CN1402817A - 阀可旋转密闭件的操纵机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀可旋转的密闭件的操纵机构，尤其盘形阀或节气阀可用压力介质加载的旋转驱动装置，它的结构简单，便于维护，可靠，可以改变用途，以及借助它可方便地调整和保持所要求的转角。为达到上述目的采取的措施是，设两个沿直径彼此相对的导槽(2f)，它们各方面总是以活塞杆(2b)为界，它们各自的径迹设计为准确的或基本上点对称的，以及就活塞(2)的轴线而言它们总是在中部(角度β)有比在其两个端部(角度α)更大的螺旋角(α＞β)；以及，活塞(2)的行程是受限制的，一方面通过活塞杆(2b)的端面直接或间接地挡靠在盖(4)上，和另一方面通过与活塞杆(2b)连接的活塞底部(2a)直接或间接地挡靠在一个装在外壳(1)的外壳底部(1b)内的止动件(9；20；20.1)上。

Description

阀可旋转密闭件的操纵机构
技术领域
本发明涉及按权利要求1前序部分所述用于阀可旋转的密闭件的操纵机构，尤其用于盘形阀或节气阀可用压力介质加载的旋转驱动装置。
背景技术
由DE 297 03 710 U1已知按此类型的操纵机构。这种尤其用压缩空气作为压力介质推动的旋转驱动装置优选地可见在阀中应用，其中密闭件原则上可以无限旋转。例如在所谓的球阀或盘形阀中便是这种情况。在这些阀中必须采取附加措施，保证相关的旋转驱动装置准确停止在要求的角向位置上，以保证在阀座区内充分密封。为了实现预定的、确定的角向位置，由于尤其在活塞直线运动与旋转轴旋转运动之间的变换范围内始终容许的加工误差，需要采取特殊措施限制转角。在已知的旋转驱动装置中这样保持所期望的转角，即，在旋转轴上固定一止动块；至少一根导杆构成一固定止挡；以及，止动块和导杆与行程无关地直接将转角限制为其准确的额定值。
已知的旋转驱动装置的主要缺点是，只能通过比较麻烦地更换止动块，才能使止动块适应不同的转角状况。磨损和公差引起的转角限定值的改变，不通过这种更换不可能顺利地补偿。
另一些已知的旋转驱动装置，或者根本没有公开有关转角限制和转角调整方面的任何特征(DE 298 14 551 U1；EP 0 622 574 B1)，或者它们虽然公开了有关这方面的特征(DE 33 03 872 A1)，然而它们的结构比较复杂和维护不那么方便。
按DE 33 03 872 A1用于阀可回转阀体的操纵机构有一个可旋转地支承的活塞，在活塞的外表面加工了两个沿直径彼此相对的曲线导引装置，它们有斜槽的形状。在这些槽内插入传动轮，它们可绕固定在操纵机构圆柱体壁内的轴旋转。用于操纵可回转阀体的从动轴，在活塞内部既沿轴向也沿径向与活塞形封闭地连接。因此，在这种结构中，活塞不仅实施朝复位弹簧方向的行程运动，而且除此之外还使从动轴按要求作旋转运动，所以使活塞相对于圆柱体壁密封的密封件必须执行由活塞行程和转角合成的总运动。这样一种运动形式引起严重的密封件磨损。此外，操纵机构由于其复杂的结构，尤其由于在内侧固定在圆柱体壁上的传动轮，装配和维护都不是特别方便的。
除此之外，对盘形阀的旋转驱动装置提出的要求是，在可旋转的密闭件进入阀座密封装置内和从那里移出时，应提供一个比在前、后转角区内更大的扭矩。这意味着，按能量守恒原理，在驱动装置运动过程中，旋转轴比较小的转角与活塞较大的轴向行程相对应。由于这一原因，螺线状导槽采用不同的螺旋角。在前面提及的文件EP 0 622 574 B1中清楚地表示(图3)和说明了导槽在这方面的设计。
