TW201814179A - 氣體彈簧之超程壓力釋放 - Google Patents

Abstract

一種氣體彈簧具有外殼，外殼具有軸向延伸之側壁、開放端與間隔於該開放端的封閉端壁、及壓力室，部分由該壁設置以在壓力下接受氣體、及活塞桿，可滑動地容置於該外殼中之殼體內並且可在伸出與縮回位置之間移動。壓力釋放軸環可滑動地承載於該活塞桿周圍且在正常情況下在軸向突出至該外殼以外，該壓力釋放軸環可在該活塞桿超程狀態期間沿軸向向內移位，以移位部分之活塞桿密封件成開啟過壓釋放路徑，以容許該壓力室內之加壓氣體逸出至該氣體彈簧外。

Description

氣體彈簧之超程壓力釋放

[0001] 本申請案主張美國專利暫時申請案第62/395,729號之權益，其內文係以引用方式併入本文。 　　[0002] 本發明大抵關於氣體彈簧，且較特別的是關於氣體彈簧之超程壓力釋放特性。

[0003] 氣體彈簧已屬習知，且其已使用在薄片金屬衝壓操作之衝壓模。例如，除了別的應用以外，氣體彈簧可使用作為衝壓墊。一般氣體彈簧包括外殼、承載於外殼中之活塞桿、藉由固持件固持於外殼中以便在外殼內導引且固特活塞桿的軸承與密封殼體、及用於留置加壓氣體的壓力室，加壓氣體通常為氮，在某些應用中例如為2,000至5,000 PSI之操作壓力。殼體包括一或多個軸承，以便導引活塞桿在外殼內的移動，以及一或多個密封件，以防止壓力室外洩。加壓氣體將活塞桿偏壓至一伸出位置，並且可變形地抵制活塞桿從伸出位置移至縮回位置。但是活塞桿可能超程至故意設計之縮回位置，而且此超程造成不符所需的過壓與其他不符所需的狀況。

[0004] 在一些實施方式中，一種用於成形設備之氣體彈簧具有外殼，外殼具有側壁、開放端，及封閉端，大致在軸向與開放端間隔並且部分界定壓力室以在壓力下接收氣體；活塞桿殼體，容置於外殼中並鄰近於其開放端；活塞桿，容置於殼體中並且在伸出與縮回位置之間往復運動；活塞桿密封件，環繞於活塞桿周圍且承載於活塞桿上；及超程壓力釋放軸環，環繞於活塞桿周圍且可相對於活塞桿滑動，軸環具有外端，可在正常情況下在軸向突出至外殼之開放端以外。軸環具有內端，接觸於活塞桿密封件並且建構使得大致上在活塞桿之超程狀態期間，軸環朝向外殼封閉端的軸向移動將至少部分之密封件從活塞桿移位，以提供路徑，供壓力室中之壓力下氣體逸出至氣體彈簧外。 　　[0005] 在至少一些實施方式中，超程壓力釋放軸環也可以提供軸承表面於活塞桿，並且作為活塞桿在其伸出與縮回位置之間之軸向往復運動的唯一導引件。軸承是由活塞桿殼體承載，用於導引活塞桿在其伸出與縮回位置之間之軸向往復運動。在至少一些實施方式中，活塞桿密封件由活塞桿殼體承載，及在其他實施方式中，活塞桿密封件由外殼承載。在至少一些實施方式中，活塞桿密封件包括和活塞桿密封式接觸的內唇部及和活塞桿殼體或外殼其中之一密封式接觸的外唇部。在至少一些實施方式中，在超程狀態期間，軸環相關於活塞桿密封件沿軸向向內移動，以致使軸環內端將活塞桿密封件之內唇部之至少部分沿徑向移位，以容許壓力室內之加壓氣體通過密封件逸出至氣體彈簧外的環境。

