專利名稱：帶有位置控制和位置調(diào)節(jié)裝置的氣動致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣動致動器，并且更具體地，涉及帶有位置控制和位置調(diào)節(jié)裝置的氣 動致動器。
背景技術(shù)：
致動器是執(zhí)行一些機(jī)械動作的裝置。一種致動器是活塞，其中活塞的柱塞以往復(fù) 的方式運(yùn)動。因此柱塞可被連接至一些形式的工件或其它機(jī)械系統(tǒng)。雖然一些致動器被用于移動工件，但是其它致動器被用于維持工件的恒定位置。 在由工件施加的力或施加在工件上的力不是恒定的時(shí)候，維持工件的恒定位置可能變得困 難。在可變的力的情況下，致動器可能趨于在最優(yōu)位置之間振動。解決這一問題的一種嘗試是提供氣動致動器。氣動致動器向柱塞的一側(cè)提供氣動 壓力。所提供的壓力可被供應(yīng)成使得柱塞保持在固定位置或向期望的方向移動。用致動器 維持期望位置存在的問題是當(dāng)作用致動器上的力改變時(shí)，供應(yīng)到致動器的氣動壓力也必須 改變以維持期望位置。例如，如果施加到致動器的力增大，那么氣動壓力也必須增大。類似 地，如果施加到致動器的力減小，那么氣動壓力也必須減小。以往的問題在于響應(yīng)施加在致動器上的力的改變而調(diào)節(jié)氣動壓力的能力。所采用 的一種方法是在工件上設(shè)置換檔閥并將換檔閥與致動器氣動地連通。換檔閥與致動器一起 移動并且這樣如果致動器移動，那么換檔閥也做同樣移動。一旦致動器移動了預(yù)定距離，換 檔閥打開或關(guān)閉以允許致動器內(nèi)的氣動壓力增大、減小或保持恒定。采用換檔閥的問題是 換檔閥通常具有供空氣流動的恒定的截面面積，并且因此只有“打開”和“關(guān)閉”位置。因此， 這些換檔閥的截面面積不得選得太大，因?yàn)樵诙绦谐躺系目焖俜磻?yīng)將會引起諧振。然而，通 常期望有快的反應(yīng)時(shí)間。因此，必須權(quán)衡閥的截面面積和諧振的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)檫@種折衷，換檔 閥通常具有超過目標(biāo)位置的固有問題。這是因?yàn)椴徽撝聞悠骶嗨钠谕恢枚嘟?，都提?/釋放相同量的空氣。因此，本領(lǐng)域需要提供一種適當(dāng)?shù)鼐S持致動器的位置并能調(diào)節(jié)致動器的位置的比 例致動器閥。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供了適于位置控制和位置調(diào)節(jié)的比例致動器閥。比例致 動器閥包括閥外殼，閥外殼具有至少兩個(gè)腔。比例致動器閥還包括閥滑塊，其中閥滑塊可在 閥外殼中移動。在比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽。該一個(gè)或多個(gè)凹槽與閥外殼的至 少兩個(gè)腔氣動地連通。在比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)孔。該一個(gè)或多個(gè)孔與該一個(gè)或 多個(gè)凹槽氣動地連通。閥滑塊相對于閥外殼的移動提供氣動閥的動作。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了用于形成比例致動器閥的方法。該方法包括提供 閥外殼并用多個(gè)密封構(gòu)件將閥外殼分成至少兩個(gè)腔。該方法還包括在閥外殼中設(shè)置閥滑 塊。該方法還包括在比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)孔。該方法還包括在比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽。該一個(gè)或多個(gè)凹槽與該一個(gè)或多個(gè)孔連通并且該一個(gè)或多個(gè)凹槽與 該至少兩個(gè)腔連通。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了用于調(diào)節(jié)供應(yīng)到氣動致動器的氣動空氣的方法。 該方法包括將元件連接至氣動致動器，其中第一力作用在該元件上并且該氣動致動器在該 元件上提供與第一力相反的第二力。該方法還包括提供比例致動器閥。比例致動器閥控制 流向和離開氣動致動器的空氣供應(yīng)。比例致動器閥包括一個(gè)或多個(gè)凹槽。通過作用在元件 上的第一力的改變來確定為空氣流動而打開的截面面積。在設(shè)備的一個(gè)方面，閥外殼包括至少三個(gè)腔。在設(shè)備的另一方面，腔通過多個(gè)密封構(gòu)件分開。在設(shè)備的又一方面，至少一個(gè)腔充入操作壓力。在設(shè)備的又一方面，至少一個(gè)腔在比例致動器閥外部排氣。在設(shè)備的又一方面，閥滑塊的第一端連接至基座。在設(shè)備的又一方面，閥外殼的一部分連接至基座。在設(shè)備的又一方面，閥滑塊相對于閥外殼可調(diào)節(jié)。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽包括不一致的截面面積。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽包括基本上一致的截面面積。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在閥滑塊中。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽包括多個(gè)孔。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在至少一個(gè)腔中。在設(shè)備的又一方面，閥滑塊還包括多個(gè)密封構(gòu)件。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽的截面面積成形為截面面積隨著距離一個(gè)或 多個(gè)孔的距離的增大而減小。