CN114207311A - 气体弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体弹簧(100)，其包括第一元件(2)、第二元件(1)和限位件(3)，其中所述第二元件(1)包括第一腔室(11)和用于进入所述第一腔室(11)的第一开口(14)，所述第一元件(2)可固定到参考平面并包括第二腔室(21)、用于进入所述第二腔室(21)的第二开口(23)、和外壁(22)并且通过所述第一开口(14)***到所述第一腔室(11)中，其中所述第一元件(2)和第二元件(1)可运动且沿着轴线(X)往复滑动，其中限位件(3)包括杆部(32)和头部(31)，其适于平行于轴线(X)通过所述第二开口(23)滑动到所述第二腔室(21)中，从而限制所述第二元件(1)到第一元件(2)的外壁(22)的延伸部的最大行程，其特征在于，所述第一腔室(11)和第二腔室(21)通过所述杆部(32)和所述第二开口(23)之间存在的间隙连通，并且所述第二元件(1)沿着所述第一元件(2)的外壁(22)滑动通过第一开口(14)。

Description

气体弹簧

技术领域

本发明涉及一种气体弹簧。

背景技术

本发明是生产通常需要制做特殊的制造工具和模具的模制部件，例如金属或塑料模制部件的更广泛领域的一部分。

在此类模具的构建过程中，通常使用标准化元件，比如引导件、螺纹件、特殊的方形线材弹簧和气体弹簧(通常也称为氮气缸)。

特别地，气体弹簧通常包括：

-固定的外部主体，例如，称为气缸或夹套；

-可运动部件，也称为杆部；

-引导衬套，其用于该杆部；

-密封件；

-用于将气体加载入气缸中的元件，也称为加载阀。

目前，正在作出相当大的努力以总体提高推力元件的效率；目的是最大化由弹簧施加的力，同时尽量限制其尺寸(从而限制可运动部件的尺寸和行程)。

在许多应用中，气体弹簧已经取代了传统的方形线材弹簧，因为与后者不同，气体弹簧不需要很长的行程来施加很大的力；相反，它们的响应几乎是立即的，其中作用力与压力和气体作用在其上的有效表面成比例。

迄今为止，最广泛使用的气体弹簧以两种不同的方式操作；如图5A所示，第一种使用密封件1和杆部2的外表面之间的密封；如图5B所示，第二种基于密封件3和夹套4的内表面之间的密封。

更详细地说，两种变型通常包括活塞50，其被约束在腔室4内滑动：在第一种变型中，在此定义为“杆部密封”，约束表面，即与密封件1接触的表面是活塞50的杆部2的外表面；在第二种变型中，在此定义为“夹套密封”(尽管在技术术语中称为“活塞密封”),密封件3放置在活塞50自身的外径上，该活塞在夹套4中滑动。

这两种变型的优点和缺点在本领域是众所周知的：在杆部密封弹簧中，气体压在其上的有效表面可以施加与杆部2自身的截面成比例的力；换句话说，在弹簧操作期间，腔室4的壁保持固定，并且当活塞进入腔室4时，该活塞50自身减小了气体可用的体积10，从而增加了所施加的压力。

另一方面，在夹套密封弹簧中，腔室4的壁由活塞50的顶部30构成，类似于内燃机中活塞的操作；由活塞50自身的滑动导致的腔室4的体积10的减少产生了气体压力的增加，在这种情况下，气体压力作用在活塞50的顶部30的整个区域上。

很明显，在整体尺寸相同的情况下，由于气体可以作用在其上的有效表面积更大，夹套密封弹簧能够施加比杆部密封弹簧更大的力：然而，这种类型的弹簧的主要缺点与密封部件的寿命和腔室中产生的更大压力相关联。

为了确保密封件和滑动表面的良好功能和低磨损，这些旨在与密封件自身接触的滑动表面必须具有高度的表面光洁度和硬度。

众所周知，在表面处理领域，在外表面上比在内表面上更容易获得高品质光洁度；同样的标准适用于硬化处理的执行，例如渗氮。

因此，杆部密封弹簧的耐久性的性能远大于夹套密封弹簧的耐久性的性能，因为加工活塞的杆部的外表面或对其进行表面处理比加工中空气缸，即夹套的内表面容易得多。

此外，对于已知类型的夹套密封弹簧，与杆部密封获得的值相比，初始压缩阶段中腔室的体积和最终阶段中腔室的体积之间的比率非常高。因此，最终压力和温度达到临界值，从而损害密封件的完整性，进而损害气缸的长期密封。