为了将按此类型的操纵机构的用途设计得尽可能可以改变和具有灵活性，而且为此无需特别麻烦的改装工作，值得追求的是，旋转驱动装置不仅能使用于用空气打开并因而必然用弹簧关闭，而且能用于用空气关闭并因而必然用弹簧打开。在按EP 0 622 574 B1的旋转驱动装置中，上述所要求的扭矩特性，只能在用空气打开并因而必然用弹簧关闭的工作方式下提供，如图3及相关的说明所指出的那样。提到的另一些旋转驱动装置，基于它们所提供的运动学，这一问题或基本上不能解决(在DE 298 14 551 U1中的螺杆/螺母系统)，或它们没有提供有关这方面的任何具体说明。
发明内容
本发明的目的是创造一种按此类型的操纵机构，它的结构简单和便于维护，可靠和用途可以改变，以及借助它可方便地调整和保持所要求的转角。
此目的通过权利要求1特征部分中的特征达到。所建议的操纵机构有利的设计是从属权利要求的内容。
两个各方面以活塞杆为界并因而自身封闭的导槽，可以通过它们各自点对称的设计，实现操纵机构可改变用途并因而具有通用性。因为在导槽的两个端部区内可以调整必要的扭矩变化曲线，所以此驱动装置既可用于用空气打开并因而必然用弹簧关闭，又可用于用空气关闭并因而必然用弹簧打开。这两种不同的方案其互相的区别仅在于，相对于另一种方案，阀的密闭件转90度与本发明所涉及的操纵机构连接。此外，通过活塞杆的两个沿直径彼此相对的全等的导槽，保证操纵机构可靠和无故障地使用。活塞行程两端的限制，一方面通过活塞杆的端面直接或间接地挡靠在盖上，和另一方面通过与活塞杆连接的活塞底部直接或间接地挡靠在一个装在外壳的外壳底部内的止动件上，从而允许准确限制和调整所期望的转角。
第一种有利的实施形式采用了一个第一止动件，它直接装在外壳底部内并设计为不可调的行程限制器。这种固定的和优选地可旋入外壳底部内止挡上的止动件，可在与操纵机构所涉及构件的尺寸公差配合作用的情况下按这样的方式确定其尺寸，即，保证阀可旋转密闭件所期望的原始位置，以及除此之外还保证90度转角。第一止动件的预调准和麻烦的调整一般是不需要的。
采用所建议的操纵机构的第二种实施形式，可准确地调整可由操纵机构驱动旋转的密闭件的原始位置。为做到这一点，第二止动件沿轴向可调地装在第一止动-固定装置内，后者直接固定在外壳底部中；以及，用第二止动件可在一个调整范围内改变活塞被赋予的终端位置，这一调整范围通过一个与活塞的全行程相比为小的部分行程±Δs确定。
如果不仅希望调整阀可旋转的密闭件的原始位置，而且除此之外还希望在最大90度的开关角范围内限制转角，所建议的操纵机构另一种实施形式规定，第三止动件沿轴向可调地装在第二止动-固定装置内，后者直接固定在外壳中；以及，用第三止动件可在一个由活塞的全行程确定的调整范围内改变活塞被赋予的终端位置。
在所有上述三种实施形式中，止动件从外壳的外部装入它的外壳底部中，所以这样一来在任何情况下都可按简单的方式从外部准确限制和调整所期望的转角。
按一种优选的实施形式活塞用塑料制造，以及活塞在全部轴向长度上无间隙地用金属支承管覆套。采用塑料主要可以简化活塞的制造，而支承管则用于稳定活塞，并由此保证安全和可靠地传递大的开关力矩。
所建议的操纵机构另一种有利的设计规定，横轴两端，在与相关导槽的各自的插接区内，分别在一直径较小的支承颈上，带有一个用高耐磨和低摩擦材料制的支承套。通过在横轴与两个全等的沿直径彼此相对的导槽之间低摩擦和低磨损的滚动运动，在运动学和动力学方面为在直线运动与旋转运动之间的变换范围内可靠和安全的运动过程，创造可能的最有利的前提条件。
所建议的操纵机构的一项有利的设计还规定，旋转轴在穿过盖的那一端可拆地固定一连接件，它在其端侧的端段内有一四方孔。由此可以轻易地使操纵机构适应于不同结构方式的阀和不同的额定宽度，后者例如由于不同尺寸的四角形在驱动侧出现的。
