CN111712645B - 活塞-气缸单元 - Google Patents

Abstract

一种活塞‑气缸单元，包括气缸壳体(1)和活塞(3)，该气缸壳体具有气缸内腔(2)，该活塞布置在所述气缸内腔(2)中，从该活塞伸出活塞杆(4)，该活塞杆穿过开口从所述气缸壳体(1)伸出，并且在此借助于布置在所述气缸壳体(1)上的活塞杆密封件(12)相对于所述气缸壳体(1)密封。在所述活塞杆(4)上设置了随同所述活塞杆(4)一起运动的由塑料构成的滑动套筒(11)，所述活塞杆密封件(12)贴靠在该滑动套筒上。

Description

活塞-气缸单元

技术领域

本发明涉及一种活塞-气缸单元，其具有气缸壳体和活塞，气缸壳体具有气缸内腔，活塞布置在该气缸内腔中，从该活塞伸出活塞杆，该活塞杆穿过开口从气缸壳体引出，并且在此借助于布置在气缸壳体上的活塞杆密封件相对于气缸壳体密封。

背景技术

已知由塑料构成的气动的活塞-气缸单元，其用作例如真空阀的驱动装置。通常，为了持久工作，需要利用油脂或机油进行润滑。在此不利的是，实际上始终都会又出现润滑剂排出，这恰恰在敏感的环境中比如在洁净室条件下会有问题。要引入的润滑剂量始终都是关键的，并且，精确地施加该润滑剂量并不容易，且牵涉到高昂成本。

例如由US 3,703,125和US 3,286,737也已知无润滑剂工作的活塞-气缸单元。为此在气缸壁的区域中采用含有至少一种固态润滑物质的材料。因而在US 3,286,737中给气缸套设置了含有润滑物质的内层，所述润滑物质可以由二硫化钼、石墨、二硫化钨、二硫化碲、二硫化硒、二硫化钛或其混合物构成。

发明内容

本发明的目的是，提出开篇所述类型的有利的活塞-气缸单元，其特点尤其为，释放到活塞-气缸单元的外界的颗粒少，这特别是在洁净室条件下是有利的。根据本发明，这通过一种具有权利要求1的特征的活塞-气缸单元来实现。

对于根据本发明的特别是气动的活塞-气缸单元，在活塞杆上设置了随同活塞杆一起运动的由塑料制成的滑动套筒，活塞杆密封件贴靠在该滑动套筒上，借助活塞杆密封件使得活塞杆相对于气缸壳体进行密封。通过在活塞杆上设置滑动套筒，实现了明显减少在活塞杆移动时颗粒的产生。有利地，滑动套筒也可以用来相对于气缸壳体对活塞杆予以可轴向移动的引导。为此，滑动套筒可以具有引导区段，在该引导区段的区域中，在滑动套筒与气缸壳体之间构造了滑动引导件。特别有利的是，滑动套筒具有密封区段，且在滑动套筒的纵向延伸部的不同区域中具有引导区段，在该密封区段的区域中，活塞杆密封件贴靠在滑动套筒上，也就是说，参照活塞杆的轴向方向，密封区段和引导区段并不搭接。引导功能和密封功能由此可以彼此分开。

有利地，滑动套筒可以含有固态润滑物质。这例如可以是二硫化钼、石墨、陶瓷颗粒(如玻璃小球)、细微地分布的软金属(例如铝、铜、铅)或塑料如PTFE或其组合。

为了轴向地引导滑动套筒，气缸壳体可以有利地具有接管形的区段，该区段形成了开口，活塞杆穿过该开口从气缸腔引出，其中，接管形的区段可轴向移动地引导滑动套筒，即形成了用于滑动套筒的径向轴承。特别地，接管形的区段可以从气缸壳体的顶盖在外面突伸。

在本发明的一种有利的实施方式中，气缸壳体具有基体和布置在基体内部的塑料制成的滑套，在该滑套上贴靠着布置在活塞上的活塞密封件，用于活塞与气缸壳体之间的密封。由此可以使得对气缸壳体的静态要求和关于与活塞密封件的接触面的要求彼此分开。有利地，滑套可以含有固态润滑物质。这例如可以是二硫化钼、石墨、陶瓷颗粒(如玻璃小球)、细微地分布的软金属(例如铝、铜、铅)或塑料如PTFE或其组合。