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽的最大截面面積至少與一個(gè)或多個(gè)孔的截面 面積一樣大。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽的最大截面面積小于一個(gè)或多個(gè)孔的截面面 積。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)孔形成在閥滑塊中。在設(shè)備的又一方面，一個(gè)或多個(gè)孔形成在閥外殼中。在設(shè)備的又一方面，比例致動器閥連接至元件，該元件又連接至致動器。在設(shè)備的又一方面，用杠桿系統(tǒng)將比例致動器閥連接至元件。在設(shè)備的又一方面，比例致動器閥的行程不同于致動器的行程。在設(shè)備的又一方面，比例致動器閥行程的方向不同于致動器的行程。在設(shè)備的又一方面，比例致動器閥的行程與致動器的行程基本上相同。在方法的一方面，該方法還包括用多個(gè)密封構(gòu)件將閥外殼分成至少三個(gè)腔。在方法的另一方面，該方法還包括將閥滑塊與基座連接。在方法的又一方面，該方法還包括將閥外殼與基座連接。在方法的又一方面，閥滑塊相對于閥外殼可調(diào)節(jié)。在方法的又一方面，一個(gè)或多個(gè)孔形成在閥滑塊中。在方法的又一方面，一個(gè)或多個(gè)孔形成在閥外殼中。
在方法的又一方面，該方法還包括形成具有不一致的截面面積的一個(gè)或多個(gè)凹槽。在方法的又一方面，該方法還包括形成具有基本上一致的截面面積的一個(gè)或多個(gè) 凹槽。在方法的又一方面，該方法還包括在閥滑塊中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽。在方法的又一方面，該方法還包括在閥外殼中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽。在方法的又一方面，該方法還包括將一個(gè)或多個(gè)凹槽形成為多個(gè)孔。在方法的又一方面，一個(gè)或多個(gè)凹槽的形狀使得截面面積隨著距離一個(gè)或多個(gè)孔 的距離的增大而減小。 在方法的又一方面，該方法還向至少三個(gè)腔的至少一個(gè)提供操作壓力。在方法的又一方面，該方法還設(shè)置至少三個(gè)腔的至少一個(gè)腔連通至排氣裝置。在方法的又一方面，比例致動器閥還包括閥外殼，其中閥外殼連接至元件。在方法的又一方面，該方法還包括利用杠桿系統(tǒng)將比例致動器閥連接至元件。在方法的又一方面，比例致動器閥的行程不同于元件的行程。在方法的又一方面，比例致動器閥行程的方向不同于元件的行程。在方法的又一方面，該方法還包括在比例致動器閥的閥滑塊中形成一個(gè)或多個(gè)凹 槽。在方法的又一方面，該方法還包括形成具有可變截面面積的一個(gè)或多個(gè)凹槽。在方法的又一方面，該方法還包括在閥滑塊中形成一個(gè)或多個(gè)孔以與致動器連 通，并且形成一個(gè)或多個(gè)凹槽，該凹槽的形狀使得一個(gè)或多個(gè)凹槽的截面面積隨著距離一 個(gè)或多個(gè)孔的距離的增大而減小。在方法的又一方面，該方法還包括將一個(gè)或多個(gè)凹槽設(shè)置成使得空氣通過比例致 動器閥被供應(yīng)到致動器的速率隨著比例致動器閥的行程的增大而增大。在方法的又一方面，比例致動器閥減小了氣動致動器的振動。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的帶有比例致動器閥的致動器。圖2示出了處于在閥致動器向該致動器提供氣動流體之前的位置的帶有比例致 動器閥的致動器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的比例致動器閥的截面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的比例致動器閥的中間腔的截面圖。圖5a示出了帶有凹槽和孔的閥滑塊，孔形成在該凹槽中。圖5b示出了帶有一個(gè)或多個(gè)凹槽的閥滑塊，所述每個(gè)凹槽中包括多個(gè)形成于其 中的孔。圖6示出了用杠桿系統(tǒng)連接的致動器和比例致動器閥。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的比例致動器閥。
具體實(shí)施例方式圖1-7和以下的說明描述了具體實(shí)施例，以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何制造和使用本發(fā)明的最優(yōu)模式。為了教導(dǎo)發(fā)明原則，簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的上述實(shí)施例的變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以下描述的 特征可以以各種方式結(jié)合，以形成本發(fā)明的多種變形。作為結(jié)果，本發(fā)明不限于以下描述的 具體實(shí)施例，而僅由權(quán)利要求和其等同方式限定。圖1示意性地示出了氣動致動器100。氣動致動器100包括外殼101、桿102、和柱 塞103。雖然氣動致動器100示出為單作用氣缸，但應(yīng)當(dāng)理解該致動器也可以是雙作用氣 缸。在所示出的實(shí)施方式中，外殼101定位在基座107上，桿102在第一端連接至柱塞103 并且在第二端連接至元件104。然而，應(yīng)當(dāng)理解在替代的實(shí)施方式中，外殼101可以被連接 至元件104并且桿102的該端可連接至基座107。桿102將機(jī)械力從致動器100傳遞到元件104。雖然示出的致動器100帶有桿 102，但是在一些實(shí)施方式中致動器100可以包括相對于致動器外殼101的外表面移動的滑 架，即，氣動致動器100包括例如無桿型氣缸或鼓風(fēng)器。元件104可以具有一個(gè)或多個(gè)作用在其上的力。