专利名称：具有弹簧回位活塞的致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有弹簧回位活塞的致动器，所述致动器特别但不排它地用作流体驱动的阀致动器。
背景技术：
已公知的单作用致动器包括压力室和与压力室轴向对准的外室。活塞被罩在压力室中且在受力进入压力室内的受压流体的作用下沿第一方向朝向外室受力。回位弹簧被罩在外室中，且被安装在外室端部与活塞之间。当活塞沿第一方向受力时弹簧被压缩，且当压力室中的压力降低时，弹簧使活塞受力沿第二方向返回。安装在活塞上的齿条和横向于齿条的齿轮被罩在压力室中，且由此压力室有时被称作“内室”。活塞进行的前后移动使齿条移动，这使齿轮产生旋转。
单作用致动器的这些已公知构造存在一些缺点。首先，由于齿轮被罩在压力室中，因此有必要在齿轮离开压力室的两端处设置压力密封件。与活塞上的密封件结合来看，这意味着已公知的致动器必须包括三个密封件。由于这些部件在使用过程中可能出现故障，因此，与如果需要更少密封件的情况相比，失灵的几率更高。
其次，已公知的致动器必须足够大以便包含压力室和外室。外室的尺寸由弹簧受到压缩时的尺寸决定。致动器的尺寸可能是首要关注的问题，特别是当其必须被安装到有限空间中的阀上时情况更是如此。
发明内容
本发明旨在克服一些上述问题。
因此，根据本发明，一种致动器包括汽缸和设有联动装置的弹簧回位活塞，其中一个或多个回位弹簧与联动装置位于活塞的相同侧部上。
(在已公知的致动器中，其中设置有联动装置的室被称作“内室”，而其中罩有回位弹簧的室被称作“外室”。然而，由于联动装置和回位弹簧被罩在相同的室中，因此这些术语不再适用于本发明的致动器。因此，在下面的描述和权利要求中，术语“压力室”指的是在使用过程中受压的室，且术语“内室区域”指的是位于与压力室相对的活塞侧部上的室区域，所述室区域在已公知的致动器中出于其并非压力室的事实而被称作“外室”。由于弹簧有必要位于与压力室相对的活塞侧部上，因此在本发明中罩住联动装置和一个或多个回位弹簧的是“内室区域”。)(术语“联动装置”指的是可将活塞的线性运动转变成致动器的旋转输出的任何机械联动器。阀动器中最常见的布置是如下所述的齿条和齿轮，但应该意识到，本发明不限于这种布置。)因此，由于不需要为被压缩的弹簧提供额外的轴向长度，因此本发明的致动器可比已公知的布置更小。被压缩的弹簧现在位于联动装置侧部。此外，由于齿轮不再被设置在受压室中，因此根据本发明的致动器不需要在齿轮的每个端部处设置压力密封件。
因此，一个或多个回位弹簧优选可被布置在内室区域内，所述内室区域的直径可与由汽缸限定出的压力室的直径轴向对准。一个或多个回位弹簧可包括一个或多个盘簧，所述一个或多个盘簧可与汽缸大体上平行。这是本发明最简单且最适宜的布置。
应该意识到，如果使用一个或多个盘簧，则它们可需要在长度上相当以便提供足够的回位力。由于上述内室区域相当有限，因此可有必要确保一个或多个盘簧在使用过程中不会产生横向弯曲。因此，在优选构造中，一个或多个回位弹簧可设有支承装置，所述支承装置适于沿一个或多个弹簧的部分或所有轴向长度支承所述一个或多个弹簧。
在本发明的一种布置中，支承装置可包括设置在所述一个或多个盘簧的每个盘簧内部的杆。一个或多个杆可从内室区域的底部进行延伸，且如果这样的话，则可在一个或多个杆与活塞下侧的最低行程位置之间提供间隙，以使得活塞在使用过程中不会撞击杆。活塞的“下侧”是与压力室相对的侧部。
在另一种可选构造中，一个或多个杆可从活塞的下侧进行延伸，且如果这样的话，则当活塞处于其最低行程位置处时可在一个或多个杆与内室区域的底部之间提供间隙，以使得杆在使用过程中不会撞击内室区域的底部。
在本发明的一个实施例中，本体可被设置在内室区域内，且支承装置可包括在所述本体中形成的一个或多个室，每个所述室可适于接收所述一个或多个弹簧中的一个弹簧。可在本体与活塞的下侧的最低行程位置之间提供间隙，以使得活塞在使用过程中不会撞击本体。