本发明的一种可能的实施方式规定，在活塞的缩回的终端位置，活塞密封件的一个区段或者布置在活塞上的另一密封件贴靠在气缸壳体的密封面上，该密封面相对于与气缸壳体的纵中轴线(＝轴向方向)平行的方向倾斜至少45°，优选与气缸壳体的纵中轴线垂直。在活塞朝向前伸的终端位置行进时，活塞密封件的该区段或者布置在活塞上的另一密封件抬升离开该密封面。由此可以实现用于在活塞的缩回的终端位置引入到气缸腔中的压缩空气的附加的密封，由此可以减少压缩空气消耗。

根据本发明的活塞-气缸单元可以与不同的待驱动的装置相结合地使用。一种有利的应用尤其是带有这种活塞-气缸单元的真空阀，该活塞-气缸单元形成真空阀的驱动装置，或者形成真空阀的驱动装置的至少一部分，以便使得真空阀的封闭件在把阀开口打开的打开位置与把阀开口封闭的封闭位置之间移位。

附图说明

下面借助附图介绍本发明的其它优点和细节。

图1和2为根据本发明的活塞-气缸单元的一个实施例的从不同观察方向观察的斜视图；

图3为侧视图；

图4为沿着图3的线AA剖切的剖视图(活塞的前移的终端位置)；

图5为在活塞的缩回的终端位置的相应于图4的剖视图；

图6为带有这种活塞-气缸单元的真空阀的斜视图；

图7为侧视图；

图8为沿着图7的线BB剖切的剖视图(封闭件的封闭位置)；

图9为在封闭件的打开位置的类似于图8的剖视图；

图10为(两个相对的固定螺钉的)在斜对角方向上的剖视图；

图11为根据本发明的改型的实施方式的活塞-气缸单元的剖视图的一部分。

具体实施方式

在图1-5中示出根据本发明的用压缩空气驱动的活塞-气缸单元的一个实施例。该活塞-气缸单元具有带气缸内腔2的气缸壳体1。在气缸内腔2中布置着活塞3。从活塞3伸出一个活塞杆4，该活塞杆穿过开口从气缸壳体1引出。

气缸壳体1具有纵中轴线8。气缸壳体1的纵中轴线8和活塞杆4的纵中轴线位于共同的直线上(或者，换句话说，重叠)。

活塞3由塑料特别是热塑性塑料构成。例如，活塞可以由PA构成。由POM构成也是可行的。活塞的塑料可以用纤维增强。

在活塞3上布置了环形地包围活塞的活塞密封件5，借助该活塞密封件使得活塞相对于气缸壳体1密封。在该实施例中，活塞密封件5设计成带有密封唇5a的唇式密封件。

活塞密封件5通常由弹性体材料例如热塑性的弹性体构成。例如，活塞密封件可以由TPU构成。在该实施例中，活塞密封件5喷注到活塞上。例如，也可以在活塞3中设置槽，将O形圈置入到该槽中。

气缸壳体1具有罐形的基体6，该基体由塑料特别是热塑性塑料构成。例如，基体6可以由PA构成。由POM构成也是可行的。基体6的塑料可以用纤维增强。

罐形的基体6被顶盖9封闭。顶盖9具有开口，活塞杆4穿过该开口从气缸内腔2引出。为了使得顶盖9相对于其余的气缸壳体1密封，采用了环形的密封件10。在该实施例中，这是设置在顶盖9的槽中的O形圈，该O形圈贴靠在由滑套7形成的密封面上。

为了固定顶盖9和压紧密封件10，可以采用固定螺钉(图1-5中未示出)。通过这些固定螺钉尤其也可以将活塞-气缸单元固定在把活塞-气缸单元用作驱动装置的装置上，如下面结合真空阀所述。

顶盖9可以由与基体6相同的塑料材料构成。

气缸壳体1还包括设置在基体6内的、贴靠在基体6上的滑套7，该滑套径向地限定了气缸内腔2。活塞密封件5贴靠在滑套7上。滑套7由塑料例如PA或POM制成。滑套7设置有固态润滑物质，例如小玻璃球。

