一种活塞-腔室组合的制作方法

一种活塞-腔室组合
1.本技术是申请日为2015年11月24日、申请号为201580084800.9、名称为“一种活塞-腔室组合”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
2.一种活塞-腔室组合包括由内室壁限定的腔室，且包括位于所述腔室中的活塞，所述活塞至少在所述腔室的第一位置和第二位置之间可相对于所述腔室壁接合地移动，所述腔室在第一纵向和第二纵向位置处具有不同横截面积和不同周向长度的横截面，并且在第一纵向和第二纵向位置之间的中间纵向位置处具有至少基本上连续的不同横截面积和周向长度，在所述第二纵向位置的所述横截面积和周向长度长小于位于所述第一纵向位置的横截面积和周向长度，所述活塞包括用于悬置密封件的构件，所述构件是可旋转的，并且所述密封件包括与所述腔室的壁接合的分开部，及由弹性可变形的不可渗透的材料制成并且安装在活塞杆上的密封件。


背景技术：

3.本发明总体上涉及活塞的解决方案，尤其地，涉及可靠性及使用寿命。
4.为了最大程度地减少活塞泵的工作压力，应尽可能地扩大在第一纵向/圆周位置上和在第二纵向/圆周位置上的横截面积的不同。这种需求与活塞的弹性可变形材料的寿命及可靠性需求相反，其中至少与与所述腔室壁密封地接合(wo2000/070227，wo2013/o26508)的一(分开的)部分的需求是相反的。具体地，例如，快速移动的活塞的密封件的材料尺寸的三维变化会限制活塞的速度、使用的能量和寿命。
5.wo2000/070227示出了具有恒定圆周的纵向腔室，其中，在所述腔室中活塞的材料的维度的变化仅是二维的，因为所述最后提到的活塞的密封件仅仅是弯曲的，因此所述活塞的最大的速度可能比那些密封件的尺寸需要三维变化的要高。
6.然而，带有恒定圆周的腔室可能不是容易地就能制造的，也许造价会很高。
7.本发明的目的
8.本发明的目的在于提供一种活塞与腔室的任何类型的组合的功能优化，尤其是作为一种泵。


技术实现要素：

9.在第一方面，本发明涉及一种活塞与腔室的组合，其中：在最靠近腔室的一第二纵向/圆周位置的一端，所述活塞的密封件嵌入一分开部，所述分开部至少从腔室的第一纵向至第二纵向/圆周位置与所述腔室壁密封地接合，其中所述活塞的密封件是由至少在第二纵向/圆周位置的夹角小于180
°
的(例如平面)部分构成。
10.这种活塞的新型结构设计是基于wo2000/o70227的图5a-5h中的结构，及关于所述分开部，其是基于wo2013-026508的图80a-j和图81a-d中的结构。
11.分开部包括一密封装置，例如一o形环，其在所述腔室的第二纵向/圆周位置处的
在穿过所述细长或圆形的腔室的中心轴线的横截面中的横截面积比在第一纵向/圆周位置处的横截面积大。所述o形环优选地附接到附图标记为43(wo2000/070227)的构件的至少一个上，以使其可以从至少一个构件43的所述附接点扩大其周长，由此在所述活塞从腔室的第二纵向/圆周位置移动至第一纵向/圆周位置时，穿过活塞的中心轴线的平面中的横截面积在活塞扩大时变小。当所述活塞的密封件嵌入所述o形环时，通过这种方式，密封件可以仅通过弯曲所述密封件的弹性变形材料来改变形状，而不是通过拉伸所述材料而使其尺寸发生三维变化，当所述活塞从第二纵向/圆周位置移动至第一纵向/圆周位置时，所述密封件的使用寿命可以得到很大的延长，同时根据腔室壁的尺寸的类似变化，活塞的密封件的尺寸变化可以更快的执行且使用较少的能量。所述密封件的密封部可以在未加压时在腔室的第二纵向/圆周位置处优选地形成为折叠平面，像灯罩的密封部一样。密封部的另一种优选的形式是弯曲形式。当所述活塞移动至第一纵向/圆周位置时，在形成活塞密封件的灯罩的两个相邻的部分之间共同折叠线彼此将会越来越远，这是因为o形环的材料的圆周正在延伸。因此，在腔室的第二纵向/圆周位置也许小于180
