CN1654834A - 具有空气助动回复装置的直接动作式气动阀 - Google Patents

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Abstract

一种直接动作式阀组件(10，210，310)，其包括一与压缩空气源连通的压缩空气供应进口(30，230，330)和缸口(32，232，332)的阀体(12，212，312)；在阀体内沿轴向延伸的阀缸(36，236，336)；和支撑在阀缸内并在所述阀缸内的预定位置之间可移动的阀件(46，246，346)，以便有选择地引导压缩空气从进口通过缸口。执行器(14，214，314)安装到阀体上用以沿第一方向使阀件移动，并且偏压件(66，266，366)设置在阀件和阀体之间适合于沿相反方向对阀件提供偏压力。一气动压力源的空气助动通道(94，294，394)与偏压件一起作用，以便沿与执行器诱导的移动方向相反的方向有效地移动所述阀件。

Description

具有空气助动回复装置的直接动作式气动阀
技术领域
本发明总体上涉及气动阀组件，尤其涉及一种具有空气助动回复装置的直接动作式气动阀。
背景技术
众所周知，直接操纵的，或直接致动的气动阀用于控制流经其间的压缩空气的流动在现有技术中是已知的。直接动作式阀可以单独使用，也可以与例如圆柱滑阀和调节器一起使用，这些阀和调节器又依次去控制像按压式离合器、空气制动器、气缸或需要精确控制工作空气的任何其它气动装置或设备之类的装置。更特别地，在这些场合，通常使用两通、三通和四通直接动作式阀组件。这些阀典型地都包括一个具有在其内形成一个阀缸的阀体。一阀件可移动地被支撑在阀缸内，直接对执行器作用在阀件上的操纵力做出反应，使其从一个位置移动到另一个位置。多个气口被用于把阀组件连接到一系统供应压力以及阀可以控制的各种有源装置。执行器典型地是一种电磁控制装置，对它通电后可以把阀件移动到阀缸内某一预定的位置。经常使用一种复位弹簧对阀件施加偏压，使它回到一已知的断电位置。这种类型的阀被使用在各种各样的、需要大流量和很快反应时间的制造领域。
因为用于这些阀的技术已经取得了长足的发展，所以一直不断要求设计出在不断减小实体尺寸的工作环境下使用的尺寸更小的阀。再加，技术上的进步要求阀必须能够以很快的循环时间进行工作。实际上，要求更高的速度和更短的反应时间是对此类阀始终不断的要求。然而，在过去，某些设计上的障碍一直限制着在增加阀组件速度的同时减小它的尺寸。当阀件和阀缸减小到某一预定尺寸以下时，复位弹簧的实体尺寸和强度已经不足以克服阀件的惯性了。再加，由执行器在某一方向对阀件施加偏压以后，在阀件密封圈和阀缸之间的界面上产生了摩擦力和表面附着力。这些摩擦力和相关的表面附着力的作用是抑制了阀件在相反方向的移动，并且减小了阀的速度，因而增加了阀的反应时间。在这种情况下，当除去执行器施加的力时，复位弹簧已经不能提供足够的偏压力使阀件迅速或有效地离开它的通电位置，并且使它回复到断电的位置。在出现这种情况时，丧失了对有源装置的精确控制能力。为了克服这个缺点，提出过各种设计对策。然而，在此相关技术领域已经建议的那些设计对策，都遭遇了需要增加附加机构、硬件，或者需要把阀安装到远处的缺点。
例如，有一种在此相关领域曾提出的设计策略涉及在相对的两个方向用双电磁执行器来驱动阀件。因此，复位弹簧被电磁线圈之类的电磁执行器所取代。可惜，这种解决方法由于使用了第二电磁线圈和有关零部件，而增加了复杂性，并且又产生了另一个尺寸限制边界。另一方面，在相关技术领域中建议使用在两个方向通电的单个电磁执行器。然而，这些单个电磁执行器需要一种笨重的双绕组的执行器，以及附加电路和控制装置。因此，这种使用笨重的单个电磁操纵器的直接动作式阀典型地安装在远离它们控制的气动驱动装置的位置。可惜，这种位于远处的阀使得更小、更轻、更精确的、能够安装在非常接近有源装置的阀设计意图受到了挫折。还有，它们必须通过管路或其它流动通道才能相互连接在一起，这就需要附加的设施和管路系统，并且降低了气动效率，造成了系统内的管路损失。
虽然使用较大的常规阀，并且把它们放置在远处，或附加了一些其它器件，一般来说这些阀还是能够按照它们的意图进行工作的，但是在此技术领域仍然留下了尚待满足的需要，即简化气动系统，降低制造成本，和/或创造更小、非常精确、快速驱动的、直接动作式气动阀组件。较小的直接动作式阀可以放置在很接近有源系统器件的位置处，因而缩短了流动路径，减少或消除了附加设施和管路系统。可惜，当阀件和阀缸尺寸减小到这样的关键点，即某一复位弹簧具有的实体尺寸和机械力能够快速、有效而重复地使一个动作快捷的阀的阀件回复到断电的位置时，在相关技术领域中已经提出的设计方案都不能克服那些所产生的问题。
发明内容
本发明克服了直接动作式阀组件中相关技术领域的这些设计障碍和其它缺点。更特别地，本发明涉及一种直接动作式阀组件，一种直接动作式阀组件，其包括一与压缩空气源连通的压缩空气供应进口和缸口的阀体；在阀体内沿轴向延伸的阀缸；和支撑在阀缸内并在所述阀缸内的预定位置之间可移动的阀件，以便有选择地引导压缩空气从进口通过缸口。执行器安装到阀体上用以沿第一方向使阀件移动，并且偏压件设置在阀件和阀体之间适合于沿相反方向对阀件提供偏压力。一气动压力源的空气助动通道与偏压件一起作用，以便沿与执行器诱导的移动方向相反的方向有效地移动所述阀件。
在整个相关技术领域的已知的阀中，本发明的直接动作式阀组件具有不同的优点。空气助动通道从增压缸口提供了一个气动压力源，此气动压力源的作用在于与偏压件一起沿与执行器诱导的移动方向相反的方向移动阀件。重要的是，空气助动促成了动作更加快捷的阀。更特别地，采用本发明的空气助动的阀组件可以使用一种产生的力比不用空气助动时所需要的力更小的且尺寸更小的偏压件。因为偏压件产生比较小的力，所以执行器只有较小的力需要克服，从而使阀件更快地移动到它的第一位置。此外，一旦电磁控制组件断电，偏压件连同通过有关通道提供的空气助动，便能够快速而有效地移动阀件离开它的第二位置，或者说通电的位置。空气助动通道提供了必须的机械动力，以帮助把阀件移动到断电位置。
