压缩弹簧组件及使用其的方法
发明背景
(1)技术领域：本发明总体上涉及一种压缩弹簧系统，更具体地涉及一种包括用于分配泵的聚合物弹簧元件的压缩弹簧组件。
(2)背景技术：用于各种液体、乳液、凝胶等的分配泵在本领域中是已知的。这些分配泵通常包括坐于容器颈部的本体部分、相对于本体部分滑动的共同作用的喷嘴部分、以及将共同作用的喷嘴部分偏置至其正常静止位置的弹簧结构。为了分配容器中的材料，使用者手动地压下喷嘴，这迫使材料从本体部分的内部向外通过喷嘴。当喷嘴被释放时，弹簧迫使喷嘴部分回到其正常静止位置。除了典型地由金属形成的弹簧之外，泵系统部件的大部分典型地由聚合物材料形成。这些塑料部件是可易于回收利用的。然而，已经发现，由于需要将金属弹簧与其他塑料部件分开，泵组件中金属弹簧的存在阻碍或减缓了回收利用的过程。相应地，在行业中对于用于各种装置(比如分配泵)的全塑料弹簧系统存在需要。
发明内容
根据本发明的压缩弹簧组件的示例性实施例包括由拉伸聚合物材料形成的带狭槽的管状弹簧元件、以及被接收在该带狭槽的管状弹簧元件的相反的第一端和第二端处的第一荷载锥和第二荷载锥。在一些实施例中，弹簧元件和荷载锥均可以由聚合物材料形成，从而使弹簧组件可更易于回收利用。
在示例性实施例中，带狭槽的管状弹簧元件是圆柱形的形状并且具有均匀的壁厚。荷载锥是总体上圆锥形的形状并且优选地具有至少一个壁区段，该至少一个壁区段具有不小于11度的壁角度。小于11度的壁角度趋于产生摩擦锁定，而大于11度的壁角度使冲程长度最小并且增大了弹簧组件总直径。示例性实施例包括荷载锥，这些荷载锥具有第一截头圆锥形预荷载壁区段(具有大于11度的壁角度)、以及第二截头圆锥形主荷载壁区段(具有11度的壁角度)。
这些荷载锥可在带狭槽的管状弹簧元件的开口端内朝向彼此轴向地压缩，由此该带狭槽的管状弹簧元件在张力下径向地扩张，以产生相反的径向收缩力。管状弹簧壁的形变弹性地存储能量，当弹簧被释放时，该能量将使该弹簧恢复到其正常静止形状。当释放时，弹簧元件弹性地收缩，进而产生轴向拉伸力，并且将这些锥恢复到其正常静止位置。
弹簧组件的一些实施例包括弹簧元件，该弹簧元件具有沿纵向狭槽的相对的边缘延伸的应力减小肋。这些肋可以包括从狭槽边缘径向向外和周向向外延伸的向外的凸形表面。此实施例进一步包括在狭槽边缘处的较薄的第一壁厚、以及在与狭槽边缘在直径上相反的较厚的第二壁厚。弧形表面随着远离狭槽边缘的渐增的壁厚使应力在弹簧元件中更均匀地分布，使弹簧元件的寿命周期延长。
弹簧元件的另外的实施例还可以具有较厚的中央区域，以用于端部之间中途的增大的强度。
弹簧组件的其他实施例包括形状为双曲面的弹簧元件。
本聚合物压缩弹簧的实施例可以有利地在用于各种液体、乳液等的分配泵中使用。在一些示例性实施例中，分配器泵和压缩弹簧组件二者的所有部件由相同塑料材料模制而成，从而使整个分配泵可易于以单一塑料材料分类回收利用。示例性塑料材料包括聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、以及低密度聚乙烯(LDPE)。然而，不应当认为本披露限于这些材料。
附图说明
虽然说明书以具体指出并且明确要求保护本发明的具体实施例的权利要求作为结束，但是在结合附图阅读时从本发明的不同实施例的以下描述中可以更容易地理解和领会本发明的不同实施例，在附图中：
图1是根据本发明的示例性压缩弹簧组件的平面视图；
图2是带狭槽的管状弹簧元件在静止情况下的立体图；
图3是带狭槽的管状弹簧元件在径向扩张情况下的立体图；
图4是弹簧元件的俯视图；
图5是其正视图；
图6是其侧视图；
图7是其沿图4的线7-7截取的截面视图；
图8是荷载锥的放大的平面视图；
图9至图12是压缩弹簧组件被轴向荷载和释放的连续视图；
