專利名稱：壓力容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力容器以及這種壓力容器的制造方法。尤其涉及用于汽車空調(diào)系統(tǒng)中的壓力容器，如致冷劑容器或蓄電池除水器。
美國專利US5191775(Shiina等人)公開了一種用于汽車空調(diào)系統(tǒng)中的容器以及這種容器的制造方法。Shiina等人的參考文獻(xiàn)中的容器包括一個大體呈圓筒形的圓筒體，它具有環(huán)形薄壁；第一個整體的不可分開的端部；以及一個呈圓盤狀的封閉元件，通常是指插入圓筒體另一開口端的圓盤。當(dāng)把致冷回路中所用的容器的干燥材料或容器的其它元件插入圓筒體內(nèi)部后，把這個封閉元件固定到圓筒體上。Shiina等人披露，在把封閉元件插入后，通過電磁成型使圓筒體的開口端再定型，以使圓筒體開口端的內(nèi)側(cè)與封閉元件和圓筒體相互固定。Shiina等人指出，封閉元件和圓筒體是用O形圓環(huán)密封的。然而，根據(jù)這篇參考文獻(xiàn)，對封閉元件和圓筒體間的組裝并不能獲得一個壓力密閉的容器，即能消除致冷液分子的全部泄露通道的容器。因此，對于這篇參考文獻(xiàn)中的容器在封閉元件的外側(cè)和圓筒體的內(nèi)側(cè)之間，必須使用O形圓環(huán)，以便把致冷液維持在這個容器內(nèi)。
Hutchinson等人的美國專利US5425250也公開了一種用于汽車空調(diào)系統(tǒng)中的容器，它包括一個大致呈圓筒狀的鋁制圓筒體，這個圓筒體具有環(huán)形薄壁和一個開口端，這個開口端最初是打開的，當(dāng)把干燥材料或其它元件插入圓筒體內(nèi)后，把一個圓盤狀的鋁制封閉元件或圓盤插入圓筒體的這個開口端，這樣就把這個開口端封閉了。根據(jù)HutchinSon等人的這篇參考文獻(xiàn)，這個封閉元件是采用環(huán)形焊接與圓筒體相連的。然而，在本技術(shù)領(lǐng)域中，眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)的容器中的焊接縫、甚至是硬焊接頭都會發(fā)生泄露，正是因?yàn)榇嬖谶@種泄露現(xiàn)象，使得這種容器在使用中不是很令人滿意。
對于空調(diào)系統(tǒng)中的壓力容器采用摩擦焊(Spin welding)也是眾所周知的，例如在下面的專利文獻(xiàn)中就披露了這種技術(shù)，這些專利文獻(xiàn)有US4628704，4675971，US5245842以及US5375327。
本文的參考文獻(xiàn)包括前面提到的美國專利5,191,775，5,425,250；4,628,704；4,675,971，5,245,842，以及5,375,327。
利用本發(fā)明的容器及其制造方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的前面所提到的問題以及其它方面的問題。在本發(fā)明中，通過一種摩擦焊的方法(Spin Weldingprocess)，把一個鋁制圓盤狀的封閉元件固定到一個大致呈圓筒狀的圓筒體的開口端，這個開口端起初是打開的，圓筒體是鋁制的，壁面是薄的。本發(fā)明的摩擦焊方法最好與滾壓操作一起使用，滾壓操作把圓筒體的筒壁壓入封閉件外側(cè)的環(huán)形凹槽內(nèi)，從而在圓筒體與封閉件之間形成一個可靠的機(jī)械鎖定。由于這種滾壓操作而在封閉元件和圓筒體之間形成可靠的機(jī)械鎖定，克服了封閉元件因容器內(nèi)的高壓而從容器中噴出的傾向。通過本發(fā)明中的摩擦焊步驟，在圓筒體和封閉元件之間形成一條連續(xù)的不漏的焊縫，從而不需要在圓筒體與封閉元件之間使用O形圓環(huán)或其它密封元件，而且不需用常規(guī)的焊接或硬焊操作使得在封閉元件和圓筒體之間形成一條焊縫，就能達(dá)到不用O形圓環(huán)或其它密封件的目的，從而消除了常規(guī)焊接方法中存在的加工問題。
