DE112008000415T5

DE112008000415T5 - Kontaktloses Drehmomenterfassen für einen Ventilbetätiger

Info

Publication number: DE112008000415T5
Application number: DE112008000415T
Authority: DE
Inventors: William T. Dolenti; Byron A. Fleury
Original assignee: Flowserve Management Co
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-02-16
Also published as: CN101617204A; US20080277609A1; CA2854956A1; GB2459411B; CA2854954A1; US20140102216A1; US8096523B2; CN101617204B; WO2008103288A3; BRPI0807651B1; CA2677764A1; CA2854954C; US8608128B2; GB0914771D0; US20120080622A1; GB2482633B; GB201120042D0; GB2482633A; US9500542B2; DE112008000415B4

Abstract

Elektrisch angetriebener Ventilbetätiger, umfassend:
ein rotierendes Bauteil; und
einen Drehmoment- oder Schubsensor, umfassend zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung an dem rotierenden Bauteil befestigt ist.

Description

Prioritätsanspruch
Dies beansprucht den Vorteil des Anmeldetags der US Provisional Patentanmeldung Nr. 60/902 029, angemeldet am 16. Februar 2007 für „Kontaktloses Drehmomenterfassen für Ventilbetätiger”.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur Drehmomentmessung und insbesondere für kontaktloses Drehmomenterfassen eines Ventilbetätigers.
Hintergrund
Ventile schließen Vorrichtungen für sowohl Flüssigkeiten als auch Gase ein. Ventilbetätiger für Ventile sind bekannt und können mechanisch betätigt werden. Beispielsweise kann der Ventilbetätiger manuell betrieben werden, durch Flüssigkeitsdruck betätigt werden, in welchem die Welle direkt oder indirekt mit einem Flüssigkeits-betriebenen Kolben verbunden ist, oder durch eine Elektrohydraulik angetrieben sein oder durch Elektroflüssigkeitsmittel. Konventionelle Ventilbetätiger umfassen eine elektrisch angetriebene Eingangswelle, welche drehbar bei relativ hohen Geschwindigkeiten mit einem relativ geringen Drehmoment sein kann. Die Eingangswelle kann durch reduzierende Getriebe wie ein Schneckengetriebe oder ein helisches Schraubengewinde mit Mutter eine Ausgangswelle mit einem relativ hohen Drehmoment und geringer Geschwindigkeit drehen.
Betätiger werden oft so dimensioniert, dass sie mehr Drehmoment als nötig für einen vollständigen Sitz eines gegebenen Ventils bereitstellen. Es mag wünschenswert sein, das erzeugte Drehmoment durch die Ausgangswelle oder Antriebshülse eines Ventilbetätigers zu bestimmen. Beispielsweise, wenn ein Ventil vollständig geschlossen und gesetzt ist, kann das Drehmoment beträchtlich größer sein, welches zum Öffnen des Ventils benötigt wird. Beständiges Überwachen des Drehmoments kann anzeigen, wenn ein Ventil abgenutzt ist oder haftet. Tendenzmuster in den Drehmomentmessungen können eine vorausschauende Wartung ermöglichen.
Betätiger müssen die Drehmomentmenge steuern oder begrenzen, die auf die Last in einer Weise aufgebracht wird, die für verschiedene Betriebsmodi in einer gegebenen Anwendung angemessen ist. Ältere mechanische Technologien arbeiten typischerweise in einem von zwei Modi: aktiv oder über einen Bypass. Wenn ein Drehmomentschwellenwert überschritten wird, dann schaltet der mechanische Drehmomentsensor den Betätiger in einen Bypassmodus. Der Drehmomentschwellenwert zum Schalten zwischen den Modi wird durch den Benutzer beim Starten festgelegt und verbleibt festgelegt, bis er physikalisch durch den Benutzer geändert wird.
Nicht-mechanische Drehmomentsensoren können mit Drehkomponenten verwendet werden, jedoch müssten die Drehmomentsensoren auf einem Torsionselement in dem Antriebsstrang des Ventilbetätigers angebracht sein. Der Antriebsstrang würde sich während des Betriebs drehen. Daher wäre eine Abfrage der Drehmomentinformation von dem Drehsensor schwierig.
