TW201937083A - 活塞汽缸裝置 - Google Patents

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    • F16K51/02—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations

Abstract

一種活塞汽缸裝置，其包括一具有一汽缸室(2)之汽缸殼體(1)及一在汽缸室(2)內配置之活塞(3)，一活塞桿(4)從該活塞藉由汽缸殼體(1)之一開口而引出，且在此通過一在汽缸殼體(1)配置之活塞桿密封件(12)相對於汽缸殼體(1)進行密封。在活塞桿(4)上配置一與活塞桿(4)共同滑動且由塑膠製成之滑套(11)，而活塞桿密封件(12)放置於該滑套上。

Description

活塞汽缸裝置
本發明涉及一種活塞汽缸裝置，其包含一具有一汽缸室之汽缸殼體及一在汽缸室內配置之活塞，一活塞桿從該活塞通過汽缸殼體之一開口而引出，且在此通過一在汽缸殼體配置之活塞桿密封件相對於汽缸殼體進行密封。
由塑膠製成之氣動式活塞汽缸裝置，其作為驅動裝置，例如已知為用於真空閥。通常需要使用油脂潤滑或油潤滑以進行連續操作。其缺點在於實際上需要反復出現在潤滑劑之出口處，而特別在敏感環境中，例如在無層室條件下，可能導致其他問題。需導入之潤滑劑含量即為關鍵，如何精確地引入潤滑劑既困難並且涉及高成本之技術。
然而無潤滑劑之活塞汽缸裝置亦為已知，例如已由專利公告號US 3,703,125及專利公告號US 3,286,737所揭露。為此，在汽缸壁區域中使用之材料，其包含至少一固態潤滑材料。因此，在專利公告號US 3,286,737中，該汽缸外殼具有一內層，其含有固態潤滑材料，該固態潤滑材料可由二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、二硫化碲、二硫化硒、二硫化鈦或其混合物形成。
本發明之目的係提供一有利之上述類型之活塞汽缸裝置，其特徵尤其在於活塞汽缸裝置環境中顆粒之低釋放量，此於無層室條件下係特 別有利。根據本發明，其可通過一具有專利請求範圍第1項特徵之活塞汽缸裝置而實現。
根據本發明，尤指氣動式活塞汽缸裝置，在活塞桿上配置一與該活塞桿共同滑動且由塑膠製成之滑套，其上具有活塞桿密封件，通過該密封件使活塞桿相對於汽缸殼體而密封。此方法實現滑套在活塞桿上之配置，明顯減少活塞杆移動時之顆粒產生。該滑套亦可有利地用於相對於汽缸殼體之活塞桿軸向移動引導。為此，在滑套與汽缸殼體之間之滑動引導區域中形成具有一引導區段之滑套。特別有利係，當滑套具有一密封區段，在該區域中活塞桿密封件放置在滑套上，並且在滑套之縱向延伸之不同區域中具有引導區段，即該密封區段及該引導區段非相對於活塞桿之軸向方向重疊。因而可區別出引導功能及密封功能。
該滑套可有利地包含一固態潤滑材料。在此舉例可如二硫化鉬、石墨、陶瓷顆粒(如玻璃珠)、細碎之軟金屬(例如：鋁、銅、鉛)，或塑膠如PTFE，或其任一組合。
關於滑套之軸向引導，汽缸殼體可有利地具有一管套形部件，該管套形部件形成開口，活塞桿由該開口從汽缸室中引出，其中該管套形部件可引導滑套軸向滑動，從而形成一用於滑套之一徑向軸承。特別係該管套形部件可由一汽缸殼體之殼蓋向外突出。
在本發明之一有利實施例中，該汽缸殼體具有一基座體及一配置在基座體內之塑膠製滑動襯套，而一配置在活塞上之活塞密封件抵靠在該塑膠滑動襯套上，用於在活塞及汽缸殼體之間進行密封。由此可區別汽缸殼體之靜態需求與活塞密封件之接觸表面之需求。該滑動襯套可有利地包含一固態潤滑材料。在此舉例可如二硫化鉬、石墨、陶瓷顆粒(如玻璃珠)、細碎之軟金屬(例如：鋁、銅、鉛)，或塑膠如PTFE，或其任一組合。