无论支承装置具有什么构造，联动装置可包括齿条和齿轮布置。齿条可从活塞的下侧进行延伸，且其可与安装在内室区域中且被布置垂直于齿条的可旋转齿轮协同作用。因此，除了在内室区域内的齿条和齿轮布置周围布置了一个或多个弹簧之外，齿条和齿轮布置与在一些已公知构造中的布置几乎一样。
齿条的节线可与活塞的中心对准，因此使在使用过程中施加到活塞上的力以线性方式被传递至齿轮，且反之亦然。这防止了出现活塞在使用过程中向一侧倾斜的情况。齿条本身可向一侧偏置以允许其节线与活塞的中心对准。螺钉可将齿条紧固到活塞上，且螺钉还可与活塞的中心对准。这种布置同样确保了在使用过程中将中心线性负载施加到螺钉上，这消除了任何潜在的有害横向负载。由于布置了活塞和齿条，因此不需要在活塞上设置轴承。
在内室区域是开放空间的实施例中，轴承座套可被设置在所述内室区域中，所述轴承座套部分地围绕齿条，且轴承本体可被设置在齿条与轴承座套之间。因此，可实现平滑且受控的线性运动。
在内室区域设有(filed with)本体的实施例中，本体可设有轴承室，齿条被设置在所述轴承室中，且轴承本体可被设置在齿条与轴承室之间。这同样确保了可实现平滑且受控的线性运动。
齿轮可在每个端部处设有轴承以确保其平滑地进行旋转。因此，齿条与齿轮之间的分离力被包含在轴承本体与滚柱轴承之间。
活塞从其最高行程位置向其最低行程位置的移动优选可使齿轮旋转经过大体上90度的范围。换句话说，致动器可以是可用于那些阀必须移动经过90度范围的所有情况中的90度致动器。应该意识到，本发明不限于这种布置，且其可与提供了90度以上的移动过程的致动器一起使用。齿轮可设有三个或四个齿部。
应该意识到，本发明还可采用轭部或任何其它已公知布置代替齿轮齿部。
在本发明的优选布置中，可设置六个盘簧。应该意识到，尽管可设置任何数量的弹簧，但已经发现六个弹簧起到了良好的作用，六个弹簧被布置成在齿条的两侧上具有成组的三个弹簧的情况。具体而言，提供六个弹簧允许在使用过程中存在一定弹性，原因在于可去除两个或四个弹簧以降低弹簧的回位力。因此可易于通过相同的构造提供100psi、80psi和60psi的回位力。
为了允许六个盘簧位于内室区域中，齿条和齿轮的形状和尺寸必须能够提供足够的空间。特别是，齿轮本体的直径可小于齿轮齿部的外径。换句话说，齿轮齿部可从齿轮突出。
在一个实施例中，活塞可在其冠部上且在其下侧上设有升高的中心部段。该特征确保当活塞与压力室的顶部和底部接触时，活塞的中心同样如此。如果活塞的确向一侧略微倾斜，则在任何边缘部分与压力室的顶部或底部接触之前，升高的中心部段将仍与压力室的顶部或底部接触。这防止了在使用过程中出现在活塞、螺钉或齿条上施加任何不适当的横向负载的情况，所述情况可能导致它们失效。
可以任何已公知的方式，包括通过任何流体、液体或气体为致动器提供动力，且致动器优选可以是阀动器。
现在将通过实例并结合附图对本发明的三个实施例进行描述，其中图1是根据本发明的致动器的分解透视图；图2是图1所示的致动器的另一个分解透视图；图3是图1所示的致动器的顶视图；图4是图3所示的致动器的剖面侧视图；图5是根据本发明的第二致动器的顶视图；图6是图5所示的致动器的剖面侧视图；图7是根据本发明的第三致动器的顶视图；和图8是图7所示的致动器的剖面侧视图。
具体实施例方式
如图1所示，致动器1包括汽缸2和设有以齿条3和齿轮14的形式存在的联动装置的弹簧回位活塞3，其中一个或多个回位弹簧4与联动装置(13、14)位于活塞3的相同侧部上。
(为易于对本发明进行说明起见，图3中未示出活塞3和盖板9。下面所述的图5和图7中的情况同样如此。)致动器1由块体6构成，所述块体限定出汽缸2且罩住致动器1的活动部件。参见图4，汽缸2包括压力室7和内室区域8，所述内室区域是布置在压力室7下面的开放空间。从图中可以清楚地看到，内室区域8的直径与压力室7的直径轴向对准。
活塞3被罩在压力室7中，用盖板9对所述压力室进行密封。回位弹簧4包括六个盘簧，所述盘簧被布置与汽缸2平行且被设置在内室区域8内，位于活塞3下面。每个弹簧4设有以杆10的形式存在的支承装置以防止产生横向移动，所述杆从内室区域8的底部11进行延伸。参见图4，杆10的长度使得当活塞3处于其最低行程位置时在所述杆与活塞3之间提供间隙12。