如圖1中所示，例如，由一些工作 負(fù)載提供第一力105。由致動器100提供的第二力106也作用在元件104上。為了將元件 104維持在基本上恒定的位置，必須保持第二力106基本上等于第一力105。根據(jù)本發(fā)明的 另一實(shí)施方式，第二力106大于或小于第一力105，并且因此，元件104沿較大力的方向移動。在一些實(shí)施方式中，可能有利的是控制元件104的位置。假設(shè)與元件104連接的 是比例致動器閥110，例如，該比例致動器閥利用連接線路114與致動器100氣動地連通。 比例致動器閥110可以通過公知方式連接至元件104。根據(jù)一種實(shí)施方式，比例致動器閥 110包括3/3-通閥。然而，應(yīng)當(dāng)理解比例致動器閥110不應(yīng)當(dāng)限于這種類型的閥，并且諸如 5/3-通閥的其它公知閥也可以被使用，例如在氣動致動器100包括雙作用氣缸時(shí)。本發(fā)明 可以采用其它公知閥，并且所使用的具體閥不應(yīng)當(dāng)被以上提供的實(shí)施例所限定。比例致動器閥110包括外殼112和閥滑塊113。在至少一端上，閥滑塊113連接至 基座111。在替換的實(shí)施方式中，如圖所示，閥滑塊113可以連接至元件104而不是與元件 104連接的外殼112。在這個(gè)替換的實(shí)施方式中，外殼112的一部分可連接至基座111。在 任何一種實(shí)施方式中，基座111可以是可移動的基座，其中調(diào)節(jié)基座111以獲得期望的致動 器位置?；?11的移動導(dǎo)致相對于閥外殼112調(diào)節(jié)閥滑塊113。下面將更具體地描述期 望的致動器位置的調(diào)節(jié)。圖2示出了致動器100，其中第一力105大于第二力106。在該實(shí)施方式中，元件 104已從其期望位置向下移動。如示出的那樣，柱塞103已經(jīng)移動到比圖1中示出的更接近 基座107。隨著元件104的移動，比例致動器閥110也已經(jīng)相對于閥滑塊113移動。響應(yīng)于 該移動，比例致動器閥110向致動器100的底部提供氣動壓力。隨著壓力被供應(yīng)到致動器 100，由致動器100提供的第二力106增大，因此在向上的方向上推動活塞103和桿102，如 圖1和2中所示。比例致動器閥110將持續(xù)向致動器100供應(yīng)氣動壓力，直到元件104和 致動器閥外殼112返回到它們的原始期望位置。如果不是這樣，而是第一力105減小，元件104和致動器閥外殼112將會在向上的 方向上移動(未示出)。在這種情況下，比例致動器閥110會通過將氣動壓力從致動器100 釋放到周圍環(huán)境來響應(yīng)。氣動壓力的釋放導(dǎo)致元件104和致動器閥外殼112返回到它們的原始期望位置。元件104和致動器閥外殼112的期望位置能夠通過例如操作器調(diào)節(jié)。如下面更具 體地討論的，閥外殼112相對于閥滑塊113的位置決定是向致動器100供應(yīng)氣動壓力還是 從致動器100釋放氣動壓力。因此，通過調(diào)節(jié)與閥滑塊113連接的基座111，基座能夠調(diào)節(jié) 元件104的期望位置。這是可能的，因?yàn)楸壤聞悠鏖y110將供應(yīng)或釋放氣動壓力直到閥 滑塊113返回到比例致動器閥110的“中間”位置。因此，即使第一力105沒有改變，也可 以通過調(diào)節(jié)基座111的位置來改變元件104的位置。例如，如果期望提升元件104，那么基 座111也被提升。響應(yīng)于基座111并且因此，響應(yīng)于閥滑塊113提升，比例致動器閥110將 向致動器100供應(yīng)氣動壓力。因?yàn)榈谝涣?05沒有改變，那么第二力106將會大于第一力 105。比例致動器閥110將供應(yīng)氣動壓力直到元件104被提升至它的新期望位置。如果期望降低元件104，可以采取相同的步驟；然而，基座111將被降低而非提升。 在這種情況下，比例致動器閥110將釋放氣動壓力直到元件104降低到新期望位置。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的比例致動器閥110的截面圖。比例致動器閥 110包括外殼112、可移動的滑塊113、密封構(gòu)件322a-d、密封點(diǎn)323a_d以及腔324、325和 326。雖然示出了四個(gè)密封構(gòu)件，但是應(yīng)當(dāng)理解可以使用更多或更少的密封構(gòu)件。類似 地，圖3中雖然示出了三個(gè)腔，應(yīng)當(dāng)理解比例致動器閥110可以包括任意數(shù)量的腔，并且以 三個(gè)腔作為參考是為了清楚和前后一致的目的。根據(jù)一種實(shí)施方式，至少一個(gè)腔氣動地與 操作壓力連通。在一些實(shí)施方式中，第一腔324氣動地與操作壓力連通，操作壓力可由加 壓空氣源(未示出)提供。為了清楚的目的，以下的討論僅涉及與操作壓力連通的第一腔 324。然而，應(yīng)當(dāng)理解其它腔在第一腔324的基礎(chǔ)上或作為第一腔324的替代也可以與操作 壓力連通。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，至少一個(gè)腔與排氣裝置(未示出)氣動地連通。根據(jù)一 種實(shí)施方式，第三腔326與排氣裝置氣動地連通。為了清楚的目的，以下的討論僅涉及與排 氣裝置連通的第三腔326。然而，應(yīng)當(dāng)理解其它腔在第三腔326的基礎(chǔ)上或作為第三腔326 的替代也可以與排氣裝置連通。在一些第三腔326與排氣裝置連通的實(shí)施方式中，密封構(gòu) 件322d可以被省略并且第三腔326可以包括排氣裝置。當(dāng)提供密封構(gòu)件322d時(shí)，第三腔 可以包括向周圍環(huán)境排氣的獨(dú)立口(未示出)。應(yīng)當(dāng)理解在一些實(shí)施方式中，第三腔326可 以被省略。在該實(shí)施方式中，代替第三腔326，比例致動器閥110可以包括少于三個(gè)的腔和 排氣裝置。