CN105650222A - 线性促动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线性促动器，其被设置用于使负荷运动，该线性促动器包括：具有端侧的壳体底部和端侧的壳体顶部的管状的促动器壳体；能够以能旋转的方式驱动的丝杠，该丝杠以能旋转的方式支承在促动器壳体的壳体底部中且在促动器壳体的内部从壳体底部朝壳体顶部的方向延伸；活塞，该活塞包括与丝杠处于嵌合之中的丝杠螺母且在促动器壳体中得到纵向导引；与活塞装配在一起的空心的促动器杆，丝杠进入到促动器杆中且促动器杆在壳体顶部上从促动器壳体中伸出来。这种线性促动器应如此构成，从而以十分简单和价格低廉的方式获得对静态的负荷的补偿。这一点通过以下方式来实现：促动器壳体用处于压力下的油和气体来填充，其中油和气体处于一个唯一的体积中。

Description

线性促动器

技术领域

本发明涉及一种线性促动器，该线性促动器用于使负荷运动。优选的使用领域是运动系统、比如行驶模拟器和飞行模拟器，对于所述运动系统来说客舱被安装在平台上，所述平台能够通过总共六个相同的线性促动器在六个自由度上运动。已知一些线性促动器，这些线性促动器具有管状的促动器壳体，该促动器壳体具有端侧的壳体底部和端侧的壳体顶部；能够以能旋转的方式驱动的丝杠，该丝杠以能旋转的方式支承在所述促动器壳体的壳体底部中并且在所述促动器壳体的内部从所述壳体底部朝所述壳体顶部的方向延伸；活塞，所述活塞包括与所述丝杠处于嵌合之中的丝杠螺母并且在所述促动器壳体中得到纵向导引；以及空心的促动器杆，所述促动器杆与所述丝杠螺母装配在一起，所述丝杠进入到所述促动器杆中并且所述促动器杆在所述壳体顶部上从所述促动器壳体中伸出来。

背景技术

这样的线性促动器经常是机电的线性促动器，其中存在能够由电动机以能旋转的方式驱动的丝杠，该丝杠以能旋转的方式支承在所述促动器壳体的壳体底部中并且在所述促动器壳体的内部中从所述壳体底部朝所述壳体顶部的方向延伸，其中所述活塞包括与丝杠处于嵌合之中的丝杠螺母，并且其中所述促动器杆为空心结构并且所述丝杠插入到空心的促动器杆中。

也已知，给这样的线性促动器配备用于对静态的负荷进行补偿的机构，其中通过这些机构支承比如百分之七十五的静态的负荷。所述负荷的其余的份额则由所述丝杠来承载。如果设置了多个用于支承所述负荷的线性促动器，那么每个线性促动器就自然仅仅承担所述负荷的一定的份额。如果有期望，那么也可以高达百分之百地对所述静态的负荷进行补偿。

在所描述类型的已知的线性促动器中机构如气体弹簧工作用于至少部分地补偿负荷。管状的促动器壳体被另一管子包围，从而形成环形室，该环形室通过活塞划分成气体室和与促动器壳体的内部处于流体连接之中的油室。促动器壳体的整个内部空间与空心的促动器杆的内部用油来填充，所述空心的促动器杆的内部通过径向上较小的钻孔在所述活塞的附近与所述促动器壳体的内部空间流体连接。所述活塞具有管道，在所述活塞两侧的部分体积通过所述管道彼此流体地连接，从而在所述部分体积之间能够交换油。

在已知的线性促动器中，用于对负荷进行补偿的机构于是相当于液压气动的活塞式蓄能器，所述活塞式蓄能器高度集成地与实际的线性促动器组装在一起。

发明内容

本发明的任务是，如此构造一种具有权利要求1的前序部分的特征的线性促动器，从而以十分简单和价格低廉的方式获得对静态的负荷的补偿。

该任务对于具有所述权利要求的前序部分的特征的线性促动器来说通过以下方法来解决：促动器壳体用处于压力下的油和气体来填充，其中油和气体处于一个唯一的体积中。在此所述活塞还具有管道，在所述活塞两侧的部分体积通过所述管道彼此流体地连接，从而在所述部分体积之间能够根据所述活塞的位置交换油或者气体。作为气体特别地使用氮气。用于负荷补偿的、被施加压力的起作用的面是促动器杆上的横截面，利用该横截面所述促动器杆穿过所述促动器壳体的壳体顶部。根据作用在促动器上的静态负荷所述压力典型地在2巴和21巴之间的范围内。于是，根据本发明在线性促动器中设有负荷补偿，该负荷补偿不具有如活塞或膜片或囊那样的机构，通过所述机构油与气体彼此分开。油与气体彼此直接相邻。这里应注意的是：所提到类型的线性促动器典型地使用在运行系统中并且在此垂直地放置或者朝垂线倾斜仅仅小的角度。处于促动器壳体内部的油于是就收集在所述壳体的处于下部的体积区域内。如果所述促动器杆向上从所述促动器壳体的壳体顶部伸出，那么油就在所述促动器壳体的壳体底部上被收集。线性促动器的这种使用位置是优选的。