图13是包含本压缩弹簧组件的示例性分配泵的截面视图；
图14是包括应力减小肋的带狭槽的管状弹簧元件的另一个示例性实施例的正视图；
图15是其俯视图；
图16是其侧视图；
图17是其在径向扩张情况下的立体图；
图18和图19是其侧视图和正视图，示出了在弹簧元件扩张时这些肋的弯曲矢量；
图20是示出了弹簧组件的初始轴向压缩的图示；
图21是示出了弹簧组件的完全轴向压缩的另一个图示；
图22是包括双曲面弹簧元件的另一个示例性压缩弹簧组件的平面视图；
图23是双曲面带狭槽的弹簧元件的立体图；
图24是其正视图；
图25是其俯视图；
图26是其沿图25的线26-26截取的截面视图；
图27是包含双曲面压缩弹簧组件的另一个示例性分配泵的立体图；
图28是又另一个示例性弹簧元件的立体图；
图29是其透视截面视图；
图30是其侧视截面图；
图31是其俯视图；
图32是其侧视图；以及
图33是其正视图。
具体实施方式
现在参照附图，在图1至图12中总体上用10表示本压缩弹簧组件的示例性实施例。根据本发明，压缩弹簧组件10包括由拉伸聚合物材料形成的带狭槽的管状弹簧元件12、以及被接收在带狭槽的管状弹簧元件12相反的第一端和第二端处的第一荷载锥14和第二荷载锥16。在一些实施例中，根据实现方式，荷载锥14、16可以由非塑料材料形成。然而，在如本文披露的优选的实施例中，弹簧元件12和荷载锥14、16均由聚合物材料形成。示例性塑料材料包括聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、以及低密度聚乙烯(LDPE)。然而，不应当认为本披露限于这些材料。特别地，各部件可以由HDPE和/或LDPE模制而成，从而使整个弹簧组件可更易于回收利用。
在示例性实施例中，带狭槽的管状弹簧元件12是圆柱形的形状并且具有均匀的壁厚(图2和图4中最佳展示)。弹簧元件12包括单个纵向狭槽18，该单个纵向狭槽在管的整个长度上延伸以限定平行的相对的狭槽边缘20、22。当轴向力施加在元件12的第一端和第二端时，狭槽18允许该元件径向地扩张。内壁边缘被倒角24，以有助于壁在荷载锥表面14、16上滑动(图7中最佳展示)。
荷载锥14、16的形状完全相同并且对称地倒置，以在管状弹簧元件12上提供相反的轴向压缩力和拉伸力。参照图8，荷载锥14、16(仅示出14)是总体上圆锥形的形状并且优选地具有至少一个壁区段(主荷载壁)26，该至少一个壁区段具有不小于11度的壁角度θ1。在本实施例中，小于11度的壁角度趋于产生摩擦锁定，而大于11度的壁角度使冲程长度最小并且增大了弹簧组件总直径。应当理解的是，用于主荷载壁26的临界壁角度基于所使用的材料(即聚合物或金属)的类型以及其他因素(比如表面光洁度、壁倒角的形状等)。角度必须被选择成使得来自弹簧元件12的弹簧力克服摩擦以及施加的轴向荷载的位移。在用于粘性液体的分配泵中具有预期用途的示例性实施例包括荷载锥14、16，这些荷载锥具有第一截头圆锥形预荷载壁区段28(具有大于11度的壁角度θ2)、以及第二截头圆锥形主荷载壁区段26(具有11度的壁角度θ1)。较陡的预荷载角度θ2有助于张弹簧元件12的最初扩张。
转向图9至图12，荷载锥14、16可在带狭槽的管状弹簧元件12的开口端内朝向彼此轴向地压缩，由此，带狭槽的管状弹簧元件12在张力下径向地扩张，以产生相反的径向收缩力。图9展示了初始静止状态。图10展示了弹簧元件的初始预荷载和向外扩张。图11展示了完全轴向压缩和荷载。管状弹簧元件12的形变弹性地存储能量，当弹簧元件12被释放时，该能量将使该弹簧元件恢复到其正常静止形状。当如图12所展示被释放时，弹簧元件12弹性地收缩(向内)，进而产生轴向拉伸力，并且将锥14、16恢复到其正常静止位置。