為了有效地進(jìn)行本發(fā)明容器的圓筒體與封閉元件之間的摩擦焊接，在封閉元件和圓筒體上都設(shè)置有較薄的環(huán)形凸緣，它們分開布置，為了開始進(jìn)行摩擦焊接操作，需要把封閉元件和圓筒體正確地定位，定位好后，封閉元件上的凸緣與圓筒體上的凸緣相互緊靠在一起。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，封閉元件和圓筒體上的凸緣的延伸方向基本上平行于圓筒體的縱向中軸，在這個實(shí)施例中，最好是通過旋轉(zhuǎn)一個旋轉(zhuǎn)工具來完成摩擦焊接步驟。當(dāng)把圓筒體和封閉元件置于固定位置時，旋轉(zhuǎn)工具的轉(zhuǎn)軸與圓筒體的縱向中軸成一直線，這是相對于圓筒體及封閉元件而言的。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，封閉元件和圓筒體上的凸緣的延伸方向都基本上垂直于圓筒體的縱向中軸，在這個實(shí)施例中，最好是通過旋轉(zhuǎn)封閉元件及圓筒體來完成摩擦焊接的，這種旋轉(zhuǎn)是相對于一個直線運(yùn)動的工具進(jìn)行的，這個工具的直線運(yùn)動是沿大體垂直于圓筒體縱向中軸的軸線進(jìn)行的。
因此，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種經(jīng)改進(jìn)的壓力容器，它有一個圓柱筒體，圓柱筒體具有環(huán)狀薄壁，以及一個封閉元件，這個封閉元件插在圓筒體的一個開口端內(nèi)并與之固定，該開口端最初是打開的，另外，本發(fā)明還提供制造這種壓力容器的改進(jìn)了的制造方法。
為了更一步地理解本發(fā)明及其發(fā)明目的，應(yīng)將注意力放在附圖以及它們的簡要說明、本發(fā)明的最佳實(shí)施例的細(xì)節(jié)描寫以及權(quán)利要求上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例而制造的壓力容器的圓筒體的局部剖面圖，該圓筒體的一個起初是開著的開口端用一個封閉元件將其封閉，從而形成本發(fā)明的壓力容器。
圖2是一個局部剖面圖，大略地說明了將圖1中的圓筒體和封閉元件制造成本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例中的壓力容器所要執(zhí)行的加工步驟。
圖3是一個局部剖面圖，大略地說明了將圖1中的圓筒體和封閉元件制造成本發(fā)明的這個最佳實(shí)施例中的壓力容器時，在完成圖2所示的加工步驟后所要執(zhí)行的后續(xù)步驟。
圖4是與圖2相類似的圖，它表示圖1中圓筒體和封閉元件在完成圖3所示步驟后的情形。
圖5是與圖1相類似的圖，它說明本發(fā)明另一個實(shí)施例中圓筒體和封閉元件相互連接，從而制造出本發(fā)明另一實(shí)施例中的壓力容器。
圖1說明了一個圓筒體10，圖中只是部分地畫出了該圓筒體，這個圓筒體10有一個起初是開著的開口端12，并且圓筒體最好用鋁或鋁合金制成。圓筒體10有一環(huán)形薄壁14，圓筒體10的端部12最好被擴(kuò)大，例如通過鍛造或擴(kuò)管操作或通過深拉拔工藝的一部分來擴(kuò)張?jiān)摱瞬?2，從而使圓筒體10最好有一個向外突出的肩部16，這個肩部16也朝開口端12向上延伸，如圖1所示。
圓筒體10的開口端12被一個插入該開口端12并隨后被固定在圓筒體10上的封閉元件或圓盤20封閉。在下文中將會對封閉元件與圓筒體的固定作更詳細(xì)的描述。封閉元件20的制作材料與圓筒體10的材料相容，從而可以通過摩擦焊接將封閉元件20焊接到圓筒體10上。因此，當(dāng)圓筒體10是由鋁或鋁合金制成時，封閉元件20最好也是由這種材料制作。在任何情況下，封閉元件20最好采用己知的機(jī)械加工方式制成圖示那樣復(fù)雜的構(gòu)造，封閉元件有一個緊密配合在圓筒體10開口端12內(nèi)的主體部分22，一個較小的端部24和一肩部26，該肩部26在主體部分22和端部24之間延伸，最好是使封閉元件20的肩部26的延伸方向基本上平行于圓筒體10的肩部16。
封閉元件20包括一個相對較薄的環(huán)形凸緣28，凸緣28從主體部分22向外延伸，并大致平行于圓筒體10的縱向中軸。由于某些原因，環(huán)形凸緣28配置在圓筒體10的起初是打開著的開口端12的最外側(cè)附近，并與之相隔一定的距離，這些原因在后面將有更詳細(xì)的描述。相對于圓筒體10開口端12的封閉元件的軸向位置，以及相對于開口端12最外部分18的環(huán)狀凸緣28的軸向位置最好由圓筒體10的肩部16來精確地固定，這個肩部16限定了封閉元件20能插入圓筒體10的距離。
