DE112014006451B4

DE112014006451B4 - Multiflexverbindung

Info

Publication number: DE112014006451B4
Application number: DE112014006451.3T
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Vistadeltek LLC
Current assignee: Vistadeltek LLC
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: IL247564A; WO2015137948A1; DE112014006451T5; GB2538452B; IL247564A0; KR20160123350A; JP2017510764A; CN106164553B; KR101865642B1; GB201614384D0; CN106164553A; SG11201607164UA; GB2538452A; JP6148410B2

Abstract

Ein mechanischer Bewegungswandler, aufweisend:ein aktives Element (120),ein reaktives Element (180; 580),einen Schwenkstift (190; 590), undwenigstens ein Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) zum Schwenken um den Schwenkstift (190; 590), wobei das Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) axial zwischen dem aktiven Element (120; 220) und dem reaktiven Element (180; 580) angeordnet ist,wobei das aktive Element (120), das reaktive Element (180; 580) und das wenigstens eine Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) miteinander verbunden sind und sich axial verschieben in Antwort auf eine mittels eines Betätigers ausgeübte Kraft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelbewegungsmechanismus mit einer kreisförmigen Form, welcher gut zur Verwendung in axialsymmetrischen Vorrichtungen, wie dem modulierenden Betätiger eines Proportional-Steuerventils, geeignet ist. Zahlreiche Ausgestaltungen des Mechanismus können sowohl die Größe als auch die Richtung der Betätigerbewegung verändern. Die Bewegungsumwandlung ist im Allgemeinen proportional und geeignet zur Verwendung beim Betätigen eines Fluidsteuerventils. Die Erfindung ist besonders nützlich in Ventilen, welche zur proportionalen oder modulierenden Steuerung einer Fluidlieferung innerhalb industrieller Prozesse, welche Halbleitervorrichtungen, Pharmazeutika oder Feinchemikalien herstellen, gedacht sind, und vielen ähnlichen Fluidliefervorrichtungen.
Hintergrund der Erfindung
Das Gebiet der Steuerventile, welche zur Verwendung in automatisierten Prozesssteuersystemen gedacht sind, ist breit und wohlbekannt. Viele Proportional-Steuerventile weisen ein oder mehr bewegbare Elemente auf, welche irgendwo zwischen einem Extrem-Geöffnet-Zustand und einem Extrem-Geschlossen-Zustand aktiv positioniert werden können, um den dadurch hindurchströmenden Fluidstrom einzustellen. Fluidliefervorrichtungen, welche zum Manipulieren von Prozessmaterialien in Halbleiterherstellungsanlagen gedacht sind, erfordern üblicherweise eine Aufmerksamkeit hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer hohen Reinheit der gelieferten Reaktanten und sind außerdem typischerweise viel kleiner als Ventile, welche z.B. in petrochemischen Anlagen verwendet werden. Nichtsdestotrotz werden viele verschiedene Typen von angetriebenen Ventilbetätigern in Hochrein-Instrumenten und Steuervorrichtungen, wie z.B. Massenstromsteuereinrichtungen, vorgefunden. Das U.S. Patent US 4 695 034 A an Shimizu et al. beschreibt die Verwendung eines Stapels von piezoelektrischen Scheibenelementen, um eine Bewegung von Ventilteilen in einer Massenstromsteuereinrichtung zu bewirken. Das U.S. Patent US 4 569 504 A an Doyle beschreibt die Verwendung eines Elektromagneten mit verschachtelten Magnetkreiselementen. Das U.S. Patent US 5 660 207 A an Mudd beschreibt die Verwendung eines erwärmten Widerstandsdrahts, welcher eine Länge mit Temperaturveränderungen verändert, um eine Ventilelementbewegung zu bewirken. Das U.S. Patent US 6 178 996 B1 an Suzuki beschreibt die Verwendung eines unter Druck stehenden Fluids, wie z.B. eines Stickstoffgases, um den Öffnungsgrad eines membranbetätigen Steuerventils zu steuern. Alle vorgenannten Patente sind hierin ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit miteinbezogen.
