专利名称：活塞结构和液体供给阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞结构，它用于在一个容纳液体的活塞缸中的双向轴向运动，该活塞结构具有面对一第一腔的第一侧面和面对一第二腔的第二侧面，一个活塞杆连接到活塞的第一或第二侧面，并且在一个形成于活塞的外部的凹进部分，放置一个由弹性材料制成并具有一个给定的横截面直径的O形环，该O形环密封活塞缸的壁。本发明进一步涉及一种液体供给阀，该液体供给阀用于允许液体从一个液体增压源以一个确定的数量或持续一段时间地流过。
背景技术：
在液体系统中，例如在水管系统中，经常有一种需要，就是使液体的用量能处于确定的数量或持续一段时间。有许多能被用于这种目的的阀，例如所谓的“壳阀”，譬如抽水马桶的冲洗阀，该应用包括一个膜片和一个比较长和窄的导管，该导管具有大约50微米的横截面，该应用限制水压，并且在充满一个规定的容量之后，通过形成一个辅助水流，它堵住液体的流动路径。随着使用，液体每次在相同的方向上流过细的通道，由于这样，附带存在于液体中的固体杂质可能堵塞狭窄的通道，在这种情况下，阀必须被拆开，并且这些杂质能通过一个细的金属针被从导管从除去，这毕竟是一个使人生厌的保养工作。
专利申请US4057074描述了一种阀的设计，它设有一个可在两个方向上移动的活动活塞，根据该说明，借助于一个被用于液体空间之一中的弹簧，即使在两侧之间存在很大的压力差的情况下，该设计也是可操作的，然而，该元件本身可能成为故障的原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、可靠的活塞和具有该活塞的一个供给阀结构，它不需要保养，它可在更广泛的受限条件下操作，通过它，液体的流过能被变得稳定或能根据所选特性而被及时改变，并且它能以低成本实现。
本发明已经实现
当使用一个活塞时，该活塞包括一个放置在其边缘的区域中的弹性密封件，在该区域密封件能呈现两个不同的位置并在它们之间移动，不同的流动横截面能被形成，因而能获得不同的流动速度。
两个位置能对应两个不同的流动方向，从而，例如可能的杂质的去除能被以一种自清洁的方式进行。
为了实现本发明的目的，一种在引言部分中提及的活塞结构被提供，其中形成于活塞外部的凹进部分的轴向宽度和至少在某些地方的径向深度大于O形环的横截面直径，O形环放置在凹进部分中，以致由于在第一侧面和第二侧面之间的压力差，它能在一个面对第一侧面的第一位置和一个面对第二侧面的第二位置之间移动，另外，当O形环处于其第一位置时，在凹进部分和活塞的第一侧面之间的一个流动路径的累积横截面面积不超过A1，而在凹进部分和活塞的第二侧面之间的一个流动路径的横截面面积是A0，然而，当O形环处于其第二位置时，在凹进部分和活塞的第二侧面之间的流动路径的累积横截面面积不超过A2，而在凹进部分和活塞的第一侧面之间的流动路径的横截面面积是A0，其中A1和A2在数量级上小于A0。
在另一个实施例中，其中液体的流过与压力脉动无关地得到稳定，在引言部分中被提及的活塞结构中，具有不超过A1的累积面积的流动路径由一个或多个形成于密封件和活塞之间的开口形成，由于在第二腔中存在比第一腔中更高的压力，所以借助于弹性变形的密封件，(各)开口与压力差成比例地变窄。
将结合附图对本发明进行描述，其中图1A和1B用两个不同的位移方向示意地表示根据本发明的液体供给阀的原理；图2A和2B用两个不同的位移方向表示根据本发明的液体供给阀的横截面；图3A、3B和3C示意地表示根据本发明的活塞的密封件和凹进部分的横截面，它们处于不同的位置和执行过程中，其中密封件是一个O形环；图4A和4B表示凹进部分的两个可能的形状，为了被规划的流动，该凹进部分被形成于根据本发明的活塞缸的侧壁中；
