CN111075985A - 气动致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制阀的气动致动器，其具有工作活塞，该工作活塞沿着运动轴线可移动地容纳在气缸壳体中并且与气缸壳体一起界定可变尺寸的工作空间并且该工作活塞连接到沿着运动轴线延伸的活塞杆，气缸壳体包括具有套管形第一活塞杆引导件的第一外部主体和具有套管形第二活塞杆引导件的第二外部主体，其中两个活塞杆引导件沿着运动轴线布置成彼此间隔开并且被设计成用于活塞杆的可线性移动引导，工作空间由第一外部主体和第二外部主体约束，并且活塞杆穿过汽缸壳体的端部。根据本发明，规定活塞杆设置有密封装置，以便与相关联的活塞杆引导件形成密封连接。

Description

气动致动器

技术领域

本发明涉及一种用于控制阀、特别是过程阀的气动致动器，其具有工作活塞，工作活塞沿着运动轴线可移动地容纳在气缸壳体中并与气缸壳体一起界定可变尺寸的工作空间，并且该工作活塞连接到沿着运动轴线延伸的活塞杆，其中，所述气缸壳体具有单件式杯形第一外部主体和单件式杯形第二外部主体，所述单件式杯形第一外部主体具有居中地布置在所述第一外部主体中的套管形第一活塞杆引导件，所述单件式杯形第二外部主体具有居中地布置在所述第二外部主体中的套管形第二活塞杆引导件，其中，所述第一活塞杆引导件和所述第二活塞杆引导件沿着运动轴线间隔开并且彼此同轴布置，并且被设计用于活塞杆的可线性移动引导，其中，所述工作空间由所述第一外部主体和所述第二外部主体约束，并且其中，所述活塞杆穿过所述气缸壳体的端部。

背景技术

从EP 1505325B1中已知一种气动阀驱动装置，其包括壳体，该壳体具有柱形引导套管和在衬套的每个轴向端部处的塑料端壁，其中，连接到轴向心轴的活塞在引导套管中被轴向引导，并且在其周向部分处抵靠引导套管的内壁密封，并且其中柱形外壁部分一体地形成在端壁上，这些柱形壁部件被拧在一起并被由薄壁不锈钢制成的柱形外壳包围并且轴向支承在端壁之间。

发明内容

本发明的目的是提供一种允许简化设计的气动致动器。

对于根据本发明的气动致动器来说，该任务得以解决。在此，意图是活塞杆设置有密封件，以便与相关联的活塞杆引导件形成密封连接。通过将确保活塞杆和活塞杆引导件之间密封的密封件分配给活塞杆，可以成本有效地生产包括分别分配的活塞杆引导件的第一外部主体和第二外部主体。另外，密封件在活塞杆上的组装可以大大简化。优选的是，活塞杆引导件具有面向活塞杆的光滑内表面，当活塞杆线性运动时，密封件可以密封方式沿着运动路径在该内表面上滑动。

优选为圆柱形的活塞杆可以例如配备有密封件，该密封件以阳性物质联结、特别是通过硫化施加到活塞杆的外表面。在这种情况下，没有必要将密封槽插入到活塞杆中来接收密封件。

替代地，可以将密封件（密封件可被设计为密封环）安装在被推到活塞杆上的两个管区段之间，由此管区段以力锁定（摩擦锁定）方式或材料锁定（阳性物质联结）方式连接到活塞杆。

用于将密封件附接到活塞杆的优选设计是通过具有周向密封槽的活塞杆实现的，该周向密封槽例如在活塞杆的机加工期间被切削并用于将密封件容纳在该周向密封槽中。该密封件优选地呈轴密封环的形式，该轴密封环被推到活塞杆上以用于组装在密封槽中并在安装过程期间弹性变形，并且该轴密封环在到达密封槽时经历其弹性变形减小，并且该轴密封环被可靠地接收在密封槽中。优选地，密封槽的形状是圆形，其带有矩形横截面，特别是带有方形横截面。