[0013] 請詳細參閱圖式，圖1揭示一氣體彈簧10，其可用在成形設備中，例如，薄片金屬衝壓模及機械壓床（圖中未示）。大體上，氣體彈簧10包括一外殼12、一由外殼12承載之導引與密封組件14、一由外殼12承載且延伸通過導引與密封組件14之活塞桿16、及一壓力室17。活塞桿16之一外軸向端可以和或藉由一壓床之一模具構件或另一部分或成形設備之構件（圖中未示）接觸。 　　[0014] 例如，一或多個氣體彈簧10可用在成形設備之許多實施方式中，以提供一可動組件，利用變形力或回彈力支撐一成形模具或一工作件。例如，在夾箍環實施方式中，氣體彈簧10可提供變形力於一成形模具之夾箍環，以便固持一金屬工作件，同時成形模具之另一組件成形、切削、拉伸、或彎曲工作件。在升降器實施方式中，氣體彈簧10可提供變形力及回彈力，以便將工作件升離成形模具之一表面或者維持工作件之控制。在凸輪工具實施方式中，氣體彈簧10可施加變形力，將一凸輪啟動式工具返回其原位。當然，氣體彈簧10可使用在廣範圍的其它實施方式中。 　　[0015] 根據本發明，在氣體彈簧10之活塞桿16超程情況下，氣體彈簧10包括一超行程或超程壓力釋放組件18。如文後所詳述，超程壓力釋放組件18可以是導引與密封組件14的一部分，且其可作用成容許加壓氣體連通至壓力室17外，以便在超程狀況下提供保護，超程情況包括壓力室17中之氣體可能過壓。如文後所詳述，在超程狀況下，超程壓力釋放組件18可移位，以便拉下一密封件，使加壓氣體從氣體彈簧10之壓力室17內釋放。如本文中所用之術語「超程狀況」包括供與氣體彈簧10互動之一模具構件、或任意其他機器組件使活塞桿縮回外殼12內至氣體彈簧10中之一故意設計位置以外的狀況。 　　[0016] 請參閱圖1，外殼12包括一側壁20，側壁在軸向終止於一封閉端22及一開放端24，可將導引與密封組件14及活塞桿16容置於其內。壓力室17至少部分是由側壁20與封閉端22建立，以便在壓力下接收氣體。在揭示之實施例中，封閉端22可以是一耦合於側壁20的個別組件，並且使用一密封件藉由例如捲邊、模鍛或其他成形方式封閉。在其他實施例中，封閉端22經由一熔接接頭以耦合於側壁20，或是和側壁20形成為一體。外殼12之側壁20具有一至少部分界定壓力室17的內表面26、及一外表面28。外殼12例如概呈圓柱形，其中，內表面26或外表面28的至少其中一個呈圓柱形。側壁20具有一在周邊方向延伸之固持環30，用於在軸向固持至少部分的導引與密封組件14，以便維持氣體彈簧10於其組裝狀態。為了方便將氣體彈簧10安裝及定位於一壓床內，一對縱向間隔之周邊凹槽32、34可經加工、成形、或其他方式設置於外殼12之外表面28中。為了容許氣體進入氣體彈簧10，外殼12可包括一通道或充填孔36，其可依任意適當方式設置通過外殼12之封閉端22。一充填閥38可由外殼12承載，以容許氣體彈簧10通過充填孔36而加壓，並且在氣體彈簧10加壓時封閉充填孔36。充填閥38可以是提動閥，如圖中所示，但是也可以替代成包括一施克拉德（Schrader）充填閥，或者可以是設在外殼12之封閉端22處的任意適當位置之任意其他適當型式之閥。 　　[0017] 導引與密封組件14設置於、或被承載接近於外殼12之開放端24，並且可密封地耦合於外殼12。組件14包括一軸承組件，軸承組件包括一活塞桿殼體44及一由殼體44承載之導引軸承46。組件14亦包括一設置於殼體44與開放端24之間的桿密封件48、一設置於桿密封件48與開放端24之間的密封件擋板47、一被承載於密封件擋板47與開放端24之間並且伸出開放端24外的桿刮板50、及一包括一O形環且O形環被承載於刮板50之一部分與與開放端24之間的外殼密封件51。導引軸承46包括一或多個組件並且其尺寸被設計成可滑動地嚙合活塞桿16，以便導引活塞桿16在外殼12內的軸向往復運動。在揭示之實施例中，導引軸承46包括一軸襯，軸襯可由任意適當之低摩擦材料組成。活塞桿密封件48包括一U形密封件，具有一供與外殼12之內表面26接觸的徑向外唇部48a及一供與活塞桿16之外表面接觸的徑向內唇部48b。 　　[0018] 活塞桿16至少部分設置於外殼12中且通過導引與密封組件14，用於沿著氣體彈簧10之一循環（包括縮回行程及伸出或返回行程）上之伸出與縮回位置之間的一軸線A往復運動。活塞桿16藉由壓力室17中之加壓氣體作動成將活塞桿16朝向伸出位置偏壓，並且離開縮回位置。活塞桿16通過導引與密封組件14伸出外殼12外，且其包括一外軸向端52、及一設在外殼12中並且呈徑向擴大之內軸向端54。例如，一活塞固持件56耦合於內軸向端54，像是經由活塞桿16在此處模鍛而成。固持件56可以和活塞桿殼體44之一部分嚙合，以便將活塞桿16固持於外殼12中。活塞桿16係與桿密封件48密封式嚙合並且與活塞桿軸承46滑動式接觸，用於伸出與縮回位置之間的導引相對移動。 　　