專利名稱：泵膜片破裂檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及液壓驅(qū)動泵，更具體地，涉及用于液壓驅(qū)動泵的膜片。
背景技術(shù)：
已知的轉(zhuǎn)動操作的、油壓/驅(qū)動的膜片泵是一種高壓泵，這種泵的固有特性使其能夠泵送許多困難的流體，因為在工作流體中，其不與滑動活塞或密封件摩擦。膜片使泵與周圍的環(huán)境(工作流體)徹底隔離，由此保護(hù)泵免受污染。
總體上，膜片泵20示于圖9和10。泵20具有一個驅(qū)動軸桿22，該驅(qū)動軸桿22通過一個位于軸桿后部的錐形大滾珠軸承26和一個位于軸桿前部的小軸承(未示出)剛性地保持在泵殼24上。夾在另一對大軸承(未示出)之間的是一個定角凸輪或擺板28。當(dāng)驅(qū)動軸桿轉(zhuǎn)動時，擺板移動，其前后擺動而將軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)換為線性移動。三個活塞組件30(僅示出一個活塞組件)由擺板28交替地移位。如后面所示，每個活塞都處于一個包括有汽缸的封閉件內(nèi)，從而該封閉件充滿了油。一個處于活塞/汽缸組件30底部的球型止回閥32發(fā)揮作用，用以允許來自儲油器27(擺板28處于儲油器中)的油在抽吸行程中填充封閉件。在輸出或泵送行程中，保持在封閉件內(nèi)的油對膜片34的后側(cè)加壓，并且隨著擺板的移動，導(dǎo)致膜片向前撓曲而提供泵送操作。理想地，泵液壓式地平衡了在整個設(shè)計壓力范圍內(nèi)作用在膜片上的壓力。如后面所述，在實踐中不是所有的已知泵都是這樣的。無論如何，每個膜片都具有其自身的泵壓室，該泵壓室包括一個入口和出口止回閥組件36、37。當(dāng)膜片縮回時，工作流體通過共用入口進(jìn)入泵內(nèi)并且通過入口止回閥中的一個。在輸出或泵送行程中，膜片將工作流體迫出排放止回閥并且經(jīng)過多分支共用出口。彼此之間均勻地間隔以120°的膜片依次工作以提供恒定的、幾乎無脈動的工作流體流。
膜片34保持在殼體24的兩個部分38、40之間。膜片34將泵側(cè)與泵的充滿油的液壓驅(qū)動側(cè)分開。在驅(qū)動側(cè)，包括膜柱塞42的驅(qū)動活塞組件30容納在充滿油的封閉件內(nèi)，其起到了傳送腔44的作用。一對位于活塞46內(nèi)的止回閥32將傳送腔44與儲油器(未示出)分開。擺板28(圖2中未示出)接觸墊48以驅(qū)動活塞46。箭頭49指示了凸輪或擺板的大體運(yùn)動方向。當(dāng)活塞或膜片結(jié)束了向前的行程或泵送行程止回，活塞46的端部50位于上死點(TDC)處。當(dāng)活塞和膜片在抽吸行程中縮回時，活塞46的端部50位于下死點(BDC)處。
圖11A-F示出了傳統(tǒng)泵20在正常的標(biāo)準(zhǔn)工作條件下利用傳統(tǒng)的偏置彈簧96的操作。示出了典型的壓力。示出了凸輪或擺板(圖11A-F未示出)的典型矢量方向。抽吸小于14.7psia。輸出壓力大于14.7psia。在膜片34兩側(cè)的壓力差設(shè)定在大約3psia。
參考圖11A，抽吸行程起始于泵送行程的末端。對于假定的條件，泵送腔內(nèi)的壓力從高壓立即下降，例如從120psia至10psia。在液壓傳送腔內(nèi)的壓力為13psia，該壓力小于儲油器內(nèi)的壓力14.7psia?；钊?0處于上死點并且開始朝向下死點移動。偏置彈簧96瞬間將柱塞42、特別是閥槽84向右移動以打開孔口98。由于傳送腔內(nèi)的壓力小于在儲油器內(nèi)的壓力，止回閥46打開，油從儲油器中流到傳送腔以為其填充適量的油，所述油量為在先前的泵送行程中所失去的油量。即，在泵送行程的壓力下，油流經(jīng)活塞部件的有些寬松的間隙，從而一些油從傳送腔流回儲油器。由此，油需要在抽吸行程中重新充入傳送腔，從而在接下來的泵送行程中有足夠的油以有效地提供壓力。
圖11B示出了中間行程的設(shè)置。泵送腔內(nèi)的輕微抽吸(示出為10psia)將膜片34和閥槽84保持在左側(cè)而活塞30移向右側(cè)，由此關(guān)閉孔口98。由于壓力幾乎相等并且膜片34與活塞30一起移向右側(cè)，泵送腔充以工作流體。
如圖11C所示，隨著膜片34向右移動，工作流體繼續(xù)填充。閥孔口98保持關(guān)閉。由于壓力幾乎相等，從儲油器(未示出)至傳送腔44的漏油是很小的。因此，膜片兩側(cè)合適地充注。