因此，当常规阀组件的尺寸减小到一定程度，致使只有偏压件单独作用时其实体尺寸和机械强度已不足以重复、快速而有效地克服阀件的惯性，和/或超过作用在阀缸上的摩擦力和附着力时，本发明的直接动作式阀组件却克服了常规阀组件的这些缺点和不足。
附图说明
结合附图参阅下述的详细说明，会容易地理解本发明的其它优点。
图1为一种具有本发明的空气助动回复装置的、直接动作式阀组件的透视图；
图2为图1所示的一种直接动作式阀组件在电磁线圈断电时阀件所处位置的横截面侧视图；
图3为直接动作式阀组件在电磁线圈通电时阀件所处位置的局部横截面侧视图；
图4为本发明另一个实施例的直接动作式阀组件在电磁线圈断电时阀件所处位置的局部横截面侧视图；和
图5为图4所示的一种直接动作式阀组件在电磁线圈通电时阀件所处位置的局部横截面侧视图。
图6为本发明又一个实施例的直接动作式阀组件在电磁线圈断电时阀件所处位置局部横截面侧视图。
具体实施方式
现参阅附图，在所有那些附图中，同样的附图标记用于表示相同的部件，在图1到图3中，通常用10表示本发明的一种直接动作式阀组件的一个实施例。阀组件10包括一个阀体12和一个安装到阀体12上的电磁执行器，通常用14表示此电磁执行器。阀体12有一个分别限定顶面16和底面18的薄长方形体、一对相对的、在顶面16和底面18之间延伸的侧面20和22，和端面24和26。执行器，如图所示的电磁线圈组件14，安装到阀体12的端面24上。
现参阅图2和图3，阀体12包括一个与增压流体源，例如空气源，连通的增压流体进口30。此外，阀体12包括至少一个缸口32。阀缸36穿过阀体12在轴线方向延伸。在图1到图3所示的实施例中，直接动作式阀组件10是一种三通阀，它包括每一个都与阀缸36流体连通的、至少一个缸口32和至少一个排气口38。在此实施例中，缸口32是穿过阀体12的顶面16，在进口30的对面形成的，而排气口38是穿过底面18形成的。然而，那些具有本领域普通技术人员将会理解，各种缸口可以是通过阀体12的各个不同的表面形成的。例如，这些缸口和通道可以都是通过某一个表面，例如阀体12的底面18，形成的，仍然不偏离本发明的范围。进口30、排气口38和缸口32也可以分别都是带有螺纹的，以便接纳必须与阀组件10共同运行的其它部件建立流体连通的任何机构。为此，阀体12适合于安装到(许多)气路板、底盘座或任何各种气动驱动装置(未示出)上。
如图2和图3所示，阀缸36完全穿过了阀体12，从而形成了一对开口端42和44。一个阀件，通常用46表示此阀件，可以在阀缸36内预定位置之间移动，以便有选择地引导压缩空气从进口30经过缸口32和排气口38，下文将对此作更详细的介绍。一对端部保持器48和50被分别设置在阀体12的一对开口端42和44中，它们的作用是使阀件46保持在阀缸36内，下文还将对此作更详细的说明。
阀件46还包括设置在阀件46的两端的、一对相对的阀头60和62，并且还包括在阀件46上相对的阀头60和62之间形成的、阀元件54和56中的至少一个阀元件。操纵阀元件54和56，能够有选择地引导压缩空气流从进口30经由阀缸36流到缸口32或排气口38。端部保持器48和50中的每一个分别有一个容纳阀件46的相对的阀头60和62的、并容许阀件46在阀体12内滑动的中心孔74和76。图3显示得十分清楚，阀件46包括用以放置(接纳)O-型密封圈72的环形槽70，O-型密封圈72被分别限定在端部保持器48和50内，与中心孔开口74和76滑动接合，以防止阀缸36内压缩空气的泄漏。在一实施例中，阀件46可以是一种提升阀的阀件，它被支撑在阀缸36内可以往复运动，用以控制流经阀体12的流体的流动。在这种情况下，提升阀的阀件46最好是一根在阀件46特定的区域覆盖了模压成形、并粘结的橡胶的铝芯，而且铝芯被研磨到特定的尺寸，从而形成，例如，阀元件54和56。然而，从随后的介绍可以得知，本领域普通技术人员将会理解，本发明不限于在与提升阀有关的任何方法中使用。相反，本发明可以用于邻近或远离气动驱动装置的任何其它直接动作式阀，包括，但是不限于，例如，圆柱滑阀、平板橡胶提升阀、舌形阀、伺服阀或阀组件。
端部保持器50是杯形的，它有若干限定在端部保持器50中、并且径向互相留有间隔的气缸通道64。气缸通道64提供了阀缸36和各个邻近缸口之间的流体连通通道。有一个偏压件66位于端部保持器50和在阀件46的相对的两个阀头之一的阀头62中形成的凹座68之间。在此优选实施例中，偏压件是一个线绕弹簧66。然而，具有本领域普通技术的那些人们将会理解，在本领域众所周知的、足以在某一方向提供一个力的任何偏压机构都适用于这种应用场合。此外，具有本领域普通技术的那些人们还会理解，由于可以用于这种场合的、合适的偏压机构的种类繁多，因此，无法将它们在此一一罗列。相反，为了说明倒应该提及，这种复位弹簧66对阀件46施加一个定值的偏压力，此力指向图2和图3所示的左方。此外，就本发明的图4到图6所说明的其它实施例而言，上述情况也同样适用。
在阀缸36中，还有多个阀座84和86。阀座84和86连同阀元件54和56一起用以封闭阀体12中的各个通道，下文还将对此作更详细的说明。当阀件46相对于某一特定缸口处于关闭位置、从而切断了压缩空气在那个孔口处的流动时，阀座84和86提供了与阀元件54和56的阀密封表面的密封接触。
