致動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于致動閥的柱塞的致動器。致動器具有入口并包括第一中空帽和第二中空帽。主致動組件設(shè)置在帽之間。主致動組件包括可變形隔膜；第一腔室和第二腔室，靜態(tài)密封元件和能夠在被致動位置和未被致動位置之間移動的主活塞。偏壓機構(gòu)偏壓在未被致動位置處的活塞。當(dāng)加壓氣體被驅(qū)使通過入口和/或從致動器的出口被抽取時，第一腔室膨脹，將主活塞從未被致動位置移動至被致動位置，連接至主活塞的致動桿因此在設(shè)置在底部帽中的通道內(nèi)滑動?？啥询B致動組件還可以用在帽之間。使用靜態(tài)密封元件有利地避免移動部件之間的摩擦。
【專利說明】致動器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及致動器，更具體地涉及一種用以致動閥內(nèi)的柱塞或活塞的氣動致動器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動致動器用于不同類型的應(yīng)用中，并用以致動或移動例如閥的不同類型裝置中的柱塞、軸等。
[0003]致動器可以包括在相同組件內(nèi)的通常閉合的活塞、通常打開的活塞或兩者。包括通常閉合的活塞的致動器通常設(shè)有偏壓元件，例如彈簧或貝爾維爾墊圈(Bellevillewasher)，其將活塞偏壓在閉合位置。為了將活塞從閉合位置移動至打開位置，在致動器內(nèi)注入氣體，抵消彈簧的偏壓作用，并允許活塞朝向打開位置移動。類似地，通常打開的活塞可以被偏壓在它們的打開位置并通過作用其上的氣壓的影響被移動至閉合位置。
[0004]為了隔離和密封注入氣體的腔室，通常使用動力密封。基于這種原理的閥構(gòu)造的一個示例在圖1 (現(xiàn)有技術(shù))中示出。在該示例中，致動機構(gòu)10的通常閉合的和通常打開的活塞12、14沿它們的外周邊設(shè)有聚合物、硅樹脂或橡膠O型環(huán)16。當(dāng)活塞在閥內(nèi)向上和向下移動時，O型環(huán)16滑動并摩擦閥的圓柱形體18的內(nèi)壁。
[0005]當(dāng)致動器用于高溫應(yīng)用中時，有時高達(dá)350度，隨著時間的逝去動力密封容易變得粘性和易脆。這提高了密封和致動系統(tǒng)的內(nèi)壁之間的摩擦，不利于活塞的移動?？梢允褂脻櫥瑒p小這種摩擦，但是它們的使用產(chǎn)生其它的問題:基于油脂的潤滑劑(例如Krytox(商標(biāo))或Torr-1ube (商標(biāo)))最終會干，甚至增大摩擦并且使得活塞更難移動。使用干的潤滑劑通常不被看作備選方式，因為它們最終會被所用的致動氣體吹掉。在使用電流致動活塞的螺線管閥中也面臨類似的困難。
[0006]動力密封的弱化不僅發(fā)生在高溫應(yīng)用中。在低溫應(yīng)用中也存在問題，在低溫應(yīng)用中在極低溫度條件下使用閥。在這種情況下，致動氣體中存在的潮氣容易在活塞和致動系統(tǒng)的內(nèi)壁的交界處結(jié)晶，不利于活塞的運動。
[0007]因此，需要一種致動器，其可以幫助減小或消除移動部件之間的摩擦。對于某些應(yīng)用，還希望這種致動器能夠賦予較大的力給其致動的軸或柱塞，同時保持低的致動壓力。對于某些應(yīng)用，機構(gòu)也將需要具有長的操作壽命并且能夠在高速條件下移動軸或柱塞。
[0008]已經(jīng)提出許多解決方案以便解決這樣的問題。美國專利5755428示出一種具有金屬對金屬的動態(tài)放置的閥。雖然上述類型的致動器可以適于環(huán)境或相對適中的溫度，但是不能用于高溫或低溫應(yīng)用中。在該設(shè)計中涉及到6個O型環(huán)。如果在低溫或高溫(例如350° C)條件下使用，這些環(huán)的高摩擦和脆化容易發(fā)生。
[0009]還已知的現(xiàn)有技術(shù)有US5131627、US5215286、US5653419、US6508453、US7159839以及US20100090151。這些解決方案的一些使用凸輪機構(gòu)、齒輪-凸輪以及小齒輪機構(gòu)、或多個活塞，以便提高總的有效重量或至被致動的軸或桿的力。這些解決方案需要使用若干個小的難以加工的部件，這導(dǎo)致機構(gòu)復(fù)雜并難以組裝和維護，以及提高制造成本。[0010]由于上述原因，需要改進的氣動致動器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于致動柱塞的氣動致動器。致動器可以用于不同的應(yīng)用中，例如但是不限于分析、處理、設(shè)備或工業(yè)應(yīng)用。其還可以用于從低溫應(yīng)用到高溫應(yīng)用。
[0012]致動器包括主入口和主出口，以及彼此面對的中空的第一和第二帽。第二帽設(shè)有延伸通過它的帽通道。
[0013]致動器還包括主致動組件，主致動組件設(shè)置在中空的第一和第二帽之間。主致動組件包括具有相對的第一和第二隔膜表面的可變形隔膜，第一腔室和第二腔室。第一腔室通過第一隔膜表面限制，并且與所述主入口流體連通。第二腔室通過第二隔膜表面限制，并且與所述主出口流體連通。
[0014]致動器還包括靜態(tài)密封元件，用于流體地密封所述第一腔室和第二腔室。
[0015]致動器還包括主活塞和致動桿。主活塞能夠在被致動位置和未被致動位置之間移動，并且包括能夠操作地連接至第二隔膜表面的活塞表面。致動桿能夠滑動地配合在所述帽通道內(nèi)，桿的一部分延伸到第二帽的外部，桿的所述部分能夠連接至柱塞。當(dāng)主活塞在被致動位置和未被致動位置之間移動時所述致動桿與主活塞協(xié)作以便在帽通道內(nèi)滑動。
[0016]致動器還包括偏壓在未被致動位置處的活塞的偏壓機構(gòu)。
[0017]當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過主入口或從主出口被抽取中或兩者時，主致動組件的第一腔室膨脹，將主活塞從未被致動位置移動至被致動位置，致動桿因此在帽通道內(nèi)滑動。
[0018]通過彈性隔膜表示適于變形的彈性薄膜或部件。
[0019]有利地，在本發(fā)明的致動機構(gòu)中使用可變形隔膜消除了對動力密封的需要，也就是說，在常規(guī)致動機構(gòu)中密封與活塞一起移動。避免使用常規(guī)密封減少了致動器內(nèi)部件的摩擦，因而延長了致動機構(gòu)的壽命，而不管使用所處的溫度條件。為了保持機構(gòu)內(nèi)腔室的氣密性質(zhì)，可以使用靜態(tài)密封，例如銅墊圈。
[0020]優(yōu)選地，致動器還可以包括設(shè)置在第一和第二帽之間的至少一個可堆疊次級致動組件。每個組件包括容倉入口和容倉出口。每個組件還包括致動容倉、中間可變形隔膜、第一和第二中間腔室、靜態(tài)容倉密封元件以及中間活塞。致動容倉設(shè)有容倉通道。中間可變形隔膜具有相對的第一和第二表面。第一中間腔室通過中間隔膜的第一表面限制，并且與所述容倉入口流體連通。第二中間腔室通過中間隔膜的第二表面限制，并且與所述容倉出口流體連通。
[0021]靜態(tài)容倉密封元件用于流體地密封所述第一和第二中間腔室。中間活塞能夠在被致動位置和未被致動位置之間移動并包括操作地連接至中間隔膜的第二表面的活塞表面。中間活塞可滑動地配合在容倉通道內(nèi)，并且與主活塞操作地協(xié)作。
[0022]當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過容倉入口或從容倉出口被抽取或兩者時，第一中間腔室膨脹，將中間活塞從未被致動位置移動至被致動位置，幫助致動桿在帽通道內(nèi)滑動。
[0023]有利地，使用一個或多個可堆疊次級致動組件允許增大施加到致動桿上的力。