本發明中一可能之實施例為，在一活塞縮回之終端位置，該 活塞密封件之一區段或一配置在活塞上之其他密封件抵靠在一汽缸殼體之密封表面上，該密封表面相對與平行於汽缸殼體之縱向中心軸線(=軸向)之方向傾斜至少為45度角，較佳為垂直於汽缸殼體之縱向中心軸線。當活塞往前進之終端位置方向移動時，該活塞密封件之區段或該配置在活塞上之其他密封件從該密封表面抬升。如此當活塞縮回至終端位置時，通過在汽缸室內導入之壓縮空氣而實現一額外之密封，因而可減少壓縮空氣之消耗。
根據本發明之一活塞汽缸裝置可與不同待驅動之裝置結合使用。一特別有利之應用係具有一該活塞汽缸裝置之真空閥，其形成真空閥之驅動或至少一該真空閥驅動之部件，用於調整介於一釋放閥門開口之開閥位置及一封閉閥門開口之閉合位置之間之真空閥閉合構件。
1‧‧‧汽缸殼體
1a‧‧‧底部
1b‧‧‧外殼
2‧‧‧汽缸室
3‧‧‧活塞
4‧‧‧活塞桿
4a‧‧‧第一區段
4b‧‧‧第二區段
4c‧‧‧延伸部
5‧‧‧活塞密封件
5a‧‧‧密封唇
5b‧‧‧區段
6‧‧‧基座體
7‧‧‧滑動襯套
7a‧‧‧終端區段
7b‧‧‧密封表面
8‧‧‧縱向中心軸線
9‧‧‧殼蓋
9a‧‧‧管套形部件
10‧‧‧密封件
11‧‧‧滑套
11a‧‧‧密封區段
11b‧‧‧引導區段
12‧‧‧活塞桿密封件
12a‧‧‧密封唇
13‧‧‧端口
14‧‧‧排氣孔
15‧‧‧密封材料
16‧‧‧閥殼體
16a‧‧‧連接開口
16b‧‧‧連接開口
17‧‧‧閉合構件
18‧‧‧閥門開口
19‧‧‧隔膜波紋管
20‧‧‧端部件
21‧‧‧旋入開口
22‧‧‧密封環
23‧‧‧螺絲
24‧‧‧夾環
25‧‧‧支撐構件
26‧‧‧螺旋彈簧
27‧‧‧密封環
28‧‧‧密封表面
29‧‧‧密封件
30‧‧‧密封表面
下列參考之附圖說明本發明之其他優點及細節。在此為：圖1及圖2為根據本發明之不同視角所觀察之活塞汽缸裝置之實施例斜視圖；圖3為側視圖；圖4為沿圖3中AA線之剖視圖(活塞前進之終端位置)；圖5為對應於圖4，當活塞縮回至終端位置之剖視圖；圖6為一具有此活塞汽缸裝置之真空閥斜視圖；圖7為側視圖；圖8為沿圖7中BB線之剖視圖(閉合構件之閉合位置)；圖9為相似於圖8中閉合構件之開閥位置剖視圖；圖10為對角線剖視圖(通過兩相對之固定螺絲)；圖11為一根據本發明修改之實施例中，一活塞汽缸裝置之一部件剖視圖。
圖1至圖5顯示根據本發明之由壓縮空氣驅動之活塞汽缸裝置之實施例。該活塞汽缸裝置具有一汽缸殼體1與汽缸室2。在汽缸室2中配置有一活塞3。一活塞桿4從活塞3通過汽缸殼體1之開口而引出。
該汽缸殼體1具有一縱向中心軸線8。該汽缸殼體1之縱向中心軸線8及活塞桿4之縱向中心軸線位於同一直線上(即兩軸線重合)。
該活塞3由塑膠製成，特別係由熱塑性塑膠製成。例如，該活塞可由PA製成，亦可由POM形成。該活塞之塑膠可具有纖維增強之特性。
在活塞3上配置一圍繞活塞之環形活塞密封件5，該活塞通過活塞密封件相對於汽缸殼體1而密封。在實施例中，該活塞密封件5設計為具有一密封唇5a之唇形密封件。
該活塞密封件5通常由彈性材料製成，例如熱塑性彈性體。而活塞密封件可由例如TPU製成。在實施例中，該活塞密封件5係在活塞上模製而成。例如，亦可在活塞3中配置一凹槽，其中可插入一O形環。
該汽缸殼體1具有一杯形基座體6，其由塑膠，特別係由熱塑性塑膠製成。例如，該基座體6可由PA製成，亦可由POM形成。該基座體6之塑膠可具有纖維增強之特性。
該杯形基座體6由一殼蓋9封閉。該殼蓋9具有開口，而活塞桿4通過該開口從汽缸室2引出。相對於汽缸殼體1之其餘部件，一環形密封件10用於密封該殼蓋9。在實施例中，一O形環配置在殼蓋9之一凹槽中，該O形環抵靠於一由滑動襯套7形成之密封表面。