Es wäre vorteilhaft, eine Technologie zum Messen des Drehmoments zu entwickeln, welches durch einen Ventilbetätiger ohne die Notwendigkeit, ein rotierendes Bauteil des Ventilbetätigers zu berühren. erzeugt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Oberflächen-akustischen Welle, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Ventilbetätigers, der die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden kann.
Modi zum Ausführen der Erfindung
Obwohl die vorangegangene Beschreibung einige Besonderheiten enthält, sollten diese nicht als den Bereich der vorliegenden Erfindung beschränkend angesehen werden, sondern rein als Veranschaulichungen der vorliegenden Ausführungsformen bereitstellend. Gleichermaßen können andere Ausführungsformen der Erfindung ausgedacht werden, die nicht den Geist oder Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen. Merkmale verschiedener Ausführungsformen können in Kombination verwendet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Befestigung eines kontaktlosen Sensors zum Messen von Drehmoment oder Schub auf einer Drehkomponente eines elektrischen Ventilbetätigers.
In einer besonderen Ausführungsform schließt ein kontaktloser Sensor eine Oberflächen-akustische Wellen-(SAW)-Vorrichtung ein. Eine SAW-Vorrichtung kann aus einer auf einem piezoelektrischen Substrat abgeschiedenen Mikrostruktur hergestellt sein. Die Mikrostruktur kann durch zumindest ein Paar überlappender kammförmiger Elektroden gebildet sein, die auf einer dünnen metallischen leitfähigen Schicht auf dein Substrat abgeschieden sind. 1 zeigt ein exemplarisches Grundmodell einer SAW-Vorrichtung 100 mit einer Eingangselektrode 110 überlappend mit einer Ausgangselektrode 120. Die Elektroden 110 und 120 (welche sich beide auf die Eingangselektrode 110 und die Ausganselektrode 120 beziehen) können eine Ablagerung aus Aluminium oder anderen Leitern auf der oberen Oberfläche 140 eines piezoelektrischen Substrats 130 einschließen. In einer besonderen Ausführungsform kann die Dicke der Elektroden 110 und 120 in der Größe von 1000 Angstrom liegen. Viele piezoelektrische Materialien sind für die Verwendung als ein Substrat geeignet, einschließlich flexibler Kunststoffpolymere und harter Materialien, wie Keramik und Quarz. Verschiedene piezoelektrische Kristallformen können verwendet werden. Nicht beschränkende Beispiele von geeigneten Materialien schließen Lithiumniobate, Lithiumtantalate, Bismut-Germanluroxide und Galliumoxide ein.
In der SAW-Vorrichtung 100 führt die Anwendung eines elektrischen Signals zu der Eingangselektrode 110 dazu, dass die Elektrode als ein Wandler wirkt, der das elektrische Eingangssignal in eine ausgehende akustische Welle auf das piezoelektrische Substrat 130 umwandelt. Die Ausgangselektrode 120 kehrt den Prozess um und stellt ein elektrisches Ausgabesignal mit der Ankunft einer akustischen Welle auf dem piezoelektrischen Substrat 130 bereit.
Die Betriebsfrequenzen der SAW-Vorrichtung 100 können irgendwo aus einem weiten Frequenzbereich ausgewählt werden, der sich von einigen Megahertz bis zu einigen Gigahertz erstreckt. Je höher die verwendete Frequenz ist, desto kleiner ist die Hülle, die für den Wandler (Elektroden 110 und 120) benötigt wird, welche vorteilhaft sein kann, wenn der verfügbare Raum beschränkt ist. Die verwendete Resonanzfrequenz hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der Geometrie der Elektroden 110 und 120 und den Eigenschaften des piezoelektrischen Substrats 130. Die Elektroden 110, 120 können jede Geometrie und jeden Abstand aufweisen, der zwischen ihnen nötig ist. Die Geschwindigkeit der Oberflächenwelle variiert mit der Temperatur des piezoelektrischen Substrats 130. Bei sehr geringen Größen, in welchen die SAW-Vorrichtung 100 hergestellt werden kann, erleichtert ihre Vorrichtung als eine Dehnungsmessvorrichtung für einen Ventilbetätiger.
