具有静态的终端位置密封件的压力介质缸

技术领域

本发明涉及一种具有静态的终端位置密封件的压力介质缸。

背景技术

压力介质缸是以流体方式运行的、用于将压力作为运行能量转化成力的驱动元件，所述驱动元件例如被用作线性驱动器的驱动组件。在此，能够用压力介质加载的活塞以可轴向运动的方式布置在缸壳中。通过活塞以及与该活塞连接的、在端面处从缸壳中移出的活塞杆进而能够使机器部件或工件运动。

为了使缸内空间密封，活塞杆出口通常构造有动态的环式密封件和/或刮除器，其中，具有活塞行程的活塞杆相对于密封构件运动。在这种情况下，所述活塞杆在密封件上摩擦。由于所述活塞杆相对于密封构件的运动而永久地存在的摩擦力在高动态的应用中对可达到的转换时间产生负面影响。同时，密封构件尤其在高动态的应用中，由于摩擦载荷而遭受相对较高的磨损。最后，在卫生设计应用中，对这样的压力介质缸的良好的可清洁性的要求通常由于通过密封构件在活塞杆出口的区域中产生的死区、边缘和缝隙而只能够得到非充分的满足或者只有借助非常高的清洁耗费才能够得到满足。卫生设计的原则限定了针对食品制造所规定的器具和生产设备的符合清洁的设计要求。此外，这对于被用在食品加工领域中的压力介质缸还要求了在生产运行完成后能够有利地从外部对所述压力介质缸进行清洁和消毒，并且化学品能够有利地流出，从而能够可靠地避免食品被微生物、材料腐蚀或化学品污染。这种污染例如在使用环式密封件的情况下，由于所产生的环形间隙而不能够充分可靠地避免。

文献DE 26 51 398 A1和DE 10 2015 112 351 A1分别公开了压力介质缸，其具有在端面处移出的活塞杆和位于被布置在缸壳的外部的活塞杆区段中的、沿径向从活塞杆延伸的止挡面。在由DE 26 51 398 A1公开的压力介质缸中，活塞杆以在两侧密封的方式从缸体中引导出来。DE 10 2015 112 351 A1没有为解决缸内空间的密封问题公开其特有的技术贡献。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种压力介质缸，利用该压力介质缸来避免现有技术的缺点。尤其应当提供一种不带有动态密封活塞杆的构件的压力介质缸，该压力介质缸能够良好且可靠地从外部进行清洁。

根据本发明，所述任务通过根据权利要求1的压力介质缸来解决。本发明的有利的改型方案在从属权利要求中指明。

压力介质缸构成了本发明的核心，其具有缸壳；以轴向可运动的方式布置在这个缸壳中的活塞；与该活塞连接的活塞杆，所述活塞杆朝向端面通过出口穿透所述缸壳，其中，所述活塞杆在被布置在缸壳外部的活塞杆区段中构造有沿径向从活塞杆延伸的止挡面，所述止挡面在活塞杆移入时在终端位置中作用到缸壳处，并且在这里密封地覆盖和/或包围位于活塞杆和出口的边缘之间的一个间隙区域或多个间隙区域。这样的压力介质缸具有静态的终端位置密封件，借助所述终端位置密封件使所述压力介质缸在移入状态下的终端位置中密封，方法是：所述止挡面以密封的方式覆盖和/或包围位于所述活塞杆和出口的边缘之间的一个间隙区域或多个间隙区域。在这种情况下，所述活塞杆在移入状态下的终端位置能够通过止挡面来限定。使用动态的密封构件不是必要的，由此实现了减小摩擦并且提高执行器的速度。同时保证了能够在移入状态下从外部良好且可靠地清洁压力介质缸，因为所述止挡面在这种状态下以密封方式覆盖和/或包围出口。所述压力介质缸能够构造成单作用缸或者双作用缸。在构造成双作用缸的情况下(所述双作用缸在活塞杆侧也被压力加载)有意地承受泄漏。在这种情况下，由于在与出口相邻的缸室中存在过压而防止了异物进入。尤其在高动态的应用(例如分类机)中，移出状态仅占据很少的时间份额，因此，相对于通过放弃动态的密封构件所获得的优点而言，泄漏是可接受的。在构造成单作用压力介质缸的情况下(在该单作用压力介质缸中，所述活塞只能够沿着移出方向被工作流体加载)，异物在运行期间尤其在移入运动中进入到与出口相邻的缸室中的风险要么将就承受，要么通过其他的措施(例如通过向下倾斜的安装位置或压力介质缸的加装的封闭罩)来减少或防止。通过弃用动态的密封件，相对于缸壳的静态的组件而言显著降低了所述活塞杆的起动力和摩擦力，这尤其在高动态的应用中能够实现具有较短的转换时间和响应时间的运行。此外，显著减少了由于维护和维修所决定的停工时间和停歇时间，因为不必要更换磨损密集的动态密封件。