可行的是：油和氮气相混合并且在促动器壳体内有泡沫。但是这并不影响负荷补偿或者所述线性促动器的功能。此外，通过油的选择可以在很大程度上防止所述混合，方法是：例如使用已被开发专门用于对传动机构或者轴进行润滑的油。

根据本发明的线性促动器的有利的设计方案可以从从属权利要求中得知。

在促动器杆移入和移出时，线性促动器内部的自由的体积发生变化。这基于以下事实：促动器杆根据位置占据促动器壳体本身的内部空间的或多或少的体积。因此在促动器杆移入和移出期间，压力也按照气体定律根据等温的或者绝热的状态变化而变化。通过被仅仅少量的可压缩的油填充的体积份额以及利用气体来填充的相应的其余的体积份额的选择，可以针对每个应用情况获得对静态的负荷最佳的补偿。于是在正常使用中，仅需要对压力进行检查，必要时需要校正，通常需要提高压力。已被证明为有利的是：促动器壳体30%-50%用气体来填充并且50%-70%用油来填充，特别地，在所述促动器杆完全移入的情况下所述促动器壳体约40%用气体来填充并且约60%用油来填充。

油主要用于对所述线性促动器的相互运动的部件进行润滑。丝杠的旋转轴承和丝杠-丝杠螺母组合通过所述油来润滑。同样地，促动器壳体上的丝杠螺母的导向件、促动器杆的导向件以及所有动态的密封件都被润滑。

优选地，在所述促动器壳体的内部与所述促动器杆内的空腔之间在绕过所述丝杠和丝杠螺母的螺纹的情况下存在开放的流体的连接部。虽然一定的流体流也可以在所述两个螺纹之间，但是所述流体流不足以确保在促动器杆内的空腔与促动器壳体的内部之间的这种流体交换，使得在所述空腔内以及在所述壳体内部中分别存在相同的压力。因此，有利地设置附加的开放的连接部。

开放的流体的连接部可以通过所述空心的促动器杆中的至少一个径向的钻孔来产生。但是有利地，所述开放的流体的连接部通过所述活塞和所述促动器杆的开放的端部形成，所述端部进入到所述活塞内。于是所述促动器杆不需要附加的加工。此外，所述促动器杆不会因所述钻孔而被削弱。

所述开放的流体的连接部优选虹吸管式地通过所述活塞和所述促动器杆的开放的端部形成。

因为在根据本发明的线性促动器中，活塞可以从油中浮出并且在油的上方运动到气体环境中，所以有利的是：如此构造所述活塞，使得当所述丝杠螺母和丝杠处于油位上方时，所述丝杠螺母和丝杠上的螺纹从由所述活塞携带的油储（Ölvorrat）中得到润滑。

这种油储采用简单的方法通过以下方式来获得：所述活塞的丝杠螺母上的螺纹线与在所述活塞中构造的储存体积处于连接之中，所述储存体积在所述螺纹线之前以一定的间距朝向所述促动器壳体的内部敞开。

所述储存体积可以连接到所述促动器壳体的内部与所述促动器杆内的空腔之间的流体连接部上。

有利地，当所述活塞在气体环境中运动时，在所述活塞与所述促动器壳体之间的导向件的区域也利用来自油储的油来润滑。这一点采用简单的方法通过以下方式来实现：所述活塞在其由所述促动器壳体导引的外侧上设置有在端侧开放的环形槽（Eindrehung）。