[0024]此外，使用可堆疊致動和/或偏壓元件容倉允許調(diào)節(jié)和控制施加到致動桿上的扭矩和重力，允許根據(jù)將要被使用的應(yīng)用的要求容易地定制致動機構(gòu)。[0025]在一個實施例中，致動器包括連接至第一和第二帽中的一個的一個或多個可堆疊偏壓元件容倉。
[0026]在一個實施例中，致動器是通常打開的致動器，第二帽設(shè)有圓形凹陷，該偏壓機構(gòu)配合在所述圓形凹陷內(nèi)。主出口是設(shè)置在第二帽內(nèi)的排氣孔，并且第一腔室通過第一帽限制。
[0027]在一個實施例中，致動器是通常閉合的致動器，第一帽設(shè)有圓形凹陷，該偏壓機構(gòu)配合在圓形凹陷內(nèi)。主出口是設(shè)置在第一帽內(nèi)的排氣孔，并且第一腔室通過第二帽限制。
[0028]在一個實施例中，靜態(tài)密封元件是銅焊接頭、聚合物墊圈以及金屬墊圈，或其組
口 ο
[0029]在一個實施例中，至少一個可堆疊次級致動組件的容倉入口與主入口流體連通。
[0030]在一個實施例中，致動器包括第二致動桿，用于致動第二柱塞。第一帽設(shè)有延伸通過它的第二帽通道，第二致動桿可滑動地配合在第二帽通道內(nèi)。第二致動桿的一部分延伸到第二帽外部，并且可連接至第二柱塞。當(dāng)主活塞在被致動位置和未被致動位置之間移動時第二致動桿在帽通道內(nèi)滑動。對于每一個可堆疊致動組件，容倉入口與主入口流體連通。當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過容倉入口和/或從容倉出口被抽取時，第一腔室膨脹，第二致動桿與主活塞一起從未被致動位置移動至被致動位置，兩個致動桿由此在它們相應(yīng)的帽通道內(nèi)滑動。同樣，第一和第二致動桿可以沿相同的方向運動，或沿相反的方向運動。
[0031 ] 在一個實施例中，致動器與電流至壓力轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種用于安裝上述致動器的套件。該套件包括中空的第一和第二帽，包括可變形隔膜、主活塞以及靜態(tài)密封元件的主致動組件，可連接至主活塞的致動桿，以及用于將活塞偏壓在未被致動位置的偏壓機構(gòu)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于上述致動器中使用的可堆疊次級致動組件。該可堆疊次級致動機構(gòu)用在第一和第二帽之間并且包括致動容倉、第一和第二中間可變形隔膜、中間活塞以及在使用時用閥的其他部件流體密封第一和第二中間可變形隔膜的靜態(tài)容倉密封元件。
[0034]將在參考附圖閱讀本發(fā)明的優(yōu)選實施例之后更好地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是包括現(xiàn)有技術(shù)中的具有動力密封的致動器的閥的剖視圖。
[0036]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的致動器的俯視透視圖。圖2A是圖2中示出的致動器的分解視圖。圖2B是圖2的致動器的沿線B-B的剖視圖。圖2C是圖2的致動器的沿線B-B的剖視圖，示出在致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0037]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的致動器的俯視透視圖。圖3A是圖3中示出的致動器的分解視圖。圖3B是圖3的致動器沿線B-B的剖視圖。圖3C是圖3的致動器沿線B-B的剖視圖，示出致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0038]圖4是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的致動器的俯視透視圖。
[0039]圖5A和5B形成圖4的致動器的分解視圖。
[0040]圖6是圖4的致動器的剖視圖。[0041 ] 圖7和8是圖4的致動器的俯視和仰視剖視透視圖。
[0042]圖9是圖4中的致動器的可堆疊次級致動組件的一些部件的剖視透視圖。
[0043]圖1O是圖9的剖視分解視圖。
[0044]圖11是圖4的致動器的剖視圖，示出致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0045]圖12是根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的致動器的俯視透視圖。
[0046]圖13A和13B形成圖12的致動器的分解視圖。
[0047]圖14是圖12的致動器的剖視圖。
[0048]圖15和16是圖12的致動器的俯視和仰視剖視透視圖。
[0049]圖17是圖12的致動器的可堆疊次級致動組件的一些部件的剖視透視圖。
[0050]圖18是圖17的剖視分解視圖。
[0051]圖19是圖12的致動器的剖視圖，示出致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0052]圖20是根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的致動器的剖視圖。
[0053]圖21是圖20的致動器的可堆疊次級致動組件的一些部件的剖視透視圖。
[0054]圖22是圖21的分解視圖。
[0055]圖23是根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的致動器的俯視透視圖。圖23A是圖23中示出的致動器的分解圖。圖23B是圖23的致動器的沿線B-B的剖視圖，示出致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0056]圖24是根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的致動器俯視透視圖。圖24A是圖24中示出的致動器的沿線A-A的剖視圖，示出致動器內(nèi)的加壓流體流。
[0057]圖25是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的致動器結(jié)合電流至壓力轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0058]圖26是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的致動器的剖視圖。
[0059]雖然將結(jié)合實例實施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，不是為了將本發(fā)明的范圍限制到這些實施例。相反，是為了覆蓋本申請所限定的可以被包括的全部替換例、修改例以及等同例。
【具體實施方式】:
[0060]在下面的說明書中，附圖中類似的特征具有給定的類似的附圖標(biāo)記。為了保持附圖的清楚，如果某些附圖標(biāo)記已經(jīng)在前面的附圖中出現(xiàn)則被省略。
[0061]下面描述的實施例僅通過示例的方式給出并且其多個特征和特性不應(yīng)該被看做對本發(fā)明的范圍的限制。應(yīng)該認(rèn)識到，諸如“頂部或頂”、“底部或底”等的位置描述如果沒有相反的表示則應(yīng)該理解為附圖中的情形，不應(yīng)該視為限制。
[0062]參照附圖2，示出用于致動閥的柱塞的致動器20nc。致動器20nc包括第一帽22nc和第二帽24nc、主入口 28和主出口 30。入口 28和出口 30是可以驅(qū)使流體通過或抽取流體的端口。主入口 28設(shè)置在頂部帽22nc內(nèi)。第一和第二帽分別是頂部帽和底部帽22nc、24nc,并且它們彼此面對。頂部帽和底部帽22nc、24nc優(yōu)選是中空的并且通過中空表示它們具有至少一個凹陷部，即使是稍微的凹陷。圖中示出的頂部帽和底部帽22nc、24nc是圓柱形的；然而，可以想到其他的形狀。
