BR0215578B1

BR0215578B1 - conjunto de válvula pneumática.

Info

Publication number: BR0215578B1
Application number: BRPI0215578-8A
Authority: BR
Inventors: Kevin C Williams
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2012-02-07
Also published as: TWI230234B; AU2002352794B2; EP1472462B1; US20030150498A1; CA2474539C; DE60219362T2; CA2474539A1; JP2005517134A; CN100396938C; NZ534199A; BR0215578A; ES2284954T3; WO2003067096A1; DE60219362D1; KR100637109B1; ATE358779T1; MXPA04007698A; US6668861B2; AU2002352794A1; KR20040078156A

Description

"CONJUNTO DE VÁLVULA PNEUMÁTICA" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A invenção se refere, de um modo geral, a conjuntos de válvulas pneumáticas e, mais especificamente, a uma válvula de gatilho tendo uma sede de válvula aperfeiçoada.

2. Descrição da Técnica Relacionada

Conjuntos de válvulas pneumáticas são bem conhecidas na técnica para controlar o fluxo de ar pressurizado para e dos vários dispositivos atuados pneumaticamente, tais como atuadores lineares, atuadores giratórios, saídas de ar ou qualquer outro dispositivo pneumático ou aplicação requerendo controle preciso de ar de operação. Um tipo de válvula pneumática correntemente empregada em numerosas aplicações na técnica relacionada é geralmente conhecida como uma válvula de gatilho. As válvulas de gatilho encontram uso particular, por exemplo, em relação com as válvulas pneumáticas operadas por piloto como uma parte de um sistema global acionado a fluido. Uma disposição de válvula de gatilho comum inclui um membro de válvula suportado de maneira móvel dentro de um corpo de válvula entre posições pré-determinadas. Essas posições são definidas tipicamente pela colocação das sedes de válvula dentro do furo de válvula. O membro de válvula tem elementos de válvula que encaixam as sedes. O membro de válvula é movido entre as posições pré-determinadas por um ou mais atuadores. Tipicamente, pelo menos um dos atuadores inclui um dispositivo eletromecânico, tal como um solenóide, que move o membro de válvula em uma direção. O conjunto de válvula de gatilho pode incluir um membro de solicitação, tal como uma mola espiralada ou mesmo outro dispositivo de atuação eletromecânico que move o membro de válvula na direção oposta. Dessa maneira, o fluxo da pressão pneumática dentro da válvula é controlado entre vários orifícios formados no corpo de válvula. Dependendo de como o corpo de válvula é configurado internamente, a válvula pode ser construída em uma configuração "normalmente aberta" ou uma "normalmente fechada", em referência ao estado inicial da passagem de fluxo do orifício de entrada para o orifício de saída do conjunto de válvula. Adicionalmente, há conjuntos de válvula conhecidos tendo cursos de fluxo de válvula bi, tri ou tetra-direcionais, que podem proporcionar cursos múltiplos de fluxo pneumático entre um número de orifícios de entrada e de saída. Isso permite que o corpo de válvula seja configurado para proporcionar alguns orifícios como "normalmente abertos" e alguns como "normalmente fechados", dependendo da aplicação. Desse modo, os conjuntos de válvula bi, tri ou tetra-direcional podem abrir e fechar, concomitantemente, um número de orifícios de entrada e de saída, quanto da ativação do membro de válvula.

Os conjuntos de válvula desse tipo são empregados em uma ampla variedade de ambientes de fabricação e processo, onde tempos de resposta repetiveis e muito rápidos são desejados. Mais especificamente, conforme notado acima, as válvulas de gatilho correntemente conhecidas na técnica relacionada podem ser usadas para governar ou controlar o fluxo de pressão pneumática dentro de uma válvula de carretei principal. Contudo, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão da descrição que segue que a presente invenção não está limitada de qualquer maneira a seu uso como uma válvula piloto.

Em qualquer caso, como a tecnologia para essas válvulas tem avançado, tem havido um aumento na demanda para válvulas fisicamente menores, que são desejadas por sua capacidade para serem colocada em espaços de trabalho sempre apertados, mais e mais perto dos dispositivos pneumáticos ativos. Através dos anos, tem havido um número de aperfeiçoamentos nesse campo, que tem facilitado altas taxas de fluxo e tempos de resposta repetíveis, de resposta rápida, em válvulas relativamente pequenas. Contudo, à medida que as válvulas têm evoluído para mais rápidas e menores, certas limitações e desvantagens de conjuntos de válvulas convencionais referentes à durabilidade do ciclo de vida, a capacidade de repetição e a precisão da válvula têm se tornado evidentes. Certos ambientes de fabricação e processo em altas velocidades realizam operações repetitivas, acionadas pneumaticamente, em números extremamente altos através de um período de tempo relativamente curto. Por exemplo, durante o curso de um ano, muitas aplicações mencionadas acima requerem que esses tipos de válvulas pneumáticas realizem literalmente bilhões de atuações repetitivas ao mesmo tempo em que mantêm suas propriedades originais de precisão e vedação.

Conjuntos típicos de válvulas empregados correntemente na técnica relacionada são submetidos ao desgaste e às limitações de durabilidade e mostram desvantagens distintas quando usados em ambientes rigorosos, que requerem operação de válvula em alta velocidade e alta repetição. Um fator importante para manter o desempenho operacional do conjunto de válvula ao mesmo tempo em que proporciona altos números de atuações de válvula repetitivas reside na manutenção de um curso de válvula preciso e consistente dentro do corpo de válvula. Qualquer aumento no curso alterará a cronometragem da atuação da válvula e aumenta forças internas prejudiciais.