在本发明的另外的实施例中，意图是，具有第一活塞杆引导件的第一外部主体被设计为塑料注射成型部分，和/或具有第二活塞杆引导件的第二外部主体被设计为塑料注射成型部分。这使得能够成本有效地生产具有相关联的活塞杆引导件的第一外部主体和/或第二外部主体。这使得能够连续生产具有相关联的活塞杆引导件的相应外部主体。在活塞杆上布置至少一个密封元件意味着活塞杆引导件的内表面可以沿着运动轴线形成恒定的横截面，使得在该区域中不需要提供底切或技术复杂的结构。另外，可以使用塑料注射成型工艺的优点，利用该优点，可以在单次操作中实现外部主体和活塞杆引导件之间的正确对准以及密封活塞杆所需的活塞杆引导件的光滑内表面两者。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于连接流体管线的流体连接件，其形成在第一外部主体的外表面上，并且起始于流体连接件的流体通道贯穿第一外部主体。流体连接件能够将流体、特别是压缩空气供应到工作腔室中或从工作腔室排出。为此目的，流体连接件和第一外部主体被流体通道贯穿，该流体通道被设计成用于可连接到流体连接件的流体管线和工作腔室之间的流体连通连接。作为示例，可以规定，流体连接件包括以材料锁定方式插入外部主体中的金属部分，特别是在螺纹插入件上，借助于此，流体管线到流体连接件的螺纹连接成为可能。如果外部主体被设计为塑料注射成型部分，那么流体连接件的这种设计特别令人感兴趣。在这种情况下，螺纹插入件可以例如被设计为用于塑料注射成型过程的插入件部分，或者替代地在塑料注射成型过程之后的组装过程期间被压入。

优选的是，放置在第一外部主体的外表面上的流体连接件被框架形突起包围，在该框架形突起上特别以材料锁定的方式固定有板形盖，该盖被流体连接件贯穿。框架形突起和板形盖确保第一外部主体在所述至少一个流体连接件的区域中的在光学上有吸引力的设计。例如，板形盖可以用于覆盖第一外部主体的外表面的一部分，由于所述至少一个流体连接件的柱状形状以及因此在该区域中实施塑料注射成型过程所需的结构，这部分原本在光学上不那么有吸引力。附加地或作为替代方案，形成在第一外部主体的外表面和板形盖之间的空腔可以用于例如容纳无源部件，诸如RFID标签，该标签可以被无线地读出和/或写入并且使得能够方便地识别气动致动器。

优选的是，与第二活塞杆引导件同轴延伸并且被活塞杆贯穿的适配器套管形成在第二外部主体上，该适配器套管在端部处设置有由金属材料制成的引导套管，并且该活塞杆设置有布置在端部处的锁定装置以用于联接到阀的致动杆，特别是过程阀的致动杆。该适配器套管用于将气动致动器与阀或过程阀的壳体机械联接。还可以的是，将联管螺母可旋转地安装在适配器套管上，这使得气动致动器能够固定到阀的壳体或过程阀的壳体。

还可以规定，活塞杆的端部配备有锁定装置，该锁定装置使得活塞杆能够优选地在没有工具的情况下联接到待控制的阀或过程阀的致动杆。作为示例，活塞杆在端部处包括横向于运动轴线对准的一个或多个孔，锁定元件、特别是锁定球可以布置在所述孔中，利用锁定元件，活塞杆可以被可靠地锁定到阀或过程阀的致动杆的对应端部区段。活塞杆和致动杆之间的这种锁定由这样的事实支持：由金属材料制成的引导套管布置在适配器套管中，特别是以材料锁定的方式插入，其被设计成吸收锁定装置和阀或过程阀的致动杆之间的联接力。