附图说明

在附图中示出了根据本发明的线性促动器的一种实施例。现在借助于这些附图来对本发明进行详细解释。

在附图中：

图1部分地以纵剖面并且以大为简化的方式示出了线性促动器；

图2以放大的比例示出了所述线性促动器在活塞的区域中的纵剖面；并且

图3以放大的比例示出了所述线性促动器在所述促动器壳体的壳体顶部的区域中的纵剖面。

具体实施方式

如可以从图1中看出的那样，所述线性促动器具有一带有管子10的促动器壳体9，壳体底部11处于所述管子的一个端部上并且壳体顶部12处于其另一个端部上。在所述壳体底部中通过滚动轴承13以能旋转的方式支承丝杠14，该丝杠的设有螺纹的区段15从所述滚动轴承以沿轴向不能移动的方式延伸到所述促动器壳体9的内部空间内。所述壳体底部11同时与其他构件一起形成用于齿形带传动机构17的壳体16，所述丝杠14能够通过所述齿形带传动机构由电动机18来旋转地驱动，所述电动机18平行地布置在所述促动器壳体9的旁边。所述带传动机构17包括：啮合的第一皮带轮19，该第一皮带轮抗扭转地安放在所述电动机18的伸入到所述壳体16中的轴20上；比所述第一皮带轮19大的啮合的第二皮带轮21，该第二皮带轮抗扭转地安放在所述丝杠14的伸入到所述壳体16中的轴颈22上；以及齿形带23，该齿形带通过所述两个皮带轮19和21来运转。所述轴颈22的通道通过轴密封圈24来得到密封。

此外，所述线性促动器具有构造为管子的促动器杆30，该促动器杆在所述促动器壳体9的内部被固定在活塞31上并且穿过所述壳体顶部12伸到外面。空心的促动器杆的、处于促动器壳体9的外部的端部被接续器（Adapter）32封闭，所述接续器用轴环（Bund）定心在所述促动器杆中并且与被旋到所述促动器杆上的法兰33旋紧在一起。在所述接续器32的轴环与所述促动器杆30之间布置了密封圈34，通过该密封圈向外对所述促动器杆30的内部进行密封。

所述活塞31的构造可以详细地从图2中得知。照此所述活塞31具有衬套状的导向件35，该导向件具有在外面环绕的槽，导向带36被放入到所述槽中，所述活塞31用所述导向带在所述促动器壳体9中得到纵向导引。在所述导向件中有多个沿着轴向的方向伸展的钻孔37，所述促动器壳体9的内部的、处于促动器壳体的壁与促动器杆之间的部分空间和处于所述活塞31的另一侧上的部分空间通过所述钻孔37在流体地朝彼此敞开。从与所述促动器杆30指向相同的端面，朝所述导向件35中直至与容纳导向带36的槽有较小的间距的情况下开设环形槽38，从而在所述促动器壳体9与所述活塞31之间存在环形的自由空间。

所述活塞31的衬套状的导向件35在中心处具有向外突出的、设有内螺纹的凸缘39，从其活塞侧的端部在一定的区间范围内设有外螺纹的促动器杆30被旋入到所述凸缘39中，直至所述导向件35的向里突出的凸肩。所述连接有利地利用在径向上被旋入到所述凸缘39中的未详细示出的螺纹销来保证。

从背离所述促动器杆30的那一侧，被构造为法兰衬套的丝杠螺母40被装入所述活塞31的导向件35中，并且与所述导向件35固定地连接。所述丝杠螺母40用内螺纹与所述丝杠14的螺纹共同作用。在运行中，由促动器杆30和活塞31构成的单元包括丝杠螺母通过将所述促动器杆固定在负荷上这种方式来防止扭转。由此所述丝杠14的旋转运动引起活塞和促动器杆的轴向的运动。所述丝杠14穿过所述丝杠螺母40根据所述促动器杆30的位置或多或少地伸入到所述促动器杆中地延伸。

朝所述导向件35的凸缘39中在相对于彼此以相同的角度偏差分布的情况下开设了多个轴向孔45，所述轴向孔在内部汇入到在所述丝杠螺母的纵向伸长的一部分的范围内包围所述丝杠螺母的车槽（Ausdrehung）46中。所述丝杠螺母的内部的端面与所述车槽46的一个端部具有一定的间距，从而通过所述轴向孔45和所述车槽46在所述促动器杆30的内部空间与所述促动器壳体9的内部空间之间存在开放的虹吸管式的流体的连接部。