Ein wichtiger Nachteil von sowohl einem Betätiger vom Elektromagnet-Typ als auch vom Thermische-Ausdehnung-Typ ist ein inhärenter konstanter Energieverbrauch beim Steuern von an einem Zwischenzustand positionierten Ventilelementen, wie z.B. beim aktiven Regulieren eines Fluidstroms. Ein piezoelektrischer Betätiger ist effektiv ein Kondensator in einem elektrischen Schaltkreis und verbraucht daher keinen Strom, wenn eine angelegte Spannung konstant ist. Folglich erfordern typische piezoelektrische Steuerventilanwendungen lediglich eine geringe Energie und vermeiden die unerwünschte Wärmeerzeugung, welche in elektromagnetischen Betätigern vorgefunden werden kann. Ein piezoelektrischer Betätiger kann vorteilhafterweise wesentlich mehr Kraft erzeugen als ein Elektromagnetbetätiger einer vergleichbaren Größe, wobei jedoch eine erreichbare Belastung die Distanz, um die sich ein piezoelektrischer Stapel bewegen kann, stark beschränkt. Piezoelektrische Betätiger werden fast immer in einer Weise genutzt, bei welcher ein Anlegen einer Aktivierungsspannung eine Dehnerhöhung der Stapellänge verursacht (siehe das Shimizu-et-al.-Patent '034 sowie das U.S. Patent US 5 094 430 A an Shirai et al., welches ebenfalls hierin ausdrücklich in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme miteinbezogen ist). Shimizu et al. '034 erhöht die verfügbare Bewegung durch Zwischenanordnen eines Kraftübertragungselements, welches eine Mehrzahl von radialen Hebelarmzungen aufweist, zwischen dem Stapel von piezoelektrischen Scheibenelementen und dem sich bewegenden Abschnitt des Steuerventils. Die Kraftübertragungselemente von Shimizu sind kompliziert und schwierig korrekt herzustellen. Shirai et al. '430 beschreibt die Verwendung eines sphärischen Lagers, um eine Bewegung von einem Stapel von piezoelektrischen Scheibenelementen mit anderen Abschnitt des Steuerventils zu verbinden, um nachteilige Effekte, die andernfalls aus unzureichender Parallelität von Teilen resultieren, zu vermeiden. Die Verwendung eines sphärischen Lagers in dem System nach Shirai et al. scheint die Verwendung von Kraftübertragungselemente von Shimizu auszuschließen. Elektromagnetbetätiger beeinflussen nahezu immer eine Angetriebenes-Element-Bewegung analog zu einer Verringerung der Länge entlang der Betätigerachse (siehe beispielsweise Doyles '504), was das Gegenteil des Verhaltens der piezoelektrischen Betätiger ist. Eine Konsequenz dieser Betätiger-Unterschiede ist, dass piezoelektrische Betätiger am ehesten mit Normalerweise-Geöffnet-Ventilen (wobei ein Aufbringen von Energie dann das Ventil dazu bringt, den Fluidstrom zu verringern) assoziiert werden und dass Elektromagnetbetätiger am ehesten mit Normalerweise-Geschlossen-Ventilen (wobei ein Aufbringen von Energie dann das Ventil dazu bringt, den Fluidstrom zu erhöhen) assoziiert werden. Ein Ventilgestalter wird davon profitieren, einen Mechanismus zu haben, welcher die Richtung der Betätigerbewegung umkehrt oder welcher die effektive Größe der Betätigerbewegung verändert, um es dadurch sowohl Normalerweise-Geöffnet- als auch Normalerweise-Geschlossen-Ventilen zu ermöglichen, einen einzigen Betätigertyp (piezoelektrisch, elektromagnetisch, pneumatisch, etc.) zu verwenden.