因此，雖然以下的討論涉及三個(gè)腔，但本發(fā)明并不限于該實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，至少一個(gè)腔同時(shí)對操作壓力和排氣裝置都隔離。在一種 實(shí)施方式中，該腔包括第二腔325。雖然以下的討論僅涉及第二腔325對操作壓力和排氣裝 置都隔離，但應(yīng)當(dāng)理解其它腔在第二腔325的基礎(chǔ)上或作為第二腔325的替代也可以被隔 離。當(dāng)具有比例致動器閥110時(shí)，致動器100可以經(jīng)過比例致動器閥110與排氣裝置和加 壓空氣源連通。圖4更具體地示出了比例致動器閥110的第二腔325。如所看到的，閥滑塊113可 以包括一個(gè)或多個(gè)孔327和328。雖然圖中僅示出了孔327和孔328，但應(yīng)當(dāng)理解還可以設(shè) 置額外的孔。設(shè)置所述孔以連通致動器100和腔324、325、326。在一些實(shí)施方式中，可以設(shè) 置供應(yīng)線路114以與孔328和致動器100連通。如圖3中所示，供應(yīng)線路114可以連接至閥滑塊113的一端，或可選擇地，可以連接至致動器外殼112。雖然示出了孔327和328，應(yīng) 當(dāng)理解上述孔可以被省略，在這種情況下，第二腔325的出口將通過比例致動器閥外殼112 引導(dǎo)。在這種情況下，供應(yīng)線路114將被連接至比例致動器閥外殼112。也可以設(shè)置與孔327、328連通的一個(gè)或多個(gè)凹槽329。雖然示出了兩個(gè)凹槽329， 這僅是為了清楚并且應(yīng)當(dāng)理解可以使用任何數(shù)量的凹槽，并且權(quán)利要求不應(yīng)當(dāng)限于兩個(gè)凹 槽329。而且，雖然示出的凹槽329位于閥滑塊113的中間，但應(yīng)當(dāng)理解還可以在沿著閥滑 塊113的替換位置或額外位置設(shè)置凹槽。例如，在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)凹槽可被設(shè) 置在閥滑塊113中并且被定位成使得當(dāng)閥滑塊113位于中間位置時(shí)，在腔324中定位有凹 槽且在腔326中定位有凹槽。在該實(shí)施方式中，孔327可被省略并且供應(yīng)線路114可被直接 連接至外殼112?？蛇x擇地，一個(gè)或多個(gè)凹槽可被形成在外殼112中并且密封構(gòu)件322a-d 可位于閥滑塊113上(見圖7)。凹槽329允許腔與孔327、328連通。因此，凹槽和孔的結(jié) 合允許比例致動器閥110的腔與致動器100連通。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，一個(gè)或多個(gè)凹槽329的一個(gè)凹槽329具有不一致的截面 面積(例如見圖5a)。圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有不一致的截面面積的凹槽 329。然而，應(yīng)當(dāng)理解，凹槽329可以包括任何截面形狀并且不應(yīng)當(dāng)限于不一致的截面面積。 在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)凹槽329具有基本上一致的截面面積。如圖5a中所示，孔327附近的截面面積531大于離孔327更遠(yuǎn)的截面面積530。 圖5a示出了在一個(gè)以上維度上變化的凹槽329的截面形狀。例如，隨著距離孔327的距離 的增大，凹槽329變得更窄且更淺。在可選擇的實(shí)施方式中，凹槽329可以成形為凹槽329 僅變得更窄或更淺。因此，凹槽329的具體形狀不應(yīng)當(dāng)限于圖5a中所描述的。通過形成帶 有上述截面面積的凹槽329，致動器閥110提供了氣動壓力的比例分配。圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)凹槽329。在這種實(shí)施方式 中，一個(gè)或多個(gè)凹槽329包括多個(gè)孔。示出的多個(gè)凹槽329是不連續(xù)的，即，多個(gè)凹槽329 是獨(dú)立的。然而應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)凹槽329中的一些或全部可以形成連續(xù)的凹槽。如圖5b中 所示，多個(gè)凹槽329直接引導(dǎo)至孔328。在這種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)孔327可以被省略， 因?yàn)槎鄠€(gè)凹槽329包括了多個(gè)孔。在之前的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)孔327的作用是限制 氣動壓力的流動。然而，在圖5b中示出的實(shí)施方式中，多個(gè)凹槽329能夠起到限制氣動壓 力的流動的作用。示出的多個(gè)凹槽329具有基本上一致的截面面積并且沿著閥滑塊113基本上均勻 地間隔開。然而，應(yīng)當(dāng)理解多個(gè)凹槽329可以形成為具有不同的直徑以實(shí)現(xiàn)期望的氣動壓 力流動。此外，多個(gè)凹槽329可以沿著閥滑塊113以不同的距離間隔開以在給定的位移下 控制有多少個(gè)凹槽329對腔開放。如圖所示，隨著距離孔327的距離的增大，凹槽329的截面面積減小。雖然示出的 在孔327附近的凹槽329的截面面積531至少與孔327的截面面積532 —樣大，但應(yīng)當(dāng)理 解凹槽329的截面面積531可以小于孔327的截面面積532。通過設(shè)置具有比孔327的截 面面積532更大的截面面積的凹槽329，孔327決定了比例致動器閥110的最大流量。然 而，孔327可以具有更大的截面面積，在這種情況下，凹槽329將決定比例致動器閥110的 最大流量。向回參照圖3和圖4，比例致動器閥110可如下操作。當(dāng)元件104位于其最優(yōu)位置時(shí)，如圖3和圖4中所示閥滑塊113被定位在比例致動器閥110的中間。