Uma consideração para manter um curso consistente e, assim, a longevidade é a natureza da interação de sede de válvula e do membro de válvula. As sedes de válvulas comumente empregadas na técnica relacionada, tipicamente, incluem um corte quadrado ou uma superfície de canto de 90°. O elemento de válvula correspondente inclui, usualmente, uma superfície de vedação de válvula relativamente cônica ou formada angularmente. Mais freqüentemente, o elemento de válvula é sobre-moldado ou encapsulado com um material resiliente para aperfeiçoar o efeito de vedação e proporcionar um ligeiro amortecimento do membro de válvula à medida que ele interage com a sede de válvula quadrada. O canto de corte quadrado de 90° da sede de válvula pode penetrar fundo no elemento de válvula de gatilho durante a operação da válvula. A medida que ele penetra, a força que está sendo aplicada ao elemento de válvula é dispersa através da superfície de vedação de válvula. Essa interação de vedação, inicialmente, tende a criar uma boa vedação à medida que o material sobre-moldado na superfície de vedação do elemento de válvula se dobra para dentro ligeiramente enquanto se apóia contra a borda da sede, assim, criando um anel de vedação em torno da sede. Contudo, esse efeito de vedação cria desgaste enquanto a válvula é ativada repetitivamente, fazendo com que o material de vedação seja repetitivamente deformado e finalmente danificado, por exemplo, ao ser cortado à medida que o membro de válvula se move para sua posição assentada contra a sede de válvula durante cada e todo evento de fechamento de válvula.

Enquanto o material de vedação começa a se deformar permanentemente e, então, finalmente é cortado, o atuador deve fazer um curso cada vez mais longo para vedar a válvula. Esse alongamento de ida mínimo, embora crítico, do curso de válvula introduz uma mudança dinâmica na cronometragem da atuação da válvula, o que degrada a operação que está sendo realizada. Mudanças na cronometragem da atuação da válvula devido às mudanças no curso da válvula se traduz em imprecisões e inconsistências do processo que finalmente requerem substituição da válvula. Em segundo lugar, a deformação e o corte do material de vedação da válvula podem causar vazamento e, freqüentemente, introduz peças do material de vedação no curso de fluxo pneumático a jusante.

Uma desvantagem adicional das válvulas convencionais se torna evidente quando da análise da estrutura do atuador do conjunto de válvula típico. Os conjuntos de válvula atuados eletro-mecanicamente típicos incluem solenóides que utilizam uma armadura flutuante ou móvel. Uma pequena folga é requerida entre a armadura e a peça polar. Isso permite que a armadura, deslizavelmente, se mova, ou flutue, dentre do atuador durante o movimento do membro de válvula. Um membro de solicitação de armadura, que pode, algumas vezes, incluir uma função de impulsão de movimento perdido, é empregado, freqüentemente, nesse ambiente. Esse membro de solicitação de armadura trabalha em conjunto com o membro de solicitação de válvula, de modo que o membro de válvula e a armadura são retornados para suas posições originais. Essa disposição ajuda a assegurar um comprimento de curso consistente.

A armadura flutuante e a impulsão de movimento perdido causam poucos problemas em si. Contudo, quando o comprimento do curso de válvula cresce devido à degradação da sede de válvula, conforme descrito acima, a folga formada no conjunto de atuação não pode acomodar o comprimento de curso mais longo e a armadura começará a bater no corpo de válvula ou peça polar a cada vez que o atuador energizar a armadura. Isso causa um efeito de "martelo e bigorna" entre os componentes individuais, danificando-os e, algumas vezes, o martelamento de pequenas partículas que se tornam introduzidas no corpo de válvula e no curso de fluxo pneumático. Essas condições levam a um rápido aumento no desgaste rápido da válvula e ainda encurtam a duração da vida do conjunto de válvula. Uma duração de vida mais curta do conjunto de válvula resulta em substituição repetida desses conjuntos de válvula, quando eles são usados em ambientes de fabricação e processamento de alta velocidade e alta repetição.

Desse modo, permanece uma necessidade na técnica de uma válvula pneumática que vença essas deficiências e proporcione a longevidade e a precisão do ciclo de vida requeridas para uso em aplicações que requerem um número relativamente grande de repetições em alta velocidade. Além disso, permanece uma necessidade na técnica por válvulas pneumáticas que possam resistir aos rigores dessas condições ambientais severas ao mesmo tempo em que proporcionam propriedades de vida longa, boa vedação, por toda a sua vida útil com precisão consistente e pouco ou nenhum aumento no curso de válvula.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção vence as desvantagens e problemas da técnica relacionada por meio do fornecimento de um conjunto de válvula pneumática incluindo um corpo de válvula tendo um orifício de entrada de abastecimento de ar pressurizado em comunicação fluida com uma fonte de ar pressurizado, um orifício de válvula estendendo-se axialmente dentro do corpo de válvula e um membro de válvula suportado de maneira móvel dentro do orifício de válvula entre posições pré-determinadas para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada através do orifício de válvula para pelo menos um orifício de saída. O conjunto de válvula ainda inclui pelo menos um elemento de válvula disposto no membro de válvula e tendo uma superfície de vedação de válvula angular. Pelo menos uma sede de válvula é definida no orifício de válvula. A sede de válvula é formada em um ângulo oblíquo ao orifício de válvula e adaptado para proporcionar um contato de vedação com a superfície de vedação da válvula do elemento de válvula, quando o elemento de válvula está em uma posição fechada, assim, interrompendo o fluxo de ar pressurizado.