如进一步建议的那样，为了安全和无风险地分解操纵机构，在活塞底部与盖之间的复位弹簧被预紧，并在这种情况下借助支承在盖中的旋转轴再加上插入导槽内的横轴形封闭地装在室内。因为横轴保持在封闭的导槽内，所以在活塞底部和盖之间预紧的复位弹簧只能松弛到导槽与此相关的轴向长度允许的程度。
此外，所建议操纵机构的便于维护性通过一种优选的实施形式保证，其中盖可拆地固定在外壳上。这一点用特别简单的方式通过一个所谓弹簧弹性的圆钢丝环实现，它将盖形封闭和可方便拆卸地固定在外壳圆柱形外壁内部。
为了使活塞能在压力介质支持下或仅仅通过压力介质造成回程，还规定盖在外侧相对于外壳壳体借助第二密封件密封，以及沿径向在内侧相对于旋转轴借助第三密封件密封；以及，在外壳壳体、活塞底部与盖之间构成的腔室有一个对外界的连通孔。
为了通报操纵机构当时的终端位置，另一项建议规定，活塞在其面朝外壳底部的端面与一活塞杆可拆地连接，此活塞杆穿过外壳底部并终止在一个设在另一侧与外壳连接内装应答装置的附加外壳内。因为活塞的轴向位置对于由此造成的转角构成单值的指示器，因此这一转角可通过活塞的位置，并因而通过与活塞连接的活塞杆传入用于应答装置的外壳内。在那里设有适用的应塔装置，它将驱动装置的转角位置或对外可视化，或将相应的控制信号传入配置的控制器内。
为了在各转角段之间达到连续和无返程地过渡，另一种实施形式规定，在导槽配备不同螺旋角α、β的径迹之间的过渡区设计一修圆半径R，它至少与支承套的外半径一样大。
附图说明
附图表示了本发明的实施例并在下面说明。其中：
图1  通过按本发明的操纵机构第一种实施形式的中央剖面，其中，活塞在复位弹簧作用下处于其第一终端位置；
图2  按图1的操纵机构，其中活塞由于压力介质加载处于其第二终端位置；
图3  按图2中用A-A表示的剖切线通过图2所示操纵机构的横截面；
图4  按图2中用B-B表示的剖切线通过图2所示操纵机构的剖面图；
图5  加工在活塞杆内的螺线状导槽优选的径迹的展开；
图6  通过按本发明的操纵机构第二种实施形式的中央剖面，与图1所示的实施形式相比，它配备有一可沿轴向调整的第二止动件；以及
图7  通过按本发明的操纵机构第三种实施形式的中央剖面，其中设一沿轴向可调的第三止动件，与图6所示的止动件相比它实现更大的调整范围。
具体实施方式
从外部看，操纵机构(图1和2)的组成部分包括罐状外壳1，它有一个基本上圆柱形的外壳壳体1a和一个优选地材料封闭地装在外壳表面上带有一个用于压力介质D的压力介质接头1c的外壳底部1b、在一侧封闭外壳表面1a的盖4、插入盖4并支承在盖4内的中心旋转轴3、可拆地固定在旋转轴3端部的连接件5、以及一个第一止动件9，它优选地在中央装在外壳底部1b中。
就图示的位置而言，活塞2可移动地支承在外壳壳体1a上部，它由活塞底部2a和与之连接直径较小的活塞杆2b组成。在活塞底部2a的表面内制有一个密封槽2g，用于装入一个活塞密封件14，使活塞底部2a相对于外壳壳体1a密封。在相对于活塞杆2b沿径向伸出的活塞底部2a与盖4之间，装有一个优选地设计为圆柱形螺旋弹簧的复位弹簧7，它同轴地围绕着活塞杆2b。活塞杆2b背对活塞底部2a的那一端，在活塞杆内制有一中心导向孔2c，它大体终止在活塞底部2a的起始处。在活塞杆2b由中心导向孔2c的尺寸决定的壁内，加工了两个全等的彼此沿直径相对的螺线状导槽25，它们在各方面总是以活塞杆2b为界，以及它们各自的径迹设计为基本上点对称的。穿过盖4并支承在贯穿处的旋转轴3在外壳1内部延伸到这样的深度，即，使旋转轴即使在活塞2通过复位弹簧7的作用处于终端位置时，仍能足够深地插入活塞杆2b内的中心导向孔2c中。旋转轴3在此插接区内被导引，并在其位于那里的端部被一横轴10穿过，横轴还固定在那里。横轴10两端，在它们与相关导槽25的各自的插接区内，分别在一个直径较小的支承颈10a上，带有一个用高耐磨和低摩擦的材料制的支承套11(还可见图3)。