可以通過調(diào)節(jié)基 座111的位置來調(diào)節(jié)最優(yōu)位置(見圖1和圖2)。然而，隨著第一力105變動，元件104可以 向上或向下移動。作為比例致動器閥110被連接至元件104的結(jié)果，比例致動器閥110，并 且具體地，比例致動器閥外殼112，也相對于閥滑塊113移動。例如，如果第一力105增大且第二力106保持恒定，那么第一力105不再基本上等 于由致動器100提供的第二力106并且元件104向下移動。因?yàn)楸壤聞悠鏖y外殼112被 接合至元件104，它也向下移動(或如圖3和圖4中所示的向右移動)。因?yàn)殚y滑塊113附 接至基座111，所以閥滑塊113不移動。類似地，如果第一力105減小且第二力106保持恒 定，那么元件104，并且因此，比例致動器閥外殼112向上移動(或如圖3和圖4中所示向左 移動)。如在圖3和圖4中所見，凹槽329的長度331小于密封構(gòu)件322b和322c之間的 距離。作為結(jié)果，小移動，即，那些小于密封點(diǎn)323b和323c之間的距離332的移動不會導(dǎo) 致氣動壓力流入或流出致動器100。這是因?yàn)榈诙?25同時(shí)對加壓空氣源和排氣裝置隔 離。因此，當(dāng)閥滑塊113處于中間位置時(shí)，致動器100中的氣動壓力保持恒定。然而，如果比例致動器閥外殼112移動的距離大于距離332，那么凹槽329的截面 面積530的一部分就移動通過密封點(diǎn)323b或323c并且打開了所限定的截面面積。進(jìn)一步 的移動導(dǎo)致凹槽329的更多的截面面積被打開。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，設(shè)置比例致動器閥110以維持元件104的位置。根據(jù)這 種實(shí)施方式，第一腔324被充入操作壓力并且第三腔326與排放至外部的排氣裝置(未示 出)連通。如果作用在元件104上的第一力105增大，如圖3和圖4中所示比例致動器閥 外殼112將向右移動。在這發(fā)生時(shí)，凹槽329移動通過密封點(diǎn)323b并且凹槽329的限定截 面面積對第一腔324打開。因?yàn)榈谝磺?24被充入操作壓力，氣動壓力進(jìn)入凹槽329并流 入孔327且然后流入孔328?？?28可被連接至致動器100。因此向致動器100供應(yīng)了給 定量的氣動壓力。隨著外殼112進(jìn)一步向右移動，更大的截面面積對腔324打開。這導(dǎo)致 更大量的壓力進(jìn)入凹槽329。隨著向致動器100供應(yīng)氣動壓力，第二力106增大并且元件104隨著致動器外殼 112開始返回到它們的原始位置。當(dāng)所述返回發(fā)生時(shí)，致動器外殼112移回至左邊(如圖 3和圖4中所示)并且凹槽329的更小的截面面積對第一腔324打開。因?yàn)榇蜷_的截面面 積減小，所以供應(yīng)到致動器100的壓力的量也減小直到凹槽329完全不對第一腔324打開。 隨著打開的截面面積減小，返回的速度也減小。因?yàn)楣?yīng)到致動器100的空氣的量與致動 器外殼112相對于閥滑塊113的位置成比例，所以比例致動器閥110避免了過沖并進(jìn)入諧 振。因?yàn)榘疾?29的截面面積隨著遠(yuǎn)離孔327的距離的增加而減小，所以當(dāng)凹槽329 的端部對第一腔324打開時(shí)，僅有少量的空氣將進(jìn)入凹槽329且因此僅有少量的壓力被供 應(yīng)到致動器100。因此，供應(yīng)到致動器100的壓力的量與閥滑塊113相對于比例致動器閥外 殼112的位置成比例。如果不是這樣，而是第一力105減小，如圖3和圖4中所示，元件104并且因此，比 例致動器閥外殼112將向左移動。如果比例致動器閥外殼112移動的距離大于距離332，那 么凹槽329將經(jīng)過密封點(diǎn)323c且凹槽329的限定截面面積將對第三腔326打開或者在第三腔326被省略的實(shí)施方式中直接對排氣裝置打開。因?yàn)榈谌?26對排氣裝置打開，空 氣流過孔327和328并排放到周圍環(huán)境中。隨著比例致動器閥外殼112進(jìn)一步向左移動， 凹槽329的更大的截面面積對第三腔326打開，這導(dǎo)致更大量的空氣和氣動壓力排放到周 圍環(huán)境中。作為氣動壓力損失的結(jié)果，元件104和比例致動器閥外殼112下降(向右移動) 回到原始位置。因?yàn)殚y滑塊113移回進(jìn)入中間腔325，凹槽329不再對腔326打開并且因 此，氣動壓力不再排放到周圍環(huán)境中。比例致動器閥外殼112相對于閥滑塊113的行程在凹槽329能夠到達(dá)外密封構(gòu)件 322a和322d的外密封點(diǎn)323a和323d之前結(jié)束。這阻止了不期望的氣動壓力排放。這也 阻止了灰塵和碎屑進(jìn)入孔327，灰塵和碎屑可以引起對比例致動器閥110或致動器100的損害。一個(gè)或多個(gè)凹槽329的截面形狀允許從孔327進(jìn)入或離開的氣動壓力的量/速率 隨著對第一或第三腔打開的截面面積的減小而減小。以這種方式，減少或去除了通常由過 沖導(dǎo)致振動。此外，比例致動器閥110能夠提供比例如在換檔閥中可以實(shí)現(xiàn)的響應(yīng)更快的 響應(yīng)。這是因?yàn)樵趽Q檔閥中，必須犧牲凹槽的大小以抵消振動的風(fēng)險(xiǎn)。因此，換檔閥的凹槽 /孔的大小可能比實(shí)際所期望的小以避免振動。然而，設(shè)置較小的凹槽/孔導(dǎo)致較慢的響應(yīng) 時(shí)間，因?yàn)闇p小了向致動器供應(yīng)氣動壓力的速率。比例致動器閥110能夠提供快速響應(yīng)時(shí) 間而同時(shí)減少振動的風(fēng)險(xiǎn)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的比例致動器閥110。在這種實(shí)施方式中，利 用杠桿系統(tǒng)660將比例致動器閥外殼112連接至元件104。