[0019] 如上所述，超程壓力釋放組件18包括一軸環60，軸環可滑動地承載於活塞桿16周圍且軸向至少部分在導引與密封組件14與外殼開放端24之間，並在軸向由密封件擋板47固持。在揭示之實施例中，軸環60是在周邊方向呈連續狀並具有一圓柱形內表面。軸環60包括一內端62，內端相關於外殼12之開放端24而設置成軸向向內，及接觸活塞桿密封件48及一軸向外端64，內端相關於外殼12之開放端24而設置成軸向外側或向外。換句話說，軸環60在軸向以其軸向外端64延伸出殼體44與外殼12外。軸環內端62可以是刺刀形或楔形，例如包括一具有肩部之倒鉤、一圓柱形內表面及一相關於軸環60之內表面而呈非零度角的外表面。密封件擋板47包括一內徑且小於軸環內端62之外徑，以利於將軸環60固持於氣體彈簧10中。刮板50在軸向突出至軸向外端64外並與活塞桿16接觸，使軸環60由刮板50遮蔽。 　　[0020] 氣體彈簧10係以任意適當方式組裝且其許多組件可依任意適當方式製造及由任意適當材料組成。例如，外殼12可從金屬管及/或金屬棒料（例如，鋼）車鏇、搪孔、鑽孔、螺絲攻、及/或其他加工而成。在另一例子中，軸環60例如可由鋼、黃銅、紅銅、碳纖維、聚合材料、及/或任意其他適當材料構成。 　　[0021] 操作時，任意適當之加壓裝置（圖中未示）可耦合於孔36，以便開啟閥38並將加壓氣體導入孔36。一旦到達所想要的壓力時，加壓裝置可退出以容許閥38關閉並藉此將加壓氣體密封在壓力室17內。 　　[0022] 使用期間，請參閱圖2，一模具構件或任意其他機器組件（圖中未示）將活塞桿16沿軸向朝內移至外殼12內，以便壓縮壓力室17內之氣體。圖2揭示氣體彈簧10在活塞桿16相對於外殼12的故意設計之最大壓縮位置。如圖中所示，在此位置時，活塞桿16之一軸向最外表面在軸向突出於超程釋放組件18之一軸向最外表面外。再者，如圖3所示，超程釋放組件18尚未相對於密封件48移動。 　　[0023] 惟，對比之下，請參閱圖4，模具構件或任意其他機器組件（圖中未示）將活塞桿16進一步沿軸向朝內移至外殼12內。在機器組件行進至一相關於氣體彈簧10之故意設計位置以外的情況下，機器組件撞擊超程釋放組件18之軸向外端64，造成其位移。超程釋放組件18之此軸向位移造成密封件48之一部分的徑向朝外位移，藉以容許壓力室17內之加壓氣體通過活塞桿16與密封件48之間的一路徑逸出至氣體彈簧10外，如圖4所示且圖5較為明確。 　　[0024] 在揭示之實施例中，例如在超程狀態期間，軸環60相關於活塞桿密封件48沿軸向向內移動，以致使軸環內端62將活塞桿密封件48之內唇部48b沿徑向移位成開啟一過壓釋放路徑，以容許壓力室17內之加壓氣體通過釋放路徑逸出至氣體彈簧10外的環境。較明確說，軸環內端62與密封件內唇部48b之對應傾斜/斜向表面配合，使其間之相對軸向移動導致密封件48之徑向向外移動，拉下或突破密封件48與活塞桿16之間的密閉式結合。 　　[0025] 圖6揭示一氣體彈簧10’，其基本上具有和氣體彈簧10者相同之結構及配置方式，不同的是一變更之導引與密封組件14’。基本上和氣體彈簧10者相同的氣體彈簧10’之組件即以氣體彈簧10之對應組件之相同參考編號識別，且諸組件之說明將不予以贅述。 　　[0026] 導引與密封組件14’具有一環形殼體44’，可滑動地容置於外殼12中且藉由兩段式之開口環70可移除地固持於其中，開口環容置於開放端附近的殼體與外殼中的互補型環形凹部72、74內。一桿刮板50’容置於殼體44’之上端中之一環形凹部76內。一活塞桿密封件48容置且固持於殼體44’中之一環形凹部78內，該凹部沿徑向向內開放至活塞桿16上。殼體44’與外殼之間的密封可由一O形環80及一墊環82提供，O形環及墊環容置於外殼中之一環形凹槽84內且沿徑向向外開放至外殼12上。活塞桿16具有一形成為一體之固持件56’，位於活塞桿完全伸出位置之固持件疊覆且負載於殼體44’之內端86上，用於當活塞桿移至其完全伸出位置時可對活塞桿提供一前檔塊。 　　[0027] 超程壓力釋放軸環60可滑動地容置於活塞桿16上與周圍，並且通過殼體44’而容置於一鑽孔88中，鑽孔是和圓柱形外殼壁26同軸向。軸環60也可以提供活塞桿16之其伸出與縮回位置之間的唯一軸承導引往復運動。軸環60具有一凹槽92，凹槽沿徑向向內開放至活塞桿16上，用於容置且固持一適用於軸環之軸承表面94的潤滑劑。 　　[0028] 在活塞桿之超程情況下，軸環60相關於桿密封件48沿軸向向內移動，並且將密封件48之內唇部48b之至少部分從活塞桿16移位成開啟一超程壓力釋放路徑，以容許壓力室17內之加壓氣體通過此釋放路徑逸出至氣體彈簧10’外的環境。使用時，氣體彈簧10’是以和氣體彈簧10相同的方式操作，故不贅述其操作。 　　[0029] 應該瞭解的是，習於此技者可以瞭解本發明範疇亦涵蓋其他實施例。圖示及上述之複數配置方式僅為說明且非完整或詳盡列示。當然，尚有其他實施例及實施方式可藉由本發明達成。上述實施例用於說明而非限制。本發明之範疇係由文後之申請專利範圍界定。

