CN101151468B - 活塞和装备该活塞的流体操作的调整装置 - Google Patents
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Abstract
提出了用于可利用流体运行的调整装置的活塞。该活塞包含支撑体(22),该支撑体具有与活塞纵轴线同轴的环形凹槽,在该凹槽中布置有至少一个环形的永久磁体装置(27)。永久磁体装置(27)在它的圆周方向(37)上被分割并且由至少两个弧形磁体分段(38、39)组成。环形的凹槽构造成具有朝径向外侧定向的槽口(24)的环形槽(23),磁体分段(38、39)在形成环形造型的情况下从径向外侧装入该环形槽内。
Description
技术领域
本发明涉及一种可利用流体操作的调整装置的活塞,特别是直线驱动装置或缓冲装置的活塞,其具有支撑体,该支撑体具有与活塞纵轴线同轴的环形凹槽,在该凹槽中布置有至少一个环形的永久磁体装置。此外本发明涉及一种装备了该永久磁体装置的流体操作的调整装置。
背景技术
上述类型的物品例如在DE3404095C2中说明。在此涉及一种可利用流体力操作的工作缸形态的直线驱动装置,该工作缸具有用于传递驱动力的固定在活塞杆上的活塞。为了无接触地检测活塞位置,该活塞载有环形永久磁体形态的永久磁体装置,该永久磁体可以与在外侧布置在壳体上的位置检测机构共同工作。该永久磁体位于环形的凹槽内,该凹槽定义在两个轴向互相连接的活塞件的接缝面的区域内。活塞的装配在装配到活塞杆上时进行,其中环形的永久磁体也插在这两个活塞件之间。这种构造型式的问题是首先归因于永久磁体装置的必须的集成的活塞结构的复杂性,以及由此相关的装配费用。
因此在EP1058037B1中已经提出,环形的永久磁体由富集永久磁性的元件的塑料材料制造并通过注塑直接成型在活塞支撑体的从径向外侧可达到的环形槽内。不过这造成非常高的加工工艺费用,它只在高产量时才值得。
由DE-PS 1 185 276得知电动机的定子的一种特殊结构。该定子包含多个磁体分段,它们是部分弹性的并且轴向装入圆柱形的铁壳体内。
发明内容
本发明的任务在于提供一种活塞以及一种装备该活塞的流体操作的调整装置,其中在保留位置查询可能性的情况下可以实现制造和装配的简化。
该任务对于开始所述类型的活塞由此解决,即永久磁体装置在它的圆周方向上被分割并且由至少两个弧形磁体分段组成,并且环形的 凹槽制成具有径向向外定向的槽口的环形槽,磁体分段在形成环形造型的情况下从径向外侧装入该环形槽内。
此外该任务利用流体操作的调整装置解决,该调整装置具有装备了位置检测机构的壳体,该壳体定义了接纳腔,在该接纳腔中可直线移动地布置有前面定义类型的活塞,该活塞为了力截取与一个在壳体外部可达到的力截取件运动耦合。
根据本发明的活塞结构可以获得环形磁体造型的简单的实现,无需在容纳永久磁体装置的凹槽区域内分割活塞的强制要求。环形的永久磁体装置由多个弧形的磁体分段组合而成,它们可以在活塞制造时从径向外侧装入设计成环形槽的环形凹槽内,以定义一个尽管是分割的、不过仍然是环形的永久磁体装置。这种活塞可以相对容易地不依赖于装配在力截取件上地组装,这降低了仓储成本并改善了可支配性。此外为了特别的费用降低可以使用甚至是一件式的支撑体,因为永久磁体装置的装配不以支撑体的分割为前提。
由DE3687690T2尽管原则上已知,与锁紧旋转磁体代替圆形磁体有关,使用了一系列在厚度方向极化的磁体分段。不过那里涉及在远离的专业领域的其它应用目的。在需要时分割的环形磁体在那里用于构造磁场,该磁场将一个执行锁紧功能的衔铁保持在锁紧的位置中。
原则上在EP 0264682 B1中已经说明,将永久磁体从径向外侧固定在活塞的圆周凹处中。不过永久磁体在那里设计成较小的磁体件,该磁体件装配在点状的圆周凹处中。因此产生的磁场只作用在活塞的狭窄的圆周区域中,如果希望检测活塞位置,它需要强制附加的旋转固定措施。