Die Kopplung zwischen den Elektroden 110 und 120 kann durch Oberflächen-akustische Wellen (auch als Rayleigh-Wellen bekannt) erreicht werden. Weitere akustische Ausbreitungsmodi, welche zum Koppeln der Elektroden 110 und 120 verwendet werden können, schließen Oberflächen-Abschöpfkörperwellen ein. Diese erstrecken sich tiefer in das piezoelektrische Substrat 130 als die Oberflächen-akustischen Wellen, und folglich weisen die Oberflächen-Abschöpfkörperwellen höhere Verluste auf, als mit dem Oberflächen-akustischen Modus entstehen. Jedoch sind die Körperwellen weniger anfällig für Defekte in der oberen Oberfläche 140. Die Auswahl der Kopplungswelle kann variiert werden und kann von der vorzunehmenden Dehnungsmessung abhängen.
Die SAW-Vorrichtung 100 kann in einem System verwendet werden, in dem Signaleingänge zu einem Wandlereingang (Elektrode 110) und Signalausgänge von einem Wandler (Elektrode 120) durch kontaktlose Kopplung (wie durch induktive, kapazitive oder Radiowellenmittel) an ein externes Steuersystem übertragen. Die Bereitstellung einer kontaktlosen Kupplung, in welcher die Elektroden 110 und 120 keine elektrische Verbindung aufweisen, bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere wenn die Notwendigkeit für intrinsische Sicherheit besteht, oder wenn eine physikalische Verbindung die zu messende Resonanz beeinflussen würde. Solche kontaktlose Systeme sind besonders geeignet für rotierende Komponenten eines Ventilbetätigers. Eine SAW-Vorrichtung 100 kann anstelle eines Dehnmessstreifens verwendet werden. Die SAW-Vorrichtung 100 kann in der Lage sein, einen Präzisionsgrad zu erreichen, der wesentlich größer ist als der eines konventionellen Dehnmessstreifens. Die Elektroden 110 und 120 können eine Reihe von Formen einnehmen, wobei die Größe und Geometrie der Elektroden 110 und 120 möglicherweise modifiziert werden können, um die Betriebsfrequenz zu beeinflussen.
Die SAW-Vorrichtung 100 kann einen einzelnen Anschluss, zwei Anschlüsse oder mehrere Anschlüsse aufweisen. Eine Zwei-Anschluss-Art führt zu geringeren Verlusten als eine entsprechende Einfach-Anschluss-Art und kann zum Be trieb in einer Multi-Modi-Weise gebracht werden. Zusätzlich weist eine Zwei-Anschluss-Art Vorteile in Bezug auf einen Phasenübergang auf und bietet dadurch eine höhere Betriebspräzision. Zusätzlich können Verstärker verwendet werden, um das durch die Ausgabeelektrode 120 erzeugte Signal zu verstärken.
Drehmoment (radiale Dehnung) kann durch einen Wechsel in der Ausgabefrequenz der Elektrode 120 gemessen werden, der aus einer Formveränderung des piezoelektrischen Substrats 130 und dadurch in den relativen Positionen der Elektroden 110 und 120 entsteht. Die radiale Dehnung kann durch eine Belastung auf dem zu messenden Bauteil induziert werden. Der Wechsel in der Ausgabefrequenz der Elektrode 120 ist proportional zu dem aufgebrachten Drehmoment.
Die SAW-Vorrichtung 100 kann demnach verwendet werden, um entweder das Drehmoment oder den axialen Schub auf die drehbaren Komponenten eines Ventilbetätigers zu messen. Die SAW-Vorrichtung 100 kann auf einer drehenden Komponente mit einem Winkel relativ zu der Drehachse angeordnet sein, so dass das Drehmoment in einer Richtung in einer Kompression und das Drehmoment in der anderen Richtung in einer Spannung resultiert. Zwei SAW-Vorrichtungen 100 können in gegenüberliegenden Winkeln zueinander (entweder überlappend oder anders) angeordnet werden, so dass, wenn eine SAW-Vorrichtung 100 einen Druck erfährt, die andere einen Zug erfährt, und andersherum. Alternativ kann eine SAW-Vorrichtung 100 bereitgestellt werden, um axialen Schub zu messen, und eine zweite SAW-Vorrichtung 100 kann angebracht werden, um ein Drehmoment zu messen. Jede Anzahl von SAW-Vorrichtungen 100 kann an einer gegebenen Stelle einer drehenden Komponente verwendet werden. Zusätzlich kann ein axialer Schub einer drehenden Komponente zum Berechnen des Drehmoments verwendet werden.