使用杠桿系統(tǒng)660帶來多個(gè)優(yōu) 點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，可以期望使元件104的移動方向不同于比例致動器閥110的移動 方向。此外，杠桿系統(tǒng)660允許元件104的移動方向不同于閥滑塊113的移動方向。在圖 6所示的實(shí)施方式中，隨著元件104提升(例如，響應(yīng)于第一力105的減小)，比例致動器閥 外殼112降低。采用杠桿系統(tǒng)660的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是比例致動器閥110可以遠(yuǎn)離元件104地 定位。這因包括可達(dá)性、空間限制等的原因可能是期望的。也可以調(diào)節(jié)杠桿系統(tǒng)以改變比例致動器閥110相對于元件104的行程。因?yàn)樵?104具有與致動器100相同的行程，所以可以調(diào)節(jié)杠桿系統(tǒng)以改變比例致動器閥110相對 于致動器100的行程。例如，當(dāng)比例致動器閥110直接地接合至元件104時(shí)，元件104的任 何移動都會導(dǎo)致比例致動器閥外殼112的相同移動。然而，可以期望的是提供不同的行程。 通過調(diào)節(jié)杠桿系統(tǒng)660，元件104的相對小的移動能夠?qū)е卤壤聞悠鏖y外殼112的較大的 移動。這允許具有更高敏感性的更快的響應(yīng)時(shí)間。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的比例致動器閥110。圖7中示出的比例致 動器閥110與之前附圖中示出的比例致動器閥相似。區(qū)別是凹槽329的位置。示出的一個(gè) 或多個(gè)凹槽329形成在外殼112上而非閥滑塊113上。由于凹槽329形成在外殼112上， 一個(gè)或多個(gè)密封構(gòu)件322連接至閥滑塊113并與閥滑塊113 —起移動，而不是靜止在外殼 112中。此外，示出的一個(gè)或多個(gè)密封構(gòu)件322在兩側(cè)上都有密封點(diǎn)323。雖然僅在圖7中 示出了密封構(gòu)件322該具體實(shí)施方式
，但應(yīng)當(dāng)理解該密封構(gòu)件可以以任何提及過的實(shí)施方 式實(shí)施。在圖7所示的實(shí)施方式中，隨著閥外殼112相對于閥滑塊113移動，凹槽329經(jīng)過 密封構(gòu)件322并且限定的截面面積對第二腔325打開。隨著位移的增大，更大的截面面積對第二腔325打開。這允許更大量的空氣或進(jìn)入或離開孔328。在所示出的實(shí)施方式中， 省略了孔327?？?27在所示出的實(shí)施方式中不是必須的，因?yàn)槊芊鈽?gòu)件322與閥滑塊113 一起移動并且因此一旦一個(gè)或多個(gè)凹槽329的限定的截面面積對第二腔325打開，那么空 氣在不需要孔327的情況下就能夠到達(dá)孔328。然而，也可以在閥外殼112上設(shè)置孔327以 限制比例致動器閥110的流量。此外，孔328形成在閥外殼112上，而不是在閥滑塊113上。然而，應(yīng)當(dāng)理解閥滑 塊113可以同時(shí)包括孔327、328，在這種情況下，比例致動器閥110將如上所描述地與致動 器100連通。如圖7所示，比例致動器閥110通過孔328 (形成在閥外殼112上)和供應(yīng)線 路114與致動器100連通。致動器100和比例致動器閥110的結(jié)合提供了機(jī)械-氣動封閉的控制環(huán)。封閉控 制環(huán)能夠提供致動器100和元件104的位置控制和位置調(diào)節(jié)。所述結(jié)合能夠直接確定致動 器100的位置而不需要外部測量。此外所述結(jié)合還提供自動響應(yīng)和調(diào)節(jié)，而不需要依據(jù)致 動器100上所施加的力的變化手動調(diào)位。此外所述結(jié)合還能夠減小由因力變動而調(diào)節(jié)所產(chǎn) 生的諧振的風(fēng)險(xiǎn)。對以上實(shí)施方式的具體描述不是對發(fā)明人所預(yù)期的在本發(fā)明范圍內(nèi)的全部實(shí)施 方式的描述。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識到上述實(shí)施方式的某些元件可進(jìn)行各種結(jié)合 或省略以建立另一種實(shí)施方式，并且這樣的進(jìn)一步的實(shí)施方式也落在本發(fā)明的范圍和教導(dǎo) 內(nèi)。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還顯而易見的是，上述實(shí)施方式可以整體地或部分地結(jié)合以建 立本發(fā)明范圍和教導(dǎo)內(nèi)的其它實(shí)施方式。因此，雖然本文出于說明目的描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和實(shí)施例，但在本發(fā) 明范圍內(nèi)也可能存在各種等同變形，這是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識到的。本文所提供的 教導(dǎo)能夠用于其它致動器和致動器閥，而非僅用于以上所描述和附圖所示出的實(shí)施方式。 因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)從所附的權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
