CN107004523B - 具有限位开关的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有限位开关的控制装置(100)，所述装置包括箱(200)，该箱(200)容置有：设置有一个或多个限位开关(301,302)的电路(300)，和配置成通过所述电路(300)的所述限位开关(301,302)来控制阀或致动器的操作的驱动组件(400)，其中，所述驱动组件(400)包括轴(410)和键安装到所述轴(410)的一个或多个凸轮，所述轴(410)配置成可旋转地耦接到阀或致动器，所述一个或多个凸轮配置成用于驱动所述电路(300)的所述限位开关(301,302)。所述轴(410)包括夹持面(411)，各凸轮(420)包括径向夹紧机构，所述径向夹紧机构的夹持构件(423)对应于通孔(421)布置，所述通孔(421)配置成允许将所述凸轮(420)安装到所述轴(410)。

Description

具有限位开关的控制装置
本发明总体涉及用于控制手动或自动操作阀和致动器的位置的装置，例如在化工厂和石化厂中使用的控制装置，特别地，涉及一种具有通过凸轮操作的限位开关的控制装置。
存在一些已知的具有限位开关的控制装置，被称为“限位开关盒”，其用来控制阀和致动器的位置。这些装置包括在其上安装有一个或多个限位开关的电路，以及驱动组件，该驱动组件包括可通过合适的耦接连接至阀或致动器的轴。该驱动组件还包括一个或多个凸轮，该一个或多个凸轮键连接在所述轴上并配置成与相应的限位开关相互作用，以允许或禁止所述阀或致动器的操作。
具有按钮的开关可以由凸轮直接控制，而近距离传感器形式的限位开关可由铁磁材料元件或与凸轮相关联的磁体间接控制。
驱动组件和电路通常容置箱中，从而保护它们免受大气物质(agents)的影响，该箱可以选择性地配置成抗火和/或爆炸。该箱通常设置有多个开口，该多个开口配置成允许电缆和与轴相关联的视觉位置指示器(visual position indicator)通过。这使得操作者能够快速地获取与限位开关检测到的信息相对应的有关阀或致动器的位置的信息。
在具有限位开关的控制装置中使用的驱动组件是设置有用于调节凸轮的角位置的装置的标准部件，这使得能够根据安装在具体装置的电路上的各自的开关和/或近距离传感器的位置来布置该驱动组件。
已知的具有限位开关的控制装置包括在其上键安装(keyed)一个或多个环形元件的轴，在该环形元件的外周壁沿纵向方向形成有多个交替的凸面(lands)和凹槽，从而共同形成棱纹面(ribbed surface)。在这些表面上可以通过形状耦合接合相应的凸轮。为此，各凸轮的安装孔的表面包括多个纵向凸面和凹槽，该多个纵向凸面和凹槽的形状对应于环形元件的棱纹面的凸面和凹槽的形状。
凸轮能够相对于各自的环形元件在锁定位置和非锁定位置之间轴向移动，其中，在锁定位置下，两者的棱纹面相互耦接，在非锁定位置下，两者的棱纹面脱离并且各凸轮可以自由地围绕轴旋转，轴的截面直径小于环形元件的直径。
通过暂时解除凸轮和轴之间的形状耦接，可以改变它们的相对位置，这允许将它们形成的驱动组件构型成，能够在设置有具有限位开关的特定电路的控制装置中组装该驱动组件。
为了在锁定位置下保持环形元件和相应凸轮之间的相对位置，凸轮通过适当地键安装在轴上的螺旋弹簧被推到该锁定位置并在轴向受约束于该弹簧。各凸轮沿着轴的轴向运动由在安装孔的、与面向相应的环形元件的端部相对的一端处形成的抵靠表面限制。
美国公开文本US 5298700A公开了一种用于限位开关盒的模块。该模块包括可旋转地耦接到阀或致动器的轴、键安装在该轴上并配置为驱动限位开关的一个或多个凸轮。该轴包括夹持面，并且各凸轮包括径向夹紧机构，该径向夹紧机构的夹持构件布置在相应的通孔处，该通孔配置成允许将凸轮组装于轴上。
具有限位开关的控制装置的驱动组件在个别(individual)部件的结构和制造成本方面是可完善的，这是本发明的目的。
所述目的是通过一种控制装置来实现的，其中，本发明提供了该控制装置的主要特征，其将在下文详细描述。
本发明的优先的解决方案是在驱动组件的个别凸轮中集成径向夹紧机构,该径向夹紧机构对应于相应的安装孔布置，并配置成与形成在轴上的夹持面接合。另一个解决方案是配置各凸轮，使得各凸轮包括匣，多个夹持构件连同移动装置布置在该匣中，所述夹持构件和所述移动装置一起限定径向夹紧机构。由移动装置驱动的夹持构件能够移向形成在匣中的组装通孔的轴线和能够移动远离该轴线。