目前，压力可以通过两种方式降低，即通过限制引入腔室中的气体的量或通过限制两个联接的元件的行程的范围。

然而，在第一种情况下，这迫使制造商加大弹簧的尺寸，使得其可以以较小的压力产生相同的力，而在第二种情况下，制造商将它们设计为补偿可用的较短行程长度。

导致气体弹簧的性能的恶化和损失的另一个原因是工作环境中存在液体，比如润滑油和类似物；因此，暴露在环境中的任何表面都可能被这些物质覆盖。

这是重大问题，事实上，在杆部密封弹簧和夹套密封弹簧中，活塞杆部通常与比如引导带或杆部刮板等部件或与实际密封件接触；因此，当活塞被加载并开始减小腔室的体积时，其滑动在杆部和接触部件之间的界面处产生凹陷，这使得沉积在附近的任何油颗粒或液体的进入。

这一问题在夹套密封弹簧中更为明显，因为当活塞运动时，在腔室的相对侧在活塞自身和引导带之间产生了额外的体积：因此，在该空间中产生凹陷，该凹陷可以回收油或其它物质，其通过减少有效体积将降低弹簧的效率，甚至随着时间的推移损坏弹簧。

被油减少的体积还产生腔室内的气体压力的增加，这在操作过程中可能非常危险。

此外，两种变型的典型问题是杆部和腔室之间的密封；由于杆部暴露于外部环境，油或其它物质可以作为固体颗粒，比如灰尘或其它材料的载体，其然后可以穿透界面或在腔室内部而刮擦精密滑动表面或以其它方式影响它们。

尽管市场上可以获得能够限制这种不便的装置，但它们仍然是附加部件并且与弹簧自身分离，例如可适用于顶部的壳体或保护装置以便遮挡滑动界面。

总而言之，在尺寸相同的情况下，虽然一方面夹套密封弹簧能够产生比杆部密封弹簧更大的力，但其也更容易磨损，这大大降低了它们的平均寿命。

因此，仍然需要一种具有改进的耐久性同时能够施加比目前可达到的标准更大的力的气体弹簧。

一些具有现有技术的典型的所描述的缺点的气体弹簧的示例可以在文献US4550899A、EP0826898A1和EP3098474A1中找到。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种气体弹簧，该气体弹簧通过在单个装置中结合两个所述实施例的相应优点来解决上述缺点。

本发明的另一个目的是制造一种具有改进的特性的气体弹簧，其制造同样简单且经济。

此外，本发明的目的是提供一种更可靠的气体弹簧，其能够在施加的力相等的情况下在较低的平均操作压力下工作，从而有利于安全。

有利的是，这通过被设计为在两个相互滑动的元件中提供两个连通的压力腔室从而可以更容易地容纳由于压缩引起的压力增加的弹簧来实现。

本发明的另一个目的是防止污染物进入气体弹簧的腔室中，而不倚靠紧固外部附件。

因此，本发明的目的在于一种气体弹簧，其包括第一元件、第二元件和限位件；所述第二元件包括第一腔室和用于进入第一腔室的第一开口；第一元件可固定到参考平面并包括第二腔室、用于进入第二腔室的第二开口和外壁并且通过第一开口***到第一元件的第一腔室中；第一元件和第二元件可运动且沿着轴线往复滑动；所述限位件包括杆部和头部，所述杆部和头部适于平行于轴线滑动通过第二开口进入第二腔室中，从而限制所述第二元件到第一元件的外壁的延伸部的最大行程；第一腔室和第二腔室通过杆部和第二开口之间存在的间隙连通，并且第二元件沿着第一元件的外壁滑动通过第一开口。

以这种方式可以获得更有效和更安全的气体弹簧，因为气体压力分布在两个连通的腔室中，同时由于外壁的更高光洁度和压力自身的更好的分布，密封得以改善。

在本发明的优选实施例中，气体弹簧包括放置在第一元件的外壁和第二元件的第一内表面之间的第一密封器件或密封件。

另外，弹簧可以包括用于将气体加载到弹簧中的第一加载阀，其放置在第一元件的第二内表面中。

在另一优选实施例中，所述限位件与所述第二元件构成一体。

此外，弹簧可以包括用于引导限位件的第一引导器件以及用于引导第二元件的第二引导器件，所述第一引导器件放置在限位件的杆部和第一元件的第二开口之间，所述第二引导器件放置在第一开口处。