Die SAW-Vorrichtung 100 kann ebenso auf einer rotierenden Komponente angeordnet sein, so dass die Vorrichtung nur eine Deformation erfährt, wenn sich die rotierende Komponente relativ zu der Drehachse biegt. Die Kenntnis einer solchen Biegung kann eine akkuratere Drehmomentberechnung aus der Dehnung auf andere SAW-Vorrichtungen auf der Komponente ermöglichen. Die SAW-Vorrichtung kann auch zum Messen von Schub auf stationären Komponenten eines Ventilbetätigers verwendet werden.
2 zeigt einige Ausführungsformen von möglichen Orten in einem elektrisch angetriebenen Ventilbetätiger, an welchen SAW-Vorrichtungen 100 befestigt werden können. Die SAW-Vorrichtungen 100 können an einer Schneckenwelle 3, einer Motor-getriebenen Welle 9, einer Antriebshülse 2 und einem Handrad-Adapter 11 befestigt sein. Die SAW-Vorrichtungen 100 können auch auf den Zähnen eines Schneckengetriebes 10 und einer Schneckenwelle 9 befestigt sein. Die SAW-Vorrichtungen 100 können auf einem Entkopplungsmechanismus 13 oder einem Entkopplungsgriff 5 befestigt sein. Wenn ein Encoder 6 vorhanden ist, können die SAW-Vorrichtungen 100 auf einer Eingabewelle für den Encoder 6 befestigt sein. Die SAW-Vorrichtungen 100 können auf stationären Komponenten des Ventilbetätigers 20 befestigt sein, einschließlich des Gehäuses 4.
„Befestigt auf”, wie der Begriff hierin verwendet wird, umfasst jede Art von Befestigung, Anordnung, Dazugehörigkeit, Einbetten, Beherbergen oder Einfügen einer SAW-Vorrichtung. In einer solchen exemplarischen Ausführungsform kann eine SAW-Vorrichtung 100 auf einer Oberfläche einer Komponente angeordnet sein. Dies wird z. B. durch Schweißen oder Klebstoffe vollbracht. In einer anderen Ausführungsform kann eine SAW-Vorrichtung 100 in oder mit einer Hülle oder Hülse angeordnet oder integriert und auf der Oberfläche positioniert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann eine SAW-Vorrichtung in eine andere Vorrichtung integriert werden und die Vorrichtung kann auf der Oberfläche befestigt werden. In einer besonderen Ausführungsform können SAW-Vorrichtungen 100 in eine Komponente eingebettet werden. In noch einer weiteren Ausführungsform können SAW-Vorrichtungen 100 in einer Komponente hergestellt sein. Beispielsweise kann ein piezoelektrisches Material in eine Komponente integriert sein, wenn die Komponente hergestellt wird und die Leiter für die Elektroden später auf dem piezoelektrischen Material abgeschieden werden.
SAW-Vorrichtungen 100 können sich überall auf dem Ventilbetätiger 20 befinden. In einer Ausführungsform können Unterschiede zwischen den Drehmomenten verschiedener Komponenten bezeichnend für die Komponentenabnutzung sein und eine Frühwarnung vor Wartungsproblemen bereitstellen.
Der Ventilbetätiger 20 ist ein nicht beschränkendes Beispiel eines Ventilbetätigers, der SAW-Vorrichtungen 100 verwenden kann. Der Ventilbetätiger 20 kann jede Art von elektrisch angetriebenem Ventilbetätiger sein. Beispielsweise kann der Ventilbetätiger 20 eine Ausgangswelle haben, anstatt eine Antriebshülse 2 zu verwenden.
Der Ventilbetätiger 20 muss nicht elektrisch angetrieben sein. Das Handrad 1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform wie der Ventilbetätiger 20 manuell betrieben werden kann. Zusätzlich kann der Ventilbetätiger 20 auch teilweise pneumatisch und/oder hydraulisch betätigt werden.
Die SAW-Vorrichtungen 100 können ebenso auf den drehbaren oder stationären Komponenten eines Ventils befestigt sein. In einer besonderen Ausführungsform sind die SAW-Vorrichtungen 100 auf einem Ventilschaft befestigt. Die SAW-Vorrichtungen 100 können verwendet werden, um ein Drehmoment aufzuzeichnen, welches durch einen rotierenden Ventilschaft aufgebracht wird, oder um axialen Schub aufzuzeichnen, der durch eine lineare Bewegung eines Ventilschafts aufgebracht wird. Jede Komponente eines Ventils, wie der Flügel eines Drosselventils, kann darauf befestigte SAW-Vorrichtungen 100 aufweisen.