气缸壳体1的壳套1b因而由基体6的壳套和滑套7构成。

滑套7的朝向纵中轴线8的内表面因而形成用于活塞密封件5——在该实施例中用于活塞密封件5的密封唇5a——的密封面。滑套7优选喷注到基体6上。

活塞3在气缸内腔2中可在缩回的终端位置(图5)和前伸的终端位置(图4)之间移动。在该实施例中，从前伸的终端位置到缩回的终端位置的移动利用压缩空气进行，该压缩空气经由端口13被引入到位于顶盖9与活塞3之间的压力腔中。在缩回的终端位置和前伸的终端位置之间的移动通过弹簧来进行，该弹簧集成到被活塞-气缸单元驱动的装置中，如将结合图6-10介绍的一样。活塞3与底部1a之间的空间经由底部1a中的通风孔14予以通风。

也可以规定：利用压缩空气在两个终端位置之间移位、或者利用压缩空气在缩回的终端位置与前伸的终端位置之间移位，以及在反方向上利用弹簧。

滑套7具有在朝向纵中轴线8的方向上突伸的端部区段7a，该端部区段在气缸壳体1的底部1a的区域中贴靠在基体6上。该端部区段7a形成密封面7b，在活塞的缩回的终端位置(图5)，活塞密封件5的区段5b贴靠在该密封面上。在该实施例中，用于活塞密封件5的区段5b的该密封面7b与气缸壳体的轴向方向成直角(＝与纵中轴线8成直角)。在其它实施例中，密封面可以相对于该方向倾斜，其中，该密封面相对于与纵中轴线8平行的方向倾斜至少45°。

如果活塞从缩回的终端位置(图5)朝向前伸的终端位置(图4)移动，则活塞密封件5的区段5b抬升离开滑套的密封面7b。

在活塞杆4上设置了滑动套筒11。该滑动套筒与活塞杆4相对于活塞杆4不可移动地连接，因而随同活塞杆4一起运动。环形地包围滑动套筒11的活塞杆密封件12贴靠在滑动套筒11上，该活塞杆密封件用于使得活塞杆4相对于气缸壳体1密封。活塞杆密封件12因而包围开口，活塞杆4穿过该开口从气缸内腔2引出。在该实施例中，活塞杆密封件12设置在、优选喷注在顶盖9上。保持在顶盖9的槽中也是可考虑且可行的。

活塞杆密封件12由弹性体材料例如热塑性弹性体制成。活塞杆密封件12例如可以由TPU制成。

活塞杆密封件12优选设计成唇式密封件，该唇式密封件带有贴靠在滑动套筒11的外表面上的密封唇12a。

活塞杆密封件12在滑动套筒11的密封区段11a的区域中贴靠在滑动套筒11上，在活塞3的前伸的终端位置与缩回的终端位置之间进行活塞移位时，活塞杆密封件沿着该密封区段移动。此外，滑动套筒11具有引导区段11b，该引导区段在活塞杆4的轴向方向上与密封区段11a连接。通过引导区段11b，在活塞杆4的轴向方向上相对于气缸壳体1对活塞杆4进行可移动的引导。为此，顶盖9具有接管形的区段9a，该区段从顶盖9朝向离开气缸内腔2的方向突伸，该区段形成了开口，活塞杆4穿过该开口从气缸内腔2引出。接管形的区段9a可以由与顶盖9相同的塑料材料制成，并且与顶盖9一体地构造。

接管形的区段9a的内面形成了引导面，该引导面与滑动套筒11的外表面在其引导区段11b中配合作用，由此形成了用于滑动套筒11的径向轴承。

相比于在引导区段11b的区域中，滑动套筒的外直径在密封区段11a的区域中较小。由此可以实现在密封功能与引导功能之间的明确的分开。

滑动套筒11由塑料例如PA或POM构成。滑动套筒11的塑料设置有固态润滑物质例如玻璃小球。

滑动套筒11优选喷注到活塞杆4上。也可考虑且可行的是，例如通过压紧来安置，或者通过滑动套筒11与活塞杆4的粘接来保持住。

紧接于滑动套筒11的朝向气缸内腔2的端部，把密封材料15覆设、例如喷注到活塞杆4的外表面上。该密封材料可以如所示那样延续至活塞的表面。通过密封材料15，要实现防止压缩空气经由在活塞杆4与滑动套筒11之间的可能的缝隙排出的附加的安全性。但滑动套筒11优选无间隙地贴靠在活塞杆4上。