當(dāng)活塞30抵達(dá)下死點時，抽吸行程完成，而輸出或泵送行程開始。傳送腔內(nèi)的壓力立即增加，例如從13psia至123psia。同樣，在泵送腔內(nèi)的壓力立即增加，例如從10psia至120psia。擺板開始將活塞向左移動，這導(dǎo)致壓力增加。止回閥32關(guān)閉。膜片34隨著油和工作流體與活塞向左移動以將工作流體壓(泵)出。
在圖11E所示的中間行程處，輸出繼續(xù)。一些通過活塞和汽缸之間的間隙的漏油可將膜片柱塞42的閥槽84移向右側(cè)以打開閥孔口98。然而，止回閥32關(guān)閉，由此將除了漏油之外的油鎖定在傳送腔44內(nèi)。
輸出行程結(jié)束時的設(shè)置如圖11F所示。充滿的傳送腔將膜片32推向左側(cè)，隨著其移動而分配工作流體。如圖11A-F所述的常規(guī)操作在膜片32上產(chǎn)生很小的應(yīng)力。
活塞46在汽缸47內(nèi)循環(huán)往復(fù)?；钊?6具有形成活塞外壁的套筒部52。套筒部52包括套筒54和位于端部56，所述端部的末端具有墊48，該墊48與擺板接觸。在套筒54內(nèi)包括一個基座部58?；?8包括與端部56接觸的第一基部60，并且包括用于在第一基部60和套筒54之間密封的密封件62?；?8還包括位于第一基部60相對端的第二基部64。連接壁66連接了第一基部60和第二基部64?；钊貜?fù)彈簧68是一個在第一基部60和膜片止擋件70之間延伸的卷繞彈簧，該止擋件70是泵殼24的一部分。閥殼72容納在基座部58內(nèi)并且在第二基部64和端部56之間延伸。密封件74在閥殼72和接近第二基部64的連接壁66之間提供了一個密封機(jī)構(gòu)。
與套筒部52的端部56相對的端部76是開口的。類似地，閥殼72的端部78是開口的。第二基部64具有一個用來容納柱塞42的桿82的開口80。
膜片柱塞42具有配合在閥殼72內(nèi)的閥槽84，其中桿82從閥槽84延伸過開口80到達(dá)在膜片34的傳送腔側(cè)?；?8位于膜片34的泵送腔側(cè)，并且利用一個旋入柱塞42的中空部92的螺釘90將膜片夾在頭部86上。中空部92從柱塞42的一端軸向延伸到另一端。螺釘90旋入膜片端。中空部92的活塞端開口。多個徑向開口94設(shè)置在桿82內(nèi)。偏置彈簧96是卷繞彈簧并且在第二基部64和閥槽84之間延伸。閥孔口98設(shè)置在閥殼72的壁內(nèi)。一個溝槽100在連接壁66內(nèi)從閥孔口100的最遠(yuǎn)行程處延伸到端部56。在端部56的通道104內(nèi)行程了一個止回閥102，其中該通道104與儲油器(未示出)流體連通。由此，流體會從儲油器(未示出)流出，經(jīng)過通道104和止回閥102并通過溝槽100到達(dá)閥孔口98。當(dāng)閥打開時，還會流過卷繞彈簧96所處的空間，并且然后經(jīng)過多個徑向開口94中的一個，并且經(jīng)過柱塞84的軸向中空部92。還會有從中空部92經(jīng)過其他徑向開口94到達(dá)傳送腔44的多個部分的流體交流。中空的通道92以及徑向開口94提供了從接近膜片34的傳送腔44部到達(dá)在活塞30的閥殼72內(nèi)傳送腔44部的流體交流。傳送腔還包括有活塞回復(fù)彈簧68占據(jù)的空間。
在膜片34的泵側(cè)，存在入口止回閥組件36，當(dāng)在抽吸行程中在泵送腔106內(nèi)產(chǎn)生真空時，該止回閥組件36打開。還存在一個止回閥37，當(dāng)在泵送或輸出行程過程中在泵送腔106內(nèi)產(chǎn)生壓力時該止回閥37打開。
然而傳統(tǒng)的膜片泵具有的問題是在某些工作條件下膜片不可預(yù)料地破裂。膜片會比通常情況更快或更頻繁地失效，會比其他泵部件更快失效。失效污染了具有驅(qū)動油的工藝線。最經(jīng)常導(dǎo)致失效的工作條件是在高真空輸入時產(chǎn)生相應(yīng)的低出口壓力。在通常的泵送系統(tǒng)中當(dāng)入口過濾器開始堵塞時這是預(yù)料之中的情況。在此情況下，現(xiàn)在堵塞部需要高真空以使工作流體通過過濾器。同時，所泵送的工作流體體積的減少使得出口壓力降低。這產(chǎn)生了這樣一種情況在泵送側(cè)的高度抽吸降低了在傳送腔側(cè)在抽吸行程過程中的壓力，從而傳送腔基本上“要求更多填充流體”，從而流入的油過度填充了傳送腔，并且在這樣做時沒有相應(yīng)的高壓力以在泵送或輸出行程中將油送出以進(jìn)行平衡。油的過度填充將膜片“膨脹”到流體閥孔口，直至膜片撕裂。此外，利用高速、反轉(zhuǎn)的真空/壓力泵——例如此裝置，閥的高速關(guān)閉產(chǎn)生了巨大的壓力波——稱為雅克夫斯基沖擊(Joukobski shock)。該壓力波可包括流體壓力波或聲波或兩者的諧波。這些壓力波可使得油液在不應(yīng)當(dāng)發(fā)生的情況下流入驅(qū)動活塞。同樣，這可導(dǎo)致過度填充并且導(dǎo)致膜片失效。