齿条13从活塞3的下侧5进行延伸，且其与横向安装在内室区域8中的可旋转齿轮14协同作用。齿条13和齿轮14仅具有四个齿部15和16，且活塞3从其最高行程位置向其最低行程位置的移动使齿轮14旋转经过90度的范围。
由虚线A所示的齿条的节线与活塞3的中心对准，以使得在使用过程中施加到活塞3上的力以线性方式被传递至齿轮14，且反之亦然。由此齿轮13向一侧偏置。螺钉13a(图1和图2中未示出)将齿条13紧固到活塞3上。从图4中可以清楚地看出，螺钉13a还与活塞3的中心对准。
轴承座套17被设置在部分围绕齿条13的内室区域8中。座套17是延伸经过180度以上的范围且因此横向地包含齿条13的部分汽缸。轴承本体17a被设置在齿条13与轴承座套17之间。轴承本体17a是装配在凹部18内的弹性本体，所述凹部被设置在齿条13的后部19处。轴承本体17a从齿条13的后部19突出，且因此与轴承座套17接合以确保在齿条13与轴承座套17之间实现平滑且受控的线性移动。齿轮14在每个端部处被安装在轴承20上。
从图中可以清楚地看到，六个盘簧4被布置成两组三个盘簧，所述两组三个弹簧被布置在齿条13和齿轮14的两侧上。该布置提供了平衡且呈线性的弹簧回位压力。齿条13、齿轮14、轴承座套17以及弹簧4和杆10都显然被制成一定尺寸以便一起装配在内室区域8内部。
特别地，从图3中可以清楚地看到，齿轮14的直径小于齿轮齿部16的外径。因此，齿轮是狭窄的且允许在其后面存在用于三个弹簧4的足够空间，且齿轮齿部16从齿轮14突出。
齿轮3在其冠部22上设有升高的中心部段21且在其下侧5上设有升高的中心部段，所述部段都是环形的。由此使得这些中心部段21和23在使用过程中接触压力室7的顶部和底部。
压力室7的顶部由盖板9限定，且底部由轴承座套17的顶部限定。因此，轴承座套17的顶部限定出活塞3的最低可能行程位置，如图4所示，原因在于活塞3不能行进越过所述顶部。所述顶部因此还限定出压力室7与内室区域8之间的边界。杆10未达到轴承座套17的顶部水平，且由此使得提供了这种间隙12。
在汽缸2中形成了保持支承齿轮14的轴承20的凸部24。
活塞3在其周部边缘周围设有O形环密封件26(仅在图4中示出了所述密封件)。
在使用过程中，受压流体(未示出)通过盖板9中的孔口25被引至压力室7。流体压力超过了弹簧4的伸展力，且因此活塞3向下受力到达其行程底部，到达图4所示的位置。随后降低压力直至其小于弹簧4的伸展力，且它们将活塞3向上推回其行程顶部。该过程被重复多次以对致动器1进行操作。压力密封件26使压力室7与内室区域8隔离开来。
当活塞3向下受力时，齿条13的齿部15与齿轮14的齿部16接合，且齿轮14沿逆时针方向旋转经过90度的范围。当活塞3向上受力返回时，齿轮14沿顺时针方向旋转返回经过90度的范围。齿轮14被连接至阀(未示出)，且进行的前后旋转使阀打开和关闭。
当弹簧4如上所述被压缩和进行延伸时，它们由于受到了杆10的支承而不会产生横向弯曲。从杆10的顶部突出且因此未受到支承的弹簧4的部段由于较短而不会产生足够的横向弯曲从而导致出现任何问题。
由于齿条13的节线A与活塞3的中心对准，因此当活塞3上下移动时施加在齿条13和活塞3上的负载是线性且平衡的。因此，活塞3在使用过程中不会向一侧倾斜。
在使用过程中在齿条13与齿轮14之间产生的分离力被包含在轴承本体17a与轴承20之间，这确保了节线A对于活塞30而言保持处于中心位置处。
当活塞3到达其行程顶部时，升高的中心部段21与盖板9接触。该布置确保了如果活塞3的确向一侧略微倾斜的话，则活塞3与盖板9之间的第一接触点将仍是升高的中心部段21的一部分。这防止了出现活塞3的任何边缘部分撞击盖板9的情况，在使用过程中，所述撞击可能在活塞3、螺钉13a或齿条13上施加不适当的横向负载，这可能导致它们失效。