磁体分段适宜地彼此以相同的定向极化,以尽管分割还保证沿着整个环形圆周有尽可能稳定的磁场。磁体分段的轴向极化证实是特别有利的。
用于构成环形造型的永久磁体装置的磁体分段的数量原则上是任意的。不论如何,唯独要应用具有相同弧长的磁体分段是适宜的,优选具有相同的结构。在特别优选的变型方案中,永久磁体装置刚好由两个磁体分段组成,其端部段互相成对地配属。在活塞的制造框架中 的装配在此可以特别地通过从径向相反的侧面插入设计成环形槽的凹槽中实现。
磁体分段可以这样构造,即在圆周方向分别相邻的磁体分段的互相面对的端部段无重叠地对置。磁体分段在此可以彼此末端对接。不过因为这里在对接位置或者说过渡区域上可能作用较高的磁性排斥力,这种结构方式应当结合附加的固定措施,以将单个的磁体分段就地固定在活塞上。例如可以进行卡紧固定或者通过粘接连接固定。
单个磁体分段这样设计和极化被认为是更有利的,即在拼接的状态下作用磁力,分别接连的磁体分段的互相面对的端部段通过该磁力在一定程度上自身固定。在这种自身固定时,可以在需要时取消附加的固定措施。制造和装配的费用由此特别小。
自身固定的效果特别可以结合造型实现,其中优选轴向极化的磁体分段在其互相面对的端部段上在永久磁体装置的圆周方向上重叠。在此在重叠的区段之间引起一个将磁体分段尤其横向于永久磁体装置的圆周方向压在一起的磁力。
该磁性固定力的作用表面由此可以相对简单地构造得特别大,即磁体分段在互相面对的端部段上分别具有一个在第一径向平面内在永久磁体装置的圆周方向上关于参考位置突出的凸肩以及一个在与第一径向平面隔开一定距离的平行的第二径向平面内与凸肩相反地关于参考位置凹进的凹坑,这样对于在装配好的状态下重叠的端部段,相应的一个端部段的凸肩沉入相应的另一个端部段的凹坑中并且在永久磁体装置的圆周方向上存在较大的重叠长度。
永久磁体装置可以在径向外侧是自由的。不过作为替代方案该永久磁体装置也可以被活塞部件遮盖。如果活塞装备有导向环,该导向环在安装在调整装置的壳体中的状态下建立与活塞工作面的滑动接触,那么该永久磁体装置可以同轴地被此导向环包围。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明,图中示出:
图1是活塞优选的根据本发明的结构作为流体操作的调整装置的部件,该调整装置其它的组件只用点划线描绘,
图2是图1的活塞以根据箭头II的视向的轴向视图,
图3是根据图1和2的活塞的透视分解图,
图4是根据图1至3的活塞的未截开的侧视图,它不带导向环的图,带有在两个在圆周方向上接连的磁体分段之间的过渡区域的放大图,和
图5是根据图4的活塞沿着关于活塞纵轴线的径向截面V-V的径向剖面图。
具体实施方式
图1整体示出了作为可以利用流体运行的直线驱动装置的设计方案的流体操作的调整装置1。该调整装置1包括壳体2,它定义一个直线延伸并且优选具有圆形横截面的接纳腔3,在该接纳腔中可往复直线移动地布置有具有相应的圆形外部轮廓的活塞4。活塞纵轴线5在活塞4的运动方向上延伸并与接纳腔3的纵轴线重合。
接纳腔3在两个端面各通过一个壳体2闭合壁6a、6b封闭。接纳腔3的外围边界由在两个闭合壁6a、6b之间延伸的单件式或多件式的管体7承担,该管体7的内表面定义了圆柱形的活塞工作面8,活塞4在其直线运动时在该工作面8上沿着滑动。闭合壁6a、6b适宜地设计成壳体盖。
通过活塞4将接纳腔3在轴向上划分成两个工作空间12a、12b,各有一个流体通道13a、13b通到它们里面,通过流体通道13a、13b实现了有控制的流体加载。相应地在这两个工作空间12a、12b之间存在的压力差使活塞4沿一个或另一个方向运动,或者保持在原地。
对用于运行的流体优选涉及压缩空气。不过也可以使用其它气态介质或液压介质。
活塞4的直线运动可以在壳体2的外部在与活塞4运动耦合的力截取件14上截取。该力截取件14在本实施例中是活塞杆,它密封并可移动地导引地贯穿至少其中一个闭合壁6a并以其处于接纳腔3内部的区段固定在活塞4上。为了固定,活塞4适宜地具有中心的连续的固定孔15,活塞4利用该固定孔一直套装到活塞杆14上的台阶处。轴向固定例如通过螺纹连接件16实现,其中螺母17拧在活塞杆14的从固定孔15中伸出的螺纹段18上。