气体弹簧的另一优选实施例可以包括第二元件中的第二加载阀。

在这种情况下，第二元件可以包括用于将第二加载阀和第一腔室连接的通道。

附图说明

现在，通过示例的方式并在不限制本发明的范围的情况下，参考示出本发明的优选实施例的附图来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的气体弹簧的第一实施例的剖视图；

图2是图1中气体弹簧的示意性剖视图；

图3示出了根据本发明的气体弹簧的第二实施例的剖视图；

图4示出了根据本发明的气体弹簧的第三实施例的剖视图；

图5A和图5B示出了属于现有技术的气体弹簧。

具体实施方式

参考图1和图2，根据本发明的气体弹簧(一般用100表示)包括中空滑动元件1，该中空滑动元件设置有面向第一腔室11的第一开口14，在该第一腔室内定位有引导件2，该引导件也是中空的；第一密封件或密封器件5放置在滑动元件1的内表面12上，并面向引导件2的外表面22。

活塞3放置在滑动元件1的第一腔室11中，其充当限位件，以便防止滑动元件1-引导件2***滑出；该活塞3设置有头部31和杆部32；后者在与第一开口14相对的位置与第一腔室11的第一壁13构成一体。

引导件2用作杆部32滑动通过第二开口23的约束，该第二开口朝向腔室11定向，在该引导件2的顶部处获得。

相反，头部31被约束在引导件2的第二腔室21中滑动，并且其直径大于杆部32的直径；因此，一旦引导件2***滑动元件1中，活塞3便***并固定到第一壁13上。

在任何情况下，第一开口14的尺寸基本上与第一壁13相对应，使得滑动元件1无基座，并且引导件的外壁22和滑动件1自身之间的密封件5直接在该滑动件的内壁12上。

换句话说，第一开口14制造为，滑动件1完全无底；在此，无底意味着竖直壁12没有任何从其突出的元件(除了任何密封件或引导器件)。

这有利地导致弹簧具有高度空间节省构造，该构造在操作中是平滑的并且消除了现有技术的许多缺点。

首先，一个元件被放置在另一个元件之上并且同时在其外表面上滑动的事实允许简化弹簧的设计并且增加其耐久性和安全性。

事实上，这样设计的弹簧易于制造和组装，因为它消除了通常固定到活塞的外壁和腔室的内壁上的密封件之间的复杂的密封相互作用。

此外，上部元件(在这种情况下是滑动件1)在另一个元件(引导件2)的外表面上的定位和滑动模式产生了防止污染物进入与弹簧构成一体的腔室的保护并且比现有技术中采用的其它解决方案效率更高且更易于实施。

在进一步的实施例中，头部31的功能可以由不同的元件来执行，比如在杆部32和/或腔室21的表面上获得的轮廓和/或边缘，其在任何情况下都可以防止杆部32在气体弹簧的膨胀期间完全脱离腔室21。

以这种方式，滑动元件1被约束为相对于引导件沿着该引导件2的轴线X运动。

在设置了活塞3的附图中所示的实施例的情况下，行程由腔室21的特别是设置在引导件2的上表面中的第一邻接部210和活塞3的头部31之间的距离确定，或由与该第一邻接部210相对的第二壁211和头部31自身之间的距离确定。

换句话说，头部31在壁211和邻接部210之间的腔室21中的冲程可以确定滑动元件1沿着引导件2的外表面22的行程。

在其中不存在活塞3或者在任何情况下其沿着轴线X的延伸部小于引导件2的延伸部(图4)的替代实施例中，滑动元件的壁13可以充当下限位件以在引导件2的上表面的邻接部210处停止其行程。

此外，在壁211上***了用于将气体注入腔室21和11中的加载阀6，其由锁定环51保持就位。

在腔室21内的阀6的密封表面上可以有第二密封件或密封器件53。

因此，可用于气体的总体积由两个腔室11和21形成，这两个腔室放置为通过活塞3的杆部32和第二开口23之间存在的间隙而连通。

气体弹簧100的操作基于滑动元件1和引导件2之间以及杆部32和第二开口23之间的往复滑动；图2以增加其可理解性的示意图方式示出了包含在腔室11和21中的气体压力在其上施加力的表面。