Devido à interação angular das superfícies de vedação dos elementos de válvula com as sedes de válvula, a sede de válvula proporciona um contato de linha inicial que pode se tornar um contato de vedação de superfície que cria a vedação desejada, sem ter uma superfície de vedação de válvula que deve se apoiar contra a borda, ou canto, de uma sede de válvula de face quadrada. A vedação angular de superfície à superfície da sede de válvula até o elemento de válvula na presente invenção minimiza a deflexão do material resiliente sobre-moldado no elemento de válvula à medida que ele interage com a sede de válvula. Portanto, o desgaste que afeta a técnica de válvula convencional pelo material de válvula sendo repetitivamente deformado e finalmente cortado enquanto o membro de válvula se move para sua posição assentada contra a sede de válvula quadrada durante cada e todo evento de fechamento da válvula é eliminado. Isso também impede os efeitos indesejáveis e danosos do comprimento do curso de válvula que ocorre em conjuntos de válvula convencionais. Portanto, a cronometragem e a precisão da válvula são mantidas e os processos do sistema que o conjunto de válvula da presente invenção controla permanecem consistentes e seguros. Adicionalmente, o vazamento da válvula e a introdução de partículas no curso de fluxo pneumático a jusante causados pela deformação e o corte do material de vedação de válvula de um conjunto de válvula convencional também são eliminados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras vantagens da invenção serão prontamente apreciadas, à medida que a mesma se torne melhor compreendida através da referência à descrição detalhada seguinte, quando considerada em relação com os desenhos anexos, em que:

A figura 1 é uma vista em perspectiva do conjunto de válvula da presente invenção;

A figura 2 é uma vista lateral seccional transversal de um conjunto de válvula incluindo as características da presente invenção, ilustrando a posição do membro de válvula quando o solenóide é desenergizado;

A figura 3 é uma vista lateral seccional transversal do conjunto de válvula incluindo as características da presente invenção, ilustrando a posição do membro de válvula quando o solenóide é energizado;

A figura 4A é uma vista lateral seccional transversal parcial em detalhes do conjunto de válvula da presente invenção ilustrando as superfícies de vedação de válvula, quando o solenóide é desenergizado; A figura 4B é uma vista lateral seccional transversal parcial em detalhes do conjunto de válvula da presente invenção ilustrando as superfícies de vedação da válvula, quando o solenóide é energizado;

A figura 4C é uma vista seccional transversal parcial ampliada mostrando a interação da sede de válvula com o elemento de válvula no ponto inicial de contato entre eles;

A figura 4D é outra vista lateral seccional transversal parcial ampliada ilustrando o contato de vedação de superfície entre a sede de válvula e o elemento de válvula; e

A figura 5 é uma vista lateral seccional transversal de outro conjunto de válvula ilustrando uma configuração de válvula tridirecional, quando o solenóide é desenergizado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA(S) CONCRETIZAÇÂO(ÕES)

PREFERIDA(S)

Fazendo referência agora às figuras onde numerais semelhantes são usados para designar estrutura semelhante por todos os desenhos, um conjunto de válvula pneumática da presente invenção é indicado, de um modo geral, em 10. Conforme mostrado na figura 1, o conjunto de válvula pneumática inclui um corpo de válvula 12 e um conjunto de atuador eletromagnético, tal como um solenóide, indicado de um modo geral em 14 e montado no corpo de válvula 12. O corpo de válvula 12 tem uma forma retangular fina definindo superfícies de topo e de fundo 16, 18, respectivamente, um par de superfícies laterais opostas 20, 22, estendendo-se entre as superfícies de topo e de fundo 16 e 18 e as superfícies extremas 24, 26. O conjunto atuador 14 é montado na superfície extrema 24 do corpo de válvula 12. O atuador da presente invenção pode ser de qualquer tipo conhecido, usado, tipicamente, em válvulas pneumáticas, como um solenóide eletromagnético tendo uma armadura flutuante com impulsão de movimento perdido, como descrito nas patentes US nos. 4.438.418 ou 3.538.954, cujas exposições são aqui incorporadas através de referência. Desse modo, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão da descrição que segue que a forma exata do atuador, quer eletromagnético ou de outro modo, não faz parte da presente invenção. O corpo de válvula 12 é adaptado para ser montado em uma tubulação, sub-base ou qualquer um de um número de vários dispositivos atuados pneumaticamente (não mostrados). Deve ser apreciado ainda da descrição da invenção que segue que, embora a concretização preferida do conjunto de válvula pneumática 10 da presente invenção seja representada como uma válvula tetra-direcional, a presente invenção também pode ser concretizada alternativamente na forma de uma válvula bidirecional, uma válvula tri-direcional (conforme mostrado na figura 5), ou semelhante.