图5A和5B用两个不同的位移方向表示图2A和2B的液体供给阀的横截面，具有一个被不同地画出轮廓的密封件；和图6A和6B表示根据本发明的活塞的密封件的均压流出调节功能。
具体实施例方式
在图1A、1B、2A和2B中所示的活塞结构包括一个可在具有环形横截面的活塞缸2中移动的活塞1，一个安装在活塞1上的活塞杆4，和一个安装在活塞杆4上的辅助活塞3。箭头表示液体在辅助活塞3处于打开位置时的流动方向，由活塞1作为边界的封闭空间形成一第一腔K1，而在辅助活塞3处于打开位置时，被连接到液体系统并与活塞1的第二侧面相通的液体空间可以被看作一第二腔K2，第二腔K2与第一腔K1相比可以具有不同的压力。在活塞1的外部上，一个凹进部分6被形成在其边缘上，凹进部分6在图1A和1B中被示意地表示，仅仅描绘了其内部形状。在凹进部分6中放置了一个密封件，在本例子中该密封件是一个O形环5，O形环5具有圆形的横截面并由一种传统的弹性材料制成，它的直径小于凹进部分6的轴向宽度，并且至少在某些地方小于凹进部分6的径向深度，其结果是，由于在第一腔K1和第二腔K2中传播的压力之间的差异的作用，起密封作用的O形环5能呈现两个不同的特定位置，其中第一腔K1和第二腔K2被分别形成于活塞1的第一侧面和第二侧面上，在两个位置上，活塞结构在一定程度上是液体所能透过的。假设在O形环5的第一位置上，在凹进部分6和活塞1的第一侧面之间(在图1和2中的左侧)的累积流动路径具有一个确定液体流过的横截面面积A1，而在第二位置上，凹进部分6和活塞1的第二侧面(图1和2中的右侧)之间的累积流过具有一个横截面面积A2。如果液压在第二腔K2中是较高的，那么O形环处于其第一位置上，活塞1在图2A中所示的箭头M的方向上移动，并且一个间隙确定液体的流过，该间隙具有相应于面积A1的横截面，液体的流过是第一腔K1的填充速度，并且通过该间隙的时间长度直到活塞杆4上的辅助活塞3关闭了液体沿着箭头的自由流动为止，所述箭头指出流动方向。通过活塞杆4在相反方向上的移动，在第一腔K1和第二腔K2之间压力差的情况将改变，从而在O形环的第二位置上(图2B)，处于第一腔K1中的液体能通过一个横截面面积A2流入第二腔K2，图1B和2B中没有标志符号的箭头通过它们比图1A和2A的箭头具有更大厚度来表示更大、更快的液体流过，活动活塞1被某种机构强迫朝着第一腔K1移动，该机构可以是一个阀以通过活塞1或活塞缸2将液体从第一腔K1排到一个较低压力的空间，或作为选择，可以是一个用于移动活塞杆4的直接作用的机械装置，该机械装置可以被手动执行或借助于任何其它的根据需要连接到活塞杆4上的伺服结构。在根据图2的实施例中，面积A2必需大于面积A1，从而能确保在自由的液体流过的情况下，设定计时确实超过启动供给阀所需的时间，即，将活塞杆4推到一个规定点例如一个“撞击”点所需的时间。
与被用作密封件的O形环5是占据其在活塞1的凹进部分6中的第一位置还是第二位置无关，没有密封的活塞1的尺寸是如此的，即在活塞和活塞缸2的壁之间，相应于一个面积A0的横截面累积流过是可能的，并且该横截面面积A0基本上大于A1和A2，或者至少大于两者中较小的那个。在本实施例中，为了活塞结构的激活，A2大于A1，而A0可以近似等于A2，因为它没有增加手动(机械)操作所需的时间长度。
图3A-3C是活塞缸2的壁、在其中形成凹进部分6的活塞1的边缘部分以及被放置于凹进部分6中的密封件O形环5的放大视图。在该优选实施例中，流过所需的横截面面积A1和A2可以通过在凹进部分6的壁中或在O形环5的表面中形成槽来实现，这些槽能在凹进部分6的底部和侧部上被发现，凹进部分6具有矩形的横截面轮廓。槽的尺寸(宽度和深度)和它们在凹进部分的壁中的密度一起确定横截面面积A1和A2，槽能通过蚀刻形成或能用一个硬工具将它们刻划出来，考虑到接近凹进部分的内表面的难度，后者是更简单的。在充满液体的环境下，O形环5在其第一位置和第二位置之间的位移可以基本上没有摩擦地发生，并且，位移被尺寸公差进一步提升。在O形环5处于其第二位置的图3B中，由于O形环5靠着凹进部分6的平的壁，该壁面处于第二侧(图中的右侧)，所以O形环5锁止了，在这种情况下，A2＝0，在图3C的情况下，A1大于A2，但后者也大于0。