这种构型允许完全解决有关设置在凸轮和轴之间的夹持构件的制造公差的问题，因为靠近(approaching)和远离(retracting)的径向运动被用来锁定和解除锁定凸轮。
此外，由于凸轮的锁定和非锁定是通过布置在凸轮内的机构来实现的，所以还可以将凸轮沿轴线彼此接触地键安装到轴上，从而使由轴和凸轮形成的驱动组件能够适应用于接收驱动组件的控制装置的电路上安装的开关的任何可能布置。
本发明提供的另一个优点是，个别凸轮的锁定和解锁系统不会被损坏或被篡改，因为它完全容置在该凸轮中。
此外，与已知的控制装置不同，个别凸轮的锁定和解锁系统使用弹簧，从而消除它们的组装操作和可能的屈服应力问题。
根据本发明的具有限位开关的控制装置的进一步优点和特征，对于本领域技术人员而言，将从本发明的以下参考附图的实施方式的详细和非限制性描述中变得清楚，其中：
-图1是示出根据本发明的具有限位开关的控制装置的立体图；
-图2是示出图1的装置的驱动组件的立体图，其中，单个凸轮键安装在该驱动组件上；
-图3是凸轮的分解立体图；
-图4是驱动组件的前视图；
-图5是沿图4的剖面线V-V剖视的驱动组件的截面图，其示出了凸轮相对于轴处于非锁定构型；
-图6是类似于图5的截面图，其中，凸轮被锁定在轴上；
-图7是根据本发明的装置的驱动组件的凸轮的第一可选实施方式的立体分解图；
-图8是图7的凸轮的移动装置的纵向剖视图；
-图9是根据本发明的装置的驱动组件的凸轮的第二可选实施方式的立体分解图；
-图10和图11是示出图9的凸轮(不带上半壳)分别处于非锁定构型和锁定构型时的俯视图。
参照图1和图2，根据本发明的具有限位开关的控制装置一般用参考标号100表示。
装置100包括箱200，设置有一个或多个限位开关(例如，两个限位开关301、302)的电路300容置在该箱200中。驱动组件400也容置在该箱200中，该驱动组件400配置成通过电路300的开关来控制阀或致动器的操作。
该驱动组件400包括轴410和键安装在轴410上的一个或多个凸轮，该轴410配置成可旋转地耦接到阀或致动器(未示出)，该一个或多个凸轮配置成驱动电路300的限位开关。凸轮相对于彼此适当地旋转，以限定阀或致动器的一个或多个角度操作范围，轴410受该阀或致动器的约束。在所示实施方式中，例如示出两个凸轮420、430。
图1仅示出箱200的底部，该底部包括一对通孔(through opening)201、202，该一对通孔201、202配置成允许电缆(未示出)的安装，该电缆可连接到电路300的端子303。轴410可旋转地约束于箱200中，并且从箱的下部沿垂直于电路300的方向延伸，在中心开口处穿过该箱，限位开关301、302围绕该中心开口布置。
箱200还以已知的方式包括上部(未示出)，该上部配置成与底部一起围封电路300和驱动组件400。
下面参照图2和图3，如上所述，驱动组件400包括轴410和键安装在轴410上的一个或多个凸轮，该一个或多个凸轮配置成控制近距离传感器和/或限位开关。为简单起见，图2仅示出了一个凸轮，例如凸轮420，但应当理解，在本发明的框架中，驱动组件400的轴410上安装的凸轮430和任何其它凸轮与凸轮420是相同的。
根据本发明，轴410包括夹持面411，凸轮420包括径向夹紧机构，该径向夹紧机构的夹持构件布置在组装通孔421处，该组装通孔421配置成允许将凸轮键安装在轴410上。
参照图3，凸轮420包括匣(container)422。所述匣例如为由下半壳422a和上半壳422b组成的壳，可移向组装通孔421的轴线A以及可移动远离组装通孔421的轴线A的多个夹持构件423容置在该下半壳和上半壳之间，以能够将凸轮420锁定在轴410的夹持面411上。
在所示实施方式中，夹持构件423例如相对于壳型匣422可径向移动，为此，在两个半壳422a、422b中形成有径向凹槽，该径向凹槽配置成接收与夹持构件423的形状匹配的销。应当理解，该夹持构件可以等效地包括凹槽，并且可以沿具有匹配形状的径向导轨被引导。
可选地，夹持构件423可沿螺旋凹槽被引导、可以可旋转地枢接在半壳上或者可通过等效的运动学机构被约束于壳型匣。
为了使夹持构件423能够径向移向组装通孔421的轴线A并且能够径向移离组装通孔421的轴线A，凸轮420包括环形元件424，该环形元件424具有形成在其内表面上的多个凸块425。凸块425的数量对应于夹持构件423的数量。在环形元件424的外表面上还形成有操纵装置426，从而允许用户抓持环形元件424并相对于壳型匣422选择性地在非锁定位置和锁定位置之间旋转环形元件424，这将在下文中详细描述。