Jede notwendige Elektronik kann an einer SAW-Vorrichtung 100 befestigt sein oder sich nahe dazu befinden. Wenn Induktion oder Kapazität zum Antreiben der SAW-Vorrichtungen 100 verwendet werden, müssen die Anregungsquellen rela tiv nahe an den SAW-Vorrichtungen 100 sein. Drahtlose Anreger können Radiofrequenzen verwenden, um die Eingangselektroden 110 anzuregen. Drahtlose Empfänger können zum Empfang von Radiofrequenzausgaben von den Ausgabeelektroden 120 gestaltet sein. Drahtlose Anreger/Empfänger können zum kontinuierlichen oder unterbrochenen Betrieb gestaltet sein. „Drahtlose Anreger/Empfänger”, wie der Begriff hier verwendet wird, umfasst sowohl eine Ausführungsform, wenn der Anreger separat von dem Empfänger ist, als auch eine Ausführungsform, wenn beide Funktionen durch eine einzelne Vorrichtung vollbracht werden. Drahtlose Anreger/Empfänger können in oder außerhalb des Ventilbetätigers 20 angeordnet sein. In einer besonderen Ausführungsform sind die drahtlosen Anreger/Empfänger in das Steuermodul 8 oder die Schalterplatte 15 eingebaut. Wenn die drahtlosen Anreger/Empfänger in den Ventilbetätiger eingebaut sind, können die SAW-Vorrichtungen 100 unter Verwendung einer Steuertafel 7 oder von einer entfernten Steuerungsstation aus aktiviert werden. Drehmoment, Schub oder Dehnungswerte können auf einem Display 12 angezeigt werden und/oder an eine entfernte Stelle übertragen werden.
In anderen Ausführungsformen kann ein drahtloser Anreger/Empfänger in einen PDA, einen Laptop oder eine andere tragbare Vorrichtung eingebaut sein. Die geeignete Software kann eingeschlossen sein, um einen Drehmoment, Schub oder eine Dehnung auf Grundlage des Signals auszurechnen, welches durch die SAW-Vorrichtungen 100 ausgegeben wird. In einer anderen Ausführungsform können Anreger/Empfänger Knoten in der Nähe einer Vielzahl von Ventilbetätigern und Ventilen angeordnet sein. Die drahtlosen Anreger/Empfänger-Knoten können Drehmoment und andere Daten für vielfache Ventilbetätiger und Ventile auf eine zentrale Steuerungsstation übertragen. Die drahtlosen Anreger/Empfänger-Knoten können zum Übertragen von Daten gestaltet sein, die auch nicht von den SAW-Vorrichtungen 100 erhalten werden.
Während SAW-Vorrichtungen 100 in verschiedenen Stellen in einem Ventilbetätiger 20 angeordnet sind, können die Drehmomentdaten eindeutig durch die Stelle identifiziert werden. Ähnlich können Drehmoment-Daten nur in Verbindung mit einem bestimmten Ventilbetätiger 20 und/oder Stellen innerhalb des Betätigers verbunden werden, wohingegen mehrfache Ventilbetätiger 20 oder Ventile extern drahtlos angeregt werden. Die eindeutige Identifikation kann auf mehrere Arten erfolgen.