具体地，这些表面是：

-第一表面10，其属于滑动元件1，气体在其上施加正力(由附图标记+表示)；气体压力在其上施加力的面积等于滑动元件1自身的内部面积减去杆部32的面积；

-第二表面20，其属于活塞3的头部31，面向与第一表面10相同的方向，气体在其上施加同样的正力；可用于气体的面积等于活塞3的顶部的面积；

-第三表面30，其也属于头部31，但面向与表面10和20相反的方向；因此，由气体施加在其上的力(由附图标记-表示)产生的作用将具有与前两个作用相反的方向并且将通过活塞3的顶部的面积减去杆部32的面积进行计算。

因此，三个表面10、20和30的作用之和将等于由气体施加在等于滑动元件1的内部面积的面积上的力；这有利地允许获得与夹套密封类型的气体弹簧可承受的载荷值相当的载荷值。

此外，以这种方式设计的解决方案还可以利用杆部密封构造的优势；事实上，由于滑动元件1的内壁12和引导件2的外壁22是仅有的滑动表面，因此可以以与杆部密封变型中使用的相同的便利的方式将它们联接，如上所述，这提供了在两者之间的界面处的密封件5的使用。

在现有技术的“夹套密封”弹簧中，密封器件容纳在活塞的侧表面上，该密封器件看起来像在腔室的内壁上滑动的相对较小的元件。

此外，一旦被压缩，活塞始终有一个面向腔室的内部的面和一个面向中间真空环境的面。

在根据本发明的弹簧中，活塞的减小的表面积被引导件2的更大的表面积代替以促进往复滑动并使故障或失灵的可能性最小化。

此外，在根据本发明的气体弹簧中，密封器件处的界面一方面始终暴露于腔室的压力，另一方面暴露于外部环境的压力。

因此，界面处的总压差较小，这确保了更好的密封、更大的安全性、并且还允许减小待安装的密封件的尺寸。

在引导件2的外部滑动的滑动元件1保护滑动表面，该滑动表面在所描述实施例中由引导件2的外表面22表示。

以这种方式，夹套弹簧的典型的凹陷现象被消除，并且颗粒和/或不期望的物质潜入腔室11和21的可能性被最小化。

此外，该解决方案能够实现以比内壁的加工更简单的方式在引导件2的外表面22上进行机械表面光洁度加工，并且具有获得更高光洁度的可能性。

所述类型的气体弹簧具有附加优点，即利用气缸的外表面以增加腔室的密封；因此，相对于已知弹簧，在产生的力相等的情况下，平均工作压力和相对产生的温度较低。

这一方面增加了弹簧操作过程中的安全性，另一方面也允许弹簧更加紧凑。

此外，引导件2可以具有比外表面22更大的基座25以充当滑动件1的第二限位件，以便进一步保护引导件2的外表面22和滑动件1自身的内表面12之间的间隙。事实上，以这种方式，滑动件的滑动在距支撑表面一定距离(等于引导件的基座的高度)处被中断，并且即使在表面上存在任何油或其它元素，它们进入到间隙的速度也会降低。

操作上，气体经由第一加载阀6和/或第二加载阀61加载到腔室11中。

第二阀61邻近外部环境沿着腔室11的壁放置。

在所示的变型中，第二加载阀61放置在壁13中；以允许气体到达腔室11，在壁13自身内部获得通道62，以便绕过也固定到壁13的杆部32的总体积。

此外，第二开口23可以具有引导器件24以改善杆部32通过其的滑动(图3)；类似地，第一开口14也可以具有用于滑动元件1在引导件2上的滑动的引导器件205；在这种情况下，沿着引导件2的轴线可以获得滑动元件1的两个不同的滑动控制位置以避免由于两个元件之间的偏移而导致的滑动元件1和引导件2自身之间的危险卡塞现象。相反，弹簧会被卡塞，随后由于腔室内气体压力的增加而导致滑动元件危险地失控释放。

在弹簧尺寸相同的情况下，弹簧的这种变型具有两个连通腔室11和21的事实有助于上述的实现更高效率和耐久性的目标。事实上，也由于这种设计，有可能降低内部压力，因为该内部压力分布在两个腔室的壁上，不同于现有技术提供各种隔室以保持水密，因此其必须承受更大的压力。

