RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL ( 2 1) Numer zgłoszenia: 315590 (22) Data zgłoszenia: 06.08.1996 (11) 180632 (13) B1 ( 5 1) IntCl7: F15B 15/10 F16J 3/06 (54) Układ połączeń siłownika pneumatycznego, membranowego, wielosprężynowego i siłownik pneumatyczny, membranowy, wielosprężynowy (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.02.1998 BUP 04/98 ( 7 3 ) Uprawniony z patentu: Zakłady Automatyki "POLNA" S.A., Przemyśl, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.03.2001 WUP 03/01 (72) Twórcy wynalazku: Stanisław Jamroz, Przemyśl, PL Roman Rymsza, Przemyśl, PL PL 180632 B1 (57)1. Układ połączeń siłownika pneumatycz nego membranowego wielosprężynowego, znamienny tym, że zawiera przyłączeniowe gniazdo wysokiego ciśnienia (a) i przyłączeniowe gniazdo niskiego ciśnienia (d) umieszczone w siłowniku, a impuls wysokiego ciśnienia doprowadzany jest z ustawnika pozycyjnego do przyłączeniowego gniazda wysokiego ciśnienia (a), które to gniazdo połączone jest z komorą ciśnieniową (c, g) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu wysokiego ciśnienia (b, h), a powietrze o niskim ciśnieniu doprowadzane jest do przyłączeniowego gniazda niskiego ciśnienia (d), które to gniazdo połączone jest z komorą bezciśnieniową (f, i) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia (e, j, k). Fig. 3
Układ połączeń siłownika pneumatycznego membranowego wielosprężynowego i siłownik pneumatyczny membranowy wielosprężynowy. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ połączeń siłownika pneumatycznego membranowego wielosprężynowego, znamienny tym, że zawiera przyłączeniowe gniazdo wysokiego ciśnienia (a) i przyłączeniowe gniazdo niskiego ciśnienia (d) umieszczone w siłowniku, a impuls wysokiego ciśnienia doprowadzany jest z ustawnika pozycyjnego do przyłączeniowego gniazda wysokiego ciśnienia (a), które to gniazdo połączone jest z komorą ciśnieniową (c, g) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu wysokiego ciśnienia (b, h), a powietrze o niskim ciśnieniu doprowadzane jest do przyłączeniowego gniazda niskiego ciśnienia (d), które to gniazdo połączone jest z komorą bezciśnieniową (f, i) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia (e, j, k). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do gniazda niskiego ciśnienia (d), doprowadzane jest powietrze tracone w ustawniku pozycyjnym. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wnętrze komory bezciśnieniowej (f, i) połączone jest z atmosferą poprzez korek odpowietrzający (33). 4. Siłownik pneumatyczny membranowy wielosprężynowy posiadający obudowę w postaci szczelnej komory, w której na sprężynach symetrycznie rozmieszczonych spoczywa zespół membrany zawierający membranę, płytę membrany oraz trzpień przy czym membrana i płyta membrany umieszczone są między podzielonym na dwie części zestawem podkładek dystansowych, znamienny tym, że na wsporniku (1) przytwierdzonym do pierwszej obudowy (2) są rozmieszczone przyłączeniowe gniazda (17, 18), z których jedno jest połączone z pierwszą komorą (7) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu (23, 24) pierwszej komory, który to przewód zawiera wydrążenie (19, 20) wykonane we wsporniku (1, 36) oraz otwór (22), który to otwór jest wykonany w pierwszej obudowie (2) i przylega do tego wydrążenia a drugie przyłączeniowe gniazdo jest połączone z drugą komorą (8) za pośrednictwem wewnętrznego przewodu (31, 35, 41) drugiej komory, który to przewód z kolei zawiera kanał (24, 25, 37) wykonany we wsporniku (1, 36) oraz wybranie (26, 38) utworzone w obrębie prowadnicy (27, 40) trzpienia (11, 39), które to wybranie obejmuje wylot kanału (30) wykonanego wzdłuż trzpienia (11, 39) i mającego połączenie z drugą komorą (8). 5. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że przyłączeniowe gniazda (17, 18) są do siebie równoległe i rozmieszczone na wspólnej płaszczyźnie bocznej mocującej powierzchni (16) wspornika (1, 36). 6. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że we wsporniku (1) każde przyłączeniowe gniazdo (17, 18) połączone jest z wydrążeniem (19, 20) i z kanałem (24, 25) a przy tym każde wydrążenie (19, 20) i każdy kanał (24, 25) przystosowane są do zablokowania. 7. Siłownik według zastrz. 4 albo 6, znamienny tym, że kanał (24, 25), do którego przylega przyłączeniowe gniazdo (17, 18) połączone z pierwszą komorą (7), ma osadzony element blokujący (32). 8. Siłownik według zastrz. 4 albo 6, znamienny tym, że wydrążenie (19, 20) do którego przylega przyłączeniowe gniazdo (17, 18) połączone z drugą komorą (8) jest przysłonięte pierwszą obudową (2). 9. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że na drugiej obudowie (6) umieszczony jest korek odpowietrzający (33). 10. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że na pierwszej obudowie (2) umieszczony jest korek odpowietrzający (33).