[0030]

10、10’‧‧‧氣體彈簧

12‧‧‧外殼

14、14’‧‧‧導引與密封組件

16‧‧‧活塞桿

17‧‧‧壓力室

18‧‧‧超程壓力釋放組件

20‧‧‧側壁

22‧‧‧封閉端

24‧‧‧開放端

26‧‧‧內表面

28‧‧‧外表面

30‧‧‧固持環

32、34‧‧‧周邊凹槽

36‧‧‧充填孔

38‧‧‧充填閥

44、44’‧‧‧殼體

46‧‧‧導引軸承

47‧‧‧密封件擋板

48‧‧‧桿密封件

48a‧‧‧徑向外唇部

48b‧‧‧徑向內唇部

50、50’‧‧‧桿刮板

51‧‧‧外殼密封件

52‧‧‧外軸向端

54‧‧‧內軸向端

56、56’‧‧‧固持件

60‧‧‧軸環

62‧‧‧軸環內端

64‧‧‧軸向外端

70‧‧‧開口環

72、74、76、78‧‧‧環形凹部

80‧‧‧O形環

82‧‧‧墊環

84‧‧‧環形凹槽

86‧‧‧內端

88‧‧‧鑽孔

92‧‧‧凹槽

94‧‧‧軸承表面

[0006] 文後較佳實施例與最佳模式之詳細說明將相關於附圖載述，其中： 　　[0007] 圖1係氣體彈簧之較佳形式之截面圖，氣體彈簧之活塞桿在伸出位置，並且具有超程壓力釋放組件； 　　[0008] 圖2係圖1之氣體彈簧之截面圖，揭示活塞在故意設計之最大超程位置； 　　[0009] 圖3係取自圖2之圓圈N的圖2之氣體彈簧之部分放大截面圖； 　　[0010] 圖4係圖1之氣體彈簧之截面圖，揭示活塞在超程位置並且說明氣體從彈簧排放； 　　[0011] 圖5係取自圖4之圓圈M的圖4之氣體彈簧之部分放大截面圖；及 　　[0012] 圖6係圖1之部分截面圖並具有變更之導引及密封組件。

Claims (18)