由于膜片可能發(fā)生破裂，液體驅(qū)動泵通常不適于許多不能容許此類污染的應(yīng)用，例如噴漆生產(chǎn)線。除了由于膜片破裂產(chǎn)生的可能污染之外，對于許多應(yīng)用來說液壓傳遞泵將是優(yōu)選的選擇。因此，存在這樣一個需求能夠探測何時膜片失效并且利用該信息來關(guān)閉泵。
過去已經(jīng)使用了各種方法來探測膜片破裂。一個膜片破裂探測系統(tǒng)的例子包括使用兩個其間有真空的膜片，這公開在美國專利No.5,667,368中。該方法需要使用復(fù)雜的硬件來維持真空并且探測真空的消失。
另一膜片破裂探測方法使用兩個由液體分隔開的膜片。該方法公開在美國專利No.4,971,523中，包括探測液體的導(dǎo)電率的變化。該方法還要求液體的特性與泵送的流體不同，從而在破裂時可探測到變化。由此，該方法要求中間流體與泵送流體和泵內(nèi)的油不同，該中間流體可能必須根據(jù)泵送的流體的導(dǎo)電率變化。
另一膜片破裂探測方法公開在美國專利No.4,781,535中。該方法使用形成在膜片表面的連續(xù)金屬線路。監(jiān)控該線路的連續(xù)性以及相對于泵送液體的接地失效。接地失效探測用來提防被流體的導(dǎo)電率掩飾的破損，否則流體的導(dǎo)電率將橋接導(dǎo)電線路。由于要求線路為金屬的，若受到任何明顯應(yīng)變，該線路將斷裂。該系統(tǒng)通過使用復(fù)雜的線路形狀降低應(yīng)變而使得應(yīng)用金屬線路成為可能。美國專利No.4,781,535闡釋了幾個低撓曲、大直徑、具有相當(dāng)較小應(yīng)變的膜片的示例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上涉及包括有一個膜片的液壓驅(qū)動泵。本發(fā)明的膜片包括多個彈性體層，其中彈性體的導(dǎo)電線路嵌入其中一層內(nèi)。雖然各層可彼此粘接，在一個優(yōu)選實施方式中，這些層彼此可獨(dú)立地相對移動，從而每層的磨損和失效獨(dú)立地發(fā)生。
本發(fā)明的一個方面涉及用于液壓驅(qū)動泵的多層膜片。該膜片包括與被泵送的工作流體相接觸的第一層、與泵的液壓流體相接觸的第二層、以及由彈性體材料制成的第三層，其中該第三層包括嵌入彈性體材料內(nèi)的彈性導(dǎo)電線路。第三層位于第一和第二層之間并且可相對于第一和第二層獨(dú)立移動。
本發(fā)明另一方面涉及一種制造包括有彈性體層和導(dǎo)電線路的泵膜片的方法。該方法包括形成彈性體層的第一部分；在彈性體層的第一部分的主表面上形成導(dǎo)電線路；以及在第一部分的主表面上、于一部分導(dǎo)電線路上方形成彈性體層的第二部分，使得第一和第二部分彼此成為一體并且導(dǎo)電線路的外周是露出的。導(dǎo)電線路包括例如由硅酮和碳的混合物形成的彈性體材料，該彈性體材料可抵抗至少為20％的應(yīng)變條件并且是導(dǎo)電的。
本發(fā)明的另一方面涉及探測液壓泵膜片的破裂的方法，所述膜片包括第一、第二和第三彈性體層。第三層包括有例如硅酮的彈性體材料以及嵌入該彈性體材料內(nèi)的彈性體導(dǎo)電線路。該方法包括設(shè)置與由液壓泵泵送的流體相接觸的第一層；設(shè)置與液壓泵的液壓流體相接觸的第二層；在第一和第二層之間設(shè)置第三層；向?qū)щ娋€路施加電流；探測因使用液壓泵內(nèi)的膜片而導(dǎo)致的電阻變化；以及產(chǎn)生一個探測信號，并且當(dāng)探測信號處于一個預(yù)定范圍內(nèi)時關(guān)閉液壓泵。
本發(fā)明再一方面涉及用于液壓驅(qū)動泵的多層膜片，該多層膜片包括具有第一彈性模量的第一層、具有第二彈性模量的第二層、和位于第一和第二層之間的第三層，該第三層的第三彈性模量小于所述第一和第二彈性模量。該膜片還包括一彈性體導(dǎo)電線路，該導(dǎo)電線路與第三層成為一體，并且在一個不與泵內(nèi)流體接觸位置處露出于第三層的外周上。
本發(fā)明的另一方面涉及一種液壓驅(qū)動泵，該液壓驅(qū)動泵包括暴露于工作流體的第一腔、構(gòu)造成容納液壓流體的第二腔、和位于第一和第二腔之間的多層膜片。所述膜片包括與工作流體接觸的第一層、與液壓流體接觸的第二層、以及第三層，所述第三層包括例如硅酮的彈性體材料和嵌入在彈性體材料內(nèi)的彈性導(dǎo)電線路。第三層優(yōu)選位于第一和第二層之間并且優(yōu)選地相對于第一和第二層可獨(dú)立地移動。