°
或90
°
或45
°
的具有最接近所述活塞的共同折叠线的平面部的夹角正在变大。当活塞已经到达第一纵向/圆周位置时，所述角度可以优选地变得小于180
°
，以使当活塞向第二纵向位置移动时，所述活塞的密封件的平面部能够向后折叠。这对于在弯曲的密封件的曲线中心之间的类似角度也是有效的。除平面或曲面以外的其他横截面形状也是可能的。
12.在第二方面，本发明涉及一种活塞及腔室的组合，其中密封件的形状类似于灯罩的形状。
13.因此，活塞的密封件可能包括一些相邻的壁部，沿着所述密封件的周向连续地设置，所述壁部可以优选地是平面，所述平面在形成所述活塞的密封部的灯罩的横截面中具有小于180
°
的夹角，在平面中所述两个相邻的壁部的折叠是垂直的。本小节中的上述内容对于弯曲部来说也是有效的
14.在第三方面，本发明涉及一种活塞及腔室的组合，其中所述密封件的加强件至少设置于所述灯罩的折叠处。
15.无应力的活塞的密封件使其易受到近乎垂直施加于其表面上的力的影响。这就是为什么需要对其进行加固的原因。加强件可以由一些紧挨着放置的加强筋组成，所述加强筋从近乎平行于所述密封件的相邻部分之间的共同折叠线的所述密封件的旋转点开始至所述o形环结束。至少应该将包含这样一种筋的所述共同折叠线作为加强件。具有额外加强件也是优选的，该额外加强件定位成与所述加强筋呈一定角度(例如90
°
)。这对于弯曲的密封件来说也是有效的。
16.在第四方面，本发明涉及一种活塞及腔室的组合，其中，在所述腔室的纵向/圆周横截面中的所述活塞的密封件具有一与所述腔室的中心轴线至少呈大致60
°
的角度。
17.作为解决活塞密封件的弹性可变形密封材料的最小应力的问题的另外的解决方案，向一穿过中心轴线的平面突出的所述活塞密封件的长度可以大于腔室的半径。在所述活塞密封件及腔室中心轴线之间的角度优选地可以是近似于60
°
。也可以选择一较大的角度，但是这会减少冲程的长度，并因此减少冲程的体积及泵送速度。
18.在另一方式中，为了避免向密封件的弹性可变形材料施加压力，构件的旋转点可以靠近在活塞杆上的所述密封件的硫化行程的末端，所述旋转点即形成密封件的灯罩的旋
转点。由于所述构件的旋转点难以与硫化行程的终点融合的原因，实际上这也是可以的。当与例如形成活塞密封件的灯罩组合时，活塞的寿命可能是最优化的。
19.在第五方面，本发明涉及活塞及腔室的组合，其中形成活塞密封件的灯罩的每个部分包括一加强件，所述加强件位于所述灯罩形的密封件的相邻部分之间的共同折叠线外。因为这些部分在相对于腔室的中心轴线的方向上尺寸是不会变化的，所以这些部分可以包括一个加强件，该加强件可以在压力作用下防止该部分弯曲甚至在三维中变形。
20.为了使活塞良好地起作用，当活塞从所述腔室的第二位置移动至第一位置时，使o形环遵循室壁的形状(在连续的圆周型腔室的情况下)和/或尺寸(在带有优选的圆形过渡横截面的腔室的情况下)是必要的。只有泵送冲程从第一腔室位置到第二腔室位置的泵中，在从第二位置至第一位置的冲程期间，o形环才可以优选地与所述腔室的壁接合性地
‑‑‑
但是不是密封地连通以降低摩擦力。所示的螺旋弹簧为其提供支持，并且可以将所述弹簧固定至一个或多个构件。在泵送冲程过程中，在活塞密封件的下方将会存在超压，这会将密封件向外推向o形环，从而将所述o形环推向腔室的壁，从而密封性地与所述腔室连通。
21.当活塞执行泵送冲程(腔室的第一位置至第二位置)时，为了使活塞连续良好地起作用，正确地向后折叠所述灯罩密封件是必要的。在内部(超)压状态下，向后折叠将会趋向内。所述超压可能会阻止预期的向后折叠