可使用固定螺絲將殼蓋9固定並壓合密封件10(圖1至圖5中並未示出)。該固定螺絲特別地亦可用於將活塞汽缸裝置固定於一裝置上，在其中該活塞汽缸裝置作為驅動裝置，如下列與一真空閥相連之關係之進一 步描述。
該殼蓋9可由與基座體6相同之塑膠材料製成。
該汽缸殼體1進一步包括配置在一基座體6內部，並抵靠基座體6之滑動襯套7，其徑向地界定汽缸室2之範圍。活塞密封件5配置在滑動襯套7上。滑動襯套7由塑膠製成，例如PA或POM。滑動襯套7具有一固態潤滑材料，例如玻璃珠。
因此，該汽缸殼體1之外殼1b由基座體6之外殼及滑動襯套7形成。
滑動襯套7面向縱向中心軸線8之內表面因而形成一用於活塞密封件5之密封表面，在該實施例中係一活塞密封件5之密封唇5a。滑動襯套7較佳為在基座體6上模製而成。
活塞3可在汽缸室2中縮回之終端位置(圖5)與前進之終端位置(圖4)之間移動。在實施例中，從前進之終端位置到縮回之終端位置之位移由壓縮空氣實現，該壓縮空氣通過端口13導入位於殼蓋9及活塞3之間之壓力室中。此外，如圖6至圖10中所解釋之關聯，其中縮回之終端位置及前進之終端位置之間之位移由一彈簧實現，該彈簧由活塞汽缸裝置驅動之裝置中而集成。活塞3及底部1a之間之空間通過底部1a之排氣孔14進行排氣。
亦可通過壓縮空氣在兩終端位置之間進行調節或通過壓縮空氣在縮回之終端位置及前進之終端位置之間進行調節，並通過一彈簧在其相反方向上進行調節。
滑動襯套7具有一在縱向中心軸線8之中心方向上突出之終端區段7a，其在汽缸殼體1之底部1a區域中鄰接基座體6。該終端區段7a形成一密封表面7b，在活塞縮回之終端位置時(圖5)，活塞密封件5之一區段5b抵靠在該密封表面7b上。該用於活塞密封件5之區段5b之密封表 面7b在實施例中垂直於汽缸殼體之軸向(=與縱向中心軸線8成直角)。在其他實施例中，該密封表面可相對於該方向傾斜，其中該密封表面可相對一與縱向中心軸線8平行之方向傾斜至少45度角。
當活塞從縮回之終端位置(圖5)向前進之終端位置(圖4)移動時，活塞密封件5之區段5b從滑動襯套之密封表面7b上抬升。
在活塞桿4上配置有一滑套11。該滑套連接到活塞桿4且無法相對於活塞桿4移動，因此與活塞桿4共同移動。在滑套11上係一以環形圍繞滑套11之活塞桿密封件12，其用於相對於汽缸殼體1對活塞桿4進行密封。因此，活塞桿密封件12圍繞開口，而活塞桿4通過該開口從汽缸室2引出。在實施例中，活塞桿密封件12配置在殼蓋9上，較佳為在該殼蓋上模製而成。亦可在殼蓋9之一凹槽中設置一支架固定該密封件。
活塞桿密封件12係由彈性材料製成，例如熱塑性彈性體。例如，活塞桿密封件12可由TPU製成。
活塞桿密封件12較佳為與一在滑套11外表面之密封唇12a形成為唇形密封件。
該活塞桿密封件12位於滑套11之密封區段11a中之區域內，該活塞桿密封件在活塞3之前進之終端位置及縮回之終端位置之間調節活塞。此外，滑套11包括一引導區段11b，該引導區段在活塞桿4之軸向方向上連接至密封區段11a。該引導區段11b可使活塞桿4相對於汽缸殼體1在活塞桿之軸向方向上進行移動。因此，殼蓋9具有一管套形部件9a，該管套形部件在遠離汽缸室2之方向上從殼蓋9突出，並形成開口，而活塞桿4通過該開口從汽缸室2引出。管套形部件9a可由與殼蓋9相同之塑膠材料製成，並且與殼蓋9係一體成形。
該管套形部件9a之內表面形成一引導表面，該引導表面與引導區段11b中滑套11之外表面相互作用，由此形成一用於滑套11之徑向 軸承。
該滑套在密封區段11a區域中之外徑小於在引導區段11b區域中之外徑。因此可明確區別密封功能及引導功能之區段。
滑套11由塑膠製成，例如PA或POM。滑套11之塑膠具有一固態潤滑材料，例如玻璃珠。
滑套11較佳為在活塞桿4上噴塗而成。此外亦可例如通過按壓或通過一膠合作用將滑套11與活塞桿4粘合固定。