活塞2优选地用塑料制造。与已知用钢的方案相比，其优点在于活塞能方便和经济地生产并设计得特别轻。为了即使在传递大扭矩时也能提高其稳定性，其活塞杆2b在它的全部轴向长度上用金属支承管8覆套。后者借助一个装在其端部的圆钢丝扣环15不可移动地固定在活塞杆2b上。此外，在活塞杆2b两侧对称于其中心线各设一导孔2d，其中分别导引一根导杆6，导杆本身分别固定在盖4上装杆的孔4b中。
在旋转轴3与盖4的贯穿处，在一个设在盖4中的中心支承孔4a内，形封闭地装有两个互相有轴向间距的支承套筒12，它们沿径向的内侧安装旋转轴3的圆柱形延伸段3a。第三密封件18，优选地O型密封圈，装在两个留下槽状环腔的支承套筒12之间，它保证旋转轴3在其与盖4的贯穿处的密封。在经由盖4伸出到周围环境中的圆柱形延伸段3a上装上连接件5。连接件在那里例如通过一个设计为贯头刻槽销(Knebelkerbstift)的销钉19形封闭和力封闭地与延伸段3a连接。为了将操纵机构连接在不同类型的阀及其额定宽度上，在连接件5端侧的端段内设一四方孔5a，它可有各种尺寸。
盖4可拆地固定在外壳壳体1a内。当采用一个所谓弹簧弹性的圆钢丝环13时提供了一种特别便于维护的设计，在圆钢丝环被强制置于所要求的接缝位置后，紧接着通过弹性的回弹变形，它实现一种在外壳壳体1a与盖4之间的形封闭连接。第二密封件17保证盖4与外壳壳体1a之间的密封。为了在操纵机构的开关运动过程中在活塞底部2a与盖4之间构成的腔室有必要的通风和排气，或为了活塞2在压力介质支持下或仅在压力介质作用下回程。在盖4中设与外界的连通孔4c，经由它进行通风或输入、排出压力介质。操纵机构在图中未表示的阀上的固定借助盖4上的至少两个连接孔4d(图4)实现。
在活塞底部2a的端面优选地在中心设圆柱形凹槽2e(图1和2)，其中安装一个制有中心螺纹孔2.1a的插入件2.1。在一个优选地设在外壳底部1b中央的旋入孔1d中，从外壳1外部旋入第一止动件9。止动件9构成活塞2的一个固定的止挡，在本设计中活塞间接地通过插入件2.1在此位置形成其行程限制并因而构成其终端位置限制。通过活塞杆2b的端面直接挡靠在盖4上(图2和4)构成了活塞2的第二行程限制并因而终端位置限制。第一密封圈16保证第一止动件9在外壳底部1a内的密封(图1)。第一止动件9伸入外壳壳体1a内的那一部分的尺寸按这样的方式确定，即，在活塞2处于受第一止动件9限制所赋予的终端位置时，旋转轴3并因而阀可被操纵机构驱动旋转的密闭件，准确地定位在一个轴向位置上或相对于此位置转90°方向的位置上。
若应检测和通报阀可旋转密闭件当时的位置，则所建议的操纵机构另一种实施形式规定，活塞2在其面朝外壳底部1b的端面与一活塞杆2.2(图4)可拆地连接，它穿过外壳底部1b导引，并终止在一个设在另一侧与外壳1连接内装有一个应答装置的附加外壳1.1内。为此目的，活塞杆2.2固定在插入件2.1的螺纹孔2.1a内，并密封地穿过一个经修改的止动件9*。
当在外壳1内活塞2上方构成的空腔加入压力介质D(图2和4)，优选地加入压缩空气时(压力介质供入见图1)，活塞2克服复位弹簧7的力移动地而不能转动地向下偏移。由于设在活塞杆2b内的螺线状导槽2f，以及装在横轴10上的支承套11插入导槽内，所以使旋转轴3旋转一个相应的转角Δ。