Fazendo referência agora às figuras 2 e 3, o corpo de válvula 12 inclui um orifício de entrada de fluido pressurizado 30 para comunicação com uma fonte de fluido pressurizado, tal como ar. Além disso, o corpo de válvula 12 inclui pelo menos uma passagem de cilindro ou orifício de saída 32, que é adaptado para comunicação fluida com um ou mais dispositivos atuados pneumaticamente. Um furo de válvula 36 se estende axialmente através do corpo de válvula 12. Na concretização ilustrada aqui, o conjunto de válvula pneumática 10 é uma válvula tetra-direcional e inclui um par de orifícios de saída 32, 34 e um par de orifícios de exaustão 38, 40, cada um em comunicação fluida com o furo de válvula 36. Os orifícios de saída 32, 34 são formados através da superfície de topo 16 do c velocidade 12 oposto ao orifício de entrada 30 e orifícios de exaustão 38, 40, que são formados através da superfície de fundo 18. Contudo, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão que o orifício de entrada 30, os orifícios de saída e de exaustão 32, 34 e 38, 40, respectivamente, podem ser formados através das várias superfícies do corpo de válvula 12. Por exemplo, esses orifícios podem ser todos formados através de uma superfície, tal como o fundo 18 do corpo de válvula 12, sem afastamento do escopo da invenção. O orifício de entrada 30, os orifícios de saída e de exaustão 32, 34 e 38, 40, respectivamente também podem ser rosqueados para acomodar qualquer mecanismo necessário para estabelecer comunicação fluida com outro elemento que está associado, operativamente, com o conjunto de válvula 10.

Na concretização preferida ilustrada nas figuras, o furo de

válvula 36 pode se estender completamente através do corpo de válvula 12 para apresentar um par de extremidades abertas 42, 44. Um membro de válvula, em geral indicado em 46, é suportado de maneira móvel dentro do furo de válvula 36 entre posições pré-determinadas para direcionar, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada 30 através do furo de válvula 36 para pelo menos um dos orifícios de saída 32, 34. Concomitantemente, o membro de válvula 46 também pode dirigir, seletivamente, ar pressurizado para ventilar de pelo menos um dos orifícios de saída 32, 34 para pelo menos um dos orifícios de exaustão 38, 40, como será descrito em maiores detalhes abaixo. Um par de insertos retentores de extremidades, indicadas em geral em 48 e 50, são recebidas no par de extremidades abertas 42, 44 do corpo de válvula 12, assim, retendo o membro de válvula 46 dentro do furo de válvula 36, como será descrito em maiores detalhes abaixo. Similarmente, o conjunto de válvula 10 pode incluir um ou mais retentores internos que são posicionados rosqueavelmente dentro do furo de válvula 36. Na concretização aqui ilustrada, o conjunto de válvula 10 inclui um retentor interno 51, que é posicionável rosqueavelmente dentro do furo de válvula 36, como será descrito em maiores detalhes abaixo.

O elemento de válvula 46 ainda inclui pelo menos um elemento de válvula 52 disposto ao longo do inserto de membro de válvula 78. Na concretização específica ilustrada nas figuras 2 e 3, uma pluralidade de elementos de válvula 52, 54, 56 e 58 são formados no membro de válvula 46 e são operáveis cada um para dirigir, seletivamente um fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada 30 através do furo de válvula 36 para os respectivos orifícios de saída 38, 40. Alguns dos elementos de válvula 52, 54 podem ter superfícies de vedação de válvula angulares 62, 64, respectivamente, para uma finalidade que será descrita em maiores detalhes abaixo. Outros, tais como os elementos de válvula 56 e 58 podem definir cantos que vedam contra sedes de válvula angulares e podem ser do tipo descrito nas patentes US nos. 4.438.418 ou 3.538.954 mencionadas acima. Conforme mostrado nas figuras 2 e 3, o membro de válvula 46 ainda incluir ranhuras anulares 70, que recebem vedações do tipo anel-O 72, que encaixam deslizavelmente as aberturas de orifícios centrais 74, 76, respectivamente, dos insertos retentores 48, 50, para impedir o vazamento do ar pressurizado dentro do furo de válvula 36.

Uma pluralidade de sedes de válvula 87, 84, 86 e 88 são definidas dentro do furo de válvula 36. As sedes de válvula 82, 84, 86 e 88 cooperam com os elementos de válvula 52, 54, 56 e 58, respectivamente, para vedar as várias passagens no corpo de válvula 12, como será discutido em maiores detalhes abaixo. As sedes de válvula 82, 84, 86 e 88 proporcionam um contato de vedação com as superfícies angulares de vedação de válvula 62, 64, 66 e 68 dos elementos de válvula 52, 54, 56 e 58 quando o membro de válvula 46 está em uma posição fechada, em relação a um orifício de saída particular, assim, interrompendo o fluxo de ar pressurizado para aquele orifício. Conforme mostrado melhor nas figuras 4A e 4B, pelo menos algumas das sedes de válvula 82, 84 são formadas com um ângulo oblíquo, em relação ao membro de válvula 46. O ângulo oblíquo da sede de válvula da concretização preferida da presente invenção é medido como o ângulo entre a linha da superfície da sede de válvula e uma linha radial que se estende para fora da linha central do membro de válvula. Em outras palavras, em referência à sede de válvula 82 na figura 4A, o ângulo é representado como "θ", o qual é medido entre a linha "S" da superfície da sede de válvula 82 e uma linha radial "R" se estendendo para fora perpendicularmente da linha central do membro de válvula 46. Em uma concretização preferida, o ângulo 0 pode oscilar entre 28 a 32 graus. Contudo, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão que essa faixa pode ser maior ou menos do que observado acima.