所述促动器壳体9的壳体顶部12包括圆盘47，该圆盘被旋到所述促动器壳体9的管状的部件上，该管状的部件具有设有内螺纹的凸缘48。所述圆盘47具有分级的直通孔49，该直通孔紧挨着背离所述促动器壳体9的内部的、外面的端面具有较大直径的区段50并且紧挨着面向所述促动器壳体9的内部的、里面的端面具有较小的直径的区段51。但是，所述区段51的直径大于所述促动器杆30的外直径。从所述里面的端面朝所述圆盘47中装入被构造为轴环套的、具有衬套轴环61的导套52，所述导套的直径在所述衬套轴环之前略小于所述直通孔49在区段51的区域中的直径，并且所述导套一直伸展到所述圆盘47的、背离促动器壳体9的内部的端面。所述导套52在内部设有环形槽，朝所述环形槽中装入两个与所述促动器杆共同作用的导向带53、54、一个气密地对所述导套与所述促动器杆之间的缝隙进行密封的密封圈55以及一个卸料器56。所述导套52的衬套轴环61的外直径略小于所述促动器壳体9的管子10的内直径。所述缝隙通过密封圈57来得到密封。由于所选择的尺寸，在所述导套52与所述直通孔49的区段50的壁之间存在环形室62，该环形室用薄板60来遮盖，以便其不被弄脏。

所述导套52的衬套轴环61与所述圆盘47的、面向促动器壳体9的内部的端面具有一定的间距，从而在所述圆盘47与所述衬套轴环61之间存在环状的自由空间58。该自由空间通过所述圆盘47中的径向孔59来向外通风。所述衬套轴环61的内直径略大于所述活塞31上的凸缘39的外直径，从而在所述衬套轴环61与所述促动器杆之间存在环形室63，所述凸缘39能够进入到所述环形室中。由此所述环形室63和所述凸缘39允许在所述活塞上设置对于所述促动器杆的固定来说必要的螺纹长度，而不缩短所述促动器杆30通过衬套轴环61的升程。

朝所述环形室62中放入了多个、在此比如对于特定的有效负荷来说四个蜂窝状的均匀地彼此隔开的由铝材构成的环段70，所述环段在其径向的外侧面上通过胶粘剂在其在所述环形室62的圆周的范围内分布的位置中保持在所述圆盘47上。朝所述环形室58中放入了多个、在此比如四个蜂窝状的均匀地彼此隔开的由铝材构成的环段71，所述环段在其径向的外侧面上通过胶粘剂在其在所述环形室58的圆周范围内分布的位置中保持在所述管子10上。当在紧急情况中或者在所述线性促动器出现功能性故障的情况下所述促动器杆不受控制地运动时，所述环段70和71用作用于将动能转换为变形能量的变形元件。所述环段70和71因而在所述实施例中是上面那样称呼的缓冲元件。所述环段71被设计得与所述环段70不同，比如具有比所述环段70短的最大变形区间。在更大的有效负荷的情况下，在所述环形室58和62中还可以有四个以上、比如八个环段，所述八个环段所具有的面积则是在使用四个环段时的两倍大。

对于所述缓冲元件来说，作为环段的形状也能够设想其他的横截面形状，比如圆柱形或者矩形。

如果在出现功能性故障时所述促动器杆30不受控制地向里移动，那么所述法兰33就冲撞到所述导套52上，并且通过所述板60冲撞到处于所述环形室62中的变形元件上并且得到制动，其中所述导套52被向里推移并且所述变形元件发生变形。如果在出现功能性故障时所述促动器杆30不受控制地向外移动，那么所述活塞31就冲撞到所述导套52的衬套轴环61上，并且克服为了使处于环形室58中的变形元件变形所必要的力来移动所述衬套轴环并且由此移动所述导套。处于所述环形室中的空气在此可以通过所述钻孔59来逸出。

所述缓冲力取决于：所述环形室58和62的哪个角度范围被变形元件填满并且所述变形元件被如何构造。如果要完全填满环形室，那么这一点可以通过一个唯一的环形的变形元件来实现。

所述线性促动器的整个内部空间用干燥的氮气和油来填满，其中不存在将氮气和油分开的分开元件。在所述促动器杆完全移入时，所述内部空间大约百分之六十用油来装填并且大约百分之四十用氮气来装填。在图1中，在所述线性促动器的垂直的运行位置中油位通过虚线75来表示。通过阀65来注入所述氮气并且将其置于根据所述负荷的大小来选择的压力下。较小的量的氮气随之带来以下情况：在所述促动器杆向里移入时所述促动器中的内压力明显比在所述促动器杆向外移出时高。通过所述促动器中的较高的内压力来支持所述促动器杆克服有效负荷的重力进行加速并且向外移出。在所述促动器杆向里移入时，重力沿着所述促动器杆的运动方向起作用。所述促动器中的较小的内压力较少地阻碍所述有效负荷的加速。

所述内压力也作用于所述导套52上并且将其固定在轴向的位置中，在所述轴向的位置中所述衬套轴环61抵靠在处于环形室58中的变形元件71上并且通过这些变形元件抵靠在所述圆盘47上。所述导套52因此能够在所述圆盘47中并且在所述管子10中平稳运转。