1. 一種用於成形設備之氣體彈簧，包含： 　　　外殼，包括軸向延伸之側壁、開放端、封閉端壁，橫向延伸且在軸向與該開放端間隔、壓力室，部分由該側壁與該端壁建立以在壓力下接受氣體； 　　　軸承組件，承載於該外殼內，且其包括： 　　　　活塞桿殼體，包括桿內端、及桿外端，在軸向與該桿內端間隔，及 　　　　活塞桿軸承，由該活塞桿殼體承載； 　　　活塞桿，可滑動地容置於該活塞桿軸承中，用於在伸出與縮回位置之間的往復運動； 　　　活塞桿密封件，承載於該軸承組件與該外殼開放端之間；及 　　　超程壓力釋放軸環，可滑動地承載於該活塞桿周圍且軸向至少部分設在該軸承組件與該外殼開放端之間，並具有在軸向突出至該活塞桿殼體外的軸環外端及和該活塞桿密封件接觸的軸環內端。
2. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，其中，該活塞桿密封件係U杯形密封件，其具有和該外殼之內表面接觸的徑向外唇部及和該活塞桿之外表面接觸的徑向內唇部。
3. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，其中，該超程壓力釋放軸環之該軸環內端係刺刀形。
4. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，進一步包含密封件擋板，設置於該活塞桿密封件與該外殼之該開放端之間及包括內徑且小於該軸環內端之外徑，以便在軸向固持該軸環於該氣體彈簧中。
5. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，進一步包含刮板，承載於該外殼之該開放端處及沿軸向突出至該軸環外端以外並且和該活塞桿嚙合，以致使該軸環由該刮板遮蔽。
6. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，其中，該活塞桿密封件包括和該外殼之內表面接觸的外唇部及和該活塞桿之外表面接觸的內唇部。
7. 如申請專利範圍第6項之氣體彈簧，其中，在超程狀態期間，該軸環相關於該活塞桿密封件沿軸向向內移動，以致使該軸環內端將該活塞桿密封件之該內唇部沿徑向移位成開啟過壓釋放路徑，以容許該壓力室內之加壓氣體通過該釋放路徑逸出至該氣體彈簧外的環境。
8. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，其中，在超程狀態期間，該軸環相關於該活塞桿密封件沿軸向向內移動，以致使該軸環將部分之該活塞桿密封件沿徑向移位成開啟過壓釋放路徑，以容許該壓力室內之加壓氣體通過該釋放路徑逸出至該氣體彈簧外的環境。
9. 如申請專利範圍第1項之氣體彈簧，其中，該超程壓力釋放軸環亦提供該軸承組件用於該活塞桿。
10. 如申請專利範圍第9項之氣體彈簧，其中，該超程壓力釋放軸環亦包括開放至該活塞桿上的環形凹槽，以容置潤滑劑於其內。
11. 一種用於成形設備之氣體彈簧，包含： 　　外殼，包括軸向延伸之側壁、開放端、封閉端壁，橫向延伸且在軸向與該開放端間隔、以及壓力室，部分由該側壁與該封閉端壁建立以在壓力下接受氣體； 　　活塞桿殼體，包括內端、及外端，在軸向與該內端間隔且容置於該外殼中並鄰近於該外殼之該開放端； 　　活塞桿，延伸通過該活塞桿殼體並且具有容置於該壓力室中的內端及在正常情況下位於該外殼外側的外端； 　　活塞桿密封件，由該殼體承載且提供該活塞桿與該殼體之間的密封； 　　密封件，由該殼體承載且提供該殼體與該外殼之間的密封；及 　　超程壓力釋放軸環，可滑動地容置於該活塞桿周圍、由該殼體可滑動地承載、及具有在軸向突出至該外殼之該開放端外的軸環外端及建構用於和至少部分之該活塞桿密封件接觸的軸環內端。
12. 如申請專利範圍第11項之氣體彈簧，其中，該活塞桿密封件係U杯形密封件，其具有和該活塞桿殼體之內表面接觸的徑向外唇部及和該活塞桿之外表面接觸的徑向內唇部。
13. 如申請專利範圍第11項之氣體彈簧，其中，該超程壓力釋放軸環之該內端係刺刀形。
14. 如申請專利範圍第13項之氣體彈簧，其中，鄰近於其內端的該軸環的部分疊覆於部分的該殼體，以固持該軸環於該氣體彈簧中。
15. 如申請專利範圍第11項之氣體彈簧，進一步包含活塞桿刮板，由該軸環承載成鄰近於該外殼之該開放端及沿軸向突出至該軸環外端以外並且和該活塞桿接觸。
16. 如申請專利範圍第11項之氣體彈簧，其中，該活塞桿密封件包括和該殼體之內表面接觸的外唇部及和該活塞桿之外表面接觸的內唇部。
17. 如申請專利範圍第16項之氣體彈簧，其中，在超程狀態期間，該軸環相關於該活塞桿密封件沿軸向向內移動成開啟過壓釋放路徑，以容許該壓力室內之加壓氣體通過該釋放路徑逸出至該氣體彈簧外的環境。
18. 如申請專利範圍第11項之氣體彈簧，其中，在超程狀態期間，該軸環相關於該活塞桿密封件沿軸向向內移動，以致使該軸環將部分之該活塞桿密封件沿徑向移位成開啟過壓釋放路徑，以容許該壓力室內之加壓氣體通過該釋放路徑逸出至該氣體彈簧外的環境。