封閉元件20的主體部分22也設(shè)置有一條環(huán)形槽30。當(dāng)封閉元件20位于相對于圓筒體10的圖1所示的位置之后，一個滾壓工具R最好與圓筒體10的開口端12的外部相接合，接合位置與環(huán)形槽30相對準(zhǔn)，從而將開口端12的一部分12a壓入環(huán)形槽30內(nèi)，如圖2所示。圓筒體的開口端12上被滾壓的部分12a與封閉元件20的環(huán)形槽30相互嚙合，這種嚙合使得封閉元件20和圓筒體10之間相互鎖定，從而防止了因圓筒體內(nèi)的正壓力而使封閉元件20從圓筒體10上噴出，在汽車空調(diào)系統(tǒng)的容器內(nèi)，這種封閉元件的噴出是經(jīng)常發(fā)生的。在容器的制造過程完結(jié)時，將圓筒體10和封閉元件20聯(lián)接起來。然而，除了用滾壓方法外，還可以用任何己知的技術(shù)來把開口端上的那部分12a壓入環(huán)形槽30。
在完成圖2所示的加工步驟后，圓筒體10和封閉元件20就被機(jī)械地鎖在一起了，但此時還沒有被密封。然后使圓筒體10和封閉元件20與旋轉(zhuǎn)工具S軸向?qū)R，當(dāng)把圓筒體10置于一個固定位置時，例如置于一個傳統(tǒng)的夾盤內(nèi)，圖中未示，此時使旋轉(zhuǎn)工具S繞著它的中軸高速旋轉(zhuǎn)，并使它朝圓筒體10及封閉元件20平移。隨著旋轉(zhuǎn)工具S的徑向前進(jìn)，旋轉(zhuǎn)工具S就漸漸地把圓筒體10開口端12的最外部分18和封閉元件20的環(huán)形凸緣28夾在旋轉(zhuǎn)工具S上大致呈V形的凹槽G內(nèi)，并推動最外部分18和環(huán)形凸緣28，使它們朝相互靠近的方向運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)工具S相對于固定的圓筒體10進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生足夠的熱量，從而可把最外部分18和環(huán)形凸緣28焊接在一起，構(gòu)成一個連續(xù)構(gòu)件，這連續(xù)構(gòu)件是完全不泄露的，具有完全的密封性，它與用傳統(tǒng)的將鋁制部件相互連接起來的硬焊方法或其它焊接方法所形成的焊縫不同。
應(yīng)當(dāng)知道，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作之前，可以進(jìn)一步進(jìn)行滾壓最外部分18，使得這個最外部分18與環(huán)形凸緣28更加嚙合。
圖中未畫出的與開口端12相對的圓筒體10的開口端最好與環(huán)形筒壁14構(gòu)成一個整體，或更進(jìn)一步地利用己知的現(xiàn)有技術(shù)如深拉拔將圓筒體10做成一個整體的單一構(gòu)件。例如，在前面提到的美國專利5191775中就披露了這種單一構(gòu)件，在這篇文獻(xiàn)中，這個單一構(gòu)件由標(biāo)號11所表示。另一種方法是，將圓筒體10的圖中未示出的開口端用一個單獨(dú)的封閉元件來封閉，圖中未示，這個封閉元件與固定在圓筒體10的開口端12上的封閉元件20相類似，并且象前面描述的固定方式那樣將封閉元件固定到圓筒體的開口端上。
雖然圖中沒有表示出，但是可以知道，在封閉元件20上可以，而且最好是設(shè)置一些通孔，用來將必需的輸入管和輸出管連接到封閉元件20上，圖中未示出，以便使致冷液可以流入和流出圓筒體10，這在前面所提到的美國專利5191775中有所描述。
圖5表示的容器是由一個圓筒體40構(gòu)成，它具有一個起初是打開著的開口42。圓筒體40由一個環(huán)形壁44圍成，并最好是用鋁或鋁合金制成。圓筒體40的自由端或起初打開著的開口端42上具有延徑向向外突出的環(huán)形凸緣48。一個封閉元件50也具有沿徑向向外突出的凸緣58，把這個封閉元件50插入到圓筒體40的開口端42內(nèi)，直到封閉元件50的徑向凸緣58與圓筒體40的徑向凸緣48相對接，使徑向凸緣48和58相互對齊，以便進(jìn)一步加工。所說的封閉元件50最好也是用鋁或鋁合金制做，并最好用機(jī)械加工來制做。