[0063]參照圖2A、2B以及2C，致動器20nc包括主入口 28、頂部帽和底部帽22nc、24nc、主致動組件25nc、致動桿42以及偏壓機構(gòu)32。主入口 28是用于接收加壓流體，并且同時在該實施例中，入口 28設(shè)置在頂部帽22nc中，因為通道在帽22nc內(nèi)軸向地延伸，可以考慮將入口設(shè)置在其他位置，例如設(shè)置在底部帽24nc的側(cè)壁上。加壓流體可以是任何類型的氣體或液體。
[0064]致動器20nc包括設(shè)置在頂部帽和底部帽22nc、24nc之間的主致動組件25nc。主致動組件25nc包括可變形隔膜36、第一腔室48nc、第二腔室50nc、主活塞34nc和靜態(tài)密封元件38a、38b、38c、38d。在本情況下，靜態(tài)密封元件是金屬墊圈；然而，可以考慮其他類型的靜態(tài)密封元件，例如聚合墊圈，但是也可以是銅焊接頭。通過靜態(tài)密封元件表示密封元件在致動器被致動時不移動，并因此在密封元件或接頭和致動器的其他部件之間沒有摩擦。使用密封元件38a、38b、38c以及38d以確保第一和第二腔室48nc、50nc正確地密封，并且部件之間的連接是流體密封的。
[0065]可變形隔膜36是圓形的，具有兩個相對的第一和第二表面360、362以及中央孔364。在流體壓力條件下或當(dāng)被推動或受壓時其是足夠彈性以變形的，并且優(yōu)選是波紋的。彈性隔膜可以是任何類型的流體密封隔膜或能夠移動或變形的部件。彈性隔膜可以由不同類型材料形成，例如金屬、聚合物和/或彈性體。這些元件的組合可以也可以使用。還可以考慮使用波紋管作為彈性隔膜。通常由金屬形成的波紋管是彈性容器，其可以在施加壓力至容器外部時被壓縮，或在真空條件下伸展。
[0066]第一腔室48nc通過第一隔膜表面360限制并且與入口 28流體連通，最好如圖2C所示。第一腔室48nc在某種意義上是氣密的，即當(dāng)致動器20nc使用時，也就是當(dāng)被連接至加壓流體源時，其可以膨脹。第二腔室50nc通過第二隔膜表面362限制，并且與主出口 30流體連通，用于排出流體。在這種情況下，主出口 30是排氣孔。
[0067]主活塞34nc具有操作地連接至隔膜36的第二表面362的活塞表面。在這種情況下，活塞表面是在第二腔室50nc內(nèi)延伸的凸緣340的部分。主活塞可以在被致動位置和未被致動位置之間移動。圖2A-2C的致動器是通常閉合的致動器:當(dāng)其未被致動時，即當(dāng)沒有加壓流體通過入口 28注入時，在這種情況下是螺旋彈簧的偏壓機構(gòu)32擠壓凸緣340，保持活塞34nc處于較低位置。當(dāng)處于被致動位置時，加壓流體填充第一腔室48nc，并且第一腔室膨脹，使得隔膜36變形，由此向上推凸緣340，其依次壓縮偏壓元件32，活塞處于升起位置，最佳地如圖2C所示。凸緣部分340具有接觸偏壓元件32的第一表面，和具有第二隔膜表面362的第二表面。在圖2C中的箭頭示出進入入口 28和填充第一腔室48nc的加壓流體的流動。
[0068]還參照圖2A-2C，主活塞34nc設(shè)有在第一腔室48nc內(nèi)延伸的、通過隔膜的中央孔364的部分342。隔膜保持螺母60被螺旋在部分342上，隔膜的中央部分被密封地壓縮在螺母60和主活塞34nc的凸緣340之間。第一圓形墊圈38c被用于確保圍繞隔膜36的中央孔364周圍區(qū)域的和主活塞34nc的螺母60的氣密連接。類似地，隔膜36的外周邊被密封地壓縮在頂部帽和底部帽22nc、24nc之間，并且第二圓形墊圈38b被用于密封該連接。當(dāng)然，可以考慮其他密封和連接元件，只要當(dāng)加壓流體注射到腔室48nc內(nèi)時第一腔室48nc是氣密的。頂部帽和底部帽22nc、24nc在它們的相應(yīng)的側(cè)向壁上設(shè)有螺紋，并且通過螺旋連接在一起。當(dāng)然，也可以考慮通過焊接或銅焊或軟焊將它們接合。
[0069]致動桿42或軸的尺寸和形狀形成為配合在設(shè)置在底部帽內(nèi)的通道240內(nèi)，也稱為帽通道240。致動桿可以在帽通道240內(nèi)滑動。桿42的一部分在底部帽24nc外部延伸。桿42的在底部帽24nc外部延伸的部分可以連接至閥的柱塞，或連接至需要線性運動的任何其他類型的裝置。桿42的另一側(cè)操作地連接至主活塞34nc，以便當(dāng)主活塞34nc在被致動位置和未被致動位置之間運動時在帽通道240內(nèi)滑動。通過操作地連接表示它們可以彼此直接或間接相連。它們還可以彼此形成一體，即是相同部件上的部分。在這種情況下，桿42經(jīng)由螺絲釘57連接或聯(lián)接至主活塞34，主活塞擱置在螺絲釘57的頭部。
[0070]偏壓機構(gòu)32 (在此情況下是螺旋彈簧)偏壓在未被致動位置處的活塞34nc。偏壓元件32配合在設(shè)置在頂部帽22nc內(nèi)的圓形凹陷220內(nèi)。最佳如圖2C所示，當(dāng)加壓流體流過入口 28時，主致動組件25nc的第一腔室48nc膨脹，將活塞從未被致動位置移動至被致動位置。偏壓元件32因此被壓縮，由此允許致動桿42在帽通道240內(nèi)滑動。
[0071]第一腔室48nc通過底部帽24nc限制。當(dāng)?shù)谝磺皇?8nc膨脹時,第二腔室50nc縮小，因為兩個腔室包含在由頂部帽和底部帽22nc、24nc形成的固定的包圍結(jié)構(gòu)內(nèi)。包含在第二腔室50nc內(nèi)的空氣和流體通過設(shè)置在頂部帽22nc中的排氣孔30被排出。為了使第一腔室48nc保持氣密的同時允許致動桿42移動，第二可變形隔膜52b界定第一腔室48nc。第二可變形隔膜52b通過螺絲釘57和桿42密封地保持在其中央孔周圍以及底部帽24nc的凸緣和連接/閉合螺母64之間其外周邊周圍。閉合螺母64可以旋入到底部帽24nc，或使用一組螺絲釘固定至底部帽24nc。類似地，另一較小隔膜52a在將主活塞34nc密封地連接至頂部帽22nc的同時允許活塞34nc移動。
[0072]參照圖3，示出根據(jù)本發(fā)明的致動器的另一實施例。致動器20no包括頂部帽22no和底部帽24no，入口 28設(shè)置在頂部帽22no內(nèi)。此款致動器20no是通常打開的致動器220noo
[0073]參照圖3A、3B和3C，致動器20no包括主入口 28、第一和第二帽22no、24no、主致動組件25no、致動桿42以及偏壓機構(gòu)33。用于接收加壓流體的入口 28設(shè)置在頂部帽22no中；然而，可以將入口 28設(shè)置在其他位置。
[0074]致動器20no包括設(shè)置在頂部和底部中空帽22no、24no之間的主致動組件25no。主致動組件25no包括可變形隔膜36、第一腔室48no、第二腔室50no、主活塞34no和靜態(tài)密封元件38b、38c。
[0075]第一腔室48no通過第一隔膜表面360限制并與主入口 28流體連通。在此款致動器中，如圖2的正常情況下閉合的致動器，第一腔室位于隔膜的頂側(cè)，而不是在底側(cè)。還參照圖3A-3C，第二腔室50no通過第二隔膜表面362限制并與在這種情況下是用于排出氣體的排氣孔的主出口 30流體連通。靜態(tài)密封元件38c和38d被用于確保致動器20no的部件之間的連接是密封的和氣密的，并且有利地，它們在活塞34no從被致動位置移動至未被致動位置時不移動。