图5说明借助本发明实现的在旋转轴3的转角与活塞2造成此转角有关的行程h之间的关系。图中表示了展开后的导槽2f，在本例中实现了一种准确的点对称的径迹。就活塞2的轴线而言，在导槽2f的中部其螺旋角β大于导槽2f两个端侧部分各自的螺旋角α。在阀闭合区内所期望的扭矩变化曲线企求的相同性，在用弹簧闭合和在用空气闭合的操纵机构中，通过两个端侧螺旋角α的相等性达到。在导槽2f采用不同螺旋角α和β的区域之间连续和无返程地过渡，通过导槽2f有修圆半径R的修圆来保证，修圆半径R设计为至少与支承套11的外径一样大小。取代上述支承套11，通过导槽2f导致带动旋转轴3也可以借助低摩擦和低磨损地工作的滑动或滚动支承的传动轮11进行。
显然，作为仅借助复位弹簧7使活塞2回程的替换形式，也可以采用活塞2有压力介质支持的或仅仅通过压力介质D造成回程。为此，在活塞底部2a与盖4之间的腔室通过连通孔4c加入压力介质D，在该腔室中尚有在上面最后提到的那种情况下可以取消的复位弹簧7。此腔室必要的密封借助已设的密封件17和18实现(图1)。
同样也可以设计一种与所采用的有所不同的活塞2相对于外壳1的防转措施。在前面提到的先有技术中对此提出了一系列建议，例如由于活塞2直线运动与旋转轴3旋转运动之间的变换引起的反力矩，可通过活塞2传入外壳1(例如借助在外壳壳体1a内或在盖4上的直线导轨；借助在活塞轴线与旋转轴轴线之间的径向错移-偏心距)。
准确调准和调整活塞2相对于外壳底部1b的终端位置(图6)通过第二止动件20达到，它沿轴向可调地装在第一止动-固定装置9.1中。以与第一止动件9相同的方式，后者直接旋入外壳底部1b中并密封。第二止动件20的组成部分包括一个圆柱形活塞部分20a，它密封地在圆柱形凹槽9.1a内导引。为此目的，它有一环形密封槽20c，其中装有第四密封圈21。活塞部分20a在上部减小为一个直径较小的螺纹部分20b，它穿过第一止动-固定装置9.1并从这里伸出到外界环境中。在螺纹部分20b末端成形第一传动部分20d，借助它可使第二止动件20在第一止动-固定装置9.1内部旋转，并因而能沿轴向调整。第二止动件20已确定的轴向位置的保险借助第一锁紧螺母22实现，它位于螺纹部分20b从第一止动-固定装置9.1伸出到外界环境中的部分上。借助此第二止动件20可以在一个调整范围内改变活塞2被赋予的终端位置，这一调整范围通过一个与活塞2的全行程H(见图7)相比为较小的分行程±Δs确定。活塞2通过插入件2.1支承在第二止动件20上。
图7表示第三止动件20.1，它旋入第二止动-固定装置9.2内并可在其中按这样的方式轴向调整，即，借助它可在一个调整范围内改变活塞2被赋予的终端位置，这一调整范围通过活塞2的全行程H确定。第二止动-固定装置9.2直接旋入外壳底部1b中并在那里借助第一密封圈16密封。第三止动件20.1的螺纹借助一个装在第二止动-固定装置9.2内的螺纹密封圈24相对于后者密封。借助第二锁紧螺母23防止第三止动件20.1转动并因而不能沿轴向移动地固定在第二止动-固定装置9.2内。在第三止动件20.1末端设例如形式上为六角螺母的第二传动部分20.1a。活塞2通过插入件2.1支承在第三止动件20.1上。

Claims (13)

1.阀可旋转的密闭件的操纵机构，尤其盘形阀或节气阀可用压力介质加载的旋转驱动装置，其组成部分包括带压力介质接头(1c)的罐状外壳(1)、可在外壳(1)内部直线移动相对于外壳壳体(1a)密封的活塞(2)，在加入压力介质(D)时活塞克服至少一个复位弹簧(7)的作用实施行程运动、设在活塞(2)上的活塞杆(2b)、至少一个加工在活塞杆(2b)上的螺线形导槽(2f)、封闭外壳(1)的盖(4)、插入盖(4)并支承在盖(4)内的中心旋转轴(3)、固定在旋转轴(3)内并插入导槽(2f)中的横轴(10)、至少一根固定在盖(4)上插入活塞(2)中防止活塞转动的导杆(6)、以及用于沿两个方向限制旋转轴(3)转角()的预防装置，其特征为：