通过下述方式使止挡面的密封配合得到改进或者即使在无压力的状态下也容易地得到保证，即缸壳构造有布置在这个缸壳中的、沿着活塞杆的移入方向作用的复位弹簧。所述复位弹簧在活塞杆的终端位置中引起所述缸壳的端面和止挡面之间的力锁合。

通过下述方式来实现密封配合的进一步改进，即所述止挡面构造有沿径向从活塞杆延伸或沿径向包围所述活塞杆的密封体，所述密封体在终端位置中以密封的方式覆盖和/或包围位于活塞杆和出口的边缘之间的一个或多个间隙区域。同时，所述密封体通过下述方式起到制动体的作用，即该密封体在到达终端位置时通过变形来吸收运动部件的动能，并且因此将制动作用施加到活塞杆上。

通过下述方式能够实现密封且制动的组件的功能和/或使用寿命的改进的协调，即所述止挡面构造有沿径向从活塞杆延伸的一个制动体或沿径向与活塞杆相邻地布置的多个制动体，并且构造有沿径向从所述一个或多个制动体延伸或沿径向包围所述一个或多个制动体的密封体，该密封体在终端位置中以密封的方式包围位于所述活塞杆和出口的边缘之间的一个或多个间隙区域。在这种情况下，所述密封体优选以大于一个或多个制动体的安装高度来构造，并且朝向缸壳的端面的方向超出所述一个或多个制动体。同时，所述密封体在这种构造中由于其形状和/或使用的材料，以高于一个或多个制动体的柔性来构造。由于安装高度较大，所述密封体在活塞杆的移入运动中比一个或多个制动体更早地作用到缸壳处，其中，该密封体在变形的情况下将第一制动作用施加到活塞杆上，直到以较低的柔性构造的一个或多个制动体吸收能量的主要部分。由于较高的柔性，所述密封体直至到达终端位置时，比一个或多个制动体压缩更多，由此保证了密封体在缸壳上的良好的密封的贴靠。在这种构造中，密封体和制动体能够在材料和构造方式方面得到优化，即为了在使用寿命在尽可能长的情况下同时确保相应地尽可能好的功能(密封或制动)。

在一种结构上相反的实施方式中，止挡面构造有沿径向从密封体延伸的一个制动体或沿径向与密封体相邻地布置的多个制动体。在这种构造中，所述密封体也优选以相比于一个或多个制动体更大的安装高度和更大的柔性来构造。同样在这种实施例中，所述密封体在移入运动中比一个或多个制动体更早地作用到缸壳处并且比一个或多个制动体直至到达终端位置时更强烈地压缩。在这种构造中，所述密封体和制动体也能够在材料和结构方式方面得到优化，即为了在使用寿命尽可能长的情况下同时确保相应地尽可能好的功能(密封或制动)。