[0076]主活塞34no具有可連接至隔膜362的第二表面的活塞表面。在此情況下，活塞表面是，在隔膜36之下，凸緣部件340在第二腔室50no內(nèi)延伸的部分。主活塞34no可以在被致動位置和未被致動位置之間移動。圖3A-3C的致動器是，在未被致動的時候正常地打開的致動器，即，當(dāng)沒有加壓流體通過主入口 28注入時，偏壓機構(gòu)33將凸緣340和保持活塞34no偏壓在升起位置。當(dāng)位于被致動位置時，加壓流體填充到第一腔室48no，使得隔膜36變形，由此向下推動凸緣340，這繼而壓縮偏壓元件33，致動桿42位于較低位置，最佳地如圖3C所示。凸緣部分340具有接觸偏壓元件33的第一表面，和接觸第二隔膜表面362的第二表面。圖3C中的箭頭示出進入槽入口 28并填充第一腔室48no的加壓流體的流動。
[0077]仍然參照圖3A-3C，主活塞34no設(shè)有在第一腔室48no內(nèi)延伸的、通過隔膜36的中央孔364的部分342。隔膜保持螺母60被螺紋連接在該部分342上，隔膜圍繞其中央孔364密封地壓在螺母60和主活塞34no的凸緣340之間。墊圈38c被用于在螺母60和凸緣340之間提供流體密封連接。類似地，隔膜36的外周邊被密封地擠壓在頂部帽和底部帽22no、24no之間，墊圈38d用于密封該連接。當(dāng)然,只要當(dāng)加壓流體被注入腔室48no時第一腔室48no是氣密的，可以考慮其他密封和連接元件。
[0078]致動桿42或軸的尺寸和形狀形成為配合在設(shè)置在底部帽24no中的帽通道240內(nèi)。在致動器的變形體中，桿42從主活塞34no延伸。致動桿42可以在帽通道240內(nèi)滑動。桿42的一部分在底部帽24no外部延伸。通過在底部帽24no外部延伸表示其超出帽24no的底部壁，在腔室的最下部之外。與正常閉合的致動器20no類似，桿42延伸到底部帽24no的外部的部分可以連接至閥的柱塞，或連接至需要線性運動的任何其他類型的裝置。桿42的另一側(cè)直接連接至主活塞34no，因為它延伸自主活塞并且是主活塞34no的組成部分。
[0079]偏壓機構(gòu)33，在這種情況下是波狀彈簧，將活塞34no偏壓在未被致動位置。偏壓元件33配合在設(shè)置在底部帽24no中的圓形凹陷242中。當(dāng)然，可以使用其他類型的偏壓元件。最佳地，如圖3C所示，當(dāng)加壓流體流過入口 28時，主致動組件25no的第一腔室48no膨脹，將活塞34no從未被致動位置移動至被致動位置。偏壓元件33因此被壓縮，由此允許致動桿42在帽通道240內(nèi)滑動。
[0080]第一腔室48no通過頂部帽22no限制。當(dāng)?shù)谝磺皇?8no膨脹時,第二腔室50no縮小，因為兩個腔室被包含在通過使用螺釘222、244彼此螺紋連接的頂部帽和底部帽22no、24no所形成的固定的包圍結(jié)構(gòu)內(nèi)。包含在第二腔室50no內(nèi)的空氣或流體通過設(shè)置在底部帽24no內(nèi)的排氣孔30被排出。
[0081]參照圖4，示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的致動器200nc。致動器的變形體是通常閉合的致動器，并且包括第一帽22nc、兩個致動容倉26nc以及第二帽24nc。在頂部帽22nc和致動容倉26的側(cè)向壁上是容倉出口 31。
[0082]參照圖5A、5B和6，致動器200nc包括設(shè)置在第一和第二帽22nc、24nc之間的兩個可堆疊次級致動組件27。每個可堆疊組件包括致動容倉26nc、中間可變形隔膜37、第一和第二中間腔室48nc、50nc、中間活塞41nc以及靜態(tài)密封元件38a、38b、38c以及38d。當(dāng)然，可以根據(jù)用戶希望施加到致動桿42上的重力將不同數(shù)量的可堆疊組件27插入在頂部帽和底部帽之間。
[0083]參照圖6、9以及10，將更詳細(xì)描述兩個可堆疊組件中的一個的多個部件。另一個組件具有相同的結(jié)構(gòu)并且包括相同的部件。致動容倉26a-nc設(shè)有容倉通道260a (與圖10中相同)，用于允許加壓流體被注入到致動器以通過它。容倉將被與具有第一和第二表面370a、372a的中間可變形隔膜37a結(jié)合使用。
[0084]在例如圖6所示的使用過程中，可堆疊組件27a包括第一中間腔室48a_nc，其通過中間隔膜37a的第一表面370a限制。第一中間腔室48a_nc是氣密的并且與入口 28流體連通。同樣，容倉入口 29a與主入口 28流體連通。替換地，還可以考慮設(shè)置具有其自身的中間容倉入口的第一中間腔室，例如設(shè)置在致動容倉的側(cè)壁內(nèi)。組件27a還包括通過中間隔膜37a的第二表面372a限制的第二中間腔室50a_nc。第二中間腔室50a_nc與容倉出口31流體連通，用于排出包含在第二腔室內(nèi)的流體。
[0085]還參照圖6、9以及10,組件27a包括在被致動位置和未被致動位置之間是可移動的中間活塞41a。中間活塞41a包括活塞表面，其是在第二腔室50a_nc內(nèi)延伸的410a的一部分。活塞表面操作地連接至隔膜的表面，朝向隔膜的中央。中間活塞41a配合在容倉通道260a中，并且與主活塞34nc操作地協(xié)作。通過“操作地協(xié)作”表示中間活塞41a直接或間接地聯(lián)接至主活塞34nc。在這種情況下，中間活塞41a設(shè)有延伸通過它的軸向通道414a。通道414a與主入口 28流體連通，并且與第一中間腔室48a_nc流體連通。中間活塞41a經(jīng)由螺絲釘56a聯(lián)接至主活塞34nc。中間活塞41a連接至螺絲釘56a,螺絲釘56a也具有延伸通過它的軸向通道。螺絲釘56a的該軸向通道與中間活塞41a的通道414a對準(zhǔn)。螺絲釘56a允許用容倉26a圍繞第二中間隔膜53a的中央孔密封地壓縮第二中間隔膜53a。螺絲釘56a的頭部接觸主活塞34nc，并且有利地，設(shè)有十字凹槽，以便于第一腔室48nc內(nèi)的加壓流體的通道。正如理解的，頂部帽22nc的軸向通道和致動器的其他螺絲釘56也設(shè)有這樣的十字凹槽，以允許流體在相應(yīng)的腔室中流動。
[0086]參照圖6，當(dāng)加壓流體流到槽、主入口 28和容倉入口 29a、29b，第一中間腔室膨脹，使得中間隔膜37a變形，并將中間活塞41a從未被致動位置移動至被致動位置，活塞41a在容倉通道260a內(nèi)向上滑動，并幫助偏壓機構(gòu)32壓縮。
[0087]還參照圖6，并參照圖10，中間隔膜37a是圓形的并且設(shè)有中央孔374a。此外，中間活塞41a具有在第一中間腔室48a-nc內(nèi)延伸的第一部分412a，并且具有螺紋連接到它的隔膜保持螺母60a，用于圍繞中間隔膜37a的中央孔370a的周邊將中間隔膜37a密封地壓縮在螺母60a和凸緣部分410a之間。中間隔膜37a還使用靜態(tài)密封元件38b沿其外周邊被密封地壓縮在容倉26a和下可堆疊組件的容倉26b之間。當(dāng)然，在組件27b的情形中，中間隔膜37a的外周邊被壓縮在容倉26b和底部帽24nc之間。
[0088]容倉26a_nc設(shè)有螺紋264，螺紋264設(shè)置在容倉側(cè)向壁上，用于與相鄰帽和/或容倉26nc連接。
[0089]如圖6所示，第一中間腔室48a_nc通過第二中間可變形隔膜53b限制。第二中間隔膜53b將所述第一中間腔室48a-nc與相鄰一個腔室界定開，并且其允許中間活塞41a移動同時保持第一中間腔室48a-nc氣密。類似地，第二中間腔室50a_nc通過第二中間隔膜53a界定。
[0090]參照圖4-10，隔膜36、37、52、53每一個優(yōu)選由具有波紋的薄盤形板形成，以便允許致動氣體的循環(huán)，但是更重要的是為它提供充分的彈性和可變形方面的性能。隔膜可以由聚合物、彈性體、橡膠或金屬，或由這些元素的組合形成。其可以被填充或不可以被填充。如前面解釋的，波紋管可以用作隔膜。在如圖所示的情形中，每個隔膜在其中央設(shè)有孔，用于接收活塞34、37中的一個或螺絲釘56中的一個。隔膜的相應(yīng)的內(nèi)輪緣粘附或吸附在活塞34、41和螺絲釘56和/或螺母54、60之間。