在滑套11之端部面向汽缸室2後，一密封材料15施加到活塞桿4之外表面上，例如通過噴塗方式。如圖所示將該密封材料繼續施加至活塞之表面。通過密封材料15可實現一額外之安全性，其用以防止壓縮空氣通過活塞桿4與滑套11之間一可能之間隙流失。然而，較佳為滑套11在活塞桿4上不具間隙。
一與活塞3相連之活塞桿4之第一區段4a具有一塑膠材料，該塑膠材料較佳為與活塞3之塑膠材料一體成形(即一件式材料)。在該塑膠材料中，一延伸部4c嵌入活塞桿之第二區段4b中。該延伸部4c及第二區段4b由金屬製成，且較佳為彼此一體成形。第二區段4b用於將活塞3與一由活塞汽缸裝置驅動之裝置之一部相連接。由此可以在連續操作中形成穩定之連接。
圖6至圖10所示為一具有一驅動裝置之真空閥實施例，該驅動裝置由前述之活塞汽缸裝置形成。該真空閥具有一閥殼體16與一配置在閥殼體16中之閉合構件17。該閉合構件17可在關閉位置(圖8)及開閥位置(圖9)之間調節，在關閉位置時，該閉合構件關閉閥殼體16中之閥門開口18，而在開閥位置時，則釋放閥門開口18。在實施例中，該真空閥設計成一角閥之形式，即閥殼體16具有一連接開口16a及一連接開口16b，連接開口16a具有閥門開口18，而連接開口16b具有與連接開口16a成直角之 一其他開口。
圖1至圖5中所示之活塞汽缸裝置，用於在閉合位置及開閥位置之間調節閉合構件17。為此，閉合構件17固定到活塞桿4上，例如通過一配置在活塞桿4之終端區段之外螺紋，該外螺紋旋入一閉合構件17之內螺紋中。
一隔膜波紋管19可額外用於活塞桿4進入閥殼體之密封(僅活塞桿密封件12不足以用於此目的)。該隔膜波紋管之一端與閉合構件17以真空密封相連接，例如通過焊接。隔膜波紋管19之另一端與一端部件20相連接，例如焊接相連。該板狀端部件20封閉閥殼體16中之旋入開口21。在端部件20及閥殼體之間配置有一密封環22，其用於真空密封連接。密封環22通過螺釘23壓合在端部件20及閥殼體16之間。所述之部件亦穿過汽缸殼體1中及殼蓋9中之內孔並且旋入閥殼體16之螺紋孔中。該活塞汽缸裝置亦通過螺絲23而與閥殼體16相連接，其中殼蓋9在密封件10之壓合下與汽缸殼體1維持在一起。
若因進行維修目的而需要將閉合構件17從閥殼體16上移除時，則可旋出螺絲23。
一支撐構件25通過一夾環24持續維持在活塞桿4上。在支撐構件25及管套形部件9a之一階層之間配置有一螺旋彈簧26。當位於活塞3及殼蓋9之間之空間被排空時，則將閉合構件17由螺旋彈簧26通過按壓在閉合構件17上配置之密封環27壓合到圍繞閥門開口18之密封表面28，並且關閉真空閥(即閉合構件17之密封位置)。
通過對活塞3及殼蓋9之間之空間加壓，則閉合構件17從密封表面28上抬升並移動至其開閥位置。
圖11所示為根據本發明之活塞汽缸裝置之略微修改之實施例。與前述實施例之不同之處特別在於，在活塞3上配置有一附加密封件29， 其在活塞3縮回之終端位置中抵靠在汽缸殼體1之一密封表面30上。由此在活塞縮回之終端位置，通過排氣孔14形成一相對於壓縮空氣出口之額外密封。
在未脫離本發明範圍之情況下，可對本發明所述之實施例進行其他進一步之修改。
一由根據本發明之活塞汽缸裝置驅動之真空閥亦可以不同於角閥之形式而形成。例如，閉合構件在開閥位置及關閉位置之間之調節亦可以L形閥之方式進行，其中閉合構件之兩運動部件可通過一單一活塞汽缸裝置(如已知之相應引導元件)或兩獨立之活塞汽缸裝置之兩運動部件來實現，其較佳為根據本發明之方式而形成之運動部件。

Claims (10)