180 632 3 11. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że korek odpowietrzający (33) umieszczony jest w przyłączeniowym gnieździe (17). 12. Siłownik według zastrz. 4, znamienny tym, że kąt zawarty między wydrążeniami (19) i (20) jest równy kątowi między śrubami (3) mocującymi pierwszą obudowę do wspornika. * * * Przedmiotem wynalazku jest układ połączeń siłownika pneumatycznego membranowego wielosprężynowego i siłownik pneumatyczny membranowy wielosprężynowy. Znane są z polskich opisów patentowych nr 160628 i 164789 siłowniki pneumatyczne membranowe wielosprężynowe, które posiadają obudowę w postaci szczelnej komory, w której na sprężynach, symetrycznie rozmieszczonych, spoczywa zespół membrany zawierający membranę, płytę membrany oraz trzpień. Z obudową siłownika połączony jest wspornik, w którym osadzona jest śruba regulacyjna zaopatrzona w powierzchnię oporową, na której opiera się, w skrajnym położeniu zespół membrany. Znany siłownik charakteryzuje się dodatkowo tym, że osadzone na trzpieniu membrana i płyta membrany umieszczone są między podzielonym na dwie części zestawem podkładek dystansowych. Ponadto w znanych siłownikach pneumatycznych membranowych wielosprężynowych sygnał pneumatyczny doprowadzany jest z ustawnika pozycyjnego lub bezpośrednio ze sterownika do ciśnieniowej komory siłownika za pośrednictwem przewodów impulsowych wykonanych z rurek i łączników rurowych umieszczonych na zewnątrz siłownika, a bezciśnieniowa komora połączona jest z otoczeniem za pomocą odpowietrzającego korka. W rozwiązaniach tych występuje potrzeba dostosowania materiału przewodu impulsowego do warunków środowiska pracy siłownika. Stąd konieczność stosowania rurek wykonanych z różnych materiałów takich jak miedź, stal kwasoodpoma, polietylen. Tak wykonane przewody impulsowe są narażone na uszkodzenia mechaniczne w czasie transportu i eksploatacji. Dodatkowo powietrze dostające się do bezciśnieniowej komory jest zasysane z otoczenia siłownika, w którym często występują czynniki agresywne chemicznie oraz zanieczyszczenia mechaniczne. Prowadzi to do korozji elementów metalowych i obniżenia trwałości elementów gumowych takich jak membrana uszczelnienia. Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyższych niedogodności. Układ połączeń siłownika pneumatycznego wielosprężynowego charakteryzuje się tym, że zawiera przyłączeniowe gniazdo wysokiego ciśnienia i przyłączeniowe gniazdo niskiego ciśnienia umieszczone w siłowniku. Do przyłączeniowego gniazda wysokiego ciśnienia doprowadzany jest z ustawnika pozycyjnego impuls wysokiego ciśnienia. Gniazdo to połączone jest z komorą ciśnieniową, za pośrednictwem wewnętrznego przewodu wysokiego ciśnienia. Do przyłączeniowego gniazda niskiego ciśnienia doprowadzane jest powietrze o niskim ciśnieniu. Z kolei to gniazdo jest połączone z komorą bezciśnieniową, za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia. Powyższy układ połączeń pozwala na całkowitą eliminację zewnętrznych przewodów doprowadzających impulsy pneumatyczne do komór siłownika ze względu na doprowadzanie powietrza sterującego przewodami wykonanymi całkowicie we wnętrzu siłownika. W korzystnym wariancie realizacji układu do gniazda niskiego ciśnienia doprowadzane jest powietrze