同样地，当活塞3到达其行程底部时，如图4所示，升高的中心部段23与轴承座套17的顶部接触。该布置同样确保了如果活塞在使用过程中的确向一侧略微倾斜的话，则其第一接触点将仍相对位于中心处，因此不会在部件上施加不适当的横向负载。
当活塞3到达其行程底部时，由于在杆与轴承座套17的顶部之间存在间隙12，因此活塞不会与杆10接触。
将弹簧4布置成两组三个弹簧确保了施加到活塞3的下侧5上的伸展力得到了同等程度的平衡。应该意识到，该布置的有利之处还在于其有效地利用了内室区域8中的齿条13和齿轮14周围的空间。
此外，利用六个弹簧允许存在一定使用弹性，原因在于可去除两个或四个弹簧4以降低弹簧回位力。因此可易于通过相同的构造提供100psi、80psi和60psi的回位力。易于从致动器1中去除盖板9和活塞3以接近弹簧4，且随后便于从其中去除所需数量的弹簧。显然，必须在齿条13和齿轮14的每侧上提供相同的弹簧压力以确保总是提供线性且平衡的弹簧回位力。
因此，提供了一种简单且适宜的布置，其中回位弹簧4和联动装置13、14被设置在活塞3的相同侧部上。这样做的主要优点在于，由于被压缩的弹簧与齿条13和齿轮14沿轴向设置在相同的空间中而无需提供罩住被压缩的弹簧的额外轴向空间从而节省了空间，且由于仅需要一个压力密封件O形环26以对压力室7进行密封从而改进了可靠性。
图5至图8示出了本发明的另外两个实例。(正如上面说明的，为易于说明本发明起见，图5和图7未示出活塞，也未示出盖板。)在图5和图6中，除了杆51被安装到与内室区域55的底部54相对的活塞53的下侧52上之外，致动器50的构造与上述致动器1相似。
参见图6，杆51的长度使得当活塞53处于其最低行程位置时，在所述杆与内室区域55的底部54之间提供了间隙56。因此，在使用过程中，杆51不会撞击内室区域55的底部54。
在图7和图8中，致动器70在功能上与上述致动器1相似，但物理构造不同。代替内室区域为开放空间，致动器的活动部件被罩在所述开放空间的情况地，致动器70中的内室区域71是由块体加工得到的。由此，本体72被设置在内室区域71内，且弹簧73的支承装置包括在所述本体71中形成的室74。因此，在这种情况下，与实际的开放空间相反地，内室“区域”71在这种情况下是位于压力室75下面的块体区域。在图8中，该区域由虚线限定。
进一步地，通过这种构造，不需要如同上述致动器1一样设置轴承座套。代替方式是，在块体72中形成轴承室76，且齿条77被设置在所述轴承室中。致动器70中采用的齿条节线和轴承布置与上面结合致动器1所述的齿条节线和轴承布置相同。
在本体72中沿横向形成了供齿轮78使用的齿轮腔体79(如图7中的虚线所示)。齿轮腔体79实际上与两个室74a和74b存在小程度的交叠，但齿轮78未与任何弹簧73接触。
因此，在使用过程中，除了弹簧73从外部而不是从内部受到支承且所需的零部件更少之外，致动器70与上述致动器1和50的运行方式相同。
在使用过程中，活塞80与本体72的顶部81接触。在活塞80上使用的升高的中心部段的布置与上述致动器1中的布置相同。因此，当活塞80到达其行程底部时，如图8所示，升高的中心部段82与本体72接触。
上述实施例可在不偏离权利要求1的范围的情况下做出改变。特别是，在其它可选布置(未示出)中，可设置除六个以外的其它数量的弹簧，且以其它方式布置所述弹簧。例如可设置两个弹簧，齿条和齿轮的的每一侧上各设置一个弹簧。
此外，在另外其它可选的实施例(未示出)中，致动器适于提供90度以上的齿轮旋转，这是通过在齿条与齿轮之间使用不同的齿轮布置而实现的。
此外，在其它可选的实施例(未示出)中，在齿条与齿轮之间设置其它齿轮和轭布置。
因此，提供了一种简单且适宜的致动器构造，在所述构造中除去了外部弹簧室和齿轮密封件。
权利要求
1.一种致动器，所述致动器包括汽缸和设有联动装置的弹簧回位活塞，其中一个或多个回位弹簧与联动装置位于活塞的相同侧部上。
2.根据权利要求1所述的致动器，其中一个或多个回位弹簧被布置在内室区域内，所述内室区域的直径与由汽缸限定出的压力室的直径轴向对准。