·设两个沿直径彼此相对的导槽(2f)，
·它们各方面总是以活塞杆(2b)为界，
·它们各自的径迹设计为准确的或基本上点对称，
·以及，就活塞(2)的轴线而言，它们总是在中部(角度β)有比在其两个端部(角度α)更大的螺旋角；
·以及，活塞(2)的行程是受限制的，
·一方面通过活塞杆(2b)的端面直接或间接地挡靠在盖(4)上，和
·另一方面通过与活塞杆(2b)连接的活塞底部(2a)直接或间接地挡靠在一个装在外壳(1)的外壳底部(1b)内的止动件(9；20；20.1)上。
2.按照权利要求1所述的操纵机构，其特征为：第一止动件(9)直接装在外壳底部(1b)内并设计为不可调的行程限制器。
3.按照权利要求1所述的操纵机构，其特征在为：第二止动件(20)沿轴向可调地装在第一止动-固定装置(9.1)内，后者直接固定在外壳底部(1b)中；以及，用第二止动件(20)可在一个调整范围内改变活塞(2)被赋予的终端位置，这一调整范围通过与活塞(2)的全行程(H)相比为小的部分行程(±Δs)确定。
4.按照权利要求1所述的操纵机构，其特征为：第三止动件(20.1)沿轴向可调地装在第二止动-固定装置(9.2)内，后者直接固定在外壳底部(1b)中；以及，用第三止动件(20.1)可在一个由活塞(2)的全行程(H)确定的调整范围内改变活塞(2)被赋予的终端位置。
5.按照权利要求2至5之一所述的操纵机构，其特征为：止动件(9；20；20.1)从外壳(1)的外部装入它的外壳底部(1b)中。
6.按照权利要求1至5之一所述的操纵机构，其特征为：用塑料制的活塞(2)的活塞杆(2b)在其全部轴向长度上无间隙地用金属支承管(8)覆套。
7.按照权利要求1至6之一所述的操纵机构，其特征为：横轴(10)两端，在与相关导槽(2f)的各自的插接区内，分别在一个直径较小的支承颈(10a)上，带有一个用高耐磨和低摩擦材料制的支承套(11)。
8.按照权利要求1至7之一所述的操纵机构，其特征为：旋转轴(3)在穿过盖(4)的那一端可拆地固定一连接件(5)，它在其端侧的端段内有一四方孔(5a)。
9.按照权利要求1至8之一所述的操纵机构，其特征为：在活塞底部(2a)与盖(4)之间的复位弹簧(7)被预紧，在这种情况下借助于支承在盖(4)中的旋转轴(3)再加上插入导槽(2f)内的横轴(10)形封闭地装在室内。
10.按照权利要求1至9之一所述的操纵机构，其特征为：盖(4)可拆地固定在外壳(1)上。
11.按照权利要求1至10之一所述的操纵机构，其特征为：盖(4)在外侧相对于外壳壳体(1a)借助第二密封件(17)密封，沿径向在内侧相对于旋转轴(3)借助第三密封件(18)密封；以及，在外壳壳体(1a)、活塞底部(2a)与盖(4)之间构成的腔室有一个对外界的连通孔(4c)。
12.按照权利要求1至11之一所述的操纵机构，其特征为：活塞(2)在其面朝外壳底部(1b)的端面与一活塞杆(2.2)可拆地连接，此活塞杆穿过外壳底部(1b)并终止在一个设在另一侧与外壳(1)连接内装应答装置的附加外壳(1.1)内。
13.按照权利要求1至12之一所述的操纵机构，其特征为：在导槽(2f)配备不同螺旋角(α、β)的径迹之间的过渡区设计一修圆半径(R)，它至少与支承套(11)的外半径一样大。
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