tracone w ustawniku pozycyjnym. Dalsze korzyści uzyskuje się przez połączenie wnętrza komory bezciśnieniowej z atmosferą poprzez korek odpowietrzający, w wyniku czego powietrze tracone w ustawniku pozycyjnym przepływa przez komorę bezciśnieniową zapewniając jej przemywanie. Siłownik według wynalazku posiada przyłączeniowe gniazda wykonane we wsporniku przytwierdzonym do pierwszej obudowy, z których to gniazd jedno połączone jest z pierwszą komorą za pośrednictwem wewnętrznego przewodu pierwszej komory. Przewód ten zawiera wydrążenie wykonane we wsporniku oraz otwór, który jest wykonany w pierwszej obudowie i który przylega do tego wydrążenia. Drugie przyłączeniowe gniazdo, połączone jest z drugą
4 180 632 komorą za pośrednictwem wewnętrznego przewodu drugiej komory. Wewnętrzny przewód drugiej komory posiada kanał wykonany we wsporniku oraz wybranie utworzone w obrębie prowadnicy trzpienia które to wybranie obejmuje wylot kanału wykonanego wzdłuż trzpienia i mającego połączenie z drugą komorą. Przedmiotowy siłownik przystosowany jest do współpracy z ustawnikiem pozycyjnym umieszczonym bezpośrednio na wsporniku. W takim przypadku zbędne są zewnętrzne przewody impulsowe łączące ustawnik pozycyjny z komorami utworzonymi przez membranę i obie obudowy: pierwszą i drugą, gdyż sygnały pneumatyczne doprowadzane są do tych komór za pośrednictwem przyłączeniowych gniazd, wewnętrznego przewodu pierwszej komory i wewnętrznego przewodu drugiej komory. W siłowniku według wynalazku przyłączeniowe gniazda mogą być do siebie równoległe i rozmieszczone na wspólnej płaszczyźnie bocznej mocującej powierzchni wspornika. Dodatkowe korzyści montażowe uzyskuje się przez wykonanie wspornika, w którym każde przyłączeniowe gniazdo połączone jest z wydrążeniem i z kanałem. Przy tym każde wydrążenie i każdy kanał usytuowany we wsporniku przystosowany jest do zablokowania. Dalsze korzyści uzyskuje się przez osadzenie elementu blokującego w kanale do którego przylega przyłączeniowe gniazdo połączone z pierwszą komorą. Korzystne jest przy tym przysłonięcie pierwszą obudową wydrążenia przylegającego do przyłączeniowego gniazda, które to gniazdo połączone jest z drugą komorą. Powyższe usytuowanie blokad przepływu pozwala na doprowadzenie impulsu pneumatycznego do komory ciśnieniowej z tego samego przyłączeniowego gniazda niezależnie od tego czy siłownik jest działania prostego czy odwróconego. W przypadku gdy siłownik ma działanie odwrócone korzystne jest umieszczenie na drugiej obudowie korka odpowietrzającego, natomiast w siłowniku o działaniu prostym korek odpowietrzający może być umieszczony na pierwszej obudowie. W siłowniku według wynalazku możliwe jest wykorzystanie zjawiska przemywania bezciśnieniowej komory siłownika powietrzem traconym z ustawnika pozycyjnego przez doprowadzenie tego powietrza do przyłączeniowego gniazda. W przypadku siłownika o działaniu prostym powietrze tracone w ustawniku przepływa do bezciśnieniowej komory, którą wówczas jest pierwsza komora, wewnętrznym przewodem pierwszej komory i wypływa na zewnątrz siłownika przez korek odpowietrzający umieszczony w pierwszej obudowie. Natomiast w przypadku siłownika o działaniu odwróconym powietrze tracone w ustawniku napływa poprzez wewnętrzny przewód drugiej