[0091]金屬墊圈38允許更好的密封并避免螺母54、60的旋轉(zhuǎn)力被傳遞至隔膜36、37、52、53。
[0092]仍然參照圖4-10，頂部帽22nc、底部帽24nc以及每一個致動容倉26a、26b具有圓柱形形狀并且每一個設(shè)有圓形側(cè)壁。各個側(cè)壁設(shè)有用于螺紋連接相鄰一個底部帽、頂部帽、以及致動容倉的側(cè)壁的螺紋的螺紋。當(dāng)然，代替地，也可以考慮，銅焊至相鄰容倉。[0093]兩個致動容倉26a、26b每一個具有界定第一和第二部分的徑向壁。如圖10所示，對于容倉26a-nc，徑向壁262a設(shè)有軸向通道260a。容倉26b_nc具有相同的配置。對于每個容倉26，底部部分和頂部部分的任一個的側(cè)壁包括一個出口，例如排氣孔，用于排出流體。
[0094]仍然參照圖6，在致動器200nc的底部部分，帽通道240容納螺絲釘57和用連接和閉合螺母64保持在合適位置的隔膜52b。螺絲釘57連接至致動桿42，致動桿42可連接至柱塞或通過致動器向上和向下移動的輔助閥機構(gòu)。底部帽24具有較窄部，較窄部設(shè)有內(nèi)螺紋62，內(nèi)螺紋62設(shè)計用于允許連接至另一系統(tǒng)，例如用在原子層沉積中的隔膜閥。
[0095]圖7和8分別是圖6的剖視圖的俯視和仰視透視圖。它們允許更清楚看到致動機構(gòu)200nc的不同元件之間的連接以及隔膜36如何限定第一和第二腔室48nc、50nc。最佳地如圖7所示，第二腔室50nc作為初始容積，其在致動流體被注入在此正常閉合的機構(gòu)200nc時減小，如下文說明的。該第二腔室50nc通過隔膜36的頂表面362、頂部帽22nc的內(nèi)表面、活塞34和螺母的外表面、以及第二隔膜52的底表面限定。
[0096]第一腔室48nc最佳地如圖8所示。第一腔室48nc通過隔膜36的底表面360、容倉26a的內(nèi)壁、螺母60的側(cè)向表面、以及第二隔膜53a的頂表面限定。當(dāng)在致動機構(gòu)200nc內(nèi)注入致動氣體時腔室48容積增大。當(dāng)使用若干個致動容倉26時，每個容倉的第一腔室通過沿致動器的中心軸線通過的流體連通通道70彼此連通。
[0097]將參照圖11說明致動機構(gòu)200nc的操作。加壓流體通過頂部帽22nc的主入口28被注入致動器，并且沿著箭頭72指示的路徑。因為在螺絲釘56的頭部和入口 28之間存在小的間隙，因此一些加壓氣體在隔膜52a的頂表面之上流動。加壓氣體的大部分將在螺絲釘56的軸向通道66內(nèi)流動，并且隨后在主活塞34的通道66內(nèi)流動。螺絲釘56和活塞34的上部之間的連接是氣密的，加壓氣體將被驅(qū)使以在位于限定在活塞34的最下面表面和螺絲釘56a的最上面表面之間的縫隙中的活塞34的第一部分的開口處排出。
[0098]得益于形成在螺絲釘56a的上表面的十字形溝槽，加壓氣體將被直接引導(dǎo)朝向第一腔室48nc。第一腔室48nc是氣密的，得益于位于頂部帽22nc和容倉26a之間的墊圈38b，加壓氣體將膨脹第一腔室48nc，驅(qū)使隔膜36變形，這繼而將推動活塞34的底面?；钊?4隨后將向上移動并且其與偏壓元件32接觸的頂面將它從伸展位置壓縮到被壓縮位置。當(dāng)使用若干個致動容倉26時，加壓氣體將在螺絲釘56a和中間活塞41a和41b的整個軸向通道66延續(xù)其路線，填充隨后的第一腔室48a-nc和48b_nc。
[0099]正如上文所述，加壓氣體將在中間活塞41a的底表面之下、螺絲釘56b的頂表面之上流出，并且將被驅(qū)使進入位于隔膜37a之下的第一腔室48a-nc。第一腔室48a_nc的體積將增大，使得隔膜37a變形。第二腔室50a_nc的體積將減小，空氣流出排氣孔30a。隔膜37a的變形將引起中間活塞41a向上移動，進一步幫助在偏壓元件32上的壓縮。在致動容倉26b中也發(fā)生相同的現(xiàn)象，進一步增大施加在偏壓元件32上的力。
[0100]因此，可以認(rèn)識到，使用若干個可堆疊次級致動組件允許在使用相同的致動壓力的同時在偏壓元件32上施加較大的重力。螺絲釘56、56a、56b和57、活塞34和中間活塞41a和41b全部設(shè)有軸向孔或通道，它們形成從入口 28向下至位于中間活塞41b和螺絲釘57之間的最后的開口的連通通道72。螺絲釘57不設(shè)置孔。最下面的螺絲釘57連接至軸42，在加壓氣體作用下在致動器200nc內(nèi)發(fā)生的整體向上的運動將引起軸42從其(正常閉合的)未被致動位置移動至被致動位置，在這種情況下，是從向下位置至向上位置?；钊?1b可以直接連接至螺絲釘57，例如使用螺紋連接或通過將元件41b和57焊接在一起，或替換地，彈簧可以位于桿42之下，例如如圖23B所示，驅(qū)使活塞41b和螺絲釘57之間的接觸。第二隔膜52a、52b和53a、53b不僅幫助限定腔室，而且它們允許致動機構(gòu)在致動器200nc內(nèi)部向上和向下移動，這得益于它們的容積的收縮和變形。當(dāng)軸42向上移動時，每個隔膜52a、52b和53a、53b的外周邊保持在連接螺母和帽或容倉的壁之間，并且它們的多個部分跟隨活塞34、41a、41b的垂直運動而上下移動。隔膜的溝槽便于它們的變形。
[0101]現(xiàn)在參照圖12，示出本發(fā)明的致動器的另一款形式。此款致動器是通常打開的致動器200no，并且包括頂部帽22no、兩個致動容倉26a-no、26a_no以及底部帽24no。
[0102]現(xiàn)在參照圖13A和13B，示出通常打開的致動器200no的不同元件或部件。它們大多數(shù)部件與正常閉合機構(gòu)的那些部件類似，主要不同之一在于，偏壓元件33設(shè)置在底部帽24no內(nèi)而不是頂部帽內(nèi)，并且優(yōu)選包括貝爾維爾墊圈(Belleville washer)或波紋彈簧，而不是一個或多個壓縮彈簧?；钊?4也與軸42 —體地形成，波紋彈簧33的偏壓動作壓靠活塞34的凸緣部分340 (最佳地如圖14所示)，因此將軸42保持在正常打開的未被致動位置。
[0103]參照圖14-16，這兩個剖視圖可以使得更好地看到致動器200no的不同部件之間的連接，其包括主致動組件25和兩個可堆疊次級致動組件27a、27b。主要地，頂部帽22no設(shè)有用于接收加壓致動氣體的入口 28。該入口 28連接至設(shè)置在中間活塞41a中的中央孔，或軸向通道66，后者連接至也設(shè)有軸向通道的螺絲釘56a。
[0104]設(shè)置在頂部帽22no和容倉26a內(nèi)部的是中間可變形隔膜37a。中間隔膜37a設(shè)有溝槽并且具有中央孔用于接收中間活塞41a的第一部分412a (與圖14 一致)。隔膜37a夾在螺母60a和中間活塞41a的凸緣部分410之間。該連接得益于墊圈38c是氣密的。在隔膜37a的外周邊，存在另一墊圈38b用于提供隔膜37a與頂部帽22no及容倉26a的氣密連接。墊圈也是防轉(zhuǎn)動裝置，其防止隔膜在被夾著的時候轉(zhuǎn)動。
[0105]最佳地如圖15所示，隔膜37a與容倉26a—起限定第二腔室50a_no，第二腔室50a-no在加壓氣體被注入致動器200no時體積可以減小。在加壓氣體作用下當(dāng)隔膜37a被變形時，存在于第二腔室50a-no內(nèi)的空氣可以通過排氣孔30a排出。第一腔室48a_no被限定在隔膜37a的上表面和頂部帽22no的內(nèi)壁之間。圖16是圖15的致動器的另一透視圖，其允許更好地看到致動器200no的不同部件的相互關(guān)系。容倉26b-no具有與容倉26a_no類似的配置。