有益的是，在与第一活塞杆引导件同轴延伸的第一外部主体上形成接收套管，该接收套管与第一活塞杆引导件一起界定公共凹部，并且该接收套管被设计成用于可移动地接收布置在活塞杆的端部处的功能元件，该功能元件来自以下组：光学显示器、传感器、行程限制器。因此，接收套管使得可以扩展气动致动器的功能。借助于接收套管，在接收套管中和活塞杆引导件中被引导的活塞杆的运动可以用于发出信号和/或确定活塞杆的工作位置和/或限制活塞杆沿着运动路径的线性运动。例如，安装在活塞杆的端部处并布置在公共凹部中的帽可以用作光学信号装置，使得用户能够定性地确定活塞杆的相对位置。替代地，设计成提供磁场的磁性元件可以布置在活塞杆的一个端部处。磁场可以由测量传感器、特别是霍尔传感器来检测，该测量传感器可固定到第一外部主体，以便确定活塞杆和第一外部主体之间的相对位置。在另外的替代实施例中，可规定，固定在第一外部主体上的调节装置伸入到凹部中并被设计成限制活塞杆线性运动的位移。

有利的是，第一外部主体密封地连接（优选地螺纹连接）到第二外部主体，特别是螺纹连接到第二外部主体，并且通过阳性物质联结、特别是胶粘来锁定。

附图说明

附图中示出了本发明的有利设计。此处示出了：

图1是气动致动器的外部透视图，以及

图2是根据图1的气动致动器的截面图。

具体实施方式

在图1和图2中以不同的表示示出的气动致动器1意图为未示出的阀、特别是过程阀提供线性致动运动，由此该阀可以被设计为例如滑阀，滑阀在过程设备中用于影响流体输送管中的流体流动。

气动致动器1被设计为双作用气动气缸。因此，通过提供加压流体，气动致动器1可以主动地移动到两个不同的功能位置中，由此，当没有压缩空气施加到气动致动器1时，弹簧装置（将在下面更详细地描述该弹簧装置）限定气动致动器1的优选位置。

作为示例，规定气动致动器1包括第一外部主体2和第二外部主体3，第一外部主体2和第二外部主体3沿着运动轴线4排成一列且彼此密封连接，并且第一外部主体2和第二外部主体3形成气缸壳体14。在第一外部主体2上，形成第一流体连接件5和第二流体连接件6，它们中的每一者都意图用于与未详细示出的流体管线连接，流体管线例如是压缩空气软管。

第一流体连接件5被第一流体通道7贯穿，第一流体通道7还延伸穿过第一外部主体2，并且能够实现第一流体连接件5和图2所示的第一工作腔室9之间的流体连通连接。第二流体连接件6被第二流体通道8贯穿，第二流体通道8还贯穿第一外部主体2并且被设计成与图2所示的第二工作空间10流体连通连接。

在第一外部主体2的端面11上，盖15布置在属于第一外部主体2的容座16中。作为示例，规定盖15拧到螺纹套管17上，该螺纹套管进而拧到容座套管16的螺纹孔18中。作为示例，意图是，盖15由透明塑料制成，例如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），使得可以由用户（未示出）从外部实施对气动致动器1的功能位置的光学检查。

适配器套管19一体地形成在第二外部主体3的一个端面12上，其被设计成用于将气动致动器1固定到未示出的阀、特别是过程阀。作为示例，适配器套管19至少部分地被安装在适配器套管19上的固定螺母20包围，使得它能够围绕运动轴线4旋转，其意图是将气动致动器1与未示出的阀、特别是过程阀的壳体联接。

从图2中的图示可以看出，第一外部主体2基本上是杯形的，其例如具有关于运动轴线4旋转对称的第一外壁。两个流体连接件5、6形成在第一外壁21的外表面22上。此外，在第一外部主体2的外表面22上形成周向框架23，该周向框架23包围流体连接件5、6并且其分别包括壁区段24和25或26和27，这些壁区段彼此平行地对准并且分别在其端部处彼此连接。壁区段24至27各自在背离第一外部主体2的端面上设置有台阶状凹部28，板形盖29可以插入到凹部28中。板形盖29包括两个圆形凹部30，流体连接件5、6贯穿凹部30。优选地，意图是板形盖29以材料锁定方式（阳性物质联结）连接到壁区段24至27，特别是通过超声波焊接。