komory do bezciśnieniowej komory, którą w tego typu siłowniku jest druga komora, i stąd wypływa na zewnątrz siłownika poprzez korek odpowietrzający umieszczony w drugiej obudowie. Możliwe jest również wykonanie siłownika bez korków odpowietrzających umieszczonych w obudowach. W takim przypadku bezciśnieniowa komora siłownika, połączona jest wewnętrznym przewodem poprzez przyłączeniowe gniazdo z obudową ustawnika pozycyjnego, skąd czerpane jest powietrze tracone w ustawniku. W przypadku, gdy nie wykorzystuje się powietrza traconego w ustawniku do przemywania komory bezciśnieniowej, komora ta może być połączona z atmosferą przy użyciu korka odpowietrzającego umieszczonego w przyłączeniowym gnieź dzie niskiego ciśnienia. Również ze względów montażowych korzystne jest wykonanie we wsporniku wydrążeń przy kącie ich rozwarcia równym kątowi zawartemu między śrubami mocującymi pierwszą obudowę do wspornika. Rozwiązanie siłownika według wynalazku zapewnia pełną odwracalność konstrukcyjną wyrobu dla działania prostego i odwróconego, dla siłowników bez napędu ręcznego i z napędem ręcznym, co jest cechą korzystną dla producenta oraz dla użytkownika, gdyż możliwa jest pełna unifikacja części we wszystkich rodzajach siłowników. Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia siłownik pneumatyczny membranowy wielosprężynowy w częściowym przekroju, na którym część lewa obrazuje siłownik w wykonaniu prostym, a część
180 632 5 prawa siłownik w wykonaniu odwróconym, fig. 2 - przekrój poprzeczny siłownika poprowadzony wzdłuż linii A-A, fig. 3 - przekrój siłownika o działaniu prostym w rozwinięciu poprowadzonym wzdłuż linii B-B, fig. 4 - przedstawia w przekroju siłownik o działaniu odwróconym, w rozwinięciu wzdłuż linii B-B, a fig. 5 przedstawia przekrój siłownika o działaniu odwróconym, o uproszczonej budowie oraz z odmiennie ukształtowanymi przewodami wewnętrznymi. W siłowniku o działaniu prostym impuls wysokiego ciśnienia doprowadzany jest, z nie uwidocznionego na rysunku, ustawnika pozycyjnego do przyłączeniowego gniazda wysokiego ciśnienia a siłownika. Gniazdo to połączone jest za pośrednictwem wewnętrznego przewodu wysokiego ciśnienia b z komorą ciśnieniową c. Powietrze tracone w ustawniku doprowadzane jest do przyłączeniowego gniazda niskiego ciśnienia d. Gniazdo to połączone jest za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia e z komorą bezciśnieniową f. W siłowniku o działaniu odwróconym impuls wysokiego ciśnienia doprowadzany jest z przyłączeniowego gniazda wysokiego ciśnienia a do komory ciśnieniowej g za pośrednictwem wewnętrznego przewodu wysokiego ciśnienia h. Powietrze tracone w ustawniku doprowadzane jest, w siłowniku o działaniu odwróconym, z przyłączeniowego gniazda niskiego ciśnienia d do komory bezciśnieniowej i za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia j. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 5 komora bezciśnieniowa i połączona jest z atmosferą za pośrednictwem wewnętrznego przewodu niskiego ciśnienia k i korka odpowietrzającego 33. Siłownik o działaniu prostym posiada wspornik 1 do którego przytwierdzona jest pierwsza obudowa 2 za pośrednictwem śrub 3 rozmieszczonych co 60. Do obrzeża pierwszej obudowy przylega membrana 4, którą dociska, za pośrednictwem elementów śrubowych 5 obrzeże drugiej obudowy 6. Przestrzeń zawarta między membraną a pierwszą obudową stanowi pierwszą komorę 7 siłownika, będącą w tego typu siłowniku komorą bezciśnieniową f, a przestrzeń zawarta między membraną a drugą obudową tworzy drugą komorę 8 siłownika, stanowiącą w tym siłowniku komorę ciśnieniową c. Membrana jest jednym z elementów zespołu membrany 9, w skład którego wchodzą ponadto płyta membrany 10, trzpień 11 nakrętka 12 oraz zestaw podkładek dystansowych 13. Zespół membrany wspiera się na sześciu symetrycznie rozmieszczonych śrubowych sprężynach 14. Sprężyny te w przypadku siłownika o działaniu prostym stykają się z pierwszą obudową, a w przypadku siłownika o działaniu odwróconym z drugą obudową. Zestaw podkładek dystansowych umieszczony jest między nakrętką a powierzchnią oporową 15 i jest przy tym podzielony na dwie części, które obejmują membranę z obu stron. Podkładki występujące w obu częściach są ponadto dowolnie zamienne. Zespół membrany w siłowniku o działaniu odwróconym różni się od zespołu membrany w siłowniku o działaniu prostym tym, że membrana oraz płyta membrany i zestaw podkładek dystansowych umieszczone są na trzpieniu między powierzchnią oporową a nakrętką, w innej kolejności i przy tym są one odwrócone o 180. Na płaszczyźnie bocznej wspornika utworzona jest mocująca powierzchnia 16, w której wykonane są dwa, symetrycznie rozmieszczone przyłączeniowe gniazda 17, 18, z których jedno to przyłączeniowe gniazdo wysokiego ciśnienia a, a drugie to przyłączeniowe gniazdo niskiego ciśnienia d. Prostopadle do osi każdego gniazda przyłączeniowego wykonane są w korpusie przelotowe wydrążenia 19 i 20, które łączą przyłączeniowe gniazdo z powierzchnią, do której przylega pierwsza obudowa. Połączenie każdego wydrążenia z pierwszą obudową jest przy tym zabezpieczone uszczelnieniem 21. W przedstawionym na fig. 3 urządzeniu wydrążenie 19 wraz z otworem 22, wykonanym w pierwszej obudowie, tworzy w siłowniku wewnętrzny przewód 23, będący jednocześnie, w tym siłowniku, wewnętrznym przewodem niskiego ciśnienia e, który to przewód łączy przyłączeniowe gniazdo 17 z pierwszą komorą 7, podczas gdy wydrążenie 20 jest zaślepione pierwszą obudową. Ponadto we wsporniku wykonane są kanały 24, 25, przy czym kanał 24 łączy przyłączeniowe gniazdo 18 z wybraniem 26. Wybranie to utworzone jest na wewnętrznej powierzchni prowadnicy 27 trzpienia, która to prowadnica osadzona jest we wsporniku. Trzpień osadzony jest w prowadnicy suwliwie z zachowaniem szczelności połączenia poprzez zastosowanie górnego i dolnego elementu uszczelniającego 28, 29. W obrębie
6 180 632 wybrania znajduje się wylot kanału 30, wykonanego wzdłuż trzpienia, przy czym wlot tego kanału znajduje się w drugiej komorze 8. Kanał 30, wykonany w trzpieniu, wybranie 26 oraz kanał 24, wykonany we wsporniku, tworzą wewnętrzny przewód 31 drugiej komory, będący jednocześnie, w tego typu siłowniku, wewnętrznym przewodem wysokiego ciśnienia b, który to przewód łączy przyłączeniowe gniazdo 18 z tą komorą. Oba kanały 24, 25 są przystosowane do osadzenia w nich elementu blokującego 32 w postaci wkrętu, przy czym zablokowany jest tylko kanał 25. Ponadto na pierwszej obudowie siłownika o działaniu prostym umieszczony