圖1是一個示例泵的前視圖，該泵包括一個根據(jù)本發(fā)明原理的膜片組件；圖2是圖1示出的膜片組件的前視立體圖；圖3是圖1示出的膜片組件的后視立體圖；圖4是圖1中示出的膜片組件的分解前視立體圖；圖5是圖1中膜片組件的分解后視立體圖；圖6是圖2中示出的膜片組件沿著剖面線6-6的剖面圖；圖7是圖6中示出的剖面圖的分解圖；圖8是圖4中示出的其中一個膜片層的從后部觀察的平面圖，該膜片具有根據(jù)本發(fā)明的原理形成在其上的示例導(dǎo)電線路；圖9是傳統(tǒng)的膜片泵的立體圖；以及圖10是圖9中示出的傳統(tǒng)膜片的局部剖視圖。
圖11(a)-(f)示出了在正常的標(biāo)準(zhǔn)操作條件下使用傳統(tǒng)的偏置彈簧對傳統(tǒng)的泵的操作。
具體實施例方式
本發(fā)明大體涉及一種用于液壓驅(qū)動泵的膜片，該膜片為上述傳統(tǒng)膜片的改進(jìn)。相同的部件由相同的標(biāo)號標(biāo)示。改進(jìn)的部件被區(qū)分開且進(jìn)行了描述。本發(fā)明大體涉及液壓驅(qū)動泵，更具體涉及用于液壓驅(qū)動泵的膜片和對這種膜片的失效的探測。膜片包括至少三個由高抗應(yīng)變的材料制成的彈性體層。位于另外兩層之間的層包括嵌入其中的導(dǎo)電線路。當(dāng)使用膜片時，導(dǎo)電線路電阻的變化被監(jiān)控。當(dāng)電阻值到達(dá)某個指示一個或多個膜片層失效或失效可能發(fā)生的預(yù)定水平時，產(chǎn)生一個失效信號。也探測中間層的破裂，因為導(dǎo)電線路的中斷將導(dǎo)致斷路，由此將超過預(yù)定的電阻水平。失效信號可用來關(guān)閉泵，由此阻止在膜片一側(cè)的液壓流體與在膜片另一側(cè)被泵送的工作流體在泵內(nèi)混合。
優(yōu)選地，膜片層沒有粘合在一起，從而當(dāng)膜片在撓曲變形時它們可獨(dú)立移動。當(dāng)各層彼此分離時，降低了在一層內(nèi)的破裂將傳播到相鄰層的可能性。由此，可探測在膜片的一層內(nèi)的破裂，并且在所有層發(fā)生失效之前關(guān)閉泵。
這里使用的術(shù)語“彈性模量”定義為一些特定形式的應(yīng)力增量與一些特定形式的應(yīng)變增量之間的比率，例如楊氏模量、體積模量或剪切模量。術(shù)語“彈性體”或“彈性體的”定義為聚合材料，例如合成橡膠或塑料，其在室溫下可在小應(yīng)力下被拉伸至其原始長度的至少兩倍，一旦立即釋放應(yīng)力，其將恰好地彈力回復(fù)至原始長度。
使用根據(jù)本發(fā)明原理的膜片122的膜片泵120的一個例子示于圖1。泵120包括暴露于被泵送的工作流體的第一腔124和容納液壓流體的第二腔126。膜片122位于第一腔124和第二腔126之間，并且可密封地固定在泵內(nèi)，以在液壓流體和工作流體之間提供密封的交界面。除了泵膜片122，泵120還包括相應(yīng)于在上面的背景技術(shù)部分描述的已知膜片泵的特征和功能。
膜片122包括第一層140、第二層142和中間層或第三層144，如圖1-7所示。導(dǎo)電線路150形成在第三層144的主表面上(見圖8中示出的形成在第三層144上的示例導(dǎo)電線路圖案)。層140、142、144可通過第一和第二邊緣件152、154保持在一起，該邊緣件152、154在固定在一起時形成了一個易于運(yùn)輸和安裝的封裝組件。當(dāng)膜片層沒有結(jié)合在一起從而當(dāng)使用膜片時它們可彼此獨(dú)立移動時，使用邊緣件來保持膜片層是特別有用的。
第一層140包括第一側(cè)160和第二側(cè)162以及一個外周面164。第一層140的尺寸形成為接合第一環(huán)152的內(nèi)表面以及在其間形成一個密封。由于環(huán)152在其中心開口，第一層140的第一側(cè)162在環(huán)152的中心處露出。一個閥連接件156鑲模在層140內(nèi)，并且構(gòu)造成耦合到在泵的液壓驅(qū)動側(cè)的驅(qū)動活塞組件157的閥桿158上(見圖1)。
第二層142包括第一側(cè)170和第二側(cè)172以及一個外周表面174。第二層142的尺寸形成為座落在第二環(huán)154內(nèi)并且在其間形成一個密封(見圖6)。由于第二環(huán)154也在其中心開口，第二面172在環(huán)154的中心處露出。