供给阀的流动操作，即，设置供给阀根据时间的操作特性，能通过选择流过通路(A1，A2)的累积面积和通过调节辅助活塞3的打开点而被进行，供给阀具有图2中所示的一个主活塞和一个辅助活塞。容易明白，活塞1的位移意味着密封件沿着活塞缸2的内壁的移动，这使流过通道的相应面积(A1或A2)形成于密封件和活塞缸2的壁之间成为可能，而不会形成于密封件和凹进部分6的壁之间，这样确保了流过量遵照位移的瞬时位置，从而遵照活塞1的可变速度。这可能被需要，例如当辅助活塞3在其关闭点或打开点附近移动时，当为了例如在关闭的时候抑制-尽可能地-“震动”发生而需要有效的制动效果时。在液体供给阀用于工业中的情况下，它可能是非常重要的，在工业中需要相当大数量的流过量，并且在没有制动的情况下，系统的机械应力更大。这种实现，即当面积A1可依据活塞1的位置而改变时，可以由凹进部分7、8保证，如图4中所示。图4A表示凹进部分7，凹进部分7提供了一个线性减少的横截面，而图4B表示凹进部分8，通过凹进部分8，横截面能被线性地和阶梯形地(立即)改变，从而及时实现特有的速度特性。
在图5A和5B中，活塞10的密封件11的两个位置被分别表示，说明液流的方向和活塞的位移M的方向。该例子表示密封件11不是必需被形成为O形环，而是可以使用具有环形截面的其它密封件，这些密封件适合通过靠着凹进部分的壁和活塞缸的壁来确保所需要的密封。在轴线处示出了表明流过的箭头，关于这，应该注意，在使更快的流过变成可能的条件下，即当面积A2更大时，在活塞10的第二侧面和凹进部分之间的流过通道也可以在活塞的其它部分上实现，例如通过在活塞本体中形成若干镗孔，这些镗孔连接凹进部分的内部空间和活塞10的第二侧面。
在本发明的精神中，基于一个共同点，有另外构造活塞结构的可能性，其中密封件通过其弹性变形使具有面积A1的流过通道与第一侧面和第二侧面之间的压力差的大小成比例地变窄，该操作在图6中被示出，其中图6A表示密封件21的位置，密封件21作为例子被实现为一个O形环。密封件21位于通道23上，通道23形成于活塞22的凹进部分的内表面上(看第一侧面)，这是当第一侧面上和第二侧面上的压力基本上彼此相等或在它们之间仅仅有一个微小差异时的情况，然而，在液体系统具有很高压力的情况下，可能会出现该差异很大的情况，那么液体通过通道23的流动将会更快，这可能被密封件的弹性变形抵消，如图6B中所示，其中O形环的一个部分弯曲，因而它使通道23的有效横截面变窄。这样，通过适当地选择通道23的尺寸和密封件21的材料，横截面的变窄(为了在一个单位时间内所测量的流过量的一致性而被进行)正好与流速的转换成比例。在活塞不进行往复运动的阀的情况下也能使用该自调节结构，尽管在液体供给阀进行双向运动的情况下，所有的这些也能导致有用的次要影响。
在如图1和2中的液体供给阀结构中，将辅助活塞3从其完全关闭状态打开可能是一个问题，在高液压和大尺寸的情况下，由辅助活塞3上的压力引起的力禁止用活塞杆4打开它。它可能是一个相当大的问题，特别是在用手操作模式的情况下，而在应用伺服机构的情况下减少能量需要也是希望的，为了这个目的，在不移动被关闭的辅助活塞3情况下，高压液体能被从封闭的第一腔K1的空间中排出。它能被以不同的方式实现，所有方式都具有共同的特征，即通过活塞1或活塞缸2使来自第一腔K1的高压液体到达一个低压空间，假如这样，面积A2是不相关的，它可以是零。