Correspondentemente, o ângulo oblíquo da sede de válvula é alguns graus menos do que a medição angular da superfície de vedação de válvula angular. Em outras palavras, uma diferença angular, mostrada como "Δ", coloca a sede de válvula de válvula angular 62 do elemento de válvula 52 ao longo de uma linha "E", que é, em geral, 2 a 3 graus maior do que o ângulo "Θ" da sede de válvula 82. Em uma concretização preferida, o ângulo Δ pode oscilar entre 2 a 3 graus. Contudo, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão que essa faixa pode ser maior ou menor do que observado acima. Dessa maneira, uma vedação de superfície é estabelecida à medida que a superfície de vedação angular contata a sede de válvula, a vedação sendo criada axialmente ao longo do plano angular das superfícies. Por exemplo, quando o membro de válvula 46 se move para uma posição fechada, conforme mostrado nas figuras 4B, 4C e 4D em relação a um orifício de saída particular 32, a superfície angular de vedação de válvula 62 contata vedavelmente a respectiva sede de válvula 82 de maneira a evitar ou reduzir drasticamente os danos à superfície de vedação de válvula pela sede de válvula. Mais especificamente, devido à diferença angular entre a superfície de vedação de válvula 62 e sua respectiva sede de válvula 82, o contato entre essas duas superfícies começa no canto 83 da sede de válvula 82. A força que atua sobre o membro de válvula faz com que esse ponto de contato se desenvolva de modo que uma vedação de superfície é efetuada em lugar de uma vedação de anel, o que é típico na técnica relacionada. Adicionalmente, essa disposição de vedação pode ser vista na figura 4B com referência à sede de válvula fixa 84 dentro do furo de válvula 36. De maneira semelhante à descrição acima, o ângulo "Θ" é representado como a medição do ângulo entre a linha "S" da sede de válvula 84 e a linha radial "R". A superfície angular de sede de válvula 64 tendo uma diferença angular "Δ". Deve ser apreciado por aqueles tendo habilidade comum na técnica que, embora as ilustrações da concretização preferida mostram esse tipo de superfície de vedação de válvula para interação de sede de válvula em cada um das sedes de válvula representadas nas figuras 4A - 4B, não é necessário que todas as sedes de válvula dentro do conjunto de válvula empregam essa disposição para ficar dentro do escopo da invenção.

Na concretização preferida, o membro de válvula 46 é um inserto de alumínio que é sobre-moldada com um material resiliente adequado, tal como borracha, ou qualquer elastômero conhecido, nos locais apropriados. Mais especificamente, deve ser apreciado por aqueles tendo habilidade comum na técnica que o material da superfície de vedação pode ser feito de qualquer composição conhecida que seja ligeiramente elástica, embora altamente resiliente, tal como nitrila, que pode ser ligada, ou sobre- moldada ao elemento de válvula 46.

Da pluralidade de sedes de válvula 82, 84, 86 e 88 mostradas nas figuras 2 e 3, algumas podem ser formadas diretamente no próprio furo de válvula 36, como no caso da sede de válvula 84, enquanto outras podem ser formadas nos insertos retentores extremos 48, 50 e retentor interno 51. Os insertos retentores 48, 50 e 51 podem ser posicionados ajustavelmente dentro do furo de válvula 36 do corpo de válvula 12, tendo uma interação rosqueável com as extremidades 42, 44 ou qualquer outra porção adequada do furo de válvula 36. Como discutido acima, cada um dos insertos retentores 48, 50 tem um furo central 74, 76, que recebe o membro de válvula 46 e permite que ele se mova deslizavelmente dentro do corpo de válvula 12. Desse modo, a posição rosqueavelmente ajustada dos insertos retentores extremos 48, 50 dentro do corpo de válvula 12 controla a vedação das sedes de válvula com uma dada força aplicada ao membro de válvula 46. Os insertos retentores extremas 48, 50 ainda incluem ranhuras anulares 92 e 94, que recebem vedações do tipo anel em O 96 para impedir o vazamento do ar pressurizado dentro do furo de válvula 36. Por outro lado, a posição à qual o inserto retentor interno 51 é ajustado rosqueavelmente define as posições "aberta" e "fechada" pré-determinadas do conjunto de válvula 10 e, assim, ajusta o comprimento do curso do membro de válvula 46. E como os insertos retentores extremos, o retentor interno 51 também pode incluir uma ranhura anular 93, que é adaptada para receber uma vedação do tipo anel-0 97 de modo a impedir o vazamento do ar pressurizado dentro do furo de válvula 36.

Na concretização preferida, o furo central 74 do inserto retentor 48, que recebe a extremidade 98 do membro de válvula 46 também se estende completamente através do retentor, permitindo que o conjunto atuador 14 encaixe e, assim, atue o membro de válvula 46. Conforme mostrado para fins de ilustração apenas, isso pode ser realizado pelo uso de um pino de empurrar de atuador 100 tendo uma cabeça ampliada 102 que se estende no inserto retentor 48 para encaixar e atuar o membro de válvula 46. Deve ser apreciado por aqueles de habilidade comum na técnica que o mecanismo de atuação específico usado para proporcionar força motriz para o membro de válvula 46 fica além do escopo da presente invenção.

Na extremidade oposta 104 do membro de válvula 46, uma reentrância em forma boleada 60 é disposta dentro do membro de válvula 46. Ainda, o inserto retentor 50 é fechado em uma extremidade formando uma reentrância maior em forma boleada 106. Um membro de solicitação 108 é disposto entre a reentrância em forma boleada 60 do membro de válvula 46 e a reentrância em forma boleada 106 do inserto retentor 48, assim, proporcionando uma força de solicitação para o membro de válvula 46 em uma direção. O membro de solicitação 108 pode ser uma mola espiralada ou semelhante. O conjunto atuador 14, como previamente mencionado, é usado para atuar seletivamente o membro de válvula 46 dentro do furo de válvula 36 na direção oposta à força de solicitação do membro de solicitação 108. Dessa maneira, o conjunto atuador 14 aciona o membro de válvula para a direita, conforme mostrado na figura 3 e o membro de solicitação 108 retorna o membro de válvula 46 para a posição original (à esquerda, na figura 2), quando o conjunto atuador 14 é desativado.