这两个阀座中的至少一个，在当前的情况下是阀座84，可以直接在阀缸36本身上形成。另一个阀座86则可以在靠近端部保持器48或50的末端51处形成。在图2和图3所示的实施例中，阀座86设置在端部保持器50的末端51上。端部保持器50在阀体12的阀缸36内是能够用螺纹调节的，因而端部保持器50在阀缸36的端部44内的位置是可以调节的。因此，用螺纹设定的、端部保持器50在阀体12内的位置能够以某一给定的、施加在阀件46上的力控制阀座84和86的密封。端部保持器50的末端51在阀缸36内所处的位置限定了阀组件10的预定的“开”和“闭”的位置，因而设定了阀件46的冲程长度。为了防止阀缸36内压缩空气的泄漏，端部保持器50还包括用以放置O-型密封圈92的环形槽91和93，而且在端部保持器48处，阀体12还包括一个放置O-型密封圈82的环形槽80。
如上述说明和图1到图3所示，电磁执行器14是一种安装在阀体12的端面24上的电磁线圈组件。提升阀的阀件46在电磁线圈组件14的作用下只朝一个方向，或者说朝图2所示的右方，动作。为此，电磁线圈组件14有一个壳体，通常用代号100表示此壳体。壳体100包括一个与阀体12紧贴的极板102、一个位于与极板102相对位置处的帽盖104和一个在其间延伸的电磁线圈盒或架106。线圈架106支撑着一个线圈108，线圈108包括通常绕在一个线轴112上的导线，图中用代号110表示此导线。导线110通过接线组件，通常用代号114表示此接线组件，连接到电流源。接线组件114则被固定在帽盖104中，它由引线柱116、电接触件118和引线120组成。在工作时，引线120与电流源相连。控制电路(未示出)控制了流经线圈108的电流的方向，因而控制了由此产生的电磁力的方向。有一块顶板122安装在邻近线轴112处，位于线圈架106的一部分和帽盖104之间。
磁极板102有一个穿透磁极板102的开口124。电磁线圈组件14还包括一个铁磁极126，铁磁极126有一个断面积比磁极126的其余部分的断面积小的台阶部分128。此台阶部分128则被容纳(插)在磁极板102的开口124中，用于把磁极126机械固定到磁极板102上。有一位于(磁极126)中心的通道131贯穿整个磁极126。推杆132则可移动地被支撑在通道131中。
铁磁电枢138位于帽盖104和磁极126之间。一衬套140在线轴112内引导电枢138。在由在一个方向流经线圈108的一个电流脉冲产生的电磁通量的作用下，电枢138可以向磁极126移动。此电磁通量驱使电枢138对着推杆132，使阀件46向图2和图3所示的右方移动，并且到达某一预定的位置。此外，在相反方向产生的一个力的作用下，电枢138可以离开磁极126，并且向帽盖104的方向(图中所示的左方)移动，下文中还将对此作更详细的说明。
因此，推杆132有一个位于提升阀的阀件46的一端附近的、较宽(放大)的头部142，此较宽的一头142用于在电枢138接触推杆132时与阀件46接触。
虽然上文已经介绍了一种特定的电磁驱动装置，但是用于本发明的阀组件的执行器可以是在气动阀中使用的任何已知类型的执行器，例如在2000年10月10日颁布的美国专利6,129,115中介绍的那种类型的一种自锁电磁线圈。另一种可以使用的执行器是具有一个使用空转偏压的浮动电枢的电磁线圈，例如在美国专利4,438,418或3,538,954中介绍的、采用现有技术的那种电磁线圈。这些专利中的每一件都被转让于本发明的受让人了，并且作为参考在此将引入这些专利披露的内容。因此，本领域普通技术人员从随后的说明将会理解，执行器的确切形式，不管是电磁执行器还是其它形式的执行器，都不构成本发明的组成部分。从随后对本发明的说明，还应该理解，虽然把本发明的气动阀组件10的优选实施例描述成图1到图3所示的三通阀，但是本发明也可以以两通阀(未示出)、四通阀(如图4和图5所示)或者其它类似的形式予以实施。
当电磁线圈组件14把阀件46移动到图3所示的右方时，阀元件56被移动到了与限定在端部保持器50的末端51上的阀座86密封接合。在这样的工作状态下，建立了进口30和缸口32之间的流体连通，而且可以把气动压力传输到下游的任何装置。然而，当阀件46处于这种工作状态时，在阀件46和端部保持器48和50的中心孔开口74和76之间界面处可以产生摩擦力和附着力。一旦使电磁线圈组件14断电，这些力的作用抵制了由偏压件66在相反方向产生的偏压力。因此，这些力的作用是降低了阀件46回复到它的第一位置的速度和效率。再加，减小偏压件66的尺寸可以造成由此所产的力的减小，从而导致更慢的阀反应时间。
为了解决这个问题，本发明的阀组件10包括一个空气助动通道，通常用代号94表示此空气助动通道。在图1到图3所示的实施例中，空气助动通道94是在阀件46内形成的，它提供了在至少一个缸口32和在阀件46的阀头62中的凹座68之间的流体连通通道。因此，空气助动通道94提供了压缩空气源和凹座68之间可供选择的流体连通通道。更特别地，而且如图2和图3所示，空气助动通道94包括一个进口部分96和一个主通道98。进口部分96在相对于阀件46的中心线A的径向延伸。在此典型实施例中，进口部分96是在阀元件54和56之间以及在限定于阀缸36的阀座84和86之间形成的。主通道98提供了进口部分96和凹座68之间的流体连通通道。在此典型实施例中，主通道98相对于阀件46的纵向轴线A是同轴的。
空气助动通道94从增压缸口32提供了一个气动压力源，此气动压力源的作用在于与偏压件66一起，在与执行器14诱导的移动方向相反的方向使阀件46移动。重要的是，空气助动功能促成了一种动作更快捷的阀。更特别地，使用本发明的空气助动功能的阀组件10可以只需使用一个产生比不使用空气助动功能更小的力的、(尺寸)较小的偏压件66。因为偏压件66产生的力比较小，所以执行器14只须克服比较小的力，因而使阀件46更快地移动到它的第一位置。此外，一旦切断对电磁线圈组件14的供电，偏压件66，与由通道94提供的空气助动功能一起，将能够快速而有效地使阀件46离开它的第二，或者说通电，的位置。空气助动通道94提供了有助于使阀件46移动到断电的位置所需的机械动力。