在凸轮420的组装构型中，环形元件424和夹持构件423被围封在下半壳422a和上半壳422b之间，并且环形元件424围绕面向组装通孔421的夹持构件423。
可通过匣422的外周孔427操作操纵装置426，该外周孔427沿周向方向延伸。有利地，该操纵装置可以被配置为从外周孔427突出的滑动件，其可以由用户的手指简单地抓持和移动。
参考图4至图6，夹持构件423、环形元件424以及环形元件424的凸块425的构型使得，通过沿第一方向(如图5中箭头U所示的逆时针方向)旋转环形元件424，各夹持构件423位于两个连续的凸块425之间而不从孔421突出。在这种情况下，凸轮420相对于轴410自由旋转，并且因此可以相对于该轴410布置在任意角度位置。因此，可以调节凸轮的位置，使得其具有适于驱动安装在电路300上的限位开关的位置。
通过沿与第一方向相反的第二方向(如图6中箭头L所示的顺时针方向)旋转环形元件424，使凸块425压靠夹持构件423，从而使该夹持构件423按照(by following)由它们各自的运动约束确定的轨迹朝孔421的轴线A移动。该夹持构件423从孔421突出并与形成在轴410上的夹持面411接触。在这种情况下，凸轮420被锁定在轴上，从而确保安装在电路300上的限位开关的驱动位置的保持。
根据本发明的优选实施方式，形成在轴上的夹持面411和夹持构件423的面朝凸轮420的组装通孔421的内侧的表面是棱纹面，该棱纹面平行于凸轮的轴线A(即，轴410的轴线)纵向延伸，换言之，该棱纹面包括多个交替的凸面和凹槽，这能够实现凸轮和轴之间的形状耦合。这种位置调整非常精确，并且由于表面的凸面和凹槽之间的形状耦合，能够防止凸轮和轴之间的意外的相对旋转。
另外或替代地，可以将形成在轴410上的夹持面411和夹持构件423的面向凸轮420的组装通孔421的内侧的表面配置成实现压配合。为此，调整具有相应凸块425的环形元件424和夹持构件423的尺寸，使夹持构件能够朝凸轮420的通孔421的轴线行进一行程，该行程大于通孔和轴410之间的径向游隙，由此在锁定状态下，在轴和凸轮之间产生轻微过盈，从而导致径向压力。
在具有棱纹面的情况下，该配置有利地能够避免由驱动组件400的部件的制造公差引起的任何问题。
更一般地，可以利用该配置来实现凸轮和轴之间的摩擦接合，来代替形状耦合，这有利地提供了结构更便宜的驱动组件400。为了增加表面之间的摩擦系数，可以使用具有高摩擦系数的隆起(knurls)和/或材料，例如橡胶、聚氨酯和塑料材料。
再次参照图3，根据本发明的优选实施方式，夹持构件423通过连接元件423a沿圆周方向相互约束，并共同形成冠形体，相比单个的夹持构件423，该冠形体可以更容易地被装配到凸轮420的壳型匣422。
连接元件423a优选为弹性类型，例如具有如所示实施方式中的弓形形状，并且该连接元件423a配置成促使个别夹持构件423之间沿圆周方向彼此远离，由此，通过将环形元件424从锁定位置旋转到非锁定位置，使这些夹持构件423基本上以弹拨的方式(in asnapping manner)在连续的凸块425之间移动，从而释放轴410的夹持面411。
仍参考图3，凸轮420的匣422还可包括容置元件428的座，该元件428由适于与电路300的限位开关(配置作为近距离传感器)相互作用的铁磁材料制成。这种配置是有利的，因为该凸轮不仅容纳允许将它们键安装在轴上的径向夹紧机构，而且还适于与具有按钮的限位开关直接地相互作用或与近距离传感器间接地相互作用。
下面参照图7和图8，根据本发明的驱动组件的凸轮的第一可选实施方式将被公开。
相对于上面公开的实施方式，在这种情况下，夹持构件423的移动装置包括轴向约束在匣422内的环形元件424'。该环形元件424'围绕夹持构件423，并且，如图8的纵向剖视所示，该环形元件424'具有锥形内环形面425'。
环形元件424'可以选择性地在凸轮420在轴410上的非锁定位置和锁定位置之间移动。在凸轮420的非锁定位置下，环形元件424'与夹持构件423轴向间隔开，由此夹持构件423与锥环内表面425'间隔开并且不会从凸轮420的组装通孔421的外周伸出。相反，在锁定位置下，环形元件424'会轴向移动，使得锥形内环形表面425'推压夹持构件423，由此使该夹持构件423朝凸轮420的通孔421的轴线A径向移动超过该通孔421的外周，从而允许凸轮夹持轴410。