‑‑‑
然而，当密封部分以及折叠部分开始不与所述腔室壁连通时，这不会影响活塞本身的功能，该连通会导致所述密封件的摩擦及较短的使用寿命。为了支撑预期的向后折叠，折叠部分以及密封部分可以包括加强筋。首先，当加压介质已经离开腔室时，减少活塞内部的超压，一种“膨胀的”的密封件将会折回至其生产尺寸。在泵送冲程过程中，为了得到正确的向后折叠的一种解决方案，可能是存在一种嵌入o形环中的密封件，所述o形环存在于一活塞的过渡横截面中。根据wo2000/o65235的图7b的泡沫活塞中一种密封件的形状，为了阻止3d拉伸，提高其使用寿命，这里折叠部分也可能像一种灯罩一样存在。活塞可以从密封件和活塞杆内的内部空间至周围环境具有一通气孔，从而使活塞可以在内部“呼吸”，避免了不需要的超压。所述通气孔的尺寸可以被调节，以这样一种方式，使之具有一些超压从而使o形环在泵送冲程过程中可以与腔室壁密封地连通。本小节中的上述内容对于弯曲的密封部来说也是有效的。
22.可以很好地与活塞的这些优选实施例组合的腔室是一种带有连续的圆形过渡横截面的经典类型的腔室，因此比那些带有腔室的具有连续圆周接触面的密封件更便宜。
23.在第六方面，本发明涉及一种活塞及腔室的组合，其中例如在腔室的第二纵向/圆周位置由于密封件的旋转点与构件并不合并，构件通过可以可伸缩自如的活塞而具有一易变的长度。
24.活塞-腔室组合的目的在于确定活塞什么时候需要与腔室壁密封性地连通。在泵中，优选地这会发生在活塞从腔室的第一纵向/圆周位置移动至第二纵向/圆周位置时。在一种执行器中，这会优选地发生在活塞从腔室的第二纵向/圆周位置移动至第一纵向/圆周位置时。当执行器包括两个活塞时，运动也可以是从腔室的第一纵向/圆周位置至第二纵向/圆周位置。在一种减震器中，当内部的油需要被压缩时，可以优选地使活塞密封性地与腔室壁连通
‑‑‑
这可以是优选地从腔室的第二纵向/圆周位置至第一纵向/圆周位置及从腔室的第一纵向/圆周位置至第二纵向/圆周位置，可选择地从腔室的第一纵向/圆周位置至第二纵向/圆周位置。
附图说明
25.以下将参照附图对本发明优选实施例进行描述。其中：
26.图1示出了活塞处于细长腔室的第一纵向位置的纵向横截面的中心轴线的左侧
‑‑‑
在所述轴线的右侧是相同的活塞，但是现在活塞处于腔室的第二纵向/圆周位置。
27.图2示出了用于支撑o形环的活塞杆处的构件的悬置
‑‑‑
在中心轴线的左侧的俯视图及在其右侧的仰视图。
28.图3a是图1的比例放大图x，其示出了处于腔室的第一及第二纵向/圆周位置的活塞密封件的不同折叠。
29.图3b示出了处于腔室的第一纵向/圆周位置的图3a中所示的所述活塞密封件的折叠的放大图。
30.图3c示出了图3a中所示的处于腔室的第二纵向/圆周位置的所述活塞密封件的折叠的放大图。
31.图4a是图1的比例放大图x，其示出了处于腔室的第一及第二纵向/圆周位置的活塞密封件的不同吸收。
32.图4b示出了处于腔室的第二纵向/圆周位置的图4a中所示的所述活塞密封件生产尺寸及形状的放大图。
33.图5a示出了当活塞处于腔室的第一纵向/圆周位置时，图1的o形环的密封及组装的细节图。
34.图5b示出了当活塞处于腔室的第纵向/圆周位置时，图1的o形环的密封及组装的细节图。
35.图5c示出了通过一构件悬置o形环。
36.图6示出了通过平板弹簧来实现o形环的另一种悬置。
37.图7示出了图1中的活塞，现在该活塞还包括一嵌入于o形环及硫化成活塞杆的密封表面。
38.图8a示出了带有一个折叠部分及多个加强筋的平面型密封表面的一部分。
39.图8b示出了带有多个加强筋的弯曲型的密封表面的一部分。