作为示例，规定各自被设计为套管形插座的流体连接件5、6中的每一者被分配有螺纹插入件31，螺纹插入件31以材料锁定方式被引入到相应的流体连接件5、6中并且具有内螺纹32。螺纹插入件31允许拧入未示出的流体软管，以允许压缩空气被施加到两个工作腔室9、10。

第一活塞杆引导件33与第一外壁21同轴布置，第一外壁21具有圆柱形设计并且其起始于第一外部主体2的圆柱形基部区段34沿着运动轴线4延伸超过第一外部主体2的长度延伸的近似30%。第一活塞杆引导件33的圆柱形内表面35用作活塞杆44的密封件45的密封表面，活塞杆44被安装成沿着运动轴线4线性运动并且将在下面更详细地描述。

第一外部主体2的第一外壁21具有第一内表面区段36，该第一内表面区段36沿着运动轴线4延伸并且第二内表面区段37连接到第一内表面区段36，第二内表面区段37在第一外部主体2的轴向端部区域处融合成螺纹区段38。例如，第一内表面部分36设置有沿第二内表面部分37的方向延伸的几何形状。第二内表面部分37是圆柱形的并且意图用于密封接合被接收在工作活塞50的周向槽52中的密封环51。

例如，意图是工作活塞50被设计成圆形并且关于运动轴线4旋转对称，并且其被活塞杆44贯穿，其在活塞杆44处被力锁定（摩擦锁定）。为了确保工作活塞50和活塞杆44之间有利的力传递，在工作活塞50的区域中的活塞杆44设置有周向槽53，挡圈55容纳在周向槽53中，这防止工作活塞50沿轴向方向相对于活塞杆44沿着运动轴线4的轴向运动。

活塞杆44和工作活塞50一起限定具有第一外部主体2的第一工作空间9和具有第一外部主体2和第二外部主体3的第二工作空间10。作为示例，规定在第一工作空间9中布置有弹簧，该弹簧特别地构造为螺旋弹簧40并且该弹簧被支撑在环形基部区段34上和工作活塞50的环形端面54上。弹簧40在如图2所示的功能位置具有内部预载，以便用挡圈55将工作活塞50压靠在第二活塞杆引导件60的轴向端面61上并固定工作活塞50的优选位置。

第二活塞杆引导件60与第二外部主体3同轴布置，该外部主体3被设计成呈烧杯的形式并且其在外表面62的区域中设置有螺纹63，该螺纹63设计成用于在第一外部主体2的螺纹区段38中的可靠接合。此外，第二外部主体3的外表面62包括具有密封槽65的圆柱形区段64，例如设计为O形环的密封环66被容纳在密封槽65中，该密封环66被设计成用于将第二外部主体3抵靠在第一外部主体2密封。

第二外部主体3连接到一体形成的适配器套管19，适配器套管19被活塞杆44贯穿并且在端部处配备有引导套管67，该引导套管67特别是由金属材料制成。引导套管67在开口68的区域中具有分离区段69，该分离区段69具有比活塞杆44更大的直径并因此允许锁定球70的径向偏转，锁定球70被容纳在横向于运动轴线4形成在活塞杆44中的横向孔71中。

作为示例，规定起始于端面46的活塞杆44设置有柱形孔（未示出），柱形孔与运动轴线4同轴对准，并且柱形孔被设置成用于接收同样未示出的阀、特别是过程阀的运动杆的连接件。还规定，在如图2所示的优选位置中，锁定球70使得活塞杆44能够被安装在运动杆上。随后——例如通过将固定螺母20拧到阀、特别是过程阀（未示出）的壳体（未示出）——活塞杆44沿着运动轴线4移位（根据图2中的图示向上指向）到未更详细示出的起始位置中。结果，锁定球70通过与引导套管67的内表面相互作用而被径向向内按压，并且从而实现活塞杆44与阀、特别是过程阀（未示出）的运动杆的可靠锁定。

为了使第一工作腔室9和第二工作腔室10流体密封，活塞杆44包括两个密封槽47、48，上密封件45和下密封件49容纳在所述密封槽中。上密封件45和下密封件49中的每一者都设计成用于在第一活塞杆引导件33或第二活塞杆引导件60的圆柱形内表面35、75上密封接触。