操纵装置426'形成在环形元件424'的外表面上，该操纵装置配置成能够在锁定位置和非锁定位置之间移动该环形元件。可以通过形成在凸轮420的壳型匣422的开口427'，从壳型匣422的外部来操作该操纵装置426'，该开口427'沿壳型箱422的周向和轴向方向延伸。应当理解，为了使环形元件424'能够轴向移动以将凸轮解除锁定，开口427'在轴向方向上具有槽口(notch out)部分427'a。
下面参考图9至图11，公开了根据本发明的驱动组件的凸轮的第二可选实施方式。
在这种情况下，移动装置包括围绕夹持构件423约束在匣422内的环形元件424″。该环形元件424″的特征是具有周向缺口(gap)425″，由此该环形元件424″是未闭合的并且具有一定的弹性。在非锁定位置下，周向缺口425″的面向彼此的两个端部彼此间隔开，并且夹紧构件423没有伸出超过凸轮420的组装通孔421的外周。在锁定位置下，周向缺口425″的两个端部彼此接近，从而基本上相互接触，由此环形元件424″推压夹持构件423，使它们朝凸轮420的通孔421的轴线A移动超过该通孔421的外周。
为了能够操作环形元件424″，一对销425″a、425″b分别形成在周向缺口425″的两个端部位置，并且移动装置包括以杠杆形式枢转在匣422上的操纵装置426″。该杠杆装置426″包括椭圆形孔426″a，其配置成接合操纵销425″a、425″b。
参考图10和图11，该整体结构使得在非锁定位置下，杠杆装置426″相对于匣422向外旋转，操纵销425″a、425″b在所述椭圆形孔426″a沿其长轴线方向的两个相对端处彼此间隔开，由此夹持构件423不会突出超过凸轮420的组装通孔421的外周。相反，在锁定位置下，杠杆装置426″相对于匣422向内旋转，操纵销425″a、425″b在椭圆形孔426″a沿其短轴线方向的两个相对端处彼此基本相邻，由此环形元件424″推压夹持构件423并使它们朝凸轮420的通孔421的轴线A移动超过该通孔421的外周，从而能够夹持轴410。
参照本发明的优选实施方式对本发明进行了说明。应当理解，可以存在涉及与权利要求书的保护范围所限定的发明构思相同的发明构思的其它实施方式。

Claims (16)

1.一种具有限位开关的控制装置(100)，所述控制装置包括箱(200)，所述箱(200)容置有：
-设置有一个或多个限位开关(301,302)的电路(300)，和
-配置成通过所述电路(300)的所述限位开关(301,302)来控制阀或致动器的操作的驱动组件(400)，
其中，所述驱动组件(400)包括轴(410)和键安装到所述轴(410)的至少一个凸轮(420)，所述轴(410)配置成能够旋转地耦接到阀或致动器，所述一个或多个凸轮配置成用于驱动所述电路(300)的所述限位开关(301,302)，
其中，所述轴(410)包括夹持面(411)，
所述凸轮(420)包括径向夹紧机构，所述径向夹紧机构的多个夹持构件(423)对应于组装通孔(421)布置，所述组装通孔(421)设置成允许将所述凸轮(420)键安装到所述轴(410)，
其特征在于，所述凸轮(420)包括匣(422)，所述匣(422)中布置有所述径向夹紧机构的所述多个夹持构件(423)，所述夹持构件(423)在所述匣(422)内能够朝向或远离所述凸轮的所述组装通孔(421)的轴线移动；所述凸轮(420)还包括配置成移动所述夹持构件(423)的移动装置。
2.根据权利要求1所述的控制装置(100)，其中，所述匣(422)是由下半壳(422a)和上半壳(422b)组成的壳型匣，所述径向夹紧机构的所述夹持构件(423)容置在所述下半壳(422a)和所述上半壳(422b)之间。
3.权利要求1或2所述的控制装置(100)，其中，所述移动装置包括环形元件(424)，所述环形元件(424)布置在所述匣(422)内并且可旋转地受到所述匣(422)的约束，所述环形元件(424)围绕所述夹持构件(423)并设置有形成在所述环形元件(424)的内表面上的多个凸块(425)，所述凸块的数量对应于所述夹持构件(423)的数量。
4.根据权利要求3所述的控制装置(100)，其中，所述凸轮(420)具有在所述轴(410)上的非锁定位置和锁定位置，所述环形元件(424)能够选择性地在所述非锁定位置和所述锁定位置之间移动，所述环形元件(424)的总体构型使得：在所述非锁定位置下，所述夹持构件(423)位于两个连续的凸块(425)之间并且没有突出超过所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的外周；而在所述锁定位置下，所述凸块(425)压靠所述夹持构件(423)，使所述夹持构件(423)朝所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的轴线移动超过所述组装通孔(421)的外周。