Uma outra concretização não limitadora da presente invenção é indicada de um modo geral em 112 na figura 5 onde numerais semelhantes aumentados em 100 com relação à concretização ilustrada nas figuras 1 - 4D são usados para designar estrutura semelhante. Mais especificamente, uma válvula tridirecional que concretiza a presente invenção é ilustrada, em geral nesta figura. O corpo de válvula 116 inclui um orifício de entrada de fluido pressurizado 130 para comunicação com uma fonte de ar pressurizado. A válvula tridirecional é mostrada tendo um orifício de entrada 130, um orifício de exaustão 138 e um orifício de saída 132. Por considerações de tamanho, o corpo de válvula é construído de modo que o orifício de exaustão 138 fique em comunicação fluida com o orifício de válvula 136, mas sai, em direção ao observador através da parede lateral e, desse modo, é mostrado em sombreado. Adicionalmente, embora a concretização ilustrada na figura 5 não empregue insertos retentores, como discutido acima em relação com as válvulas de quatro vias, aqueles tendo habilidade comum na técnica apreciarão que os insertos retentores poderiam ser usados em uma válvula desse tipo. Contudo, o furo de válvula 136 inclui um membro de válvula, em geral, indicado em 146, o qual é móvel entre posições pré-determinadas dentro do furo de válvula 136 para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada 130 através do furo de válvula 136 pra o orifício de saída 132 e dirigir ar pressurizado do orifício de saída 134 para o orifício de exaustão 138.

O membro de válvula 146 ainda inclui elementos de válvula 152, 154 definidos sobre ele, que têm superfícies angulares de vedação de válvula 162, 164, respectivamente. Como na concretização ilustrada nas figuras 2 e 3, o membro de válvula 146 é um inserto de alumínio que é sobre moldado com um material resiliente adequado tal como borracha, ou qualquer elastômero conhecido, nos locais adequados. Adicionalmente, como observado acima, será apreciado por aqueles tendo habilidade comum na técnica que o material da superfície de vedação pode ser feito de qualquer composição conhecida que seja ligeiramente elástico, embora altamente resiliente, tal como nitrila, que pode ser ligada, ou sobre-moldada aos elementos de válvula 152, 154.

Por outro lado, as sedes de válvula 182, 184 são definidas no furo de válvula 136. As sedes de válvula 182, 184 proporcionam um contato de vedação com as superfícies angulares de vedação de válvula 162, 164 do elemento de válvula 152, 154, quando o membro de válvula 146 está em uma primeira posição, assim, interrompendo o fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada 130 para o orifício de saída 132, mas permitindo fluxo do orifício de saída 132 para o orifício de exaustão 138. Como na concretização discutida com relação às figuras 2 - 3, as sedes de válvula 182, 184 são formadas com um ângulo oblíquo, em relação ao membro de válvula. Desse modo, quando o membro de válvula 146 está em sua primeira posição, conforme mostrado na figura 5, a superfície angular de vedação de válvula 146, inicialmente, contata vedavelmente o canto da sede de válvula 184 com um contato de linha. Contudo, as forças que atuam sobre o membro de válvula 146 fazem com que uma vedação de superfície seja estabelecida entre a sede de válvula 184 e a superfície de vedação de válvula. Para efetuar a vedação e em uma concretização possível, a superfície angular de vedação 164 do elemento de válvula 146 é apenas 2 a 3 graus maior do que a medição angular correspondente da sede de válvula 184 de modo que a vedação criada fica axialmente ao longo do plano angular das superfícies. Quando o membro de válvula se mover para sua segunda posição (não mostrada), a vedação entre a superfície angular de vedação de válvula 164 e a sede de válvula 184 se abre e a vedação entre a superfície angular de vedação de válvula 162 e a sede de válvula 182 se fecha, assim, permitindo o fluxo de ar pressurizado do orifício de entrada 130 para o orifício de saída 132 e interrompendo o fluxo de ar pressurizado do orifício de saída 132 para o orifício de exaustão 138.

O membro de válvula 146 ainda inclui ranhuras anulares 170 que recebem vedações do tipo anel-0 172, que encaixam, deslizavelmente, o furo de válvula 136. Nesta concretização, o pino de empurrar de atuador 200 pode ter uma cabeça ampliada 202 que encaixa e atua o membro de válvula 146 em uma de suas extremidades 198. Na extremidade oposta 204 do membro de válvula 146, uma reentrância em forma boleada 206 é formada para receber um meio de impulsão 208 entre a extremidade 204 do elemento de válvula 146 e o corpo de válvula 116, assim, proporcionando uma força de solicitação para o membro de válvula 146 em uma direção. O membro de solicitação 208 pode ser uma mola espiralada ou semelhante. O conjunto atuador 114, conforme previamente mencionado, é usado para atuar, seletivamente, o membro de válvula 146 dentro do furo de válvula 136 na direção oposta à força de solicitação do membro de solicitação 208. Dessa maneira, o conjunto atuador 114 aciona o membro de válvula 146 para a direita e o membro de solicitação 208 retorna o membro de válvula 146 para sua posição original (à esquerda, conforme aqui mostrado), quando o conjunto atuador 114 é desativado.