[0106]回到圖14，較小的隔膜52a設(shè)置在第一容倉26a內(nèi)，并夾在螺絲釘56a和位于其中央的中間活塞41a的下部之間。其外周邊夾在容倉26a和螺母54a之間并且該連接是氣密的，得益于使用墊圈38a。在容倉26b-no中還存在類似的部件和例如使用隔膜53b的連接。偏壓元件33設(shè)置在下部的帽24no的圓形凹陷242內(nèi)。如前面所述，通過波紋彈簧嵌入偏壓元件33，波紋彈簧壓靠活塞34的底面，在未被致動的、被偏壓的位置(或打開位置)驅(qū)使軸42向上。正如通常閉合的致動機構(gòu)200nc、正常打開的機構(gòu)200no所述的，底部帽24no在變窄部分終止，并設(shè)有內(nèi)螺紋62，由此允許致動器200no連接至另一系統(tǒng)。軸42因此可以連接至該系統(tǒng)的柱塞，以便閉合或打開閥。
[0107]圖17和18示出用于通常打開的致動器200no的兩個可堆疊次級致動組件之一的不同部件。螺絲釘56a和中間活塞41a設(shè)有軸向通道66以允許致動氣體的流通。第一中間腔室48a-no通過中間隔膜37a的第一表面370a限制。在使用時，第一中間腔室48a_no是氣密的且與致動器的設(shè)置在頂部帽22no中的主入口 28或容倉入口中的一個流體連通。在使用時，第二中間腔室50a-no (在圖15中示出)通過中間隔膜37a的第二表面372a形成并限制。容倉26-no是為了與第二隔膜53a、螺絲釘56a、螺母54a和60a、中間隔膜37a和中間活塞41a以及與墊圈38b和38c —起使用。
[0108]現(xiàn)在參照圖19，將說明通常打開的致動器200no的操作。加壓氣體流入沿路徑72的入口 28，并且氣體將流過中間柱塞41a的第一部分410a的頂表面朝向第一腔室45a_no，得益于墊圈38c、38b，該腔室是氣密的。腔室48a-no的體積將增大，由此使得隔膜37a向下變形，由此繼而引起中間柱塞41a的向下移動。包含在第二腔室50a-no內(nèi)的氣體將被推到致動器200no的外部，通過排氣孔30a排出。加壓氣體將繼續(xù)其路線，通過螺絲釘56a的內(nèi)中央孔66，在螺絲釘56a的頭部的溝槽和中間柱塞41b的最上面的表面排出。再次，加壓氣體將填充第一腔室48b-no，引起隔膜37b的變形，繼而向下推中間柱塞41b。包含在第二腔室50b-no內(nèi)的空氣將通過排氣孔30b被推到外部。在致動器200no的第三階段，加壓氣體將通過螺絲釘56b頭部的溝槽和活塞34的最上表面，由此填充第一腔室48no?；钊?4的接觸偏壓元件33的底面將壓縮偏壓元件33，將軸42從(通常打開的)未被致動位置向下驅(qū)動到被致動位置。
[0109]現(xiàn)在參照圖20至22，示出本發(fā)明的致動器的另一實施例。致動器200nc的部件的大部分與圖6的致動器的部件類似。然而，在致動器的變形形式中，對于可堆疊次級致動組件中的每一個，中間活塞410a的凸緣部分4100a和主活塞34的凸緣具有大致相同的直徑。換句話說，中間活塞410相對于圖6示出的那款具有較大的直徑，并且它們各自的直徑基本上等于活塞34的凸緣部分的直徑。當(dāng)?shù)谝磺皇冶惶畛浼訅簹怏w時，中間活塞410的凸緣部分設(shè)置較大的直徑允許分布由隔膜37a施加在中間活塞410上的壓力。該實施例還包括防護盤74，允許保護可堆疊組件的隔膜37a，例如用于包裹目的。事實上，因為容倉26可以被單獨地包裝并銷售，因此防護盤74允許保護在沒有使用時將被暴露的中間隔膜37。防護盤還可以設(shè)置用于頂部帽和/或底部帽22、24。當(dāng)在致動器內(nèi)使用時，盤74限制對應(yīng)的組件的第一腔室。當(dāng)然，通常打開的致動器200no還可以包括可堆疊次級致動組件，其中中間活塞的凸緣較大，與主活塞類似。可堆疊組件還可以包括防護盤，與圖19-20中示出的那個類似。
[0110]參照圖23、23A以及23B，示出根據(jù)本發(fā)明的致動器的另一實施例。該致動器20dv包括設(shè)置在第一和第二帽22dv、24dv之間的單個可堆疊次級致動容倉26dv，并且包括用于致動第二柱塞的第二致動桿44，以及致動桿42。在這種情況下，主入口 28dv設(shè)置在可堆疊容倉中，而不是在其中一個帽內(nèi)，與前面描述的致動器的其他實施例不同。第一帽22dv和第二帽24dv分別設(shè)有帽通道241、240 (與圖23A和B中一致)。第二致動桿44可滑動地配合在第二帽通道241內(nèi)，第二桿44的一部分在第二帽22dv外部延伸。當(dāng)主活塞34在被致動位置和未被致動位置之間移動時第二致動桿44在帽通道241內(nèi)滑動。在這種情況下，第二致動桿44可以連接至主活塞34或一體地形成為主活塞34的一部分。也可以考慮設(shè)置雙桿致動器，其中兩個桿沿相反方向移動。在這種情況下，流體密封板被放置跨過致動器，因此形成雙致動器。[0111]參照圖23B，當(dāng)致動器20dv未被致動時，偏壓元件32壓住主活塞34和中間活塞410，將它們保持在它們的未被致動位置。在這種情況下，偏壓元件32向下推主活塞34和中間活塞410，致動桿44朝向第一帽22dv被縮回。
[0112]為了致動致動器，加壓流體流過與容倉入口 29流體連通的主入口 28。加壓流體填充第一腔室48dv和第一中間腔室48a-dv，由此使得隔膜36、37變形，這將轉(zhuǎn)而移動主活塞34和中間活塞410。在這種情況下，主活塞34和中間活塞410向上移動，壓縮偏壓元件
32。因為主活塞34向上移動，并且第二致動桿44連接到它，因此致動桿44將向上移動，如圖中右側(cè)上最上面箭頭所不。
[0113]通過壓縮偏壓元件32，將從致動桿42去除壓力，由此允許其從較低的位置移動至升高的位置。優(yōu)選地，偏壓元件35，在該情形中是波紋彈簧，還幫助致動桿42從被致動位置移動至未被致動位置，并且在這種情況下，從較低位置移動至升高位置，偏壓元件32具有比偏壓元件35大的偏壓力。當(dāng)?shù)谝磺皇?8dv、48a-dv膨脹，第二腔室50dv、50a-dv膨脹并且流體從主出口 30和容倉出口 31被排出。
[0114]當(dāng)然，可以通過修改或調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏壓元件32、35的偏壓力和通過控制通過主入口 28dv注入的流體的壓力，控制致動桿42、44的移動。
[0115]還可以考慮，取出偏壓彈簧32并用可控制加壓流體源替換，該可控制加壓流體源將在致動器處于未被致動位置時實現(xiàn)與偏壓元件32相同的任務(wù)，其幫助驅(qū)使主活塞34處于未被致動位置(例如向下)。當(dāng)被致動時，可控制源壓低帽22dv的中空部分，產(chǎn)生真空，其將加速第二腔室48dv的收縮。類似地，為了增大致動器的致動速度，可以考慮將可堆疊次級致動容倉的出口 31連接至真空源。
[0116]同樣，本發(fā)明的致動器的偏壓機構(gòu)可以是可控制加壓流體源，用于將主活塞34偏壓在其未被致動位置中。
[0117]圖24和24A示出雙作用致動器，其尤其有利于用在高溫應(yīng)用中。事實上，極端溫度會導(dǎo)致偏壓元件失效。雙作用致動器使用致動壓力向上或向下移動軸。在致動器的變形形式中，沒有排氣孔，并且出口連接至致動線路。一個致動線路用于加壓隔膜的一側(cè)，同時另一個用于沖回以前的致動氣體。
[0118]現(xiàn)在參照圖24和24A，致動器20da與加壓流體源80和真空源82組合示出。在這種情況下，使用兩個致動源，并且真空源被用作偏壓機構(gòu)。加壓流體源80與主入口 28和可堆疊次級致動組件27的容倉入口 29流體連通。類似地，真空源82與主入口 30和容倉出口 31流體連通。
[0119]致動器的變形形式的另一個有利之處在于，通過用真空源82加壓第二腔室50da和50a_da，致動器可以被更迅速地致動，因此提高了致動器的致動速度，或者換句話說，提高了致動器的響應(yīng)時間。