Ferner offenbaren die US 4 558 605 A , die EP 0 066 375 A1 , die US 4 903 942 A sowie die DE 26 34 885 A1 Kupplungen eines Stellantriebs für Ventile. Die US 3 119 594 A und auch die DE 26 34 885 A1 offenbaren insbesondere auch mechanische Bewegungswandler zwischen einem Stellantrieb und einem Ventilkörper, mit Schwenkhebelelement und Schwenkstift.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung adressiert die oben genannten Probleme durch Bereitstellen eines kompakten, einfach hergestellten Systems, welches dazu eingerichtet sein kann, die Bewegungsgröße eines Betätigers zur Steuerung von bewegbaren Elementen in einem einen Fluidstrom regulierenden Ventil zu verändern oder außerdem die Bewegungsrichtung umzukehren. Der erfindungsgemäße Mechanismus ist hinsichtlich der Namenskonvention von „antreibend“ und „angetrieben“, „aktiv“ und „reaktiv“ und dergleichen bidirektional und umkehrbar, wobei er symmetrisch funktioniert. Die Erfindung betrachtet die Verwendung von Linearbewegung-Krafterzeugern, welche dafür bekannt sind, eine kontrollierte, schrittweise Bewegung, wie in einem Proportionalmodulationsventil gefordert, bereitzustellen. In einer ersten Konfiguration wird die lineare aktive Richtungsbewegung (antreibender Abschnitt) von dem Krafterzeuger umgekehrt hinsichtlich der Richtung, um eine reaktive Richtungsbewegung (angetriebener Abschnitt), welche eine entgegengesetzte Richtung hat, bereitzustellen. In einer zweiten Konfiguration wird die lineare aktive Richtungsbewegung (antreibender Abschnitt) von dem Krafterzeuger typischerweise in der Größe verdoppelt, um eine gesteigerte reaktive Richtungsbewegung (angetriebener Abschnitt) in derselben Richtung bereitzustellen. Der Mechanismus wird als eine „Multiflexverbindung“ bezeichnet, da er komfortabel eine Translationsverstärkung und eine Richtungsänderung bereitstellen kann, wenn er verwendet wird, um einen Betätiger mit dem bewegbaren Abschnitt eines Ventils zu verbinden. Der Mechanismus enthält weder Zahnräder noch Gewindespindeln und ist bei der üblichen Verwendung konstant belastet, so dass eine Kraftänderung ohne eine Hysterese einführende mechanische Rückwirkung bzw. Totgang erreicht wird. Die nachfolgende Richtung kann begriffliche Richtungen (aufwärts und abwärts, oben und unten, links und rechts, vorne und hinten, etc.) verwenden, um das Verständnis von Beziehungen zwischen den Mechanismusteilen zu unterstützen, und die Zeichnungsfiguren stimmen üblicherweise mit diesen begrifflichen Richtungen oder Konventionen überein, wobei jedoch verstanden werden sollte, dass eine Vorrichtung, welche in die Grenzen des Erfindungsgedankens fällt, jede Raumorientierung, einschließlich eines aktiven Verschiebens oder Rotierens oder Taumelns, ohne einen Effekt auf die Mechanismusfunktion erzielen kann.
In einer typischen Ausführungsform ist der Mechanismus gebildet aus zwei scheibenförmigen Elementen (dem antreibend-aktiven Abschnitt und dem angetriebenreaktiven Abschnitt), zwei halbkreisförmigen Elementen (Schwenkhebel bzw. Kipphebel), welche sich als Hebel verhalten, vier Verbindungsglied-Elementen, welche die Vorhergehenden miteinander verbinden, und neun Stiften, welche dazu dienen, die Elemente zusammenzuhalten, sowie einer optionalen Stützhülse. Diese zahlreichen Teile können aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen oder Keramiken gefertigt sein, wobei jedoch wärmebehandelte Werkzeugstähle, wie z.B. A2, D2 oder H13, für viele Verwendungen als geeignet angesehen werden, wobei Aluminiumlegierungen, wie z.B. 6061, ebenfalls verwendet werden können. In einer Ausführungsform haben das scheibenförmige aktive und das scheibenförmige reaktive Element einen Außendurchmesser von ungefähr 1,524 cm (0,6 Zoll), wobei Außenabmessungen der halbkreisförmigen Schwenkhebelelemente im Allgemeinen mit den scheibenförmigen Elementen zusammenpassen, und der Mechanismus hat eine axiale Länge von ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll).