因此，当那些常规阀组件的尺寸减小到一定程度，致使只有偏压件66单独作用时其实体尺寸和机械强度已不足以重复、快速而有效地克服阀件46的惯性，和/或超过作用在阀件46和端部保持器48和50的中心孔开口74和76之间界面上的摩擦力、附着力时，本发明的这种直接动作式阀组件却克服了常规阀组件的这些缺点和不足。这就可能制造出尺寸小于常规标准而动作又非常快捷的阀组件10。
现在参阅图4和图5，另一个具有本发明的空气助动回复装置的直接动作式阀组件的、不受限制的实施例通常用210表示，在这些图中，相对于图1到图3中所示的实施例的那些附图标记增加200以后相同的附图标记用于表示相同的构件。在4和图5中示出的阀组件210包括一个阀体212，阀体212有一个用于与增压流体源，例如空气源，连通的增压流体进口230。此外，阀体212包括至少一个适合于与一个或多个气动操纵的装置建立流体连通的缸口，或者说出口232。阀缸236穿过阀体212在轴线方向延伸。在这里所示的实施例中，气动阀组件210是一种四通阀，它包括一对出口232和234及一对排气口238和240，这些缸口中的每一个都与阀缸236的流体连通。出口232和234是穿过阀体212的顶面216、在进口230和排气口238和240的对面形成的，而进口230和排气口238和240是穿过底面218形成的。然而，那些本领域普通技术人员将会理解，进口230、出口232和234及排气口238和240可以是通过阀体212的各个表面分别形成的。例如，这些缸口可以都是通过某一个表面，例如阀体212的底面218，形成的，仍然不偏离本发明的范围。进口230、出口232和234及排气口238和240也可以分别都是带有螺纹的，以便接纳必须与阀组件210共同运行的其它部件建立流体连通的任何机构。
在图4和图5所示的优选实施例中，阀缸236可以完全穿过阀体212，从而形成了一对开口端242和244。一个阀件，通常用246表示此阀件，可移动地支撑在阀缸236内预定位置之间，以便有选择地把压缩空气流从进口230经过阀缸236引导到出口232和234中的至少一个。伴随的情况是，阀件246也可以有选择地把压缩空气从出口232和234中的至少一个排放到排气口238和240中的至少一个，下文对此将要作更详细的说明。一对端部保持器插件，通常用248和250表示这对端部保持器插件，放置在阀体212的一对开口端242和244中，以便使阀件246保持在阀缸236内，下文还将对此作更详细的说明。相似地，阀组件210可以包括一个或多个能够在阀缸236内用螺纹定位的内保持器。在文中所示的实施例中，阀组件210包括一个能够在阀缸236内用螺纹定位的内保持器251，下文还将对此作更详细的说明。
阀件246还包括设置在阀件246两端的、一对相对的阀头260和262和在阀件246上、阀头260和262之间形成的、至少一个阀元件。在图4和图5所示的特定实施例中，有几个阀元件252、254、256和258在阀件246上形成，而且在运行中，每一个都能够有选择地把压缩空气流从进口230通过阀缸236引导到各个出口238和240。如图4和图5所示，阀件246还包括用以放置(接纳)O-型密封圈272的环形槽270，O-型密封圈272分别与保持器插件248和250的中心孔开口274和276滑动接合，以防止阀缸236内压缩空气的泄漏。在此优选实施例中，阀件246是一根在其上适当位置处用合适的弹性材料，例如橡胶或任何已知的弹性材料，以模压成形的方法覆盖的铝芯。更特别地，本领域普通技术人员应该理解，密封表面的材料可以由任何已知的成分组成，它们可以稍有变形，但是必须高弹性，例如睛，并且可以粘结到阀件246上或者在阀件246上模压成形。然而，从随后的介绍可以得知，本领域普通技术人员将会理解，本发明不限于在与图4和图5所示的特定阀有关的任何方法中使用。相反，本发明可以用于邻近或远离气动驱动装置的任何其它直接动作式阀，包括，但是不限于，例如，圆柱滑阀、平板橡胶提升阀、舌形阀、伺服阀或阀组件。
端部保持器插件248和250的每一个都包括限定在端部保持器直径方向上、并且径向互相留有间隔的气缸通道264。气缸通道264提供了阀缸236和各个邻近缸口之间的流体连通通道。有一个偏压件266，例如一种线绕弹簧，位于杯形端部保持器插件250和在阀件246的相对的两个阀头之一的阀头262中形成的凹座68之间。这种复位弹簧266对阀件246施加一个定值的、向图4和图5所示左方的偏压力。
在阀缸236中，还有多个阀座282、284、286和288。阀座282、284、286和288连同阀元件252、254、256和258一起分别用以封闭阀体212中的各个通道，下文还将对此作更详细的说明。当阀件246相对于某一特定出口处于关闭位置、从而切断了压缩空气在那个孔口处的流动时，阀座282、284、286和288提供了与阀元件252、254、256和258的阀密封表面的密封接触。
在图4和图5所示的那些阀座282、284、286和288中，有些可以直接在阀缸236本身上形成，如在阀座284的情况下，而另一些(例如，282、286和288)则可以设置在端部保持器插件248和250及内保持器251上。因为阀缸236的端部242和244及任何其它适当的部位具有带螺纹的界面，所以保持器插件248、250和251在阀体212的阀缸236内的位置是可以调节的。如上文所讨论的，保持器插件248和250的每一个都有一个用以接纳阀件246的相对两个阀头260和262的中心孔274和276，并且容许阀件246在阀体212内滑动。因此，用螺纹设定的、端部保持器插件248和250在阀体212内的位置能够以某一给定的、施加在阀件246上的力控制这些阀座的密封。为了防止阀缸236内压缩空气的泄漏，端部保持器插件248和250还包括用以放置O-型密封圈295的环形槽291和293。另一方面，由螺纹设定的内保持器插件251的位置限定了阀组件210的预定的“开”和“闭”的位置，因而设定了阀件246的冲程长度。此外，像端部保持器插件那样，内保持器251也可以包括一个适合于放置O-型密封圈299的环形槽297，以防止阀缸236内压缩空气的泄漏。