jest korek odpowietrzający 33. W siłowniku o działaniu odwróconym, przedstawionym na fig. 4, taki sam korek umieszczony został na drugiej obudowie 6. W siłowniku tym wydrążenie 19 jest zablokowane pierwszą obudową, a wydrążenie 20 i otwór 22 tworzą wewnętrzny przewód 34, który w tym siłowniku jest wewnętrznym przewodem wysokiego ciśnienia h. Pierwsza komora 7 jest wówczas komorą ciśnieniową g. Natomiast wewnętrzny przewód 35, który w tym typie siłownika jest wewnętrznym przewodem niskiego ciśnienia j, utworzony jest przez kanał 25, wybranie 26 oraz kanał 30, który jest wykonany w trzpieniu. Druga komora 8 jest w tym rodzaju siłownika komorą bezciśnieniową i. W tym rozwiązaniu kanał 24 jest zaślepiony elementem blokującym 32. Siłownik o działaniu prostym, według wynalazku, który jest przedstawiony na fig. 3 może być zamieniony, na siłownik o działaniu odwróconym, uwidoczniony na fig. 4, przy użyciu prostych zabiegów montażowych i z wykorzystaniem tych samych elementów składowych. W tym celu odwraca się, w znany sposób, o 180 znajdujący się między obudową pierwszą 2 a obudową drugą 6 zespół membrany 9. Następnie przekręca się, wokół głównej osi urządzenia, o kąt 60 obudowę pierwszą i w wyniku tej czynności uzyskuje się zasłonięcie wspomnianą obudową wydrążenia 19, połączonego z przyłączeniowym gniazdem 17, oraz uzyskuje się połączenie pierwszej komory 7 poprzez otwór 22 i wydrążenie 20 z gniazdem przyłączeniowym 18. Tak utworzony wewnętrzny przewód 34 umożliwia dostarczenie impulsu sterującego do komory pierwszej 7 pełniącej w tym siłowniku rolę komory ciśnieniowej g. Ponadto wyjmuje się element blokujący 32 z kanału 25 przyległego do gniazda przyłączeniowego 17. Element ten umieszcza się w kanale 24 przyległym do drugiego gniazda przyłączeniowego 18. W wyniku tego działania uzyskuje się zablokowanie kanału 24 oraz utworzenie wewnętrznego przewodu 35, składającego się z kanału 25, wybrania 26 i kanału 30. Przewód ten przeznaczony jest do połączenia drugiej komory 8, pełniącej w tym siłowniku rolę komory bezciśnieniowej i, z gniazdem przyłączeniowym 17. Przez działanie odwrotne uzyskuje się z siłownika o działaniu odwróconym siłownik o działaniu prostym. Możliwa jest między innymi realizacja siłownika według wynalazku w wykonaniu uproszczonym w sposób przedstawiony na fig. 5. Siłownik posiada wspornik 36, w którym wykonane jest przyłączeniowe gniazdo 17, w którym to gnieździe umieszczony jest korek odpowietrzający 33. Ponadto gniazdo to połączone jest za pośrednictwem kanału 37 z wybraniem 38. Wybranie wykonane jest na zewnętrznej powierzchni trzpienia 39 w obrębie prowadnicy 40. W tym przypadku prowadnica nie tworzy samodzielnej części lecz jest fragmentem wspornika. Kanał 37, wykonany we wsporniku, wybranie 38 oraz kanał 30, który przebiega przez trzpień 39, tworzą wewnętrzny przewód 41, łączący drugą komorę 8 z przyłączeniowym gniazdem. W tym przypadku wewnętrzne przewody 23, 41 składają się ze stałych elementów. Tak wykonany siłownik może być zawsze tylko o działaniu prostym albo zawsze tylko o działaniu odwróconym, bez możliwości wzajemnego przekształcania.
180 632
180 632 Fig. 5
180 632 Fig. 4
180 632 Fig. 3
180 632 Fig. 2
180 632 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.