Das scheibenförmige aktive Element und das scheibenförmige reaktive bzw. reagierende Element in einem beliebigen Mechanismus-Konfiguration der vorliegenden Erfindung sind jeweilig durch zwei symmetrisch angeordnete Axialschlitze durchbohrt, um die Enden von zwei Verbindungsglied-Elementen unterzubringen. Die Axialschlitz-Positionen können abhängig von der spezifischen translatorischen Multiplikation (Verstärkung), welche von einem bestimmten Mechanismus gewünscht ist, verschieden sein. Jedes aktive und reaktive Element ist außerdem durch zwei Verriegelungsstiftlöcher, welche jeweilig die die Verbindungsglied-Elemente unterbringenden Axialschlitze kreuzen, durchbohrt, welche Verriegelungsstiftlöcher als symmetrisch parallele Sehnen der Element-Scheibenform auftreten. Die zwei halbkreisförmigen Schwenkhebelelemente sind identisch innerhalb irgendeiner bestimmten Mechanismus-Konfiguration, so wie es ebenso die vier Verbindungsglieder sind, wobei das aktive und das reaktive scheibenförmige Element identisch sein können oder sie sich unterscheiden können. Jedes halbkreisförmige Schwenkhebelelement ist ungefähr von der Größe von einer Hälfte eines scheibenförmigen aktiven oder reaktiven Elements und ist außerdem durch zwei Axialschlitze durchbohrt, um die Enden von zwei Verbindungsglied-Elementen unterzubringen. Jedes Schwenkhebelelement ist außerdem durch ein radiales Schwenkstiftloch, welches an dem halben Durchmesser zur geraden Seite seiner halbkreisförmigen Form senkrecht angeordnet ist, durchbohrt und ist außerdem durch zwei zum Schwenkstiftloch parallele Verriegelungsstiftlöcher, welche jeweilig die die Verbindungsglieder unterbringenden Axialschlitze kreuzen, durchbohrt.
Eine komplette Mechanismus-Vorrichtung weist ein oberes scheibenförmiges Element, zwei Schwenkhebelelemente, welche nebeneinander und unterhalb der oberen Scheibe angeordnet sind, und ein unteres scheibenförmiges Element unter den Schwenkhebelelementen auf. Ein einzelner Schwenkstift verläuft durch das Schwenkstiftloch der zwei halbkreisförmigen Schwenkhebelelemente hindurch, und acht Verriegelungsstifte verbinden die Enden der vier Verbindungsglieder innerhalb jeweiliger Axialschlitze in den diversen Elementen. Zwei Verbindungsglieder verlaufen von den zwei Axialschlitzen des oberen scheibenförmigen Elements nach unten, und jedes Verbindungsglied greift in einen korrespondierenden Axialschlitz in dem darunterliegenden benachbarten Schwenkhebelelement (ein Fachmann wird bemerken, dass die identischen Schwenkhebelelemente als Spiegelbilder in Erscheinung treten). Zwei zusätzliche Verbindungsglieder verlaufen von dem zweiten Axialschlitz jedes Schwenkhebelelements nach unten, und jedes Verbindungsglied greift in einen korrespondierenden Axialschlitz in dem darunterliegend benachbarten unteren scheibenförmigen Element ein.
Zwei scheibenförmige Aktives- oder Reaktives-Element-Varianten können mit zwei halbkreisförmigen Schwenkhebelelement-Varianten kombiniert werden, um Mechanismen der ersten Konfiguration zu schaffen, welche drei unterschiedliche richtungsverändernde Translationsverstärkungen bereitstellen. Auf ähnliche Weise können zwei scheibenförmige Aktives- oder Reaktives-Element-Varianten mit den zwei halbkreisförmigen Schwenkhebelelement-Varianten kombiniert werden, um Mechanismen der zweiten Konfiguration zu schaffen, welche drei unterschiedliche richtungsbewahrende Translationsverstärkungen bereitstellen. Zusätzliche Translationsverstärkungsverhältnisse können eindeutig erhalten werden durch Verändern der Schwenkhebelelement-Varianten, aber das beschriebene einfache Vertauschen von Teilen ist wichtig für verringerte Herstellungskosten.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mechanismus ist der Schwenkstift passiv gemacht und relativ zu dem Hauptteil bzw. Großteil eines Betätigers axial fest gehalten, und ein Ausfahren des Betätigers bewegt das aktive obere scheibenförmige Element axial von dem Betätigerhauptteil weg, wobei sich das reaktive untere scheibenförmige Element des Mechanismus hin zum Betätigerhauptteil zurück bewegt. Die axiale Bewegung des aktiven oberen scheibenförmigen Elements wird an die Schwenkhebelelemente eingekoppelt mittels des angebrachten Verbindungsglieds, welches von jedem Schwenkhebel aus nach oben zeigt. Die Schwenkhebelelemente werden dadurch dazu gebracht, sich geringfügig um den Schwenkstift