In einer bestimmten Ausführungsform kann das Signal, welches durch eine SAW-Vorrichtung 100 übertragen wird, eindeutig sein. Daher würden zwei SAW-Vorrichtungen 100 verschiedene Ausgaben übertragen, wenn sie derselben Dehnung unterworfen werden. In einer Ausführungsform könnten verschiedene SAW-Vorrichtungen 100 verschiedene Eingangsfrequenzen verwenden. Die Eingangsfrequenzen sollten ausreichend unterschiedlich sein, so dass der Ausgabefrequenzbereich jeder SAW-Vorrichtung 100 unabhängig von jeder erfahrenen Dehnung nicht überlappen würde. In einer zweiten Ausführungsform können Reflektoren in dem piezoelektrischen Substrat 130 angeordnet sein, um die Ausgabefrequenz zu modifizieren. Jede SAW-Vorrichtung 100 kann einen eindeutigen Satz von Reflektoren aufweisen. Die Reflektoren können so angeordnet sein, dass die Drehmomentdaten erhalten werden können, und dann bestimmen, welche bestimmte SAW-Vorrichtung 100 überträgt.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform kann jede Elektronik mit einer SAW-Vorrichtung 100 verbunden sein und eine eindeutige Identifizierung einer SAW-Vorrichtung 100 oder einer Gruppe von SAW-Vorrichtungen 100 an einer Stelle ermöglichen. In einer Ausführungsform kann ein Verstärker für jede SAW 100 Vorrichtung ein eindeutiges Verstärkungslevel bereitstellen und dabei die SAW-Vorrichtung 100 unterscheiden. In einer zweiten Ausführungsform kann ein eindeutiger Wandler mit jeder SAW-Vorrichtung 100 verbunden sein. Der eindeutige Wandler könnte die Signalart ändern, die durch eine Ausgabeelektrode 120 erzeugt wird. Daher könnte die neue eindeutige Signalart die SAW-Quelllvorrichtung 100 identifizieren. In einer dritten Ausführungsform kann ein eindeutiger drahtloser Anhang an die Ausgabe angefügt werden, die durch die Ausgabeelektrode 120 erzeugt wird, um die Quelle eindeutig zu identifizieren.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein drahtloser Anreger/Empfänger zum eindeutigen Identifizieren einer SAW-Vorrichtung 100 verwendet werden. In einer Variation der Erfindung kann nur ein Ventilbetätiger 20 zu einem Zeitpunkt einer Übertragung von dem drahtlosen Anreger/Empfänger unterworfen sein. Beispielsweise könnte ein PDA mit nur einem Niedrigleistungs-Anreger auf einen besonderen Ventilbetätiger 20 gerichtet werden. In einer zweiten Ausführungsform kann die Intensität der Übertragung von einer SAW-Vorrichtung 100 zum Identifizieren ihrer Stelle verwendet werden. Beispielsweise wird, unter der Annahme, dass die Verstärker gleich sind, der Abstand von einer SAW-Vorrichtung 100 zu einem drahtlosen Anreger/Empfänger die Stärke oder Intensität des durch den drahtlosen Anreger/Empfänger empfangenen Signals bestimmt. Die Intensität jedes Signals kann gemessen werden. Wenn jede der SAW-Vorrichtungen ausreichend unterschiedliche Abstände von dem drahtlosen Anreger/Empfänger aufweist, können die verschiedenen Intensitäten der Signale zum Identifizieren der Quellen verwendet werden. Alle anderen Mittel des Standes der Technik können zum Identifizieren der Quelle von Radiofrequenzen verwendet werden.
SAW-Vorrichtungen 100 können zur Erzeugung von Drehmoment, Schub, Dehnung, Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Position und anderen Daten verwendet werden.
Die Ausführungsformen wurden unter Verwendung einer SAW-Vorrichtung beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass jede kontaktlose Erfassung anstelle der SAW-Vorrichtung verwendet werden kann. Beispielsweise können weitere Ausführungsformen eines kontaktlosen Sensors Magnetoelastik, Magnetostriktion, Spannungsdrähte, „Gitarrensaiten”-Elemente, Dehnungsmessstreifen, Akustik, Licht, Optik, Kapazität, Induktivität, Widerstand, Reluktanz, Radio-Telemetrie, Dehnungsbauteile, Belastungs-gekoppelte Vorrichtungen oder Mikromaschinen zur Herstellung einer kontaktlosen Bestimmung des Drehmoments einer rotierenden Komponente verwendet werden.
In einer Ausführungsform eines kontaktlosen Drehmoment-Sensors können Dehnungsmessstreifen an einer Drehkomponente befestigt sein und durch eine Batterie versorgt werden, die an der Drehkomponente befestigt ist, und die Ausgabe der Dehnungsmessstreifen (oder ein Äquivalent) kann drahtlos übertragen werden.
Eine Ausführungsform eines kontaktlosen optischen Sensors verwendet zwei optische Sensoren in einer Reihe angeordnet auf einer Drehkomponente relativ zu der Drehachse der Komponente. Wenn sich die Drehkomponente unter dem Drehmoment verdreht, werden die zwei optischen Sensoren nicht länger in einer Reihe angeordnet sein. Die Versetzung zwischen den zwei Sensoren kann verwendet werden, um den erfahrenen Drehmoment zu bestimmen.