在此优选实施例中，接纳阀件246的阀头(端头)260的保持器插件248的中心孔274也完全穿过保持器248而延伸，从而容许执行器组件214与阀件246接合，并且推动阀件246。由只是用于说明的图示可见，使用具有较宽头部342的执行器的推杆332，并使头部342伸进保持器插件248与阀件246接合，并且推动阀件246，就能够做到这一点。如上文所述，具有本领域普通技术的那些人们应该理解，用于对阀件246提供移动力的专用驱动手段的问题已经超越了本发明的范围。因此，还应该理解，根据所用的驱动手段，可以使用任何不同类型的驱动器件，而不只是推杆。如前文所述，执行器组件214用于在阀缸236内、在与偏压件266的偏压力相反的方向上有选择地驱动阀件246。以这种方式，执行器214把阀件246推向图4所示的右方，而当执行器组件214不起作用时，偏压件266则使阀件246回复到它的原始位置(图5中的左方)。
当电磁线圈组件214把阀件246移动到图4所示的右方时，阀元件256被移动到与限定在内保持器251上的阀座286密封接合。在这样的工作状态下，建立了进口230和缸口232之间的流体连通，而且可以把气动压力传输到下游的任何装置。然而，当阀件246处于这种工作状态时，在阀元件256和阀座286之间的界面处可以产生摩擦力和附着力。一旦使电磁线圈组件214断电，这些力的作用抵制了由偏压件266在相反方向产生的偏压力。因此，这些力的作用是降低了阀件246回复到它的第一位置的速度和效率。
为了解决这些问题，在阀件246内形成了一条空气助动通道，通常用294表示此空气助动通道，并且此空气助动通道294在至少一个缸口232和阀件246的阀头262中的凹座268之间延伸，从而提供了压缩空气源和凹座268之间可供选择的流体连通通道。更特别地，而且如图4和图5所示，空气助动通道294包括一个进口部分296和一个主通道298。进口部分296在相对于阀件246的中心线A的径向延伸。在此典型实施例中，进口部分296是在阀元件252和254之间形成的。主通道298提供了进口部分296和在阀件246的头部262中形成的凹座268之间的流体连通通道。在此典型实施例中，主通道298相对于阀件246的纵向轴线A是同轴的。
空气助动通道294从增压缸口232提供了一个气动压力源，此气动压力源的作用在于与偏压件266一起，在与执行器214诱导的移动方向相反的方向使阀件246移动。重要的是，空气助动功能促成了一种动作更快捷的阀。更特别地，使用本发明的空气助动功能的阀组件210可以只需使用一个产生比不使用空气助动功能更小的力的、(尺寸)较小的偏压件266。因为偏压件266产生的力比较小，所以执行器214只须克服比较小的力，因而使阀件246更快地移动到它的第一位置。此外，一旦切断对电磁线圈组件214的供电，偏压件266，与由通道294提供的空气助动功能一起，将能够快速而有效地使阀件246离开它的第二位置，或者说通电的位置。空气助动通道294提供了有助于使阀件246移动到断电的位置所需的机械动力。
因此，当那些常规阀组件的尺寸减小到一定程度，致使只有偏压件266单独作用时其实体尺寸和机械强度已不足以重复、快速而有效地克服阀件246的惯性，和/或超过作用在阀件246和端部保持器插件248和250的中心孔开口274和276之间界面上的摩擦力、附着力时，本发明的这种直接动作式阀组件却克服了常规阀组件的这些缺点和不足。这就可能制造出尺寸小于常规标准而动作又非常快捷的阀组件210。
现在参阅图6，还有一个具有本发明的空气助动回复装置的直接动作式阀组件的、不受限制的实施例通常用310表示，在此图中，相对于图1到图3中所示的实施例的那些附图标记增加300以后相同的附图标记用于表示相同的部件。更特别地，在此所示的阀组件310也是一种三通阀，它包括许多在结合图1到图5中所示的三通阀和四通阀所述类型的、相同或相似的部件。因此，那些本领域普通技术人员将会理解，下文进行的说明在于突出本发明的那些显著特征，并且不再重述对上述类型的阀组件的所有相同的部件的讨论。
现遵照这一原则进行说明。阀组件310包括一个具有一个用于与增压流体源，例如空气源，连通的增压流体进口330的阀体312。一个阀缸336在阀体312内沿轴线方向延伸。阀体312还包括两者都与阀缸336流体连通的一个缸口332和一个排气口338。一个阀件346可移动地支撑在阀缸336内，它有一对相对的阀头360和362。此外，阀件346包括阀元件354和356中的至少一个阀元件，可以操纵这个阀元件，有选择地引导压缩空气流从进口330经由阀缸336流到缸口332或排气口338。在阀缸336中，有多个阀座384和386。阀座384和386连同阀元件354和356一起用以封闭阀体312中的各个通道，下文还将对此作更详细的说明。当阀件346相对于某一特定缸口处于关闭位置、从而切断了压缩空气在那个孔口处的流动时，阀座384和386提供了与阀元件354和356的阀密封表面的密封接触。