[0120]當(dāng)然，也可以考慮通過僅將出口 30、31連接至真空源82的方式致動致動器，例如從第二腔室50da、50a_da抽取流體，并且不驅(qū)使致動器入口的流體。
[0121]降壓致動器的第二腔室50da和50a_da具有與加壓第一腔室48da相同的效果。當(dāng)然，通過驅(qū)使流體通過致動器的主入口 28和通過從主出口 30和/或容倉出口 31回收流體，可以同時使用兩個致動源。
[0122]如圖24B所示，還可以考慮驅(qū)使加壓流體通過端口 30、31和/或從主端口 28抽取流體，因此在連接至加壓流體源時轉(zhuǎn)換致動桿42的運動。使用連接至致動器的入口和/或出口的可控制加壓流體源允許控制致動桿42的位移方向和速度。
[0123]現(xiàn)在參照圖25，致動器20ip與電流至壓力轉(zhuǎn)換器84結(jié)合使用。通過進入電流至壓力轉(zhuǎn)換器84的電流輸入信號控制至致動器的流體源。同樣，根據(jù)進入電流至壓力轉(zhuǎn)換器84的電流輸入信號可以精確地控制并調(diào)節(jié)致動桿42的位置。源可以用于將流體推入到致動器的一個或兩個入口中。致動器位置反饋也可以被添加以提供在工業(yè)和過程控制領(lǐng)域中普遍使用的完全的閥定位器。
[0124]本發(fā)明的致動器可以用作“彈簧返回失效安全位置線性致動器”，可以與例如圖26中示出的電流至壓力(I至P)轉(zhuǎn)換器一起使用。致動壓力可以逐步地增大(或降低)，以便平滑地壓縮(或下壓)偏壓元件，允許致動軸的位置的精確調(diào)節(jié)。當(dāng)被正確地校準(zhǔn)時，與“I至P”轉(zhuǎn)換器聯(lián)接的致動器的變形形式變成線性致動器。
[0125]也可以考慮提供每個具有其自身容倉入口的容倉，用于在致動機構(gòu)的每個階段增大致動速度和/或減少氣體。
[0126]最后，參考圖26，致動器26b包括可堆疊次級容倉組件，其包括容倉偏壓元件39，用于偏壓位于未被致動位置的相應(yīng)的組件270的中間活塞41。有利地，容倉偏壓元件允許進一步控制施加到位于其未被致動位置的致動軸的重力。
[0127]可以認(rèn)識到的是，本發(fā)明的致動機構(gòu)消除了密封元件與容倉的內(nèi)壁的摩擦，并減小了移動部件的數(shù)量，因而尤其有利于用在高溫或低溫應(yīng)用中。在本致動機構(gòu)中的密封元件是靜態(tài)的，并且隔膜的移動或變形啟動活塞的移動和致動桿或軸的移動。
[0128]此外，設(shè)置可堆疊致動容倉使得通過對流體使用相同的致動壓力以實現(xiàn)增大施加至致動桿的扭矩或重力。可以根據(jù)不同類型的應(yīng)用通過增加或去除可堆疊次級致動容倉和/或容倉偏壓元件定制本發(fā)明的致動器。
[0129]有利地，致動器的相同部件可以用于大量種類的應(yīng)用，減少了用于制造和現(xiàn)貨保存的不同部件的數(shù)量。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于其便于致動器的維護，相同部件可以從一個致動容倉應(yīng)用到另一個。還一優(yōu)點在于，延長機構(gòu)的有效壽命，以及延長維護保養(yǎng)之間的時間間隔，因為移動部件之間的摩擦減小(如果沒有消除的話)，這得益于靜態(tài)密封元件。
[0130]本發(fā)明還涉及用于安裝上述致動器的套件。該套件包括至少頂部帽和底部帽、包括可變形隔膜和主活塞的主致動組件、致動桿或軸、以及偏壓元件。該套件還可以包括不同的連接和密封部件，例如螺母、螺絲釘以及墊圈，如上所示。
[0131]當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對上述實施例作出多種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于致動柱塞的致動器，所述致動器包括: 主入口和主出口； 彼此面對的中空的第一和第二帽，第二帽設(shè)有延伸通過它的帽通道；主致動組件，設(shè)置在中空的第一和第二帽之間，所述主致動組件包括: -具有相對的第一和第二隔膜表面的可變形隔膜； -通過第一隔膜表面限制的第一腔室，所述第一腔室與所述主入口流體連通； -通過第二隔膜表面限制的第二腔室，所述第二腔室與所述主出口流體連通； -靜態(tài)密封元件，用于流體地密封所述第一腔室和第二腔室； -主活塞，能夠在被致動位置和未被致動位置之間移動，主活塞包括能夠操作地連接至第二隔膜表面的活塞表面，以及 致動桿，能夠滑動地配合在所述帽通道內(nèi)，所述桿的一部分延伸到第二帽的外部，桿的所述部分能夠連接至柱塞，當(dāng)主活塞在被致動位置和未被致動位置之間移動時所述致動桿與主活塞協(xié)作以在帽通道內(nèi)滑動；和 偏壓機構(gòu)，偏壓在未被致動位置中的活塞； 其中，當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過主入口和從主出口被抽取中的至少一種時,主致動組件的第一腔室膨脹，將主活塞從未被致動位置移動至被致動位置，致動桿因而在帽通道內(nèi)滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，還包括設(shè)置在第一和第二帽之間的至少一個可堆疊次級致動組件，每個組件包括:` 容倉入口和容倉出口； 致動容倉，設(shè)有容倉通道； 中間可變形隔膜，具有相對的第一和第二表面； 通過中間隔膜的所述第一表面限制的第一中間腔室，所述第一中間腔室與所述容倉入口流體連通； 通過中間隔膜的所述第二表面限制的第二中間腔室，所述第二中間腔室與所述容倉出口流體連通； 容倉靜態(tài)密封元件，用于流體地密封所述第一和第二中間腔室； 中間活塞，能夠在被致動位置和未被致動位置之間移動并包括操作地連接至中間隔膜的第二表面的活塞表面，中間活塞可滑動地配合在容倉通道內(nèi)，所述中間活塞與主活塞操作地協(xié)作； 其中，當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過容倉入口或從容倉出口被抽取中的至少一種時，第一中間腔室膨脹，將中間活塞從未被致動位置移動至被致動位置，幫助致動桿在帽通道內(nèi)滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中，第一和第二帽是圓柱形并且主入口是在頂部帽內(nèi)軸向延伸的通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中: 第二帽設(shè)有圓形凹陷，偏壓機構(gòu)配合在所述圓形凹陷內(nèi)； 主出口是設(shè)置在第二帽中的排氣孔； 第一腔室通過第一帽限制； 所述致動器是通常打開的致動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中: 第一帽設(shè)有圓形凹陷，該偏壓機構(gòu)配合在圓形凹陷中； 主出口是設(shè)置在第一帽中的排氣孔； 第一腔室通過第二帽限制； 致動器是通常閉合的致動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的致動器，包括第二可變形隔膜，所述第二隔膜界定所述第一腔室，所述第二可變形隔膜使用時在保持第一腔室流體密封的同時允許主活塞移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述靜態(tài)密封元件包括銅焊接頭、聚合物墊圈以及金屬墊圈中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中主活塞包括凸緣部分，所述凸緣部分包括: 操作地連接至中間隔膜的第二表面的所述活塞表面；和 