Ein kontaktloser Sensor kann passiv sein und braucht keine Batterie oder eine andere externe Energiequelle zu benötigen. In anderen Ausführungsformen kann ein kontaktloser Sensor aktiv sein und eine externe Energiequelle benötigen.
Obwohl die vorangegangene Beschreibung viele Besonderheiten beinhaltet, sind diese nicht als den Bereich der vorliegenden Erfindung beschränkend gedacht, sondern rein um gewisse repräsentative Ausführungsformen bereitzustellen. Ähnlich können andere Ausführungsformen der Erfindung ausgedacht werden, welche nicht den Geist oder Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen.
Zusammenfassung
Offenbart ist kontaktloses Drehmoment, Schub, Dehnung und weitere Datenerfassung eines Ventilbetätigers. Ein Sensor kann eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung einschließen.

Claims

Elektrisch angetriebener Ventilbetätiger, umfassend: ein rotierendes Bauteil; und einen Drehmoment- oder Schubsensor, umfassend zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung an dem rotierenden Bauteil befestigt ist.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung in einem Frequenzbereich von ungefähr 3 Megahertz bis ungefähr 3 Gigahertz arbeitet.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung zwei Oberflächen-akustische Wellenvorrichtungen umfasst, die an gegenüber gesetzten Winkeln zueinander auf dem rotierenden Bauteil angeordnet sind.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung axialen Schub misst.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung Drehmoment misst.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei das rotierende Bauteil aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Schneckenwelle, einer Motorgetriebenen Welle, einer Antriebshülse, einem Handrad-Adapter, Zähnen eines Schneckengetriebes, einem Auskoppelmechanismus, einem Auskoppelgriff und einer Eingangswelle für einen Encoder besteht.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei das rotierende Bauteil ein Ventilschaft ist.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei das rotierende Bauteil ein rotierender Ventilschaft ist.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei das rotierende Bauteil ein sich linear bewegender Ventilschaft ist.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung zumindest ein Paar überlappender Elektroden umfasst.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, weiterhin Elektronik umfassend, die mit einer besonderen Oberflächen-akustischen Wellenvorrichtung verbunden ist.
Ventilbetätiger nach Anspruch 11, wobei die Elektronik einen Verstärker für jede Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung umfasst, einen Konverter, der mit jeder Oberflächen-akustischen Wellenvorrichtung verbunden ist, oder einen drahtlosen Anhang, der mit einer Ausgabe verbunden ist, die durch eine Ausgabe-Elektrode erzeugt wird.
Verfahren zum Erfassen von Drehmoment in einem Motor, der durch den Ventilbetätiger betrieben wird, wobei das Verfahren umfasst: Drücken oder unter Zug Anordnen von zumindest einem Abschnitt von einer oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen, die auf einer Oberfläche einer Komponente eines Ventilbetätigers befestigt sind; drahtloses Anregen der einen oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen; Empfangen einer drahtlosen Ausgabe aus der einen oder mehreren akustischen Vorrichtungen; und Verwenden der drahtlosen Ausgabe zur Bestimmung des Drehmoments auf der Komponente.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Komponente des Ventilbetätigers eine Drehkomponente ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Komponente des Ventilbetätigers eine stationäre Komponente ist.
Elektrisches Ventilsystem, umfassend: einen elektrischen Ventilbetätiger; ein Ventil; eine drehbare Komponente des elektrischen Ventilbetätigers oder Ventils; und zumindest einen kontaktlosen Sensor, der wirksam auf der drehbaren Komponente befestigt ist, wobei der zumindest eine kontaktlose Sensor zur Erzeugung von Drehmoment- oder Schubdaten gespeichert ist.
Elektrisches Ventilsystem nach Anspruch 16, wobei der zumindest eine kontaktlose Sensor Dehnungsmessstreifen umfasst, die auf der drehbaren Komponente befestigt sind.
Elektrisches Ventilsystem nach Anspruch 16, wobei der zumindest eine kontaktlose Sensor zwei optische Sensoren umfasst, die in einer Reihe auf einer Drehkomponente relativ zu einer Rotationsachse der Drehkomponente angeordnet sind.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung axialen Schub misst.
Ventilbetätiger nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberflächen-akustische Wellenvorrichtung Drehmoment misst.