与图1到图5中所示的端头开口的阀缸不同，阀缸336是一种具有一个开口端342和一个闭口端344的盲缸。一种电磁执行器，例如一种电磁线圈组件，通常用14表示此电磁线圈组件，在阀缸336的开口端342处安装在阀体312上。电磁线圈组件314的作用是在一个方向用对图1到图5所示的实施例所述的同样方法，对阀件346施加偏压。另一方面，有一个偏压件366，例如一种线绕弹簧，位于阀缸336的盲端344和在阀件346的相对的两个阀头之一的阀头362中形成的凹座368之间。这种复位弹簧366在与由电磁线圈组件314施加的力相反的方向对阀件346施加一个定值的偏压力。
当电磁线圈组件314使阀件346相对于图6的方向向下移动时，阀元件356被移动到了与限定在阀缸336中的阀座386密封接合。在这样的工作状态下，建立了进口330和缸口332之间的流体连通，而且可以把气动压力传输到下游的任何装置。然而，当阀件346处于这种工作状态时，在阀件346上的密封圈372和中心阀缸336的端部342和244之间的界面处可以产生摩擦力和附着力。一旦使电磁线圈组件314断电，这些力的作用抵制了由偏压件366在相反方向产生的偏压力。正如上文提到的那样，这些力的作用是降低了阀件346回复到它的第一位置的速度和效率。
为了解决这个问题，在阀体312内形成了一条空气助动通道，通常用394表示此空气助动通道，并且此空气助动通道394提供了缸口332和在阀件346的阀头362中的凹座368之间的流体连通通道。因此，空气助动通道394提供了压缩空气源和凹座368之间可供选择的流体连通通道。然而，那些本领域普通技术人员将会注意到，空气助动通道394不同于空气助动通道94和294，因为空气助动通道394被限定在阀体312内，而不像空气助动通道94和294那样，被限定在阀件46和246中。更特别地，而且如图6所示，空气助动通道394包括一个进口部分396和一条主通道398。进口部分396在阀体312内相对于阀件346的移动，在轴线方向延伸，并且提供了缸口332和主通道398之间的流体连通通道。另一方面，而且在这一典型的实施例中，主通道398在相对于阀件346的纵向轴线A的横向延伸，并且提供了进口部分396和在阀件346的头部362中形成的凹座368之间的流体连通通道。
空气助动通道394从增压缸口332提供了一个气动压力源，此气动压力源的作用在于与偏压件366一起，在与执行器314诱导的移动方向相反的方向使阀件346移动。重要的是，空气助动功能促成了一种动作更快捷的阀。更特别地，使用本发明的空气助动功能的阀组件310可以只需使用一个产生比不使用空气助动功能更小的力的、(尺寸)较小的偏压件366。因为偏压件366产生的力比较小，所以执行器314只须克服比较小的力，因而使阀件346更快地移动到它的第一位置。以这种方式，一旦切断对电磁线圈组件314的供电，偏压件366，与经由通道394提供的空气助动功能一起，将能够快速而有效地使阀件346离开它的通电位置。空气助动通道394提供了有助于使阀件346移动到断电的位置所需的机械动力。因此，当那些常规阀组件的尺寸减小到一定程度，致使只有偏压件366单独作用时其实体尺寸和机械强度已不足以重复、快速而有效地克服阀件346的惯性，和/或超过在阀件346和阀缸336之间作用的摩擦力、附着力时，本发明的这种直接动作式阀组件却克服了常规阀组件的这些缺点和不足。这就可能制造出尺寸小于常规标准而动作又非常快捷的阀组件310。
操作
现在参阅图1到图3中所示的三通阀组件，说明一种具有本发明的空气助动回复装置的直接动作式气动阀的运行。然而，那些本领域普通技术人员将会理解，对图1到图3中所示的阀组件运行情况的解释也可以应用于图4和图5中所示的四通阀以及图6中所示的三通阀，还可以应用于采用本发明的空气助动功能的任何其它直接动作式气动阀。
在运行中，将压缩空气供应到进口30。压缩空气流过设置在进口30处的过滤器31，进入阀缸36。当电磁线圈组件64处于断电状态时，偏压件66向图2所示的左方对阀件46施加偏压，致使阀元件54与阀座84处于密封接合状态。在这种状态下，阀元件56处于与阀座86分离而留有间隙的状态，从而在缸口32和阀缸36之间提供了一个流动通道。以这种方法，使缸口32经由主阀缸36和气缸通道64排气，排入排气口38。
另一方面，电磁线圈组件14通电时，它产生一个驱使阀件46向图3所示的右方并且反抗偏压件66的偏压力的力。在这种运行状态下，使阀元件54移动，离开阀座84，而阀元件56则迅速移动，进入与阀座86的密封接触。然后，就容许压缩空气流经进口30，通过过滤器31，进入阀缸36，通过打开的阀元件54和阀座84，进入缸口32。另一方面，阀元件56和阀座86之间的界面封住了通往排气口38的缸口32。此外，空气助动通道94与流经阀缸36和缸口32的压缩空气是开通的。因此，在阀头62上形成的凹座68也同样被增压。然而，由电磁线圈组件14产生的力足以克服由此压力产生的相反方向的力。
一旦电磁线圈组件14断电，并且从阀件46的阀头60上除去了驱动力，那么偏压件66和作用在阀头62上的空气压力开始协同使阀件46移动，返回到它的第一位置。当发生这种情况时，在通电位置与阀座86形成密封的阀元件56将快速移动，离开阀座86，所以被增压(并且提供空气助动压力)的缸口32经由排气口38排气。然后，阀件46被移动到左方，直至阀元件54与阀座84形成密封，并且在缸口32和排气口38之间建立经由阀缸36通过阀元件56和阀座86的流体连通。应该注意，一旦阀件46移动，并且克服了在阀元件56处作用的摩擦力和附着力，那么偏压件66就具有足够的机械强度继续使阀件46移动到它的、断电的第一位置，此时也就不再需要空气助动了。