转向图13，本聚合物压缩弹簧10的实施例可以有利地在用于包含在瓶子或其他容器(未展示)内的各种液体、乳液等的分配泵100中使用。在一些示例性实施例，分配器泵100和压缩弹簧组件10两者的所有部件由相同的塑料材料模制，从而使包含弹簧组件10的整个分配泵100可易于以单一塑料材料分类回收利用。
分配泵100包括蓄压器杯形件102，该蓄压器杯形件在其下端具有汲取管接收座104和球阀106。管状引导件108被接收在蓄压器杯形件102的上端，并且管状引导件108通过带螺纹的盖环110固定于容器颈部(未示出)。本压缩弹簧组件10被接收在管状引导件108内并且在其内被引导。如上所述，荷载锥14、16的荷载壁26的角度θ1是确定弹簧组件总直径的临界因素。如在此泵实施例100中所见，弹簧组件10装配在引导件108的内壁内，该弹簧组件进而一定装配在容器的颈部内。相应地，壁角度、弹簧元件材料、以及轮廓是确定此规格的所有因素。活塞杆112被接收成轴向地穿过荷载锥14、16和管状弹簧元件12、并且延伸穿过引导件108的底部而进入蓄压器杯形件102中，其中，终端装配有与蓄压器102的内壁形成密封的活塞112。喷嘴头116紧固至活塞杆112的上端并且被接收在上荷载锥16上。
在操作中，根据先前在图9至图12中描述的图示，喷嘴头116的强制向下压缩引起上荷载锥16对应的向下轴向移动并且引起弹簧元件12向外偏转和荷载。在随后释放喷嘴头116时，管状弹簧元件12向后弹性地收缩至其正常静止形状和位置(也参见图12)，从而使上荷载锥16、活塞杆112、活塞114和喷嘴头116强制向上移动而回到其正常静止位置。泵组件100和球阀106如本领域已知地进行操作来从汲取管104向上抽吸材料并且通过喷嘴头116分配材料。
现在转到图14至图21，弹簧组件200的一些实施例可以包括经修改的带狭槽的管状弹簧元件202，该经修改的带狭槽的管状弹簧元件具有沿纵向狭槽212的相对的边缘208、210延伸的应力减小肋204、206。肋204、206可以包括从狭槽边缘208、210径向向外延伸的对称的凸形表面204a、206a(参见图15和图16)和周向向外延伸的对称的凸形表面204b、206b(参见图14)。此实施例202进一步包括在邻近应力肋204、206的狭槽边缘208、210处的较薄的第一壁厚214、以及在与狭槽边缘208、201在直径上相反的较厚的第二壁厚216(参见图15)。弧形表面204a、204b、206a、206b随着远离狭槽边缘208、210的渐增的壁厚使应力在整个弹簧元件202中更均匀地分布，使弹簧元件202的寿命周期延长。图17展示了处于扩张荷载状态的弹簧元件202。图18和图19展示了与狭槽边缘208、210的拐角相关联的运动矢量(箭头)。这些区域中减小的材料体积允许这些拐角更容易地变形并且减小应力。如先前描述的，本弹簧元件202与相同的荷载锥14、16组合使用。图20和图21示出了具有示例性荷载锥14、16的本实施例200的轴向压缩。本弹簧组件200可以在与以上所描述的分配泵100相同类型的分配泵中使用，具有提高的弹簧寿命。
现在参照图22至图27，压缩弹簧组件300的其他实施例包括带狭槽的管状弹簧元件302以及相对的第一和第二荷载锥304、306，该带狭槽的管状弹簧元件的形状为双曲面的，即在中心具有较小(较窄)的直径而在端部处对称地具有较大的直径。弹簧元件302具有均匀壁厚(参见图25和图26)并且包括在管的整个长度上延伸的单个纵向狭槽308(图23和图24)，从而当轴向力施加在弹簧元件302的第一端和第二端处时允许该弹簧元件径向地扩张。与之前描述的圆柱形形状(图1至图12)相比，双曲面弹簧302弯曲的弹簧壁使用相同量的塑料材料提供了更大刚度的荷载轮廓(更大荷载轮廓)。内壁边缘还具有倒角310，以有助于弹簧元件302在荷载锥壁表面304、306上滑动(参见图26)。弹簧元件302的双曲面形状与具有单个截头圆锥形荷载壁312的荷载锥304、306更高效地工作，该单个截头圆锥形荷载壁具有稍微较陡的壁角度θ3(图22)。优选的实施例(如所展示的)示出了大于11度的壁角度θ3。如上所指出的，特定的壁角度θ是基于弹簧元件302的抗拉特性以及材料和表面光洁度来选择的。这些示例性实施例旨在是说明性的，而不是限制性的。