活塞杆4的与活塞3连接的第一区段4a具有塑料材料，该塑料材料优选与活塞3的塑料材料整体地(＝材料一体地)构造。在该塑料材料中嵌入活塞杆的第二区段4b的突伸部4c。突伸部4c和第二区段4b由金属制成，且优选彼此整体地构造。第二区段4b用于活塞3与待被活塞-气缸单元驱动的装置的一部分的连接。由此可以形成在持久工作中稳定的连接。

在图6-10中示出真空阀的一个实施例，其带有由前述的活塞-气缸单元构成的驱动装置。真空阀具有阀壳体16，该阀壳体带有布置在阀壳体16中的封闭件17。该封闭件17可在封闭位置(图8)与打开位置(图9)之间移位，该封闭件在封闭位置把阀壳体16上的阀开口18封闭，在打开位置把阀开口18打开。在该实施例中，真空阀构造成角阀的形式，也就是说，阀壳体16具有连接接管16a和与其成直角的连接接管16b，连接接管16a具有阀开口18，连接接管16b具有另一开口。

为了使得封闭件17在封闭位置与打开位置之间移位，采用了根据图1-5所示的活塞-气缸单元。为此例如借助布置在活塞杆4的端部区段上的外螺纹将封闭件17固定在活塞杆4上，该外螺纹可拧入到封闭件17的内螺纹中。

为了附加地使得活塞杆4密封地伸入到阀壳体中(对此，仅仅活塞杆密封件12是不够的)，采用了隔膜波纹管19。隔膜波纹管的一端真空密封地与封闭件17例如通过焊接而连接。在隔膜波纹管19的另一端上安置例如焊接了端部件20。这个板形的端部件20使得阀壳体16中的插入开口21封闭。在端部件20与阀壳体之间设置了密封圈22，用于真空密封的连接。对在端部件20与阀壳体16之间的密封圈22的压紧借助螺钉23进行。这些螺钉也穿过气缸壳体1和顶盖9中的孔，并且拧入到阀壳体16上的螺纹孔中。通过螺钉23，因而也使得活塞-气缸单元与阀壳体16连接，其中，顶盖9与气缸壳体1保持在一起，并将密封件10压紧。

如果为了维修目的要把封闭件17从阀壳体16中取出，则可以将螺钉23拧出来。

此外在螺杆4上借助张紧环24保持着支撑件25。在支撑件25与接管形的区段9a的台阶之间设置了螺旋弹簧26。如果对活塞3与顶盖9之间的空间通风，则在设置于封闭件17上的密封圈27被压紧的情况下，封闭件17被螺旋弹簧26压紧到包围阀开口18的密封面28上，并将真空阀关闭(＝封闭件17的密封位置)。

通过对活塞3与顶盖9之间的空间施加压力，封闭件17抬升离开密封面28，并且行进至其打开位置。

图11示出根据本发明的活塞-气缸单元的一种略微改型的实施方式。与前述实施例的区别尤其在于，在活塞3上设置了附加的密封件29，该密封件在活塞3的缩回的终端位置贴靠在气缸壳体1的密封面30上。由此在活塞的缩回的终端位置形成了附加的密封，防止压缩空气经由通风孔14排出。

本发明的所述实施例的不同的其它改型是可考虑且可行的，而不偏离于本发明的范围。

由根据本发明的活塞-气缸单元驱动的真空阀也可以按其它方式构造成角阀的形式。封闭件在打开位置与封闭位置之间的移位例如也可以按照L型阀的方式进行，其中，封闭件的两个运动分量可以通过一个单独的活塞-气缸单元(如已知那样通过相应的引导部件)来引起，或者对于两个运动分量也可以存在两个分开的活塞-气缸单元，这两个活塞-气缸单元优选按根据本发明的方式来构造。