此外，在一种替代的实施例中，作为止挡面的替代方案，所述缸壳也能够在端面处通过类似的方式构造有密封体和/或制动体，其中，所述密封体在活塞杆的移入的终端位置中分别密封地作用到止挡面上。

在压力介质缸的一种结构变型方案中，活塞密封件也被放弃，从而在活塞和缸壳的内壁之间形成一个间隙区域或多个间隙区域。在这种构造中，动态的密封件被完全放弃，由此在整体上尽可能减小起动力和摩擦力并且能够实现进一步缩短转换时间和响应时间。在这种构造中，在活塞的两侧形成的缸室之间附加地存在内部的泄漏。在将压力介质缸构造成单作用缸的实施方式中(其中所述活塞能够沿着移出方向被工作流体加载)，工作流体在移出运动中从加载的缸室通过在活塞和缸壳的内壁之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域，朝向没有加载的活塞侧并且通过在活塞杆和出口的边缘之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域最终进入到周围环境中。因此，在活塞杆的移出运动和移出位置中，流体排放通过过压来抵抗异物进入到与出口相邻的缸室中。在将压力介质缸构造成双作用缸的实施例中(其中活塞也能够沿移入方向被工作流体加载)，在这种没有动态的密封件的构造中，在移出运动和移入运动中通过过压来可靠地抵抗异物进入。为了使活塞杆移入，所述活塞通过与出口相邻的缸室加载，由此工作流体通过在活塞杆和出口的边缘之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域排出并且直至到达移入的终端位置时抵抗异物进入，此后在该位置中通过止挡面来进行静态的密封。

在另一种构造中，通过主动的过压冲洗来抵抗异物经由在活塞杆和出口的边缘之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域进入，方法是：缸壳构造具有至少一个冲洗通道，所述冲洗通道汇流到用于活塞杆的穿透通道中，其中冲洗通道的加载与缸室的加载一起进行。在一种将压力介质缸构造成单作用缸的实施方式中，冲洗通道在移出运动中与缸室的加载一起也被加载，由此工作流体到达穿透通道中并且通过在活塞杆和出口的边缘之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域排出到周围环境中。因此，在活塞杆的移出运动和移出位置中，流体排放通过过压来抵抗异物进入到与出口相邻的缸室中。在一种将压力介质缸构造成双作用缸的实施方式中，所述冲洗通道也在移入运动中与相应的缸室一起被加载，由此，工作流体在移入运动中也通过在活塞杆和出口边缘之间形成的一个间隙区域或多个间隙区域排出，并且直至到达移入的终端位置时抵抗异物进入，此后在移入的终端位置中，通过止挡面来进行静态的密封。

在一种将压力介质缸构造成单作用缸的实施方式中，在移入运动中也通过溢出的过压来防止异物进入到与出口相邻的缸室中，方法是：将事先加载的缸室以能够通过冲洗通道排气的方式构造。