同样，参考图1，也可以将引导器件105，特别是杆部引导件添加到滑动件1的内壁12上的密封件5。

此外，可以在邻接部210中钻孔以确保引导件2的腔室21和滑动件的腔室11之间的连通。

从安全的角度来看，这些措施与力在更大面积上的分布而显著降低了弹簧内部的压力一起是特别有利的，其最大限度地降低了事故的风险。

图4示出了本发明的第二变型。一般来说，气体弹簧300具有基本上与到目前为止上文实施例中提到的元件相同的元件，这些元件实际上由相同的附图标记表示。

然而，具体地说，密封件5和杆部引导件305通过完全凹入滑动件1的腔室11的内壁12中而被进一步防止油或灰尘的渗入。

这允许最大限度地利用气缸表面，同时具有对密封件5和杆部引导件305的包括壁12自身的厚度的下部保护301。

滑动元件1被约束为在包括滑动件1的壁13自身的第一端和包括活塞3的头部31的第二端之间沿着轴线X滑动，两者都被引导件2的上壁的邻接部210约束。

在这种情况下，基座25宽于引导件的外壁22，但是窄于滑动元件1的整体尺寸，使得基本上由壁12的下端部构成的下部保护301从基座25自身略微伸出。

基座25在底部也完全打开，以便容纳闭合元件326，一旦活塞3已经***腔室21中，该闭合元件就适于配合到基座25自身中。

具体地说，实际上在这种情况下，活塞3制成单件；此外，活塞3具有沿着轴线X延伸的空腔33。

例如，在图3的实施例中，可以在第一腔室11的壁13上实施上文描述的关于闭合元件326的相同技术方案。

以这种方式，气体弹簧在其零件的布置中变得几乎完全对称，这有利于零件的构造简单性和组装。

根据本发明的优选实施例，仅通过示例的方式描述本发明，而不限制应用范围，但是应当理解，本领域的技术人员可以修改和/或改编本发明，而不会因此脱离本发明概念的范围。

Claims (7)

1.气体弹簧(100)包括：

第一元件(2)，

第二元件(1)，以及

限位件(3)，

其中，所述第二元件(1)包括：

第一腔室(11)和用于进入所述第一腔室(11)的第一开口(14)，所述第一元件(2)可固定到参考平面并且包括：

第二腔室(21)、用于进入所述第二腔室(21)的第二开口(23)、和外壁(22)，并且所述第一元件通过所述第一开口(14)***到所述第一元件(2)的所述第一腔室(11)中，

其中，所述第一元件(2)和第二元件(1)可运动并且沿着轴线(X)往复滑动，

其中，所述限位件(3)包括：

杆部(32)和头部(31)，所述杆部和头部适于平行于所述轴线(X)滑动通过所述第二开口(23)进入所述第二腔室(21)中，从而限制所述第二元件(1)到所述第一元件(2)的所述外壁(22)的延伸部的最大行程，

其特征在于，

所述第一腔室(11)和第二腔室(21)通过所述杆部(32)和所述第二开口(23)之间存在的间隙连通，并且所述第二元件(1)沿着所述第一元件(2)的外壁(22)滑动通过所述第一开口(14)。

2.根据权利要求1所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述气体弹簧包括放置在所述第一元件(2)的外壁(22)和所述第二元件(1)的第一内表面(12)之间的第一密封器件或密封件(5)。

3.根据权利要求1或2所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述气体弹簧包括用于将气体加载到所述弹簧(100)中的第一加载阀(6)，该第一加载阀放置在所述第一元件(2)的第二内表面(211)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述限位件(3)与所述第二元件(1)构成一体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述气体弹簧包括用于引导所述限位件(3)的第一引导器件(24)以及用于引导所述第二元件(1)的第二引导器件，所述第一引导器件放置在所述限位件(3)的杆部(32)和所述第一元件(2)的第二开口(23)之间，所述第二引导器件放置在所述第一开口(14)处。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述第二元件(1)包括第二加载阀(61)。

7.根据权利要求6所述的气体弹簧(100)，其特征在于，所述第二元件(1)包括用于将所述第二加载阀(61)与所述第一腔室(11)连接的通道(62)。

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