第三層144的第一部分146包括第一側(cè)180和第二側(cè)182以及一個外周表面184。第三層144的第二部分148包括第一側(cè)面190和第二側(cè)面192以及一個外周表面194。如圖7所示，第一部分146的直徑(D4)大于各個的層140、142和第二部分148的直徑D1、D2、D3。較大的直徑D4使得第一部分146的一部分暴露在膜片122a的第二部分148以及第一層140和第二層142的最外周表面之外。然后，導(dǎo)電線路150的一部分可形成在第二側(cè)182上，從而，當(dāng)膜片層裝配在一起時線路150的一部分也被露出。導(dǎo)電線路150的暴露部分使得能夠在導(dǎo)電線路圖案200的第一端202和第二端204處容易地連接電線240、242(見圖6和8)而不會妨礙其他膜片層。
第二邊緣部154可包括位于外表面230上的第一和第二連接開口220、222以及第一和第二連接件224、226，用來保持第一和第二電線240、242與導(dǎo)電線路150的第一和第二端202、204導(dǎo)電地接觸。雖然在此實施方式中示出第一和第二連接件224、226為螺紋緊固件，在其他實施方式中，其他類型的緊固件或固定/保持方法可用來在第一和第二電線240、242與導(dǎo)電線路150之間保持導(dǎo)電接觸。
第一邊緣件152包括外周表面210和形成在其中的凹陷部212，該凹陷部212的尺寸構(gòu)造為接合一個位于第二邊緣件154的內(nèi)表面232處保持唇部228。凹陷部212與保持唇部228的接合在第一和第二邊緣件152、154之間形成了一個卡合連接以將第一、第二和第三層140、142、144保持在一起。在其他實施方式中，第一、第二和第三層140、142、144可利用除示出的邊緣件之外的其他裝置保持在一起，例如施加在各層的外邊緣的鉚釘、緊固件、夾具、粘合劑等。在另一個實施方式中，層140、142、144可利用層置、模制、粘接、熱焊、聲波焊或其他方式于各層的主表面上固定在一起，從而形成一體的膜片元件而無需獨(dú)立的環(huán)或其他保持結(jié)構(gòu)。然而，如上所述，除了在環(huán)元件152、154將各層固定在一起的外邊緣處之外，優(yōu)選地，各層140、142、144彼此之間是可以獨(dú)立移動的。
語句“彼此之間可獨(dú)立移動”在這里用來定義當(dāng)各層在使用過程中變形時各層之間的相對移動。當(dāng)各層在其整個主表面上粘合在一起時，產(chǎn)生了大的剪力，在各層由不同的材料制成——這些材料具有不同的物理特性從而允許它們彼此之間以不同的比率拉伸或變形——時尤其如此。下面將進(jìn)一步討論，膜片122的一些層可具有與其他層不同的彈性模量，這將產(chǎn)生進(jìn)一步的剪力。此外，如果各層在其主表面上固定在一起，則在一層內(nèi)的諸如裂紋等失效狀況將容易地傳播過一個或多個其他層。
使各層140、142、144彼此之間可獨(dú)立移動的優(yōu)點是在多數(shù)情況下，一次將只有一層失效，由此在所有層失效之前為泵提供了充分的警報以使之關(guān)閉。為了進(jìn)一步加強(qiáng)各層140、142、144的獨(dú)立運(yùn)動，膜片122可包括在各層之間的潤滑層，該潤滑層也降低了在各層之間的由摩擦導(dǎo)致的磨損。硅脂是可用于此目的的一個潤滑劑的例子，盡管也可使用與在膜片中使用的彈性體相容的不導(dǎo)電潤滑劑。在兩個元件之間使用潤滑劑來降低磨損和摩擦在許多應(yīng)用中是已知的，但是在泵膜片的彈性體層之間使用潤滑劑是未知的。
圖8示出的導(dǎo)電線路150是一個連續(xù)的螺旋線，其中第一和第二端202、204在接近第三層144的第一部分146的外周表面184處在第二表面182上露出。該示例圖案僅僅是多種不同圖案中的一種，當(dāng)膜片122在使用過程中變形時，這些圖案可用來提供對圖案電阻變化的必要的敏感性。導(dǎo)電線路150可由多種不同的材料或者材料的組合形成，只要線路150具有導(dǎo)電性能并且抵抗例如高于20％的高應(yīng)變狀況。這種程度的應(yīng)變通常排除了使用例如銅和金屬合金等金屬物質(zhì)作為線路材料的可能性。用于導(dǎo)電線路150的粘合材料的一個示例是諸如硅膠或氨基甲酸乙酯等彈性體材料，該材料將例如碳粉等導(dǎo)電材料粘合到第一部分146。導(dǎo)電材料提供了所需的導(dǎo)電性能并且對粘合劑的彈性幾乎沒有影響，從而導(dǎo)電線路可抵抗大于20％的應(yīng)變。