3.根据权利要求2所述的致动器，其中一个或多个回位弹簧包括一个或多个盘簧，所述一个或多个盘簧与汽缸大体上平行。
4.根据权利要求3所述的致动器，其中一个或多个回位弹簧设有支承装置，所述支承装置适于沿一个或多个弹簧的部分或所有轴向长度支承所述一个或多个弹簧。
5.根据权利要求4所述的致动器，其中支承装置包括设置在所述一个或多个弹簧的每个弹簧内部的杆。
6.根据权利要求5所述的致动器，其中一个或多个杆从内室区域的底部进行延伸。
7.根据权利要求6所述的致动器，其中在一个或多个杆与活塞下侧的最低行程位置之间提供间隙。
8.根据权利要求5所述的致动器，其中一个或多个杆从与压力室相对的活塞下侧进行延伸。
9.根据权利要求8所述的致动器，其中当活塞处于其最低行程位置处时，在一个或多个杆与内室区域的底部之间提供间隙。
10.根据权利要求4所述的致动器，其中本体被设置在内室区域内，其中支承装置包括在所述本体中形成的一个或多个室，每个所述室适于接收所述一个或多个弹簧中的一个弹簧。
11.根据权利要求10所述的致动器，其中在本体与活塞的下侧的最低行程位置之间提供间隙。
12.根据任一项前述权利要求所述的致动器，其中联动装置包括齿条和齿轮装置，其中齿条从所述活塞的下侧进行延伸，其中所述齿条与安装在所述内室区域中且被布置垂直于齿条的可旋转齿轮协同作用。
13.根据权利要求12所述的致动器，其中齿条的节线(pitch line)与活塞的中心大体上对准。
14.根据权利要求13所述的致动器，其中一个螺钉将齿条紧固到活塞上，且其中螺钉与活塞的中心大体上对准。
15.根据从属于权利要求5至9中任一项时的权利要求12至14中任一项所述的致动器，其中一个轴承座套被设置在内室区域中，所述轴承座套部分地围绕齿条，且其中轴承本体被设置在齿条与轴承座套之间。
16.根据从属于权利要求10或11时的权利要求12至14中任一项所述的致动器，其中本体包括轴承室，齿条被设置在所述轴承室中，且其中轴承本体被设置在齿条与轴承室之间。
17.根据权利要求15或16所述的致动器，其中齿轮在每个端部处被安装在轴承上。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的致动器，其中齿轮本体的直径小于设置在齿轮上的齿轮齿部的外径。
19.根据任一项前述权利要求所述的致动器，其中活塞在其冠部上设有升高的中心部段，且在其下侧上设有升高的中心部段。
20.根据权利要求19所述的致动器，其中升高的中心部段具有环形形状。
21.根据权利要求3至20中任一项所述的致动器，其中设置了六个盘簧。
22.根据权利要求21所述的致动器，其中可从致动器中去除六个盘簧中的一个或多个盘簧，以使得弹簧回位力是可变的。
23.根据权利要求22所述的致动器，其中六个盘簧提供了大体上100psi的弹簧回位压力，其中六个盘簧中的四个盘簧提供了大体上80psi的弹簧回位压力，其中六个盘簧中的两个盘簧提供了大体上60psi的弹簧回位压力。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的致动器，其中六个盘簧被布置成两组三个弹簧，每组位于从所述活塞的下侧进行延伸的齿条的一侧上。
25.根据权利要求12至24中任一项所述的致动器，其中活塞从其最高行程位置向其最低行程位置的移动使齿轮旋转经过大体上90度的范围。
26.根据权利要求25所述的致动器，其中齿轮设有三个或四个齿部。
27.根据任一项前述权利要求所述的致动器，其中通过受压流体为致动器提供动力。
28.根据任一项前述权利要求所述的致动器，其中致动器是阀致动器。
29.一种大体上如本文所述且如附图所示的致动器。
全文摘要
一种致动器，所述致动器包括汽缸和设有联动装置的弹簧回位活塞，其中一个或多个回位弹簧与联动装置位于活塞的相同侧部上。
文档编号F16K31/122GK101063460SQ200710102109
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者A·邦亚德 申请人:福勒克有限公司