與圖1至圖4所示實(shí)施例中的封閉元件20上的環(huán)形槽30相類似，封閉元件50的外側(cè)也具有一條環(huán)形槽60，并且也最好將圓筒體40的環(huán)形筒壁44被滾壓入環(huán)形槽60內(nèi)，從而牢固地將封閉元件50和圓筒體40相互鎖定在一起，這一步驟在圖5中沒有明確表示出來。另外，封閉元件50有一個開口62從中通過，這個開口62具有被環(huán)形槽臺肩62c分開的一個小直徑的最內(nèi)部分62a和一個較大直徑的最外部分62b。一條環(huán)形管70通過開口62插在圓筒體40內(nèi)，用來把致冷液輸入圓筒體40。環(huán)形管70有一個最外側(cè)的環(huán)形凸緣70a和一個卷邊70b，該最外側(cè)的環(huán)形凸緣70a緊靠在開口62的環(huán)形臺肩62c上，該卷邊70b緊靠封閉元件50的內(nèi)表面64上，從而相對于封閉元件50來說，使管70牢固地在軸向上被定位。卷邊70b可以用任何己知的方法來加工形成，如冷成型法，最好是用滾壓法(rolling)。
為了在封閉元件50和圓筒體40之間，特別是在環(huán)形凸緣48和環(huán)形凸緣58之間形成一條不泄露的焊縫，使圓筒體40和封閉元件50構(gòu)成的組件繞圓筒體40的縱向中軸作高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)圓筒體40和封閉元件50作旋轉(zhuǎn)時，使平移工具T朝環(huán)形凸緣48和環(huán)形凸緣58移進(jìn)。工具T有一條大致呈V形的槽G1，當(dāng)環(huán)形凸緣48和環(huán)形凸緣58旋轉(zhuǎn)時，V形槽G1就與環(huán)形凸緣48和環(huán)形凸緣58相互嚙合，從而產(chǎn)生足夠的熱量，使環(huán)形凸緣48和環(huán)形凸緣58相互熔合或焊接在一起，于是便消除了致冷液分子的任何潛在的泄露通道。利用圖5中的方法制造的壓力容器將有一個外唇，這個外唇有利于把這種壓力容器安裝到汽車上，并且用這種制造方法能制造出一種密封性好的、安全可靠的壓力容器。
在本發(fā)明中，雖然詳細(xì)地描述了發(fā)明人設(shè)想的實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯地可以對本發(fā)明作出適當(dāng)?shù)母男?、變化及一些等同替換，但這些都沒有脫離本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍只由下面權(quán)利要求中的條件及它們的合法的等同方案來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車空調(diào)系統(tǒng)中的容器，所述的容器包括一個具有環(huán)形筒壁和一個開口端的圓筒體；一個具有環(huán)形凸緣的封閉元件，所說的封閉元件位于所說的圓筒體的所說的開口端內(nèi)，所說的封閉元件的環(huán)形凸緣的周邊被摩擦焊接(Spin Welded)到所說圓筒體的環(huán)形筒壁的一部分上，從而使所說封閉元件的環(huán)形凸緣與所說的環(huán)形筒壁被封堵，以防止致冷液從所說的容器中泄露出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于其中所說的封閉元件的環(huán)形凸緣與所說的圓筒體的縱向中軸同軸，并且所說的圓筒體的環(huán)形筒壁上所說的部分與所說圓筒體的縱向中軸同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于所說的封閉元件的最外表面上有一條環(huán)形槽，所說的圓筒體的一環(huán)形部分在圓周上被向內(nèi)滾壓入所說的環(huán)形槽，從而把所說的封閉元件和圓筒體鎖定在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的容器，其特征在于所說的封閉元件的最外表面上有一條環(huán)形槽，所說的圓筒體上一環(huán)形部分被滾壓入所說的環(huán)形槽內(nèi)，從而把所說的封閉元件和圓筒體鎖定在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于所說的圓筒體的所說的開口端具有一擴(kuò)大的最外部分、一個在內(nèi)部分以及一個連接所說最外部分和所說在內(nèi)部分的環(huán)形肩部，并且所說的封閉元件被插在所說的圓筒體的所說開口端內(nèi)，插入的深度由所說的環(huán)形肩部來限定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于所說的圓筒體由鋁制成，所說的封閉元件由鋁制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其特征在于所說的封閉元件的所說環(huán)形凸緣基本上在垂直于所說圓筒體的縱向中軸的方向上延伸，并且所說的圓筒體包括一個環(huán)形凸緣，該凸緣的延伸方向基本上垂直于所說圓筒體的縱向中軸。