调整装置1原则上也可以是缓冲装置或其它的被动装置。在这种情况下活塞4通过非流体地导入其内部的驱动力在排挤包含在接纳腔3内的流体的情况下移动。
活塞4优选具有一件式的并且特别是由金属制成的圆盘形支撑体22,在该支撑体中构造固定孔15。
支撑体22在它的外圆周区域中设有构造成环形槽23的环形凹槽,它与活塞纵轴线5同轴地布置并且环绕着支撑体22延伸。与活塞4的圆周轮廓对应地弯曲的缝隙形槽口24关于活塞纵轴线5径向向外定向并面对活塞工作面8。环形槽23在轴向两侧各通过一个槽侧面25a、25b限定并且径向内侧通过优选圆柱形的槽底面26限定。优选环形槽23的横截面是矩形的。
只要在下面关于活塞4谈到“径向平面”,在这方面要理解为与活塞纵轴线5成直角分布的平面。纵轴线5的轴向即这样的径向平面的法线方向。两个槽侧面25a、25b适宜地分布在两个互相平行的径向平面内。
在环形槽23内同轴地安放有环形永久磁体装置27。它沿着整个活塞圆周延伸并产生持续的磁场,该磁场贯穿管体7。
在接纳腔3的外面,固定在壳体上地固定了在图1中以点划线标明的位置检测机构28。它适宜地固定在管体7的外圆周上,例如在一个或多个纵槽内。可以设置在活塞4的运动方向上的可调整性。
位置检测机构28感应永久磁体装置27的磁场,如果永久磁体装置27由于活塞4的相应运动达到一个确定的位置,例如在径向内侧与位置检测机构28对置。由此可以检测到活塞4的位置。
位置检测机构28例如包含至少一个所谓的舌簧开关或者霍尔传感器,不过也可以是行程测量系统。
永久磁体装置27适宜地在它的外圆周区域中通过布置在活塞4上的部件遮盖。在本实施例中,一个由塑料材料制成的空心圆柱形的导向环32作为盖板起作用,该导向环32在环形槽23的轴向高度上同轴地位于支撑体22的外圆周上。为了可以简单的装配,该导向环32在它的圆周的一个位置处断开(断口33)。由于它的弹性,该导向环32因此可以在装配时暂时扩开。
在调整装置1运行时,活塞4连同其导向环32在活塞工作面8上滑动。
在环形槽23的轴向两侧,在支撑体22上各布置了一个与活塞纵轴线5同轴的环形活塞密封件34a、34b。它们适宜地通过注塑成型在 支撑体22上。此外支撑体22适宜地由不可磁化的材料如铝或不锈钢制成,以不妨碍由永久磁体装置2 7产生的磁场的传播。
活塞密封件34a、34b可以是两个弹性体部件35a、35b的整体组成部分,这两个弹性体部件35a、35b成型在支撑体22上并且可以附加于相应所属的活塞密封件34a、34b例如也构成布置在活塞4的端面上的缓冲结构36,该缓冲结构36能够降低在终点位置的碰撞。
永久磁体装置27在它的圆周方向被分割。上述的圆周方向在图中由双箭头37标明并沿着活塞纵轴线5的圆周分布。
由于分割,永久磁体装置27由多个弧形的磁体分段38、39组成,它们以其凹面首先根据箭头42从径向外侧穿过槽口24装入环形槽23,使得它们在圆周方向37上彼此接连并构成环形的造型,它们产生永久磁体装置27。
单个磁体分段38、39的弧长适宜地这样选择,即在圆周方向37上分别直接接连布置的磁体分段38、39的互相面对的端部段38a、39a;38b、39b在过渡区域43中直接邻接并适宜地甚至接触。
在本实施例中,环形的永久磁体装置27仅仅由两个具有彼此相同的弧长的磁体分段38、39组成,它们适宜地分别对应至少180°。不过完全可以使用多于两块磁体分段38以构成永磁的环形结构,其中在此弧长分别相应减小。
如果涉及如在本实施例中的圆形轮廓的活塞4,那么磁体分段38适宜地同样设计成圆弧形的。其内径在此至少基本上对应槽底面26的半径。