附图说明

下面结合对本发明的优选实施例的说明根据附图来对本发明的其他优点进行详细阐述。其中：

图1a示出压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移入；

图1b示出根据图1的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移出；

图2a示出根据第二实施例的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移入；

图2b示出根据图2a的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移出；

图3a示出根据第三实施例的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移入；

图3b示出根据图3a的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆处在移出运动期间；

图3c示出根据图3a的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆处在移入运动期间；

图4a示出根据第四实施例的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移入；

图4b示出根据图4a的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移出；

图5a示出根据第五实施例的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移入；

图5b示出根据图5a的压力介质缸的示意性局部剖视图，其中活塞杆已移出。

具体实施方式

图1a和1b以示意性局部剖视图的方式示出压力介质缸1的第一实施例。图1a示出压力介质缸1，其具有处在移入的终端位置中的活塞杆2。所述活塞杆2在被布置在所述缸壳3外部的活塞杆区段中构造有止挡件4。所述止挡件4具有沿径向从活塞杆2延伸的止挡面5，所述止挡面构造有同样沿径向从活塞杆2延伸的密封体6。所述缸壳3的在活塞杆侧的端面通过缸盖7构成。在活塞杆2的移入的终端位置中，所述止挡件4在所述缸壳3的通过缸盖7构成的端面处作用到该缸壳上，其中，所述密封体6以密封的方式覆盖了在所述活塞杆2和穿透通道8之间形成的间隙区域9。在此，根据卫生设计规定，从止挡件4到密封体6的过渡部(该过渡部在终端位置中具有平坦至略微凸球状的轮廓)以没有台阶部或间隙的方式直到所述缸盖7齐平地构造。此外，所述缸壳3和止挡件4能够通过在卫生设计中原则上已知的措施以具有半径且避免水平的面的方式来构造，以便在具体的应用背景中根据压力介质缸的安装位置来进一步改善清洁剂的排放(在图1a和2b中未示出)。在移入状态中，所述活塞杆2的终端位置的到达将通过止挡件4作用到缸壳上来限定，方法是：所述止挡件4在该瞬间使活塞杆2的运动停止。在活塞杆2的于图1a中示出的移入的终端位置中，止挡件4通过构造成压力弹簧的复位弹簧10挤压到缸壳3的缸盖7上。为此，所述复位弹簧10以沿着移入方向预紧的方式布置在活塞11和缸盖7的内侧之间的缸壳3中。替代地，也可以通过其他措施来保证所述止挡件4在缸壳3上充分的密封配合：例如通过在移入状态中的活塞杆上具有负载的倾斜的安装位置；通过止挡件4沿着移入方向通过在压力介质缸3的外侧上布置的器件或者在止挡面5中布置磁铁并且/或者在缸壳3的通过缸盖7构成的端面中布置磁铁的方式的预紧。为了使活塞杆2移出，通过缸室12给活塞11施加压力。所述活塞11借助活塞密封件13相对于缸壳3的内壁动态地密封。在穿透通道8中，活塞杆3在滑动套筒14中可滑动地引导。当活塞杆2在穿透通道8中滑动时，所述滑动套筒14仅用于减小摩擦，然而不是以流体密封的方式使活塞杆相对于穿透通道8密封。使用滑动套筒14不一定是必要的，替代地，所述活塞杆2也可以直接在穿透通道8中引导，为此，缸盖7和活塞杆2优选由相对于彼此低磨损并且低摩擦的配对材料构成。所述间隙区域9在滑动套筒14和活塞杆2之间延伸直到缸壳3的内部空间，这在图1a和1b的图示中由于绘图技术的原因没有进行特殊编号。图1b示出压力介质缸1在活塞杆侧的区段，其中活塞杆2处于移出位置中，在该移出位置中，止挡件4从缸盖7得到释放。在这个位置中，在活塞杆2和穿透通道8的出口15的边缘之间延伸的间隙区域9得到释放。通过间隙区域9在出口15和与出口15相邻的缸室16之间存在流体连接。当通过缸室12对活塞11的加载停断时，活塞杆2由于复位弹簧10的预紧移入到缸壳3中，直到止挡件4在终端位置中触碰到缸盖7上。在此，密封体6通过它的弹性变形来抑制运动冲击并且同时通过覆盖位于活塞杆2和出口15的边缘之间形成的间隙区域9的方式来密封地作用到缸壳3的缸盖7上。