導(dǎo)電線路150的導(dǎo)電材料可以是導(dǎo)電油墨或其他物質(zhì)，這些物質(zhì)可通過粘合劑很好地粘合到彈性體材料上，只要導(dǎo)電材料在高應(yīng)變狀況下仍然保持有導(dǎo)電性即可。銀、金和其他導(dǎo)電金屬可以粉末的形式使用，所述粉末可通過上述粘合劑有效地固定到第一部分146上。導(dǎo)電線路優(yōu)選是帶有兩個自由端的連續(xù)元件，從而電源可以將電流通過導(dǎo)電線路并且在使用膜片122的過程中對導(dǎo)電線路的電阻進(jìn)行監(jiān)控。
導(dǎo)電線路150可通過任何能夠提供非常薄的材料層的施加過程形成，例如絲網(wǎng)印花、壓印和噴涂。
第三層144的第一和第二部分146、148在圖中以分離的層示出，但是它們最終以如下方式結(jié)合起來在最終產(chǎn)品上形成單一的層，導(dǎo)電線路150嵌入其中。第一和第二部分146、148由可抵抗大于20％的高度應(yīng)變的諸如硅酮、丁納橡膠、氯丁橡膠、TPR或氨基甲酸乙酯等彈性體材料制成。優(yōu)選地，第一和第二部分146、148由同樣的材料制成以改善形成于層間的結(jié)合。在結(jié)合的一種方法中，第一層146使用任何可能的工藝形成。接下來，導(dǎo)電線路150使用例如上面揭示的其中一個方法形成在第一層146上。接下來，第二部分148使用一種如下形成工藝結(jié)合到第一部分144模制、施加液體層(例如噴涂)或利用粘合劑層壓兩層，從而形成圖5中示出的第三層144。在此結(jié)合狀態(tài)下，除了在第一部分146的外邊緣之外，優(yōu)選地，導(dǎo)電線路150被完全遮蓋(當(dāng)膜片被裝配好時，暴露部分由邊緣件152、154遮蓋)，從而免于暴露于泵120的液壓流體和工作流體。接近第一部分146的外周表面184的線路150的暴露部分位于第一和第二邊緣件152、154之間，從而電接觸限于接觸第一和第二電線240、244以及第二邊緣件154。
為了減少短路或者另外地與導(dǎo)電線路150中的電信號相干涉的可能性，邊緣件152、154可由例如玻璃纖維或聚合體材料等非導(dǎo)電材料制成，或者可在裝配膜片122時在與導(dǎo)電線路150接觸處包括一層這種非導(dǎo)電材料。保護(hù)導(dǎo)電線路150、使之不暴露于泵120的流體顯著降低了失效被流體的導(dǎo)電性掩蓋住的可能性。此外，由于導(dǎo)電線路由嵌入層144內(nèi)的非常薄的層制成，當(dāng)層144被切斷或破裂時，僅露出非常小的導(dǎo)電材料截面。該接觸導(dǎo)電流體的小面積的導(dǎo)電性與當(dāng)線路完好無損時相比很小，由此有效地消除了對膜片122的接地失效探測的需要。
本發(fā)明的一些優(yōu)點可通過討論膜片失效的各種模式來描述。最普通的失效模式發(fā)生在當(dāng)液壓油體積控制發(fā)生失效時允許過多的油位于膜片之后(在第一層140的第一側(cè)160)。在此情況下，膜片向前膨脹，直至其接觸第一腔124內(nèi)的開口，該開口將所述的膜片切開。在膜片的層彼此之間可獨(dú)立移動的情況下，當(dāng)僅僅外層(第二層142)被切開時沒有油可漏過膜片，因為第一和第二層140、144保持完好無損，并且第二層的失效不會傳播到第一和第三層。由于導(dǎo)電線路150能夠監(jiān)控電阻的微小變化——該電阻的微小變化指示實際失效和可能形成的失效狀況，這與現(xiàn)有技術(shù)中已知的需要導(dǎo)電線路破裂或者導(dǎo)電線路暴露于導(dǎo)電流體中以確定一個膜片層失效的方式相反，因此，泵在所有層都失效之前就關(guān)閉掉的機(jī)會增加了。
膜片失效的另一類型是疲勞。隨著時間流逝膜片層材料劣化并且開始形成裂紋，疲勞就會發(fā)生。如果這種類型的失效發(fā)生在第一或者第二層140、142中，電阻的也會發(fā)生變化，因為更大的應(yīng)力施加到導(dǎo)電線路上。在第一和第二層140、142同時失效的情況下，第三層將仍然提供流體隔離，直至該層也失效。當(dāng)?shù)谌龑邮亲詈笫У膶訒r，由于第一和第二層的失效所導(dǎo)致的電阻峰值可用來引發(fā)泵的關(guān)閉——該關(guān)閉優(yōu)選地發(fā)生在第三層失效之前，從而消除或至少顯著減少了工作流體和液壓流體在泵內(nèi)的混合。
形成或制造根據(jù)本發(fā)明原理的泵膜片的方法可包括形成彈性體層的第一部分；在彈性體層的第一部分上形成導(dǎo)電線路；以及在彈性體層的第一部分上、在一部分導(dǎo)電線路上形成彈性體層的第二部分，使得第一和第二部分彼此成為一體且導(dǎo)電線路的外周是露出的。該方法的進(jìn)一步的步驟可包括將彈性體層設(shè)置在第一和第二層之間，以形成一個多層膜片。該方法的另一步驟可包括在膜片的各層之間施加潤滑劑。