8.一種從一個圓筒體形成一個具有縱向中軸的容器的方法，其中的圓筒體具有一個環(huán)形筒壁，環(huán)形筒壁在所說的圓筒體的一個開口端有一個端部，圓筒體配有一個封閉元件，封閉元件上有一環(huán)形凸緣，所說的制造這種容器的方法包括以下步驟把封閉元件裝入圓筒體的開口端，使得封閉元件的凸緣位于一部分圓筒體的環(huán)形壁附近；準(zhǔn)備一個具有槽的工具，工具上的這條槽應(yīng)與封閉元件的環(huán)形凸緣及圓筒體的端部相配合；一方面，使得在工具、封閉元件及圓筒體之間發(fā)生快速的相對轉(zhuǎn)動，同時使得工具與封閉元件上的環(huán)形凸緣以及圓筒體的端部相互配合，另一方面，這種快速的相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生足夠的熱量，從而把封閉元件上的環(huán)形凸緣與圓筒體的對應(yīng)部分相互熔合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于封閉元件上的環(huán)形凸緣與圓筒體的縱向中軸其軸，圓筒體上的端部是指環(huán)形筒壁的最外部分，并且這個端部與圓筒體的縱向中軸共軸延伸，而且是通過對工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來形成這種快速的轉(zhuǎn)動，而在工具的轉(zhuǎn)動期間，圓筒體和封閉元件相互固定不轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于封閉元件的最外表面上有一條環(huán)形槽，并且這個方法還包括以下步驟把一部分環(huán)形圓筒體滾壓入封閉元件的環(huán)形槽內(nèi)，從而把封閉元件和環(huán)形體鎖定在一起。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于封閉元件的最外表面上有一條環(huán)形槽，并還包括以下步驟把一部分環(huán)形圓筒體滾壓入封閉元件的環(huán)形槽內(nèi)，從而把封閉元件和環(huán)形體鎖定在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于環(huán)形圓筒體的開口端具有一個擴(kuò)大的最外部分、一個在內(nèi)部分以及一個連接最外部分和在內(nèi)部分的環(huán)形肩部，其中安裝封閉元件的步驟包括把封閉元件插入環(huán)形圓筒體的開口端內(nèi)，插入的深度由這個環(huán)形肩部來限定。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于封閉元件的環(huán)形凸緣的延伸方向大致垂直于圓筒體的縱向中軸，而且圓筒體的端部是一個環(huán)形凸緣，該環(huán)形凸緣的延伸方向大致垂直于圓筒體的縱向中軸，這種方法還包括以下步驟使圓筒體和封閉元件相對于不轉(zhuǎn)動的工具發(fā)生旋轉(zhuǎn)；使工具相對于轉(zhuǎn)動著的圓筒體發(fā)生平移。
全文摘要
一種適合用于汽車空調(diào)系統(tǒng)的壓力容器,包括一個具有環(huán)形壁(14,44)的圓筒體(10,40)。圓筒體最好包括一個頂頭封閉著的端部、一個起初是打開著的開口端部(12,42)以及一個插在圓筒體開口端內(nèi)的封閉元件(20,50)。每個封閉元件和圓筒體都具有延伸部分或環(huán)形凸緣(28,58),封閉元件和圓筒體上的上述環(huán)形凸緣被摩擦焊接在一起。當(dāng)把封閉元件上的環(huán)形凸緣(28,58)被摩擦焊接到圓筒體的環(huán)形最外部分上時,圓筒體就被熔合到封閉元件上了。通過把環(huán)形壁的一部分被滾壓入封閉元件最外表面上的環(huán)形槽(30,60)內(nèi),使得封閉元件和圓筒體被進(jìn)一步地鎖定在一起。
文檔編號F25B43/00GK1182195SQ9712138
公開日1998年5月20日 申請日期1997年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者R·J·斯萊伊斯 申請人:汽車流體系統(tǒng)有限公司