图2a和2b以示意性局部剖视图的形式示出压力介质缸1′的第二实施例。压力介质缸1′相比于压力介质缸1具有改变的止挡件4′的构型。所述止挡面5′构造有沿径向从活塞杆2延伸的制动体17和径向包围所述制动体的密封体6′。所述密封体6′具有沿轴向方向大于制动体17的安装高度并且朝向缸盖7的方向超出该一个或多个制动体。同时，密封体6′具有比制动体17更大的柔性。除此之外，压力介质缸1′与压力介质缸1以相同的方式构造。图2a示出具有处于移入的终端位置中的活塞杆2的压力介质缸1′。图2b示出压力介质缸1′在活塞杆侧的区段，其中活塞杆2处在移出位置中，在该移出位置中止挡件4′从缸盖7得到释放。当通过缸室12对活塞11的加载停断时，活塞杆2由于复位弹簧10的预紧而移入到缸壳3中，直到止挡件4′在终端位置中碰撞到缸盖7上。在这种情况下，密封体6′首先作用到缸壳3的缸盖7上，其中该密封体发生变形。从相应的变形位移起，制动体17也作用到缸壳3的缸盖7上并且通过它同样发生变形来吸收动能的主要部分，直至到达终端位置。所述密封体6′通过其包围了在活塞杆2和出口15的边缘之间形成的间隙区域9来密封地作用到缸壳3的缸盖7上。在此，同样在这种实施方式中，从止挡件4′到密封体6′的过渡部(该过渡部在终端位置中具有平坦至略微凸球状的轮廓)以没有台阶部或间隙的方式直到缸盖7齐平地构造。此外，所述制动体17在结构上限制了密封体6′的压缩，这减少了该密封体在产品使用寿命期间的材料疲劳程度，并因此在卫生设计规定的意义上改进了密封功能的可靠性。密封体6′和制动体17的材料特性能够如此设置，使得根据在相应的应用背景中的要求，一方面保证动能以适当的方式被制动体17吸收，并且另一方面通过密封体6′的形状锁合的贴靠来保证足够的密封性。为了将密封体6′固定在止挡件4′处，所述密封体6′构造有凸缘18，该凸缘沿着活塞杆2的方向垂直地弯折，以形状锁合的方式接合到位于止挡件4′的侧面上的对应的、环绕的凹槽19中。

图3a至3c以示意性局部剖视图的形式示出压力介质缸1″的第三实施例。压力介质缸1″构造成双作用缸，方法是：活塞11′的两侧所形成的缸室12′和16′能够通过5/2换向阀20向反方向交替地加载和排气。图3a示出具有位于移入的终端位置中的活塞杆2′的压力介质缸1″。在这个位置中，止挡件4″借助沿径向从活塞杆2′延伸的止挡面5″作用到缸壳3′的在活塞杆侧的端面上。所述缸壳3′在端面上构造有沿径向包围出口15′的密封体6″，所述密封体在活塞杆2′的移入的终端位置中密封地作用到止挡面5″上。为了固定，密封体6″以形状锁合的方式装入位于缸壳3′的外侧上的对应的以侧凹部为形式的槽中。在这种情况下根据卫生设计规定，从止挡件4″到密封体6″且直到缸壳3′的端面的过渡部以没有台阶部或间隙的方式齐平地构造。此外，所述过渡部以不带有水平的面的方式构造，以便保证将清洁液以不带有残留物的方式排出。在活塞杆2′的移入的终端位置中，止挡面5″以密封方式覆盖了在活塞杆2′和出口的边缘之间形成的间隙区域9′。所述活塞11′以无密封件的形式构造，因此在活塞11′和缸壳3′的内壁之间也形成间隙区域9″。为了使活塞杆2′移出，压力介质缸1″的缸室12′通过5/2换向阀20被压力加载，如图3b所示。所述活塞杆2′运动到其移出位置中，其中工作流体由于在缸室12′中的过压而穿过间隙区域9″进入到与出口15′相邻的缸室16′中，并且从那里经由间隙区域9′通过出口15′到达周围环境中。在活塞杆2′的移出运动期间并且在移出位置中，流体排放借助过压来抵抗异物进入到与出口相邻的缸室16′中，其中存在永久的泄漏。为了使活塞杆2′移入，压力介质缸1″的缸室16′通过5/2换向阀20被压力加载，如图3c所示。所述活塞杆2′运动到其移入位置中，其中工作流体由于在缸室16′中的过压经由间隙区域9′通过出口15′进入到周围环境中。在移入运动期间，流体排放借助过压来抵抗异物进入到与出口相邻的缸室16′中，其中存在永久的泄漏。在压力介质缸1″的这种构造中，所述复位弹簧10′即使在无压力的状态下，例如在压缩空气供应被完全停止时，也用于确保密封性。