探測根據(jù)本發(fā)明原理的液壓泵內(nèi)的膜片破裂的方法可包括設(shè)置第一彈性體層，使之與待泵送的工作流體相接觸；設(shè)置第二彈性體層，使之與泵的液壓油相接觸；設(shè)置第三彈性層，使之位于第一和第二層之間；以及在第三層內(nèi)施加和嵌入導(dǎo)電線路。該方法還可包括向?qū)щ娋€路施加電流和探測導(dǎo)電線路內(nèi)的電阻變化以及產(chǎn)生一個表示電阻變化的探測信號。該探測信號可用來提供一個警告信息，表示膜片狀況發(fā)生變化，或者可用來自動關(guān)閉液壓泵。該方法還可包括以這種方式將各層緊固在一起當(dāng)膜片在使用過程中變形時，各層彼此之間可獨(dú)立移動。
上述說明、示例和數(shù)據(jù)提供了對本發(fā)明的組成物的制造和使用的徹底描述。由于在不背離本發(fā)明的要旨和范圍的情況下作出本發(fā)明的許多實施方式，本發(fā)明處于附帶的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于液壓驅(qū)動泵的多層膜片，該膜片包括與泵送的流體接觸的第一層；與泵的液壓油接觸的第二層；以及包括有彈性體材料和嵌入在該彈性體材料內(nèi)的彈性體導(dǎo)電線路的第三層，該第三層位于所述第一層和第二層之間，該第三層可相對于所述的第一層和第二層獨(dú)立地移動。
2.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述第一層和第二層包括丁納橡膠。
3.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述第三層包括硅酮。
4.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述導(dǎo)電線路層包括碳和硅酮，并且能夠抵制/承受大于20％的高應(yīng)變。
5.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述導(dǎo)電線路形成為連續(xù)的螺旋形，該導(dǎo)電線路的相對端耦合到分離的電線上。
6.如權(quán)利要求1所述的膜片，進(jìn)一步包括構(gòu)造成將所述第一、第二和第三層保持在一起的第一和第二環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的膜片，進(jìn)一步包括位于所述第三層與第一和第二層之間的潤滑劑層。
8.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述模制的第三層包括結(jié)合在一起的第一和第二部分，其中所述的導(dǎo)電線路位于該第一和第二部分之間。
9.如權(quán)利要求8所述的膜片，其中所述第一部分、第二部分和導(dǎo)電線路各具有一個外徑，所述第一部分的外徑大于所述線路的外徑，而所述導(dǎo)電線路的外徑大于所述第二部分的外徑。
10.如權(quán)利要求1所述的膜片，其中所述第一、第二和第三層包括有彈性體材料并且構(gòu)造成在高應(yīng)變狀況下抵制破裂。
11.一種形成/制造泵膜片的方法，該膜片包括有彈性體層和導(dǎo)電線路，該方法包括如下步驟形成該彈性體層的第一部分，該第一部分具有一個主表面；在該彈性體層的第一部分的主表面上形成一個導(dǎo)電線路；以及在該第一部分的主表面上、在所述導(dǎo)電線路的一部分之上形成該彈性體層的一個第二部分，從而，該第一和第二部分彼此成為一體且該導(dǎo)電線路的外周是露出的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述膜片進(jìn)一步包括第一和第二層，并且該方法進(jìn)一步包括將所述彈性體層設(shè)置在所述的第一和第二層之間。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一和第二層與所述彈性體層之間施加潤滑劑。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述膜片進(jìn)一步包括一個保持環(huán)，并且所述方法進(jìn)一步包括將所述第一、第二和彈性體層保持在一起。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述導(dǎo)電線路構(gòu)造成具有第一和第二端的連續(xù)元件，該方法進(jìn)一步包括當(dāng)電源施加到導(dǎo)電線路上時，對導(dǎo)電線路的電阻變化進(jìn)行監(jiān)控。