一種適于位置控制和位置調(diào)節(jié)的比例致動器閥(110)，所述比例致動器閥(110)包括具有至少兩個(gè)腔(324，325)的閥外殼(112)；閥滑塊(113)，所述閥滑塊(113)在所述閥外殼(112)內(nèi)可移動；形成在所述比例致動器閥中的一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)與所述閥外殼(112)的所述至少兩個(gè)腔(324，325)氣動地連通；和形成在所述比例致動器閥中的一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)，其中所述一個(gè)或多個(gè)孔(327、328)與所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)氣動地連通；并且其中所述閥滑塊(113)相對于所述閥外殼(112)的移動提供了氣動閥動作。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述閥外殼(112)包括至少三個(gè)腔(324，325，326)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述腔(324，325，326)由多個(gè)密封構(gòu)件(322) 分開。
4.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中至少一個(gè)所述腔(324，325，326)充入操作壓力。
5.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中至少一個(gè)所述腔(324，325，326)向所述比例致 動器閥(110)的外部排氣。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述閥滑塊(113)的第一端連接至基座(111)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述閥外殼(112)的一部分連接至基座(111)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其中所述閥滑塊(113)相對于所述閥外殼(112)可 調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)包括不一致的截面面積。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)包括基本上一致的截面 面積。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)形成在所述閥滑塊 (113)中。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)包括多個(gè)孔(329)。
13.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)形成在至少一個(gè)所 述腔(324，325，326)中。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述閥滑塊(113)還包括多個(gè)密封構(gòu)件(322)。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)的截面面積成形為使得 該截面面積隨著距離所述一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)的距離的增大而減小。
16.如權(quán)利要求1或15所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)的最大截面面積 至少同所述一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)的截面面積一樣大。
17.如權(quán)利要求1或15所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)的最大截面面積 小于所述一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)的截面面積。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)形成在所述閥滑塊 (113)中。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)形成在所述閥外殼 (112)中。
20.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述比例致動器閥(110)連接至元件(104)，并且 所述元件(104)連接至致動器(100)。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述比例致動器閥(110)利用杠桿系統(tǒng)(660)連 接至所述元件(104)。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述比例致動器閥(110)的行程不同于所述致動 器(100)的行程。
23.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述比例致動器閥(110)行程的方向不同于致動 器(100)的行程的方向。
24.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述比例致動器閥(110)的行程與所述致動器 (100)的行程基本上相同。
25.一種用于形成比例致動器閥的方法，所述方法包括 提供閥外殼；用多個(gè)密封構(gòu)件將所述閥外殼分成至少兩個(gè)腔；將閥滑塊定位在所述閥外殼內(nèi)；在所述比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)孔；和在所述比例致動器閥中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽與所述一個(gè)或 多個(gè)孔連通并且所述一個(gè)或多個(gè)凹槽與所述至少兩個(gè)腔連通。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括用多個(gè)密封構(gòu)件將所述閥外殼分成至少三個(gè)腔。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述閥滑塊與基座連接。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述閥外殼的一部分與基座連接。