具体实施方式
40.图1示出了一个活塞1、1’在一个细长腔室2中的两个纵向横截面。所述腔室2、2’中心轴线3。腔室2的内壁4。活塞杆5。o形环6(处于第一纵向位置)及6’(处于第二纵向位置)。在所述o形环6、6’中嵌入有一密封件7，所述密封件7包括一不渗透层8以及一加强层9。所述o形环在位置10硫化成活塞杆5。其他将活塞安装于活塞杆5的形式也可能的，例如，将活塞安装于内部具有o形环的圆柱形端部上(如在wo2000/070227所示的)，其中所述舱室被安装在一对已经被安装于活塞杆上的闭合环内。非常靠近所述位置10的是构件12的旋转点11的支撑o形环的中心11。所述旋转点包括一轴13和一臂12的悬架14。所述悬架14密封地安装在活塞杆5上。
41.中心轴线3的左侧示出了活塞6及腔室2的横截面。所述腔室2的半径位于第一纵向位置
‘
a’处。角度a是直线15和水平线16之间的夹角，所述直线15是连接旋转点11的中心和构件12的o形环6的中心的直线，所述水平线16垂直于中心轴线3。所述o形环的直径
‘
g’相对
于处于第二纵向位置的所述o形环6’的直径
‘
h’已经大幅减小了。当所述活塞在第一纵向位置及第二纵向位置运动时，弧形线段
‘
t’示出了所述o形环的中心17的运动轨迹。弧形线段
‘
s’示出了当所述活塞1在第一纵向位置及第二纵向位置运动时，围绕通过所述o形环的中心17的所述轴13旋转的构件12的旋转轨迹。弧形线段
‘
t’示出了当所述活塞1在第一纵向位置及第二纵向位置运动时，围绕位于所述o形环的中心17的所述活塞杆5上硫化的底部正下方的密封件8、9的中间旋转的旋转轨迹。处干第二纵向位置的差数
‘
c’示出了与处于第一纵向位置的密封件的长度相比密封件被拉长长度
‘
c’。所述差数
‘
c’需尽可能小，以避免压迫密封件，从而增加使用寿命。当活塞从腔室的第一纵向/圆形位置运动至第二纵向/圆形位置时，螺旋弹簧34(参见图5a)和o形环6、6’的中心17和18(参见图5a)的轨迹曲线分别是49和50。
42.处于第二纵向位置的横截面示出中心轴线3的右侧，即活塞1处于所述腔室2’的第二纵向位置。所述腔室2’的半径位于所述第二纵向位置
‘
b’。角度β是直线15和活塞1的中心轴线3之间的角度。
‘
g’是位于第一纵向/圆周位置的o形环6的直径，其小于
‘
h’，所述
‘
h’表示位于第二纵向/圆周位置的o形环的直径。两个直径在通过腔室2、2’的中心轴线3的平面中的横截面中测量。
43.示图x示于图2、3a和4a中。
44.将o形环6、6’压向腔室2的内壁4的螺旋弹簧34(也可以参见wo2000/070227)成形为在o形环6、6’将其自身压向所述内壁时支撑o形环6、6’，从而实现适当的密封。所述弹簧通过支架38悬挂在构件12的端部处。在腔室的第一位置处所述构件位于所述臂12的最末端。在腔室2、2’的第二位置处所述螺旋弹簧34相对于其处于腔室第第一位置处在通过所述中心轴线3的平面上转动。所述支架38成形为允许所述螺旋弹簧34扭转转动。位于腔室2’的所述第二位置处，所述支架34’位于离所述构件12的端部最远处。支架38、38’的位置的变化通过止动件39来完成。这使密封件在所述位置不受力，延长了使用寿命。参见图5b，支架38、38’处于其终端位置及其收缩位置，离构件12的末端最远。所述o形环的直径为
‘
h’。在该图中只示出了一个构件
‑‑‑
没有其他构件被示出。
45.图2示出了如图1示图x的组合。未出示所述活塞1、1’的密封件7。所示的是位于腔室的第一纵向/圆周位置的带有腔室半径
‘
a’，以及位于腔室的第二纵向/圆周位置的带有腔室半径
‘
b’的所述组合
‑‑‑