空气助动通道从增压缸口提供了一个气动压力源，此气动压力源的作用在于与偏压件一起，在与执行器诱导的移动方向相反的方向使阀件移动。重要的是，空气助动促成了一种动作快捷的阀。更特别地，采用本发明的空气助动的阀组件可以使用一种产生的力比不用空气助动时所需要的力更小的、(尺寸)较小的偏压件。因为偏压件产生比较小的力，所以执行器只须克服较小的力，因此使阀件更快地移动到它的第一位置。一旦电磁控制组件断电，偏压件连同通过有关通道提供的空气助动，便能够快速而有效地移动阀件离开它的第二位置，或者说通电的位置。空气助动通道提供了必须的机械动力以帮助把阀件移动到断电位置。因此，当常规阀组件的尺寸减小到一定程度，致使只有偏压件单独作用时其实体尺寸和机械强度已不足以重复、快速而有效地克服阀件的惯性，和/或超过作用在阀缸上的摩擦力和附着力时，本发明的直接动作式阀组件却克服了常规阀组件的这些缺点和不足。
在整个相关技术领域的已知的阀中，上述本发明的直接动作式阀组件10、210和310的结构具有截然不同的优点。阀组件10、210和310是动作非常快捷的阀组件。此外，常规阀组件的尺寸限制问题得到了解决，并且有可能使用更小尺寸的阀。更特别地，由于使用了空气助动通道，从而能够以比常规的设计方案更小的尺寸获得一种动作非常快捷的阀组件。因此，能够在空间狭窄的环境下方便地使用这种阀组件。由于空气助动通道对偏压件提供了一个压缩空气的补充的力，因而促成了本发明的这种小尺寸的气动阀。再者，而且从上文的说明，那些本领域普通技术人员将会容易地理解，在任何位置都可以形成空气助动通道，可以在阀体内、阀件内、还可以部分位于阀体的外部，或者这些设置方式的组合，从而提供一个压缩空气源，此压缩空气源的作用在于与偏压件一起，在与执行器诱导的移动方向相反的方向使阀件移动。
再重复一遍，从上述说明，那些本领域普通技术人员将会理解，本发明不限于在与提升阀有关的任何方法中使用。相反，本发明可以用于邻近或远离气动驱动装置的任何其它直接动作式阀，包括，但是不限于，例如，圆柱滑阀、平板橡胶提升阀、舌形阀、伺服阀或阀组件。
至此已经用图示的方法说明了本发明。应该理解，本文所用的技术术语意图在于说明词语的特性，而不是限制。根据上述教示，有可能对本发明作多种多样的修改和变化。因此，除了文中特别说明的以外，可以在所附的权利要求的范围内实施本发明。

Claims (17)

1.一种直接动作式阀组件(10，210，310)，其包括：
具有一与压缩空气源连通的压缩空气供应进口(30，230，330)和至少一个缸口(32，232，332)的阀体(12，212，312)；
在所述的阀体(12，212，312)内沿轴向延伸的阀缸(36，236，336)；
支撑在所述的阀缸(36，236，336)内并在所述阀缸内的预定位置之间可移动的阀件(46，246，346)，以便有选择地引导压缩空气从所述进口(30，230，330)通过所述至少一个缸口(32，232，332)；
安装到所述阀体(12，212，312)上用以沿第一方向使所述阀件(46，246，346)移动的执行器(14，214，314)和设置在所述阀件(46，246，346)和所述阀体(12，212，312)之间适合于沿相反方向对所述阀件提供偏压力的偏压件(66，266，366)；和
提供一气动压力源的空气助动通道(94，294，394)，其与所述偏压件(66，266，366)一起作用，以便沿与所述执行器(14，214，314)诱导的移动方向相反的方向有效地移动所述阀件(46，246，346)。
2.如权利要求1所述的直接动作式阀组件(10，210，310)，其特征在于，所述阀件(46，246，346)包括一对相对的阀头(60，62，260，262，360，362)，所述相对的阀头中的至少一个阀头包括凹座(68，268，368)，所述偏压件(66，266，366)在所述阀件(46，246，346)和所述阀体(12，212，312)之间有效地设置在所述凹座内。
3.如权利要求2所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述空气助动通道(94，294)是在所述阀件(46，246)内形成并在所述至少一个缸口(32，232)和所述阀件的所述至少一个相对的阀头(62，262)中的所述凹座(68，268)之间延伸，以提供所述压缩空气源和所述凹座(68，268)之间可选择的流体连通。
4.如权利要求3所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述空气助动通道(94，294)包括一进口部分(96，296)和一主通道(98，298)，所述进口部分(96，296)相对于阀件(46，246)的中心线A径向延伸并且提供与所述至少一个缸口(32，232)的流体连通，所述主通道(98，298)提供所述进口和所述凹座(68，268)之间的流体连通。
5.如权利要求4中所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述主通道(98，298)在所述阀件(46，246)内相对于所述阀件的纵向轴线同轴地延伸。
6.如权利要求4中所述的直接动作式阀组件(10)，其特征在于，所述进口部分(96)在所述阀件(46)上形成的一对阀元件(54，56)之间形成。
7.如权利要求2中所述的直接动作式阀组件(310)，其特征在于，所述空气助动通道(394)在所述阀体(312)内形成并且在所述至少一个缸口(332)和所述阀件(346)的所述阀头(362)中的所述凹座(368)之间延伸，以提供所述压缩空气源和所述凹座(368)之间可选择的流体连通。
8.如权利要求7中所述的直接动作式阀组件(310)，其特征在于，所述空气助动通道(394)包括一进口部分(396)和一主通道(398)，所述进口部分(396)在所述阀体(312)内相对于所述阀缸(336)内的所述阀件(346)的移动而轴向延伸，并且提供所述至少一个缸口(332)和所述主通道(398)之间的流体连通，所述主通道(398)相对于所述阀件(346)的纵向轴线A的横向延伸，并且提供所述进口部分(396)和所述阀件(346)的所述阀头(362)中形成的所述凹座(368)之间的流体连通。