磁体分段38、39优选在轴向、即在活塞纵轴线5的方向上极化,更确切地说具有彼此相同的方向。即所有磁体分段38、39的在图4中以“N”标明的北极处于永久磁体装置27的一个轴向侧,所有磁体分段38、39的在图4中以“S”标明的南极处于永久磁体装置27的相反的另一个轴向侧。该永久磁体装置27因此在作用方式上与一体式的轴向极化的环形磁体对应。
相对理论上可行的单个磁体分段38、39极性交替的布置,相同的定向具有此优点,即沿着永久磁体装置27的整个圆周并因此在过渡区域43中也获得恒定的磁场。由此对没有旋转固定的活塞4也可以保证始终可靠的位置查询。
所述的永久磁体装置27的分割简化了活塞的制造。这样支撑体22可以在定义环形槽23的区域中并且优选总体设计成一件式的,而不妨碍永久磁体装置27的可装配性。单个磁体分段38、39在装配时简单地通过槽口24插入环形槽23。支撑体22在环形槽23的区域中的划分由此不再需要。
在本实施例中磁体分段38、39这样设计,即使它们在相应的过渡区域43中以其在那里的端部段38a、39a;38b、39b沿着圆周方向37重叠一段。在此在提到的端部段的区域内在活塞纵轴线5的方向上测量的磁体分段38、39宽度以互相协调的方式局部减小,这样总体上也在相应的过渡区域上出现恒定的永久磁体装置27宽度。磁体分段38、39的重叠段在永久磁体装置27的轴向、即活塞纵轴线5的方向适宜地侧面并排放置。
通过这种由在图4中的放大截取部分中可以看出的重叠在相应的重叠区域内产生如下的造型,即互相配属的端部段38a、39a或者说38b、39b此外一方面与在第一径向平面44内延伸的轴向界面45、46互相贴靠,并且另一方面也与在圆周方向37上定向的端面段47、48对置。在此尽管在对置的端面段47、48的区域内发生在圆周方向37上的磁性排斥,不过该排斥比由磁性吸引力在互相面对的轴向界面45、46的区域内产生的保持力小得多。此外通过相应较大的重叠可以较好地影响吸引力的强度,并且由此实施,即互相面对的端部段38a、39a;38b、39b由于在过渡区域内存在的磁力通过自身固定牢固地集中在一起。因此环形造型仅通过在单个磁体分段38、39之间起作用的磁力集中在一起,这样为了将磁体分段38、39固定在环形槽23内的专门的固定措施成为多余的。不过在需要时仍然可以附加地设置这样的固定措施。能最简单地实现的是例如磁体分段38、39在过渡区域43内相互粘接和/或在支撑体22上的卡紧固定。
在本实施例中,磁体分段38、39在重叠的端部段38a、39a;38b、39b的区域内分别设有一个关于参考位置52在圆周方向37上突出的凸肩53和一个关于参考位置52凹进的凹坑54。凹坑54与凸肩53设计成互补的。相应的端部段38a、38b、39a、39b的凸肩53和凹坑54在两个轴向互相隔开一定距离的径向平面55、56内延伸,这样在磁体分段38、39结合的状态下在单个过渡区域43上,相应的一个端部段 的凸肩53在圆周方向37上沉入到相应的另一个端部段的凹坑54中。
在磁体分段38、39的单个端部段上,凹坑54在与相邻凸肩53相反的轴向侧面上适宜地是开口的。此外相应的凹坑54的径向延伸的侧面57适宜地在同一个径向平面内直接连接到相邻的凸肩53的相同定向的轴向侧面58上。两个端部段38a、39a;38b、39b的在一个径向平面内延伸的重叠面由此对应两个上述侧面57、58的总和,并且因此相对较大。
侧面57、58适宜地在贯穿永久磁体装置27的宽度中心的第一径向平面44内延伸。由此凸肩53和凹坑54产生同样的宽度尺寸。由此产生一种对称的布置,它使磁体分段38、39不依赖于定向地接合在一起。
在相应的磁体分段38、39内的两个端部段38a、38b或者说39a、39b上轴向背对面地设置凸肩53和凹坑54是适宜的。这有利于在插接状态下的稳定性。
总体上对所有实施方式都有利的是永久磁体装置27由彼此相同的磁体分段38、39组成。