附图标记清单

1 气缸壳体

1a 底部

1b 壳套

2 气缸内腔

3 活塞

4 活塞杆

4a 第一区段

4b 第二区段

4c 突伸部

5 活塞密封件

5a 密封唇

5b 区段

6 基体

7 滑套

7a 端部区段

7b 密封面

8 纵中轴线

9 顶盖

9a 接管形的区段

10 密封件

11 滑动套筒

11a 密封区段

11b 引导区段

12 活塞杆密封件

12a 密封唇

13 端口

14 通风孔

15 密封材料

16 阀壳体

16a 连接接管

16b 连接接管

17 封闭件

18 阀开口

19 隔膜波纹管

20 端部件

21 插入开口

22 密封圈

23 螺钉

24 张紧环

25 支撑件

26 螺旋弹簧

27 密封圈

28 密封面

29 密封件

30 密封面

Claims (8)

1.一种活塞-气缸单元，具有气缸壳体（1）和活塞（3），该气缸壳体具有气缸内腔（2），该活塞布置在所述气缸内腔（2）中，从该活塞伸出活塞杆（4），该活塞杆穿过开口从所述气缸壳体（1）引出，并且在此借助于布置在所述气缸壳体（1）上的活塞杆密封件（12）相对于所述气缸壳体（1）密封，其特征在于，在所述活塞杆（4）上设置了随同所述活塞杆（4）一起运动的由塑料制成的滑动套筒（11），所述活塞杆密封件（12）贴靠在该滑动套筒上，所述活塞和所述活塞杆（4）具有塑料材料，并且彼此材料一体地被构造，所述活塞杆（4）具有第一区段（4a）和第二区段（4b），该第一区段具有塑料材料，该塑料材料与所述活塞（3）的塑料材料材料一体地被构造，该第二区段由金属制成且从该第二区段伸出有突伸部（4c），该突伸部由金属制成且嵌入到所述第一区段（4a）的塑料材料中。

2.如权利要求1所述的活塞-气缸单元，其特征在于，所述滑动套筒（11）具有密封区段（11a）和引导区段（11b），在该密封区段的区域中所述活塞杆密封件（12）贴靠在所述滑动套筒（11）上，在该引导区段的区域中在所述滑动套筒（11）与所述气缸壳体（1）之间形成滑动引导，其中，所述密封区段（11a）和所述引导区段（11b）位于所述滑动套筒（11）的纵向延伸部的不同区段中。

3.如权利要求2所述的活塞-气缸单元，其特征在于，所述滑动套筒（11）的外直径在所述密封区段（11a）的区域中比在所述引导区段（11b）的区域中要小。

4.如权利要求1至3中任一项所述的活塞-气缸单元，其特征在于，所述气缸壳体（1）具有在外面突伸的接管形的区段（9a），该区段形成了开口，所述活塞杆（4）穿过该开口从所述气缸内腔（2）引出，并且该区段形成了用于所述滑动套筒（11）的径向轴承，其中，所述气缸壳体（1）和所述接管形的区段（9a）具有塑料材料，并且所述气缸壳体（1）的至少一部分和所述接管形的区段（9a）彼此材料一体地构造。

5.如权利要求1至3中任一项所述的活塞-气缸单元，其特征在于，所述气缸壳体（1）具有基体（6）和布置在所述基体（6）内部的、塑料制成的滑套（7），在该滑套上贴靠着布置在所述活塞（3）上的活塞密封件（5），用于所述活塞（3）与所述气缸壳体（1）之间的密封。

6.如权利要求5所述的活塞-气缸单元，其特征在于，在所述活塞（3）的缩回的终端位置，所述活塞密封件（5）的区段或者布置在所述活塞（3）上的另外的密封件（29）贴靠在所述气缸壳体（1）的密封面（7b、30）上，并且在所述活塞（3）朝向前伸的终端位置行进时抬升离开所述密封面（7b、30），其中，所述密封面（7b、30）相对于与所述气缸壳体（1）的纵中轴线（8）平行的方向倾斜至少45°。

7.如权利要求6所述的活塞-气缸单元，其特征在于，所述密封面（7b）由所述滑套（7）的、在朝向所述气缸壳体（1）的中央纵中轴线（8）的方向上突伸的端部区段（7a）形成。

8.一种真空阀，带有阀开口（18）和封闭件（17），该封闭件能够在把所述阀开口（18）打开的打开位置与把所述阀开口（18）封闭的封闭位置之间移位，其特征在于，为了使得所述封闭件在所述打开位置与所述封闭位置之间移位，所述真空阀具有驱动装置，该驱动装置包括根据权利要求1至7中任一项所述的活塞-气缸单元。

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