转向图27，本双曲面压缩弹簧组件300本身适合于在某些用于各种液体、乳液等的分配泵400中有利地用作外部弹簧复位件。如以上所描述的，在许多示例性实施例中，分配器泵400和压缩弹簧组件300二者的所有部件由相同塑料材料模制而成，从而使整个分配组件可易于以单一塑料材料分类回收利用。
参照图27，分配泵400包括蓄压器杯形件402，该蓄压器杯形件通过带螺纹的封闭件406固定在容器404的颈部内。喷嘴头408被接收在活塞杆410上，该活塞杆延伸穿过封闭件406并且进入蓄压器402中。本双曲面压缩弹簧组件300的荷载锥304、306被集成到封闭件406的和活塞杆410顶端的相对的外表面中，并且双曲面带狭槽的管状弹簧元件302被卡接地接收在活塞杆410和封闭件406的向上锥形延伸部304上及其周围，从而该双曲面带狭槽的管状弹簧元件与活塞杆410和封闭件406的倾斜的荷载锥壁304、306接合。
在操作中，与先前在图9至图12中描述的图示类似，喷嘴头408的强制向下压缩引起上荷载锥(活塞杆头)410/306对应的向下轴向运动并且引起弹簧元件302向外偏转和荷载。在随后释放喷嘴头408时，管状弹簧元件302弹性地收缩(径向向内)回到其正常静止形状和位置，从而使上荷载锥(活塞杆)410/306和喷嘴头408强制向上运动回到其正常静止位置。活塞泵组件400如本领域已知地进行操作来从汲取管连接件412向上抽吸材料并且通过喷嘴头408分配材料。
转向图28至图33，展示了弹簧元件的另一个示例性实施例并且其总体上用500表示。弹簧元件500总体上与图14至图21中展示的弹簧元件200类似
弹簧元件500包括单个纵向狭槽502，该单个纵向狭槽在管的整个长度上延伸以限定平行的相对的狭槽边缘。当轴向力施加在元件500的第一端和第二端时，狭槽502允许该元件径向地扩张。弹簧元件500可以包括沿纵向狭槽502的相对的边缘延伸的应力减小肋504A、504B。肋504A、504B可以包括从狭槽边缘径向向外和周向向外延伸的对称的凸形表面。所展示的实施例进一步包括在邻近应力肋504A、504B的狭槽边缘处的较薄的第一壁厚、以及在与狭槽边缘在直径上相反的较厚的第二壁厚(参见俯视图31)。弧形表面随着远离狭槽边缘的渐增的壁厚使应力在整个弹簧元件中更均匀地分布，使弹簧元件的寿命周期延长。参照图29和图30，弹簧还具有从顶部和底部朝向中间的渐变的厚度。在图29和图30的截面中可以容易地看出较厚的中间凸起506。如图30所示，壁厚关于横向中心线对称。在弹簧元件500的内表面上添加额外的材料使强度增大，而不会增加弹簧在蓄压器内压缩时的最大直径。
因此可以看出，示例性实施例提供了独特且新颖的压缩弹簧组件，其中所有分立的部件可以由单一塑料材料模制而成，以有助于单一流塑料回收利用。进一步，全塑料压缩弹簧组件可以有利地在全塑料分配泵中使用，这些全塑料分配泵于是也可以容易地回收利用。
虽然本文示出和描述了体现本发明的不同实施例的某些具体结构，但是对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离基本发明构思的精神和范围的情况下，可以对部件进行各种修改和重新布置，并且除了已经由所附权利要求的范围指明的之外同样不限于本文示出和描述的具体形式。