OPERAÇÃO

Fazendo referência de volta ao conjunto de válvula de quatro vias 10, representado nas figuras de 1 a 4D, o membro de válvula 46 é operativa e seletivamente atuado dentro do corpo de válvula 16, fazendo com que as superfícies angulares de vedação de válvula 62, 64, 66 e 68 dos elementos de válvula 52, 54, 56 e 58 interajam cooperativamente com as sedes de válvula 82, 84, 86 e 88 para abrir ou fechar, seletivamente, as passagens de fluido e dirigir o fluxo de ar pressurizado dentro do corpo de válvula 16 em cursos particulares. Fazendo referência, especificamente à figura 2, com o conjunto de válvula 12 em um estado não energizado ou não atuado, a sede de válvula 82 e a superfície angular de vedação de válvula 62 do elemento de válvula 52 são abertas, permitindo que o ar pressurizado seja roteado do orifício de entrada 30 para o orifício de saída 32. Ao mesmo tempo, a sede de válvula 84 e a superfície angular de vedação de válvula 64 do elemento de válvula 54 são fechadas, bloqueando a comunicação fluida para o orifício de exaustão 40 ou o orifício de saída 34. Simultaneamente, devido à construção de quatro vias do conjunto de válvula 12 ilustrado, a sede de válvula 86 e a superfície angular de vedação de válvula 66 do elemento de válvula 56 são abertas de modo que o orifício de saída 34 fique em comunicação com o orifício de exaustão 40, ainda que o orifício de saída 40 e o orifício de exaustão 34 fiquem isolados do restante do conjunto de válvula 12 enquanto a sede de válvula e a superfície angular de vedação de válvula 64 do elemento de válvula 54 são fechadas. Isso permite que qualquer pressão residual restante no orifício de saída 34 seja ventilada para fora do orifício de exaustão 40, sem causar impacto sobre o fluxo desejado entre o orifício de entrada 30 e o orifício de saída 32. Sem energia para energizar o mecanismo de atuação, o membro de solicitação 108 mantém o membro de válvula 46 impulsionado para a esquerda, conforme ilustrado.

Quando o conjunto de válvula 10 é atuado, conforme mostrado na figura 3, o membro de válvula 46 se move para a direita e uma disposição inversa das passagens de fluxo descritas acima é estabelecida. Especificamente, ar pressurizado entra mais uma vez no corpo de válvula 12 através do orifício de entrada de válvula 30 e circula no furo de válvula 36.

Com o membro de válvula 46 atuado para a direita, a superfície angular de vedação de válvula 64 do elemento de válvula 54 e a sede de válvula 84 são abertas, permitindo que o ar pressurizado seja roteado do orifício de entrada 30 para o orifício de saída 34, enquanto a superfície de vedação de válvula 62 do elemento de válvula 52 e a sede de válvula 82 são fechadas, impedindo o ar pressurizado de escapar para fora do orifício de exaustão 38 ou para o orifício de saída 32. Adicionalmente, dada a construção de quatro vias do conjunto de válvula ilustrado 16, sede de válvula 88 e a superfície de vedação de válvula 68 do elemento de válvula 58 são abertas, de modo que o orifício de saída 32 fique em comunicação fluida com o orifício de exaustão 38, ainda que o orifício de saída 32 e o orifício de exaustão 38 fiquem isolados do restante do conjunto de válvula 16, uma vez que a sede de válvula 82 e a superfície angular de vedação de válvula 62 do elemento de válvula 52 estejam fechadas. Isso permite que qualquer pressão residual restante no orifício de saída 32 seja ventilada para fora do orifício de exaustão 38, sem causar impacto sobre o fluxo desejado entre o orifício de entrada 30 e o orifício de saída 34. Portanto, no estado ativado, ar pressurizado é impedido de se mover do furo de válvula 36 para o orifício de saída 32 e qualquer pressão residual restante no orifício de saída 32 é ventilada para o orifício de exaustão 38. Com energia fornecida para energizar o mecanismo de atuação, a força de solicitação do membro de solicitação 108 é vencida e o membro de válvula 46 é mantido à direita, conforme ilustrado.

Devido à interação angular das superfícies de vedação 62, 64 com as sedes de válvula 82, 84, a presente invenção proporciona um contato de linha inicial entre as sedes de válvula 82, 84 e as superfícies de vedação 62, 64. Esse contato inicial proporciona uma vedação viável. Contudo, e dependendo de quanta força é aplicada para atuar o membro de válvula 46, esse contato de linha pode mudar para um contato de vedação de superfície maior, que cria a vedação desejada, sem ter uma superfície de vedação de válvula que deva se apoiar contra a borda, ou canto, de uma sede de válvula de face quadrada. A vedação angular de superfície à superfície da sede de válvula para o elemento de válvula na presente invenção minimiza a deflexão do material resiliente sobre-moldado no elemento de válvula à medida que ele interage com a sede de válvula. Portanto, o desgaste que afeta a técnica convencional de válvula pelo material de vedação ser repetitivamente deformado e, finalmente, cortado, enquanto o membro de válvula se move para sua posição assentada contra a sede de válvula quadrada durante cada e todo evento de fechamento é eliminado. Isso também impede os efeitos indesejáveis e danosos do alongamento do curso de válvula que ocorre em conjuntos de válvula convencionais. Portanto, a cronometragem e a precisão da válvula são mantidas e os processos do sistema que o conjunto de válvula da presente invenção controla permanecem consistentes e seguros. Adicionalmente, o vazamento da válvula e a introdução de partículas no curso de fluxo pneumático a jusante, causados pela deformação e corte do material de vedação de válvula de um conjunto de válvula convencional, também são eliminados. Desse modo, a presente invenção vence as desvantagens e os inconvenientes do conjunto de válvula convencional da técnica relacionada. Da descrição precedente, aqueles de habilidade comum na técnica apreciarão que a construção da sede de válvula e da superfície de vedação de válvula no elemento de válvula de acordo com a presente invenção pode ser empregada em um ou mais locais em qualquer dada válvula. Contudo, não é necessário, dentro do escopo das reivindicações anexas, empregar essa estrutura em cada interação entre uma sede de válvula e um elemento de válvula em qualquer dada válvula.