  1. 一種活塞汽缸裝置，其包括一具有一汽缸室(2)之汽缸殼體(1)及一在汽缸室(2)內配置之活塞(3)，一活塞桿(4)從該活塞通過該汽缸殼體(1)之一開口而引出，且在此藉由一在汽缸殼體(1)配置之活塞桿密封件(12)相對於該汽缸殼體(1)進行密封，其特徵為，在該活塞桿(4)上配置一與該活塞桿(4)共同滑動且由塑膠製成之滑套(11)，而該活塞桿密封件(12)放置於該滑套上。
  2. 根據申請專利範圍第1項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該滑套(11)具有一密封區段(11a)，在此區域中該活塞桿密封件(12)放置在該滑套(11)上，並具有一引導區段(11b)，在此區域中該滑套(11)及該汽缸殼體(1)之間形成一滑動引導，其中該密封區段(11a)及該引導區段(11b)位於該滑套(11)之縱向延伸之不同區段中。
  3. 根據申請專利範圍第2項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該滑套(11)在該密封區段(11a)區域中之外徑係小於在該引導區段(11b)區域中之外徑。
  4. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該汽缸殼體(1)具有一向外突出之管套形部件(9a)，該管套形部件形成開口，而該活塞桿(4)通過該開口從該汽缸室(2)引出，並形成一用於該滑套(11)之徑向軸承，其中該汽缸殼體(1)及該管套形部件(9a)具有一塑膠材料，且該汽缸殼體(1)之至少一部件與該管套形部件(9a)為一體成形。
  5. 根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該汽缸殼體(1)具有一基座體(6)及一配置在該基座體(6)內之塑膠製之滑動襯套(7)，在該滑動襯套上放置一配置在該活塞(3)上之活塞密封件(5)，其用於該活塞(3)及該汽缸殼體(1)之間之密封。
  6. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項之活塞汽缸裝置，其特徵為，在該活塞(3)縮回之終端位置，該活塞密封件(5)之一區段或一配置在該活塞(3)上之其他密封件(29)抵靠在該汽缸殼體(1)之一密封表面(7b、30)上，並且在該活塞(3)往前進之終端位置方向移動過程中，從該密封表面(7b、30)抬升，其中該密封表面(7b、30)相對於一與該汽缸殼體(1)之縱向中心軸線(8)平行之方向傾斜至少45度角。
  7. 根據申請專利範圍第6項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該密封表面(7b)由一在該汽缸殼體(1)之縱向中心軸線(8)中心方向上突出之該滑動襯套(7)之終端區段(7a)所形成。
  8. 根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該活塞及該活塞桿(4)包括一塑膠材料且彼此為一體成形。
  9. 根據申請專利範圍第8項之活塞汽缸裝置，其特徵為，該活塞桿(4)包括一第一區段(4a)及一第二區段(4b)，該第一區段(4a)包括一與該活塞(3)之塑膠材料一體成形之塑膠材料，而該第二區段(4b)由金屬製成，且由其中形成一延伸部(4c)，其由金屬製成並嵌入該第一區段(4a)之塑膠材料中。
  10. 一種具有一閥門開口(18)及一閉合構件(17)之真空閥，其可調節一釋放該閥門開口(18)之開閥位置及一封閉該閥門開口(18)之閉合位置，其特徵為，該真空閥具有一用於調節該閉合構件之間之開閥位置及閉合位置之驅動裝置，該驅動裝置包括根據申請專利範圍第1項至第9項中任一項之活塞汽缸裝置。
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