Claims (10)

1.一种用于致动阀的气动致动器，具有工作活塞（50），所述工作活塞沿着运动轴线（4）可移动地安装在气缸壳体（14）中并且与所述气缸壳体（14）一起界定可变尺寸的工作空间（9、10），并且连接到沿着运动轴线（4）延伸的活塞杆（44），所述气缸壳体（14）具有单件式杯形第一外部主体（2）和单件式杯形第二外部主体（3），所述单件式杯形第一外部主体（2）具有居中地布置在所述第一外部主体（2）中的套管形第一活塞杆引导件（33），所述单件式杯形第二外部主体（3）具有居中地布置在所述第二外部主体（3）中的套管形第二活塞杆引导件（60），所述第一活塞杆引导件（33）和所述第二活塞杆引导件（60）沿着所述运动轴线（4）间隔开并且彼此同轴布置并且被设计成用于活塞杆（44）的可线性移动引导，所述工作空间（9、10）由所述第一外部主体（2）和所述第二外部主体（3）约束，并且所述活塞杆（44）穿过所述气缸壳体（14）的端部，其特征在于，所述活塞杆（44）设置有至少一个密封件（45、49），以便与相关联的所述活塞杆引导件（33、60）形成密封连接。

2.根据权利要求1所述的气动致动器，其特征在于，所述至少一个密封件（45、49）被接收在所述活塞杆（44）的周向密封槽（47，48）中。

3.根据权利要求1或2所述的气动致动器，其特征在于，具有所述第一活塞杆引导件（33）的所述第一外部主体（2）被设计为塑料注射成型部分，和/或具有所述第二活塞杆引导件（60）的所述第二外部主体（3）被设计为塑料注射成型部分。

4.根据权利要求1、2、3中任一项所述的气动致动器，其特征在于，用于连接流体管线的流体连接件（5、6）形成在所述第一外部主体（2）的外表面（33）上，并且在于，起始于所述流体连接件（5、6）的流体通道（7、8）穿过所述第一外部主体（2）。

5.根据权利要求4所述的气动致动器，其特征在于，在所述第一外部主体（2）的外表面（33）上形成包围所述流体连接件（5、6）的框架形突起（23），板形盖（29）固定在所述突起上，所述板形盖被所述流体连接件（5、6）贯穿。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气动致动器，其特征在于，在所述第二外部主体（3）上形成适配器套管（19），所述适配器套管（19）与所述第二活塞杆引导件（60）同轴延伸，并且所述活塞杆（44）穿过所述适配器套管（19），并且所述适配器套管在端部处设置有由金属材料制成的引导套管（67），并且在于，所述活塞杆（44）设置有锁定装置（70、71），所述锁定装置布置在所述端部处以用于联接到阀的致动杆。

7.根据前述权利要求中任一项所述的气动致动器，其特征在于，在所述第一外部主体（2）上形成接收套管（16），所述接收套管（16）与所述第一活塞杆引导件（33）同轴延伸，所述接收套管（16）与所述第一活塞杆引导件（33）一起界定公共凹部，并且所述接收套管（16）被设计成用于可移动地接收布置在所述活塞杆（44）的端侧上的来自以下组的功能元件：光学指示器、传感器发射器、行程限制器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气动致动器，其特征在于，所述第一外部主体（2）密封地连接到所述第二外部主体（3）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气动致动器，其特征在于，在所述第一外部主体（2）的内表面（37）和所述第一活塞杆引导件（33）的外表面之间形成环形空间，在所述环形空间中容纳弹簧（40），所述弹簧（40）支撑在所述工作活塞（50）的面向所述环形空间的端面（54）上和所述第一外部主体（2）的内端面（34）上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的气动致动器，其特征在于，所述第一活塞杆引导件（33）和/或所述第二活塞杆引导件（60）具有柱形内表面（35、75），所述柱形内表面形成为用于所述活塞杆（44）的引导表面和密封表面。

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