图4a和4b以示意性局部剖视图的形式示出压力介质缸1″′的第四实施例。压力介质缸1″′的与压力介质缸1相同的结构特征用相同的附图标记来标明。所述压力介质缸1″′构造成单作用缸，方法是：缸室12能够通过在接通位置中的3/2换向阀21来加载。此外，压力介质缸1″′包括止回阀22，通过该止回阀来禁止缸室12经由3/2换向阀21在其静止位置中的压缩空气出口排气。在缸室12通过所述3/2换向阀21加载时，工作流体通过冲洗通道23并行地到达所述穿透通道8中，因为所述冲洗通道23汇流到穿透通道8中。如图4b所示，在活塞杆2的移出运动和移出位置中，工作流体因此通过在出口15处的穿透通道8排出到周围环境中，并且抵抗异物进入到缸室16中。如果所述3/2换向阀21再占据其关闭的静止位置，则沿移入方向预紧的复位弹簧10促使活塞杆2移入。在这种情况下，所述缸室12由于止回阀22的截止位置而不通过3/2换向阀21的压缩空气出口排气，而是通过冲洗通道23来排气。因此，工作流体即使在活塞杆2的移入运动中也通过在出口15处的穿透通道8排放到周围环境中，并且抵抗异物进入到缸室16中。

图5a和5b以示意性局部剖视图的形式示出压力介质缸1″″的第五实施例。压力介质缸1″″的与压力介质缸1相同的结构特征用相同的附图标记来标明。压力介质缸1″″构造成双作用缸，方法是：活塞11的两侧所形成的缸室12和16能够通过5/2换向阀20′向反方向交替地加载和排气。在缸室12通过5/2换向阀20′加载时，工作流体通过冲洗通道23′并行地到达穿透通道8中，因为冲洗通道23′汇流到穿透通道8中。止回阀22′在该流动方向中打开。同时，利用止回阀22″来阻断从冲洗通道23′经由冲洗通道23″到缸室16的连接。如图5b所示，在活塞杆2的移出运动和移出位置中，工作流体因此通过在出口15处的穿透通道8排出到周围环境中，并且抵抗异物进入到缸室16中。第二缸室16在活塞杆2的移出运动和移出位置中，同时通过5/2换向阀20′的压缩空气出口排气。在缸室16通过5/2换向阀20′加载时，工作流体同样并行地通过汇流到穿透通道8中的冲洗通道23″到达。所述止回阀22″在该流动方向中打开。同时，利用所述止回阀22′来阻断从冲洗通道23′到缸室12的连接。因此，在活塞杆2的移入运动中，工作流体也通过在出口15处的穿透通道8排出到周围环境中，并且抵抗异物进入到缸室16中。在压力介质缸1″″的这种构造中，所述复位弹簧10即使在无压力的状态下，例如当压缩空气供应完全被停止时，也用于确保密封性。

附图标记列表

1、1′、1″、1″′、1″″ 压力介质缸

2、2′ 活塞杆

3、3′ 缸壳

4、4′、4″ 止挡件

5、5′、5″ 止挡面

6、6′、6″ 密封体

7 缸盖

8 穿透通道

9、9′、9″ 间隙区域

10、10′ 复位弹簧

11、11′ 活塞

12、12′、16、16′ 缸室

13 活塞密封件

14 滑动套筒

15、15′ 出口

17 制动体

18 凸缘

19 槽

20、20′ 5/2 换向阀

21 3/2 换向阀

22、22′、22″ 止回阀

23、23′、23″ 冲洗通道