为了尽管在圆周方向37上突出的凸肩53,在只有两个磁体分段38、39时也能不妨碍装配地在过渡区域43内实现重叠,凸肩53适宜地与所属的磁体分段38或39的延长的内圆周面径向隔开距离“a”布置。此径向距离“a”在仅使用两个磁体分段38、39时起作用,它们必须分别包围活塞圆周的一半,使定义在相应的磁体分段38、39的两个端部段38a、38b或者说39a、39b之间的装配口63的宽度“W”大于环形槽23在槽底面26的区域内的直径。由此带有装配口63的磁体分段38、39也可以事先装入到环形槽23内,如果它们的弧长由于设置用于重叠的凸肩53分别大于180°的话。
在参考位置52的区域内,每个磁体分段38、39适宜地具有一个在圆周方向37上定向的的闭合面64,它从内圆周面62径向向外延伸直到凸肩53的根部区域。通过装配互相组合的磁体分段38、39以其支承面64分别成对地对置,并且也可以互相贴靠。
对于仅由两个磁体分段38、39组成的永久磁体装置27,相应的磁体分段38、39的两个参考位置52适宜地处于在图5中用点划线示出的直线65上,该直线与活塞纵轴线5相交。
磁体分段38、39也可以这样设计,即它们在圆周方向37上无重叠地补充成环形造型。这样在两个相邻的端部段之间的过渡区域可以特别以在图4中在43′处用点划线示出的方式构成,其中直接接连的磁体分段只以处于相同平面内的、即在圆周方向37上未偏置的端面67、68对置。
不过由于此处在磁体分段38、39之间通常出现的排斥力,接合的磁体分段38、39应该附加地固定。这适宜地这样实现,如上面已经提到过的,通过磁体分段38、39在过渡区域43′内的互相粘接和/或通过关于支撑体22位置固定的固定元件实现,该固定元件将磁体分段38、39固定在环形槽23内。例如可以沿着槽口24分布地设置伸入槽口24内的突起72,这些突起使装入的磁体分段38、39在外圆周上搭接一段距离并且由此形状配合连接地固定。突起72在此可以设计成卡紧元件,这样磁体分段38、39可以通过卡紧过程装入环形槽23内并固定。
在所有实施例中,磁体分段38、39的导致希望的极化的磁化或者可以在装入到环形槽23内之前已经进行,或者也可以在装入到环形槽23内后才进行。
Claims (20)
1.可利用流体运行的调整装置的活塞,其具有支撑体(22),该支撑体具有与活塞纵轴线(5)同轴的环形凹槽,在该凹槽中布置有至少一个环形的永久磁体装置(27),该永久磁体装置(27)在它的圆周方向(37)上被分割并且由至少两个弧形磁体分段(38、39)组成,其特征在于,环形的凹槽构造成具有朝径向外侧定向的槽口(24)的环形槽(23),磁体分段(38、39)在形成环形造型的情况下从径向外侧装入该环形槽内,设计和极化所述磁体分段(38、39),即两个接连的磁体分段(38、39)的互相面对的端部段(38a、39a;38b、39b)仅通过磁力固定在一起。
2.根据权利要求1所述的活塞,其特征在于,所述磁体分段(38、39)彼此以相同的定向极化。
3.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述磁体分段(38、39)在轴向上极化。
4.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述永久磁体装置(27)刚好由两个具有适宜相同弧长的磁体分段(38、39)组成。
5.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,至少两个相邻的磁体分段(38、39)的互相面对的端部段(38a、39a;38b、39b)在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上无重叠地对置。
6.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,至少两个相邻的磁体分段(38、39)的互相面对的端部段以在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上无偏置地布置的端面(67、68)对置。