所述线性促动器优选被设置用于一些应用情况，在这些应用情况中朝垂线倾斜仅仅有限的角度，其中所述促动器杆向上从所述促动器壳体中伸出，使得油处于所述壳体底部11的上面。在所述油的上方有气体。在运行中，所述活塞31能够完全浸入到所述油中或者完全或者部分地处于油位的上面。通过虹吸管状地设计所述促动器壳体9的内部空间与所述轴向孔45之间的连接并且通过所述活塞31的导向件35的外面的环形槽38来提供两个用于油的储存室，如果所述活塞31处于所述油位的上方，油也就处于所述储存室中。由此，当所述活塞31在气体中运动时也保证，用油来润滑所述丝杠14和所述丝杠螺母40的螺纹以及所述导向带36。

附图标记列表：

9 促动器壳体

10 9的管子

11 壳体底部

12 壳体顶部

13 滚动轴承

14 丝杠

15 14的区段

16 壳体

17 齿形带传动机构

18 电动机

19 皮带轮

20 18的轴

21 皮带轮

22 14的轴颈

23 齿形带

24 轴密封圈

30 促动器杆

31 活塞

32 接续器

33 法兰

34 密封圈

35 31的导向件

36 导向带

37 钻孔

38 环形槽

39 35的凸缘

40 丝杠螺母

45 35中的轴向孔

46 35中的车槽

47 12的圆盘

48 47的凸缘

49 47中的直通孔

50 49的区段

51 49的区段

52 导套

53 导向带

54 导向带

55 密封圈

56 卸料器

57 密封圈

58 环形室

59 径向孔

60 板

61 52上的衬套轴环

62 环形室

63 环形室

65 阀

70 缓冲元件

71 缓冲元件

75 油位。

Claims (10)

1.用于使负荷运动的线性促动器，具有：管状的促动器壳体（9），该促动器壳体具有端侧的壳体底部（11）和端侧的壳体顶部（12）；能够以能旋转的方式驱动的丝杠（14），该丝杠以能旋转的方式支承在所述壳体底部（11）中并且在所述促动器壳体（9）的内部从所述壳体底部（11）朝所述壳体顶部（12）的方向延伸；活塞（31），所述活塞包括与所述丝杠（14）处于嵌合之中的丝杠螺母（40）并且在所述促动器壳体（9）中得到纵向导引；以及空心的促动器杆（30），所述促动器杆与所述活塞（31）装配在一起，所述丝杠（14）进入到所述促动器杆中并且所述促动器杆在所述壳体顶部（12）上从所述促动器壳体（9）中伸出来，

其特征在于，所述促动器壳体（9）用处于压力下的油和气体来填充，其中油和气体处于一个唯一的体积中。

2.根据权利要求1所述的线性促动器，其中所述促动器壳体（9）30%-50%用气体来填充并且50%-70%用油来填充。

3.根据权利要求2所述的线性促动器，其中在所述促动器杆（30）完全移入的情况下所述促动器壳体（9）约40%用气体来填充并且约60%用油来填充。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的线性促动器，其中在所述促动器壳体（9）的内部与所述促动器杆（30）内的空腔之间在绕过所述丝杠（14）和丝杠螺母（40）的螺纹的情况下存在开放的流体的连接部。

5.根据权利要求4所述的线性促动器，其中所述开放的流体的连接部通过所述活塞（31）和所述促动器杆（30）的开放的端部形成，所述端部进入到所述活塞（31）内。

6.根据权利要求5所述的线性促动器，其中所述开放的流体的连接部虹吸管式地通过所述活塞（31）和所述促动器杆（30）的开放的端部形成。

7.根据权利要求6所述的线性促动器，其中当所述丝杠螺母（40）和丝杠（14）处于油位上方时，丝杠螺母和丝杠上的螺纹从由所述活塞（31）携带的油储中得到润滑。

8.根据权利要求7所述的线性促动器，其中所述丝杠螺母（40）的内部的、设有螺纹线的区域与在所述活塞（31）中构造的储存体积处于连接之中，所述储存体积在所述螺纹线之前以一定的间距朝向所述促动器壳体（9）的内部敞开。

9.根据权利要求8和权利要求5或6所述的线性促动器，其中所述储存体积连接到所述促动器壳体（9）的内部与所述促动器杆（30）内的空腔之间的流体连接部上。

10.根据权利要求9所述的线性促动器，其中所述活塞（31）在其由所述促动器壳体（9）导引的、沿径向的外侧上设置有在端侧开放的环形槽（38）。