在图7A的布置中，一个另外的控制阀1’被形成于活塞1内，它使液体能从第一腔K1流到一个低压空间K3，低压空间K3实际上是一个液体出口。控制阀1’能被另一个活塞杆4’打开，活塞杆4’穿过将活塞1连接到辅助活塞3的活塞杆4”的中空轴体，活塞杆4’能独立于活塞杆4”移动。小面积的控制阀1’能逆着微小的力被打开，并且在释放压力和从第一腔K1排出液体之后，在控制阀1’被打开期间，第二腔K2中的高压液体将使活塞1移向第一腔K1，并且主液流流入空间K3中，如图7B中所示。一个弹簧S被用来使控制阀1’在活塞杆4’被释放时返回到其关闭状态中，然后活塞1与辅助活塞3一起将在相反方向上以取决于面积A1的速度移动，直到辅助活塞3关闭主流。
在图8A的布置中，一个在活塞缸2的壁中的控制阀V被用来释放压力和从第一腔K1排出液体，打开和关上阀V提供了一种相当于上述控制阀1’的控制，它也在图8B中示出。活塞杆4不同于图1和2的相似元件，因为主流流动期间的开始和计时被阀V而不是图8的活塞杆4激活，在这种情况下它也需要一个小的能量。前述结构基本上关系到液体，然而，应该注意，在气体的情况下，例如在气体减震器或阻尼器的情况下，通过在支承区域上在一个或更多地方形成微小尺寸的径向刮削、槽、棱纹或蚀刻，组件能执行前述的不对称的操作。
本发明的一个重要优点是当它被用作阀时，那时双向操作导致自我清洁，并且不需要使用复杂的工具。为了实施，根据成比例激活和所需的操作时间的不对称性(A1＜＜A2)是必需的。最后，一方面，被使用的技术使实现及时改变的流过特性成为可能，另一方面，不管液体源的压力波动，保持该特性稳定被成为可能。
权利要求
1.一种用于在容纳液体的活塞缸中双向轴向运动的活塞结构，所述活塞结构具有面对第一腔(K1)的第一侧面和面对第二腔(K2)的第二侧面，活塞杆(4)连接到所述活塞(1)的所述第一或第二侧面，并且在形成于所述活塞(1)的外部的凹进部分中，放置由弹性材料制成并具有给定的横截面直径的O形环(5)，该O形环密封所述活塞缸(2)的壁，其特征在于，形成于所述活塞(1)的外部的所述凹进部分(6)的轴向宽度和至少在某些地方的径向深度大于所述O形环(5)的横截面直径，O形环(5)放置在所述凹进部分(6)中，以致由于存在于第一侧面和第二侧面之间的压力差，它能在面对第一侧面的第一位置和面对第二侧面的第二位置之间移动，另外，当所述O形环(5)处于其第一位置时，在所述凹进部分(6)和所述活塞(1)的第一侧面之间的流动路径的累积横截面面积不超过A1，而在所述凹进部分(6)和所述活塞(1)的第二侧面之间的流动路径的横截面面积是A0，然而，当所述O形环(5)处于其第二位置时，在所述凹进部分(6)和所述活塞(1)的第二侧面之间的所述流动路径的累积横截面面积不超过A2，而在所述凹进部分(6)和所述活塞(1)的第一侧面之间的所述流动路径的横截面面积是A0，其中A1和A2在数量级上小于A0。
2.如权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，A1和A2是不同的。
3.如权利要求1或2所述的活塞结构，其特征在于，通过在所述O形环(5)的支承区域上的一个或更多地方形成径向刮削、槽、棱纹或蚀刻，形成在所述凹进部分(6)中的流动路径。
4.如权利要求1或2所述的活塞结构，其特征在于，通过在所述O形环自身的支承区域的一个或更多地方形成径向刮削、槽、棱纹或蚀刻，形成所述流动路径。
5.如权利要求1-4中任一项所述的活塞结构，其特征在于，由于存在于第一侧面和第二侧面之间的压力差，所述O形环(5)能变形并能弯曲所述流动路径中，因而它能与压力差成比例地减少所述流动路径的累积横截面面积A1或A2。