29.如權(quán)利要求27或28所述的方法，其中所述閥滑塊相對于所述閥外殼可調(diào)節(jié)。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)孔形成在所述閥滑塊中。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)孔形成在所述閥外殼中。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括形成具有不一致的截面面積的所述一個(gè)或多個(gè) 凹槽。
33.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括形成具有基本上一致的截面面積的所述一個(gè)或 多個(gè)凹槽。
34.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述閥滑塊中形成所述一個(gè)或多個(gè)凹槽。
35.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述閥外殼中形成所述一個(gè)或多個(gè)凹槽。
36.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述一個(gè)或多個(gè)凹槽形成為多個(gè)孔。
37.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)凹槽的形狀使得截面面積隨著距 離所述一個(gè)或多個(gè)孔的距離的增大而減小。
38.如權(quán)利要求25或26所述的方法，還向至少一個(gè)所述腔提供操作壓力。
39.如權(quán)利要求25或26所述的方法，還將至少一個(gè)所述腔連通至排氣裝置。
40.一種用于調(diào)節(jié)供應(yīng)到氣動致動器的氣動空氣的方法，所述方法包括將元件連接至氣動致動器，其中第一力作用在所述元件上并且所述氣動致動器在所述 元件上提供與所述第一力相反的第二力；提供比例致動器閥，其中所述比例致動器閥控制流向和離開所述氣動致動器的空氣供應(yīng)；并且其中所述比例致動器閥包括一個(gè)或多個(gè)凹槽，其中通過作用在所述元件上的所述第一 力的變化來確定為空氣流動而打開的所述截面面積。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述比例致動器閥還包括閥外殼，其中所述閥外 殼連接至所述元件。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括利用杠桿系統(tǒng)將所述比例致動器閥連接至所述 元件。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述比例致動器閥的行程不同于所述元件的行程。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述比例致動器閥的行程方向不同于所述元件的 行程方向。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括在所述比例致動器閥的閥滑塊中形成所述一個(gè) 或多個(gè)凹槽。
46.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括形成具有可變截面面積的所述一個(gè)或多個(gè)凹槽。
47.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括將所述一個(gè)或多個(gè)凹槽形成為多個(gè)孔。
48.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括在所述閥滑塊中形成一個(gè)或多個(gè)孔以與所述致 動器連通，并且將所述一個(gè)或多個(gè)凹槽的形狀形成為使得所述一個(gè)或多個(gè)凹槽的截面面積 隨著距離所述一個(gè)或多個(gè)孔的距離的增大而減小。
49.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括將所述一個(gè)或多個(gè)凹槽定位成使得由所述比例 致動器閥將空氣供應(yīng)到所述致動器的速率隨著所述比例致動器閥的行程的增大而增大。
50.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述比例致動器閥減少所述氣動致動器的振動。
全文摘要
提供了一種適于位置控制和位置調(diào)節(jié)的比例致動器閥(110)。比例致動器閥(110)包括具有至少兩個(gè)腔(324，325)的閥外殼(112)。所述腔由一個(gè)或多個(gè)密封構(gòu)件(322)分開。提供在閥外殼(112)中可移動的閥滑塊(113)。在閥滑塊(113)中形成一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)。所述一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)與閥外殼(112)的兩個(gè)腔(324，325)氣動地連通。在閥滑塊(113)中還形成一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)。一個(gè)或多個(gè)孔(327，328)與一個(gè)或多個(gè)凹槽(329)氣動地連通。閥滑塊(113)相對于閥外殼(112)的移動提供了氣動閥動作。
文檔編號F15B13/04GK101868632SQ200780100188
公開日2010年10月20日 申請日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者U·特?？?申請人:諾格倫有限責(zé)任公司