與偏壓機構(gòu)接觸的第二活塞表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中: 可變形隔膜是圓形的并且設(shè)有中央孔，所述隔膜具有內(nèi)周邊和外周邊； 主活塞設(shè)有通過所述中央孔并且在第一腔室內(nèi)延伸的部分，所述部分具有螺紋連接其上的隔膜保持螺母； 靜態(tài)密封元件包括第一和第二圓形墊圈，用于分別提供隔膜的外周邊和主活塞的所述部分的流體密封連接以及隔膜的外周邊與第一和第二帽之一的流體密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，其中對于所述至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個: 中間隔膜是圓形并且設(shè)有中央孔，所述中間隔膜具有內(nèi)周邊和外周邊； 中間活塞設(shè)有通過中間隔膜的所述中央孔的第一部分，所述第一部分在第一中間腔室中延伸，所述第一部分具有螺紋連接其上的中間隔膜保持螺母； 靜態(tài)密封元件包括第一和第二中間圓形墊圈，用于分別提供中間隔膜的內(nèi)周邊與中間活塞的所述第一部分的流體密封連接，以及中間隔膜的外周邊與所述組件的容倉和第一帽、第二帽與相鄰組件的容倉之一的流體密封連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，第一中間腔室通過第二中間可變形隔膜限制；所述第二隔膜將所述第一中間腔室與相鄰一個腔室界定開，所述第二中間隔膜在保持第一中間腔室流體密封的同時允許中間活塞的運動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，該容倉入口與主入口流體連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，所述中間活塞設(shè)有延伸通過它的軸向通道，所述軸向通道將主入口與所述組件的第一中間腔室流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的致動器，至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個包括螺絲釘和第二隔膜保持螺母，所述螺絲釘具有延伸通過它的軸向通道，并且其中，對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個: 第二中間可變形隔膜是圓形并且設(shè)有中央孔、內(nèi)周邊和外周邊:中間活塞連接至所述螺絲釘，所述螺絲釘?shù)妮S向通道與中間活塞的軸向通道對準(zhǔn)，所述螺絲釘將第二中間隔膜的內(nèi)周邊密封地連接至中間活塞； 容倉通道具有圍繞它密封地螺紋連接的所述第二隔膜保持螺母，所述保持螺母將第二中間隔膜的外周邊密封地保持至所述致動容倉。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，螺絲釘為與相鄰致動容倉的中間活塞接觸或與主活塞接觸的螺絲釘頭部，所述螺絲釘頭部設(shè)有十字溝槽用于便于流體流入相應(yīng)的第一腔室中。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，其中: 第一帽、第二帽以及每一個致動容倉具有圓柱形形狀并且每一個設(shè)有圓形側(cè)壁； 所述側(cè)壁分別設(shè)有螺紋，所述螺紋用于接合所述第一帽、第二帽和致動容倉中相鄰的一個的側(cè)壁的螺紋。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，致動容倉具有界定頂部部分和底部部分的徑向壁，所述徑向壁設(shè)有容倉通道，該底部部分和頂部部分中的一個的側(cè)壁包括容倉出口。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，所述至少一個可堆疊次級容倉組件中的每一個還包括容倉偏壓元件，用于偏壓在未被致動位置處的相應(yīng)組件的中間活塞。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，其中對于至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個，保護盤限制第一中間腔室，用于保護隔膜。
20.一種用于安裝如權(quán)利要求1所述的致動器的套件，所述套件包括: 所述中空的第一和第二帽；` 所述主致動組件，包括: 所述可變形隔膜； 所述主活塞；和 所述靜態(tài)密封元件； 所述致動桿，可連接至主活塞；和 所述偏壓機構(gòu)。
21.一種用于在根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器中使用的可堆疊次級致動組件，所述致動器包括: 所述中空的第一和第二帽； 所述主致動組件，包括: 所述可變形隔膜； 所述主活塞；和 所述靜態(tài)密封元件； 所述致動桿； 所述可堆疊次級致動機構(gòu)用在第一和第二帽之間，并且包括: 致動容倉，設(shè)有側(cè)壁和橫向壁，所述橫向壁界定第一和第二部分，所述橫向壁設(shè)有容倉通道，并且所述側(cè)壁設(shè)有容倉出口 ； 第一和第二中間可變形隔膜，每個具有外周邊，所述第一和第二中間隔膜的尺寸和形狀形成為配合在所述致動容倉內(nèi)；和中間活塞，具有能夠操作地連接所述第一中間可變形隔膜的活塞表面和用于與主活塞操作地協(xié)作的桿；和 靜態(tài)容倉密封元件，用于: 用致動容倉的側(cè)壁流體密封第一中間隔膜的外周邊； 用中間活塞流體密封第一中間隔膜的內(nèi)周邊； 用容倉通道流體密封第二中間隔膜的外周邊；和 用中間活塞流體密封第二中間隔膜的內(nèi)周邊。
22.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，用于致動第二柱塞，所述致動器還包括: 第二致動桿； 其中: 第一帽設(shè)有 延伸通過其的第二帽通道， 第二致動桿可滑動地配合在所述第二帽通道中，第二致動桿的一部分延伸到第二帽的外部并且能夠連接至第二柱塞，當(dāng)主活塞在被致動位置和未被致動位置之間移動時該第二致動桿在帽通道內(nèi)滑動； 對于至少一個可堆疊致動組件中的每一個，容倉入口與所述主入口流體連通， 并且，當(dāng)加壓流體被驅(qū)使通過容倉入口或從容倉出口被抽取中的至少一種時，第一腔室膨脹，第二致動桿與主活塞一起從未被致動位置移動至被致動位置，兩個致動桿由此在它們相應(yīng)的帽通道內(nèi)滑動。
23.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器，與加壓流體源和真空源結(jié)合，其中: 加壓流體源與所述至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個的主入口和容倉入口流體連通；和 真空源與所示至少一個可堆疊次級致動組件中的每一個的主出口和容倉出口流體連通。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的致動器，與電流至壓力轉(zhuǎn)換器結(jié)合，并且其中加壓流體源和真空源由所述電流至壓力轉(zhuǎn)換器控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中偏壓機構(gòu)是可控制加壓流體源。
【文檔編號】F15B11/10GK103765017SQ201280035114
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月15日
【發(fā)明者】伊夫·加馬什 申請人:機械解析有限公司