6.一种用于允许液体从液体增压源以确定的数量或持续一段时间地流过的液体供给阀，其特征在于，所述供给阀包括权利要求1所述的活塞结构，其中所述活塞杆(4，4”)操作装设在液体的主流流动路径中的辅助活塞(3)，所述活塞(1)通过驱动机构开始朝着所述第一腔(K1)运动，并且在所述辅助活塞(3)的打开状态中，所述第二腔(K2)连接到低压空间(K3)。
7.如权利要求6所述的液体供给阀，其特征在于，A2在数量级上大于A1。
8.如权利要求1-7中任一项所述的液体供给阀，其特征在于，所述面积A1和A2中的至少一个选择为这样的尺寸，即确保所述活塞(1)的被制动的关闭。
9.如权利要求8所述的液体供给阀，其特征在于，当所述活塞(1)在两个方向上移动时，所述活塞(1)在关闭时候的制动程度是不同的。
10.如权利要求6或7所述的液体供给阀，其特征在于，所述驱动机构是按钮机构，它的行程被限制在给定的长度。
11.如权利要求6或7所述的液体供给阀，其特征在于，所述驱动机构是按钮机构，它的行程能被限制在几个给定的长度。
12.如权利要求10或11所述的液体供给阀，其特征在于，所述按钮的所述行程的限制可通过限制机构调节，该限制机构可以通过沿着一个螺旋路径转动而改变。
13.如权利要求12所述的液体供给阀，其特征在于，它至少设有可通过转动调节的按钮行程和被限制在固定长度的按钮行程。
14.一种抽水马桶的冲洗阀，其特征在于，它包括如权利要求6-11中任一项所述的液体供给阀。
15.一种用于化学工业中的液体供给阀，其特征在于，它包括如权利要求6-11中任一项所述的液体供给阀。
16.一种用于在花园中使用的喷洒器的延时阀，其特征在于，它包括如权利要求6-11中任一项所述的液体供给阀。
17.一种用于在容纳液体的活塞缸中双向轴向运动的活塞结构，活塞结构包括活塞(22)，凹进部分形成于所述活塞(22)的外部，在所述凹进部分放置由弹性材料制成并具有给定的横截面直径的密封件(21)，所述密封件(21)密封所述活塞缸的壁，所述活塞(22)具有面对第一腔(K1)的第一侧面和面对第二腔(K2)的第二侧面，在所述凹进部分和所述活塞的第一侧面之间的流动路径的累积横截面面积不超过A1，所述凹进部分连接到所述第二腔(K2)，其特征在于，所述具有不超过A1的累积面积的流动路径由一个或多个形成于所述密封件(21)和所述活塞(22)之间的开口(23)形成，由于在所述第二腔(K2)中存在比所述第一腔(K1)中更高的压力，所以借助于被弹性变形的密封件(21)，所述开口(23)被与压力差成比例地变窄。
18.如权利要求17所述的液体供给阀，其特征在于，所述密封件(21)是O形环。
19.如权利要求6所述的液体供给阀，其特征在于，所述活塞缸(2)和被接合于内部的活塞(1)的横截面是椭圆的。
20.如权利要求6所述的液体供给阀，其特征在于，面积A1是可根据所述活塞(1)的位置而变化的，并且通过形成于所述活塞缸(2)的壁上的凹进部分(7，8)来保证。
全文摘要
具有一第一侧面和一第二侧面的活塞结构，和在一个形成于活塞(1，22)的外部的凹进部分(6)中，放置了一个弹性的密封件(5，11，21)，凹进部分(6)的轴向宽度和至少在一些地方的径向深度大于密封件(5，11，21)的横截面直径，由于两个侧面的压力差，所述密封件能在移动第一位置和移动第二位置之间移动，因而交替地确定一个不大于A1的累积横截面面积和一个横截面面积A0，或一个不大于A2的累积横截面面积和一个横截面面积A0，A1和A2基本上小于A0。本发明进一步涉及一种包括该活塞结构的液体供给阀，用于允许液体从一个液体增压源以一个确定的数量或持续一段时间地流过。
文档编号F16L1/00GK1599849SQ02824438
公开日2005年3月23日 申请日期2002年10月4日 优先权日2001年10月5日
发明者约瑟夫·贝雷兹奈 申请人:约瑟夫·贝雷兹奈