5.根据权利要求4所述的控制装置(100)，其中，在所述环形元件(424)的外表面形成有操纵装置(426)，所述操纵装置配置成允许所述环形元件在所述非锁定位置和所述锁定位置之间移位。
6.根据权利要求5所述的控制装置(100)，其中，通过形成于所述凸轮(420)的所述匣(422)中的开口(427)，能够从所述匣(422)的外部操作所述操纵装置(426)，所述开口沿所述匣(422)的周向方向延伸。
7.根据权利要求6所述的控制装置(100)，其中，所述操纵装置(426)配置为从所述开口(427)突出的滑动件。
8.根据权利要求1或2所述的控制装置(100)，其中，所述移动装置包括布置在所述匣(422)内并在轴向上受所述匣(422)约束的环形元件(424')，所述环形元件(424')围绕所述夹持构件(423)并具有锥环内表面(425')。
9.根据权利要求8所述的控制装置(100)，其中，所述凸轮(420)具有在所述轴(410)上的非锁定位置和锁定位置，所述环形元件(424')能够选择性地在所述非锁定位置和所述锁定位置之间移动，所述环形元件的总体构型使得：在所述非锁定位置下，所述夹持构件(423)与所述锥环内表面(425')间隔开并且没有突出超过所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的外周；而在所述锁定位置下，所述环形元件(424')沿轴向移动，使得所述锥环内表面(425')推动所述夹持构件(423)，从而使所述夹持构件(423)朝所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的轴线移动超过所述组装通孔(421)的外周。
10.根据权利要求9所述的控制装置(100)，其中，在所述环形元件(424')的外表面上形成有操纵装置(426')，所述操纵装置配置成使得所述环形元件能够在所述非锁定位置和所述锁定位置之间移位。
11.根据权利要求10所述的控制装置(100)，其中，通过形成于所述凸轮(420)的所述匣(422)中的开口(427')，能够从所述匣(422)的外部操作所述操纵装置(426')，所述开口沿所述匣(422)的周向方向延伸。
12.根据权利要求1或2所述的控制装置(100)，其中，所述移动装置包括约束于所述匣(422)内的环形元件(424”)，所述环形元件(424”)围绕所述夹持构件(423)并具有周向缺口(425”)，所述环形元件(424”)的总体构型使得：在非锁定位置下，所述周向缺口(425”)的两个端部彼此面对面并间隔开，所述夹持构件(423)没有突出超过所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的外周；而在锁定位置下，所述周向缺口(425”)的两个端部彼此基本接触，使所述环形元件(424”)推压所述夹持构件(423)，由此使所述夹持构件(423)朝所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的轴线移动超过所述组装通孔(421)的外周。
13.根据权利要求12所述的控制装置(100)，其中，在所述周向缺口(425”)的彼此面对面的两个端部形成有一对操纵销(425”a，425”b)，所述移动装置还包括杠杆形式的操纵装置(426”)，所述操纵装置(426”)铰接于所述匣(422)并且包括椭圆形孔(426”a)，所述椭圆形孔(426”a)配置成接合所述一对操纵销(425”a，425”b)。
14.根据权利要求1所述的控制装置(100)，其中，形成在所述轴(410)上的夹持面(411)和所述夹持构件(423)的面向所述凸轮(420)的所述组装通孔(421)的轴线的表面为平行于所述凸轮的轴线方向延伸的棱纹面。
15.根据权利要求1所述的控制装置(100)，其中，所述多个夹持构件(423)通过连接元件(423a)沿周向方向彼此约束，由此约束后的多个夹持构件形成冠形体。
16.根据权利要求15所述的控制装置(100)，其中，所述连接元件(423a)为弹性元件，该弹性元件配置成促使个别夹持构件(423)沿周向方向彼此远离。
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