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述電阻的變化達(dá)到一個預(yù)定值時產(chǎn)生一個失效信號。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括通過絲網(wǎng)印花法形成所述的導(dǎo)電線路。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括由包括硅酮的材料形成所述的彈性體層。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括由包括有硅酮和碳的材料形成所述的導(dǎo)電線路。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的形成第二部分的步驟包括模制、熱結(jié)合或?qū)訅汗に嚒?br> 21.一種探測液壓泵膜片的破裂的方法，所述膜片包括有第一、第二和第三層，所述第三層包括有硅酮材料和嵌入該硅酮材料的彈性體導(dǎo)電線路，該方法包括如下步驟設(shè)置與由所述液壓泵泵送的流體相接觸的第一層；設(shè)置與所述液壓泵的液壓油相接觸的第二層；設(shè)置位于所述第一和第二層之間的第三層；向所述的導(dǎo)電線路施加電流；探測因在液壓泵內(nèi)使用膜片而導(dǎo)致的電阻變化，并且產(chǎn)生一個探測信號；以及當(dāng)探測信號處于一個預(yù)定范圍內(nèi)時關(guān)閉所述的液壓泵。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在各層的外周處將所述第一、第二和第三層耦合在一起，其中各層的中心部分彼此之間可自由地相對移動。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述的探測信號指示在所述第一、第二和第三層的至少一層中是否存在失效狀況。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟僅在所述第三層的外周處露出所述的導(dǎo)電線路、以及將電流連接到所述導(dǎo)電線路的露出部。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述液壓泵進(jìn)一步包括潤滑層，并且該方法進(jìn)一步包括將潤滑層設(shè)置在所述第一、第二和第三層之間。
26.一種用于液壓驅(qū)動泵的多層膜片，該膜片包括具有第一彈性模量的第一層；具有第二彈性模量的第二層；位于該第一和第二層之間的第三層，并且該第三層的第三彈性模量小于所述的第一和第二彈性模量；以及一個與該第三層成為一體的彈性體導(dǎo)電線路，并且該導(dǎo)電線路在一個不與泵流體接觸的位置處在所述第三層的外周上露出。
27.如權(quán)利要求26所述的膜片，其中所述第三膜片包括硅酮，并且所述導(dǎo)電線路包括硅酮和碳。
28.如權(quán)利要求27所述的膜片，進(jìn)一步包括構(gòu)造成將所述第一、第二和第三層保持在一起的第一和第二環(huán)。
29.一種液壓驅(qū)動泵，包括暴露于泵送流體的第一腔；構(gòu)造成容納液壓流體的第二腔；和位于所述第一和第二腔之間的多層膜片，并且該多層膜片包括與泵送流體相接觸的第一層；與液壓流體相接觸的第二層；以及包括有彈性基體材料和嵌入該彈性基體材料內(nèi)的彈性體導(dǎo)電線路的第三層，該第三層位于所述第一和第二層之間并且相對于該第一和第二層可移動。
30.如權(quán)利要求29所述的泵，其中所述彈性基體材料包括硅酮，并且所述彈性體導(dǎo)電線路包括碳。
31.如權(quán)利要求29所述的泵，其中所述導(dǎo)電線路的電阻變化指示所述第、第二和第三層之一的失效狀況。
全文摘要
一種液壓驅(qū)動泵，包括暴露于工作流體的第一腔；構(gòu)造成容納液壓流體的第二腔；以及位于第一和第二腔之間的多層膜片。該多層膜片包括與被泵送的工作流體接觸的第一層；與液壓流體接觸的第二層；以及包括彈性基體材料和嵌入該彈性基體材料的彈性體導(dǎo)電線路的第三層。該第三層位于所述第一和第二層之間、并且相對于該第一和第二層可移動。導(dǎo)電線路的電阻變化指示所述第一、第二和第三層之一的失效狀況。
文檔編號F04B43/00GK1898488SQ200480035527
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者理查德·D·亨布里 申請人:萬納工程公司