7.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,至少两个相邻的磁体分段(38、39)在其互相面对的端部段(38a、39a;38b、39b)上在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上重叠。
8.根据权利要求7所述的活塞,其特征在于,所述端部段(38a、39a;38b、39b)的重叠区域在永久磁体装置(27)的轴向侧面并排放置。
9.根据权利要求7所述的活塞,其特征在于,所述磁体分段(38、39)在互相面对的端部段(38a、39a;38b、39b)上分别具有一个在第一径向平面(55)内在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上关于参考位置(52)突出的凸肩(53)以及一个在第二径向平面(56)内在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上关于参考位置(52)凹进的凹坑(54),使得对于重叠的端部段(38a、39a;38b、39b),相应一个端部段的凸肩(53)沉入相应另一个端部段的凹坑(54)中。
10.根据权利要求9所述的活塞,其特征在于,每个磁体分段(38、39)在参考位置(52)的区域内具有在永久磁体装置(27)的圆周方向(37)上定向的、从磁体分段(38、39)的内圆周面(62)径向向外延伸的闭合面(64),在它上面连接凹坑(54)和凸肩(53),其中互相组合的磁体分段(38、39)的支承面(64)成对地对置。
11.根据权利要求9所述的活塞,其特征在于,对于仅由两个磁体分段(38、39)组成的永久磁体装置(27),相应的磁体分段(38、39)的两个端部段(38a、38b;39a、39b)所属的参考位置(52)处于与活塞纵轴线(5)相交的直线(65)上。
12.根据权利要求9所述的活塞,其特征在于,所述凸肩(53)和凹坑(54)与所属的磁体分段(38、39)的延长的内圆周面(62)径向隔开距离布置。
13.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,接连的磁体分段(38、39)在互相面对的端部段(38a、39a;38b、39b)上互相粘接。
14.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述永久磁体装置(27)由彼此相同的磁体分段(38、39)组成。
15.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述支撑体(22)至少在定义环形槽(23)的区域内构造成一件式的。
16.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述永久磁体装置(27)同轴地被一导向环(32)包围。
17.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,所述支撑体(22)在环形槽(23)的轴向两侧各具有一个与活塞纵轴线(5)同轴的环形活塞密封件(34a、34b)。
18.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于,该活塞具有圆形的外部轮廓。
19.根据权利要求1或2所述的活塞,其特征在于单个磁体分段(38、39)的圆弧形的造型。
20.流体操作的调整装置,其具有装备了位置检测机构(28)的壳体(2),该壳体定义了接纳腔(3),在该接纳腔中可直线移动地布置有根据权利要求1至19中任意一项所述的活塞(4),该活塞与在壳体(2)外部实现力截取的力截取件(14)运动耦合。
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