在两者之间是腔室2、2’的中心线29、30。圆形32、32’示出了在内壁4、4’上的o形环6、6’的密封件。位于腔室的第一及第二纵向/圆周位置的o形环6、6’的直径为
‘
j’和
‘
k’，半径为
‘
a’和
‘
b’，其中
‘
a’》
‘
b’。位于腔室的第一及第二纵向/圆周位置的螺旋弹簧分别是34和34’。中心线36、36’分别是o形环6、6’的。中心线35、35’分别是螺旋弹簧的。
46.图3a示意性地示出了图1的x示图。示出了密封件7的四分之一细节。臂12及悬架14均未示出：请参见图2。位于第二纵向位置的o形环6’具有大的直径
‘
y’，该厚度是用于通过硫化到所述o形环6’中来实现灯罩折叠密封件7的嵌入。每个折痕21包括两个相邻的无应力密封部分平面19和20，分别由柔性密封材料构成。总共有34个折痕21。中心轴线3和活塞杆5。
47.图3b和3c示出了折痕21的细节，其包括两个相邻的不受力的密封部分平面19和20，分别由柔性密封材料构成。位于腔室第二纵向/圆周位置的夹角δ小于当活塞在第一纵
向位置时的夹角ε。角度ε小于180
°
。当活塞1处于第一纵向位置时的不受力的柔性的密封件7的材料
‘
e’(图3b)的长度大致与当所述活塞1处于第二纵向位置时的长度
‘
d’(图3c)相等。每个相邻的部分19和20的过渡部21和22分别被修圆。加强件例如23和24设置于密封件7材料中优选地，分别设置于过渡部21和22。加强件也可以在部分平面19和20(加强件未图示)内。所述最后提到的加强件的制造是简单的，因为所述密封部分在通过所述平面的平面中不受力
‑‑‑
仅用于保持密封部分的平坦度。所述加强件的制造可以通过编织来完成。
48.所述构件12的悬架25与活塞杆5紧密配合。示出了5个构件12。所述构件12与轴26相连，轴26与悬架25紧密配合。所述构件可以围绕的所述轴26的中心线27旋转。
49.图4a示出了图1的示图x，未示出构件12
‑‑‑
只示出了处于腔室第二纵向/圆周位置及第一纵向/圆周位置的密封件7的卷型。这种类型的密封件包括部件51、51’，其在纵向/圆周腔室的第二纵向位置有生产尺寸，显示为已经沿着活塞杆5的方向向内卷起，远离活塞杆5有分开部的o形环6’作为边界。如图4b所示位于加强件(ξ)之间的角度及位于表面(ω)之间的角度比90
°
小得多。所述部件51在第二腔室位置充满整个圆周。在腔室的第一纵向/圆周位置是仅通过弯曲材料而向外卷入连续的表面的所述部件51’：两部件51’之间的夹角低于180
°
。基于在腔室第二纵向/圆周位置处的腔室的直径来决定所述在活塞的过渡横截面中的朝向中心点的所述部件的长度，从而决定处于第一腔室位置的朝向圆周方向的最大尺寸是多大。所述尺寸同样根据泵的最大压力来决定，因为所述压力在与所述密封件的折入相反的方向上作用于密封件的内部：介质的最大压力越小，腔室的一纵向/圆周位置的周向尺寸越大，节能的可能性就越大。相对于折叠型密封件的尺寸，根据图3a-b(包括)处于腔室的第一纵向/圆周位置的当前最大尺寸是其(尺寸
‘
a’)的1/2。
‘
b’尺寸如图3a-b(包括)中的尺寸是一样的。o形环6’的宽度是
‘
k’。密封件的外边缘50、50’的位置变换是
‘
m’。
50.图4b示出了处于腔室的第二纵向/圆周位置的图4a中所示的所述活塞密封件7的生产尺寸及形状的放大图。这里示出了更多细节，例如在圆弧段53和54的中间的增强部的增强筋52。在密封件7的顶部是用附图标记58表示的所述加强件52的末端。从腔室的第二纵向/圆周位置至第一纵向/圆周位置所述密封件型的生产形状的滚压如下，位于腔室的第二纵向/圆周位置的两个角ω和角ξ变为如图4a所示的处于腔室的第二纵向/圆周位置的角ψ。为了避免产生分裂，已在圆弧段53和59的两个相邻放置的支脚56和57的末端设置有孔55。