A invenção foi descrita de maneira ilustrativa. Deve ser compreendido que a terminologia que foi usada é destinada a estar na natureza de palavras de descrição em lugar de limitação. Muitas modificações e variações da invenção são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Portanto, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser posta em prática diferente de como descrito especificamente.

Claims

1. Conjunto de válvula pneumática (10, 110), compreendendo um corpo de válvula (12, 112) tendo um orifício de entrada de abastecimento de ar pressurizado (30, 130) em comunicação fluida com uma fonte de ar pressurizado; um furo de válvula (36, 136) que se estende axialmente dentro do referido corpo de válvula (12, 112) e um membro de válvula (46, 146) móvel entre posições pré-determinadas dentro do referido furo de válvula (36, -136) para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do referido orifício de entrada (30, 130) através do referido furo de válvula (36, 136) para pelo menos um orifício de saída (32, 132); e, pelo menos um elemento de válvula (52, 152) disposto no referido membro de válvula (46, 146), o referido pelo menos um elemento de válvula estando sobre-moldado com um material resiliente para fornecer uma superfície angular de vedação de válvula (62, 162), caracterizado pelo fato de compreender ainda: pelo menos uma sede de válvula (82, 182) definida no referido furo de válvula (36, 136) e formada em um ângulo oblíquo ao referido furo de válvula (36, 136), o referido ângulo oblíquo medido em relação a uma linha radial que se estende perpendicularmente para fora da linha central do referido membro de válvula, de modo que o referido ângulo oblíquo seja 2 a 3 graus menor do que a medição angular correspondente da referida superfície angular de vedação de válvula (62, 162), referida superfície de vedação da válvula e referida sede de válvula cooperando para formar uma vedação de superfície de modo que referida sede de válvula esteja em contato com vedação de superfície com a referida superfície de vedação de válvula (62, -162) do referido elemento de válvula (52, 152), quando o referido membro de válvula (46, 146) está em uma posição fechada, assim, interrompendo o referido fluxo de ar pressurizado.

2. Conjunto de válvula pneumática (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o referido ângulo oblíquo da referida sede de válvula (82, 182) ser medido como o ângulo entre a linha da superfície da referida sede de válvula (82, 182) e uma radial perpendicular que se estende para fora da linha central do referido membro de válvula (46, -146), o referido ângulo estando em uma faixa entre 28 a 32 graus.

3. Conjunto de válvula pneumática (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir pelo menos um orifício de exaustão (38, 138) disposto dentro do referido corpo de válvula (12, 112) em comunicação fluida com o referido furo de válvula (36, 136) de modo que o referido elemento de válvula (52, 152) seja ainda operável para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do referido pelo menos um orifício de saída (32, 132) através do referido furo de válvula (36, 136) para o referido pelo menos um orifício de exaustão (38, 138).

4. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir uma pluralidade de orifícios de saída (32, 34) dispostos dentro do referido corpo de válvula (12) em comunicação fluida com o referido furo de válvula (36).

5. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ainda incluir uma pluralidade de elementos de válvula (52, 54, 56, 58) dispostos no referido membro de válvula (46) operável para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado do referido orifício de entrada (30) através do referido furo de válvula (46) para a referida pluralidade de orifícios de saída (32, 34).

6. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de ainda incluir uma pluralidade de orifícios de exaustão (38, 40), cada um disposto dentro do referido corpo de válvula (12) em comunicação fluida com o referido furo de válvula (36) de modo que os referidos elementos de válvula (52, 54, 56, 58) sejam ainda operáveis para dirigir, seletivamente, um fluxo de ar pressurizado de cada uma da referida pluralidade de orifícios de saída (32, 34) através do referido furo de válvula (36) para o respectivo orifício de exaustão (38, 40) da referida pluralidade de orifícios de exaustão.

7. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o referido furo de válvula (36) se estender através do referido corpo de válvula (12) para apresentar um par de extremidades abertas (42, 44) em que pelo menos um inserto retentor (50, 51) seja recebido em um (44) do referido par de extremidades abertas do referido corpo de válvula (12), os referidos insertos retentores (50, 51) adaptados para reter o referido membro de válvula (46) dentro do referido furo de válvula (36).

8. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a referida pelo menos uma sede de válvula (82) ser disposta no referido inserto retentor (51).

9. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de ainda incluir um membro de solicitação (108) adaptado para ser disposto em uma extremidade (44) do referido furo de válvula (36) e entre o referido membro de válvula (46) e o referido inserto retentor (50), assim, proporcionando uma força de solicitação para o referido membro de válvula (46) em uma direção.

10. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o referido membro de solicitação (108) ser uma mola espiralada.

11. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ainda incluir um conjunto atuador eletromecânico (14) montado no referido corpo de válvula (12) de modo a atuar, seletivamente, o referido membro de válvula (46) dentro do referido furo de válvula (36) em uma direção oposta à referida força de solicitação do referido membro de solicitação (108).

12. Conjunto de válvula pneumática (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o referido conjunto atuador eletromecânico (14) incluir um solenóide.