9.如权利要求1中所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述阀缸(36，336)经所述阀体(12，212)延伸，以形成一对开口端(42，44，242，244)，并且所述阀组件还包括一对螺纹接合地容纳在所述阀体(12，212)的所述一对开口端中的保持器组件(48，50，248，250)，以封闭所述一对开口端。
10.如权利要求9中所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述一对的保持器组件(48，50，248，250)中的每一个都限定出一最里的末端，所述阀件(46，246)限定出一提升阀，该提升阀具有一对设置所述提升阀的任何一端的相对的环形阀头(60，62，260，262)的，所述一对相对的阀头中的每一个都限定出一外径，其与所述一对保持器组件(48，50，248，250)的所述最里的末端可移动地密封接合。
11.如权利要求1中所述的直接动作式阀组件(210)，其特征在于，所述阀体(212)包括一对缸口(232，234)和一对排气口(238，240)，每一个都与所述阀缸(236)流体连通，所述阀缸包括多个阀座(282，284，286，288)，所述阀件(246)包括多个沿其长度限定的阀元件(252，254，256，258)，所述阀元件与所述阀座共同使用以引导流体从所述阀缸(236)流过所述一对缸口(232，234)和所述一对排气口(238，240)中的不同口。
12.一种直接动作式阀组件(10，210)，其包括：
具有一与压缩空气源连通的压缩空气供应进口(30，230)和至少一个缸口(32，232)的阀体(12，212)；
在所述的阀体(12，212)内沿轴向延伸的阀缸(36，236)；
阀件(46，246)，其具有一对滑动地设置在所述阀缸(36，236)内的相对的阀头(60，62，269，262)并且可在所述阀缸内预定的第一和第二位置之间移动，以便有选择地引导压缩空气从所述进口(30，230)通过所述至少一个缸口(32，232)；
在所述阀件的一端(60，260)处设置在所述阀体(12，212)上的执行器(14，214)，以用于沿一个方向使所述阀件(46，246)从所述第一位置移动到所述第二位置；
在所述阀件的另一端(62，262)处设置在所述阀件(46，246)和所述阀体(12，212)之间适合于向所述阀件提供偏压力的偏压件(66，266)；和
设置在所述阀件(46，246)内以提供所述阀件的所述偏压端(262，362)和压缩空气源之间流体连通的空气助动通道(94，294)，而气动压力源与所述偏压端(623，266)一起作用，以便沿与所述执行器(14，214)产生的移动方向相反的方向并从所述第二位置到所述第一位置有效地移动所述阀件(46，246)。
13.如权利要求12中所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述相对的阀头(62，262)中的至少一个包括一个凹座(68，268)，所述空气助动通道(94，294)包括一进口部分(96，296)和一主通道(98，298)，所述进口部分(96，296)相对于所述阀件(46，246)的中心线A径向延伸并提供与所述至少一个缸口(32，232)的流体连通，而所述主通道(98，298)提供所述进口部分(96，296)和所述凹座(68，268)之间的流体连通。
14.如权利要求13中所述的直接动作式阀组件(10，210)，其特征在于，所述主通道(98，298)在所述阀件(46，246)内相对于所述阀件的纵向轴线同轴地延伸。
15.权利要求13中所述的直接动作式阀组件(10)，其特征在于，所述进口部分在所述阀件(46)上形成的一对阀元件(54，56)之间形成。
16.一种直接动作式阀组件(310)，其包括：
具有一与压缩空气源连通的压缩空气供应进口(330)和至少一个缸口(332)的阀体(312)；
在所述的阀体(312)内沿轴向延伸的阀缸(336)；
阀件(346)，其具有一对滑动地设置在所述阀缸(336)内的相对的阀头(360，362)并且可在所述阀缸内预定的第一和第二位置之间移动，以便有选择地引导压缩空气从所述进口(330)通过所述至少一个缸口(332)；
在所述阀件的一端处设置在所述阀体(312)上的执行器(314)，以用于沿一个方向使所述阀件(346)从所述第一位置移动到所述第二位置；
在所述阀件的另一端处设置在所述阀件(346)和所述阀体(312)之间适合于向所述阀件提供偏压力的偏压件(366)；和
形成在所述阀体(312)内并在所述至少一个缸口(332)和所述一对相对的阀头(362)中的一个之间延伸的空气助动通道(394)，以在所述阀件的所述所述阀头(362)和压缩空气源之间提供选择性的流体连通。
17.权利要求16中所述的直接动作式阀组件(310)，其特征在于，所述阀件(346)包括在至少一个阀头(362)中形成的凹座(368)，所述空气助动通道(394)包括一进口部分(396)一主通道(398)，所述进口部分(396)在所述阀体(312)内相对于所述阀缸内的所述阀件的移动而轴向延伸并提供所述至少一个缸口(332)和所述主通道(398)之间的流体连通，所述主通道(398)相对于所述阀件(346)的纵向轴线横向延伸并且提供所述进口部分(330)和所述阀件(346)的所述阀头(362)中形成的所述凹座(368)之间的流体连通。
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