51.图5a示出了图1的细节放大图，其中处于所述腔室的第一纵向/圆周位置的腔室2的内壁4通过分开部的o形环6与活塞1的密封件7密封地相通。所述密封件包括加强件9，及至少一层不可渗透的弹性可变形材料8。所述加强件是对部件19和20(参见图3c)之间的折痕21中的加强件的补充。o形环6硫化成所述密封件部分8
‑‑‑
参见开口差。o形环6由螺旋弹簧34(示意性示出)支撑。所述螺旋弹簧具有一环形横截面的部件44，其可围绕一角度ζ旋转，以支撑o形环6的扩张
‑‑‑
这里是通过扭转所述螺旋弹簧的螺旋来完成的
‑‑‑
其他支撑方法也是可以的。构件12包括部分37，该部分37形成有成形支架38，该成形支架38具有与所述螺旋弹簧的外形类似的圆形形状，从而优化了螺旋弹簧34的支撑。所述o形环的中心是17及螺旋弹簧34的中心是48。
52.图5b示出了图1的放大细节图，其中活塞1’处于腔室2’的第二纵向/圆周位置。图5b具有与图5a相同的比例。活塞杆5及腔室2’的内壁4’。o形环6’与述内壁4’密封地接合。构
件12’位于几乎平行于活塞杆5的位置。部分37已从构件12’的末端缩回(36’)，从而使密封件37不延伸长度
‘
f’，否则会缩短活塞’的使用寿命。所示的长度
‘
f’是所述中心48和缩回部分37’的中心48’之间的长度。安装于活塞杆5上的止动件39停止支架38和构件12’的同步运动，当活塞移动到腔室的第二纵向/圆周位置时，终止于支架38’位置。支架38、38’可以具有一弹簧40(未示出)，当活塞移动至腔室的第一纵向/周向位置时，该弹簧40阻止支架38’重新反回38。
53.图5c示意性地示出了o形环6悬置于构件12的示意图。铰链63，一末端62嵌入于o形环6中(优选地在中心17中)，同时另一末端可旋转地安装于另一个旋转点64中。在所述旋转点64的相对端安装有一铰链65。最后提到的铰链65安装于构件12的部分37上。优选地，铰链63在垂直于构件12的轴线13的平面中围绕所述旋转旋转点64的内轴线68在角度o内旋转，所述轴线68位于螺旋弹簧34’的中心点48中。铰链63可以被分成两部分，他们可以彼此滑动(未示出)以适应尺寸。
54.图6示出了螺旋弹簧34、34’的另一种解决方案。板簧66通过带螺帽螺栓连接安装于构件67上，所述构件67的另一侧硫化于o形环6、6’上。所述板簧66的另一侧安装于活塞杆5(未示出)上。
55.图7示出了图1的活塞1，增加了密封表面60、60’，其嵌入于o形环6、6’中，并硫化于活塞杆5上。当活塞1处于腔室的第二纵向/圆周位置时，所述密封表面60’折叠。位于构件12的悬架68中并将密封表面60、60’和活塞的内部体积69、69’与腔室2的外部70连接的通气口61及通过位于舱室73中的通气孔72的大气71。
56.图8a示出了平面型密封件的一部分。折痕74连接两个平面75及76，其包括加强筋77和78，两者均平行于所述折痕74(如同前面图3c所示)。所述折痕具有加强件79。额外地加强筋80和81连接于所述加强筋77、78和79，并且以垂直于所述加强筋77、78和79的方式示出。这种90
°
角也许是不同的(未示出)。所述折痕74的中心轴线是82。
57.图8b示出了弯曲型密封件的一部分。垂直地示出的加强件83、84和85的设置与图4b中所示的相似。所示出的加强筋86、87、88和89彼此之间保持一定的距离，并且与所述加强筋83-85(包括)相连，并且垂直于所述加强筋。这90
°
角可能是不同的(未示出)。所述加强筋86-89(包括)与密封件91的其他表面90保持一定距离。