体弹簧，其中，在超程状态期间，所述轴环相对于所述活塞杆密封件在轴向向内方向上移动，使得所述轴环内端部使所述活塞杆密封件的所述内唇缘径向地移位以开启过压释放路径来允许所述压力室中的加压气体通过所述释放路径逸出至所述气体弹簧外部的大气。

8.根据权利要求1所述的气体弹簧，其中，所述超程压力释放轴环还为所述活塞杆提供所述轴承组件。

9.根据权利要求8所述的气体弹簧，其中，所述超程压力释放轴环还包括环形沟槽，所述环形沟槽通向所述活塞杆以用于将润滑剂接收于其中。

10.一种用于成形设备的气体弹簧，所述气体弹簧包括：

罩壳，其包括轴向延伸的侧壁、开放端、与所述开放端轴向地间隔开的横向延伸的闭合端壁、以及压力室，所述压力室部分地由所述侧壁和闭合端壁建立以在压力下在其中接收气体；

活塞杆壳体，其包括内端部和与所述内端部轴向地间隔开的外端部并且被接收于所述罩壳中而邻近于所述罩壳的所述开放端；

活塞杆，其延伸穿过所述活塞杆壳体并且具有被接收于所述压力室中的内端部和在正常情况下在所述罩壳外部的外端部；

活塞杆密封件，其由所述壳体承载并且提供所述活塞杆和所述壳体之间的密封；

密封件，其由所述壳体承载并且提供所述壳体和所述罩壳之间的密封；以及

超程压力释放轴环，其可滑动地接收在所述活塞杆周围、由所述壳体可滑动地承载，并且具有轴向地突出超过所述罩壳的所述开放端的轴环外端部和被构造成接触所述活塞杆密封件的至少一部分的轴环内端部，

其中，在超程状态期间，所述轴环相对于所述活塞杆密封件在轴向向内方向上移动，使得所述轴环使所述活塞杆密封件的一部分径向地移位以开启过压释放路径来允许所述压力室中的加压气体通过所述释放路径逸出至所述气体弹簧外部的大气。

11.根据权利要求10所述的气体弹簧，其中，所述活塞杆密封件是U形杯密封件，所述U形杯密封件具有与所述活塞杆壳体的内表面接触的径向外唇缘和与所述活塞杆的外表面接触的径向内唇缘。

12.根据权利要求10所述的气体弹簧，其中，所述超程压力释放轴环的所述内端部是卡口形的。

13.根据权利要求12所述的气体弹簧，其中，所述轴环的邻近于其内端部的一部分与所述壳体的一部分重叠以将所述轴环保持在所述气体弹簧中。

14.根据权利要求10所述的气体弹簧，其进一步包括活塞杆刮板，所述活塞杆刮板由所述轴环承载而邻近于所述罩壳的所述开放端并且轴向地突出超过所述轴环外端部并与所述活塞杆接合。

15.根据权利要求10所述的气体弹簧，其中，所述活塞杆密封件包括与所述壳体的内表面接触的外唇缘和与所述活塞杆的外表面接触的内唇缘。

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