zu drehen, und eine Abwärtsbewegung des einen Endes jedes Schwenkhebelelements resultiert in einer korrespondierenden Aufwärtsbewegung des anderen Endes jedes Schwenkhebelelements. Das reaktive untere Element verschiebt sich bzw. bewegt sich translatorisch proportional zur Bewegung des aktiven oberen Elements axial, jedoch in eine entgegengesetzte Richtung. Es ist zu verstehen, dass in dieser Ausführungsform das aktive Element näher an dem Betätigerhauptteil ist als das reaktive Element, und der Mechanismus erscheint als länger werdend. Der passive Schwenkstift, welcher durch die Schwenkstiftlöcher, die auf einem Durchmesser der nebeneinander angeordneten halbkreisförmigen Schwenkhebelelemente gebohrt sind, hindurch angeordnet ist, kann in geeigneter Weise axial fest gehalten sein durch Eingreifen in ähnliche diametral gegenüberliegende Löcher in einer Stützhülse oder einem äquivalenten Körper, welcher den Mechanismus umgibt. Die Proportionalität zwischen einer Bewegung des aktiven Elements und einer Bewegung des reaktiven Elements kann durch Auswahl des Abstands zwischen den Verriegelungsstiftlöchern und dem Schwenkstiftloch in dem Paar aus Schwenkhebelelementen eingestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mechanismus ist das obere scheibenförmige Element passiv gemacht und relativ zu dem Hauptteil eines Betätigers axial fest gehalten, und ein Ausfahren des Betätigers ist mit dem Schwenkstift gekuppelt, welcher in einer aktiven Weise funktioniert, wobei ein Ausfahren des Betätigers bewegt den aktiven Schwenkstift axial von dem Betätigerhauptteil weg, wobei das reaktive untere scheibenförmige Element des Mechanismus ebenfalls von dem Betätigerhauptteil weg ausfährt. Ein Ende jedes Schwenkhebelelements ist axial fest mittels des angebrachten Verbindungsglieds gehalten, welches von jedem Schwenkhebel, welcher mit dem axial festen oberen scheibenförmigen passiven Element verbunden ist, nach oben zeigt. Eine Axialbewegung des Betätigers verschiebt einen aktiven Schaft, welcher durch das obere scheibenförmige passive Element hindurch verläuft und in Eingriff mit dem aktiven Schwenkstift ist, wodurch eine Axialbewegung des aktiven Schwenkstifts direkt an die Schwenkhebelelemente eingekoppelt wird. Die Schwenkhebelelemente werden dadurch dazu gebracht, sich geringfügig um den Verriegelungsstift des jeweiligen nach oben zeigenden Verbindungsglieds an einem Ende jedes Schwenkhebels zu drehen, und eine Abwärtsbewegung der Mitte jedes Schwenkhebelelements (übertragen durch den Schwenkstift) resultiert in einer weiteren Abwärtsbewegung des anderen Endes jedes Schwenkhebelelements. Das abwärtsbewegende andere Ende jedes Schwenkhebelelements ist mit dem reaktiven unteren scheibenförmigen Element mittels des angebrachten Verbindungsglieds, welches von jedem Schwenkhebelelement aus nach unten zeigt, verbunden. Das reaktive untere Element verschiebt sich axial proportional zur Bewegung des aktiven oberen Elements in die gleiche Richtung. Es ist zu verstehen, dass in dieser Ausführungsform das aktive Element näher an dem Betätigerhauptteil ist als das reaktive Element, und der Mechanismus erscheint als länger werdend, wobei der Betätiger ebenfalls länger werdend erscheint. Das obere scheibenförmige passive Element kann fest in einer Stützhülse oder einem äquivalenten Körper, welcher den Mechanismus umgibt, in geeigneter Weise gehalten werden. Die Proportionalität zwischen einer Bewegung des aktiven Schafts und einer Bewegung des reaktiven Elements kann durch Auswahl des Abstands zwischen den Verriegelungsstiftlöchern und dem Schwenkstiftloch in dem Paar aus Schwenkhebelelementen eingestellt werden.
Insbesondere wird ein mechanischer Bewegungswandler bereitgestellt, welcher ein aktives Element, ein reaktives Element, einen Schwenkstift und wenigstens ein Schwenkhebelelement zum Schwenken um den Schwenkstift aufweist. Das Schwenkhebelelement ist axial zwischen dem aktiven Element und dem reaktiven Element angeordnet. Im Betrieb sind das aktive Element, das reaktive Element und das wenigstens eine Schwenkhebelelement miteinander verbunden und verschieben sich axial in Antwort auf eine mittels eines Betätigers ausgeübte Kraft. In den dargestellten Ausführungsformen ist jedes von dem aktiven Element und dem reaktiven Element scheibenförmig. Das wenigstens eine Schwenkhebelelement weist ein linkes Schwenkhebelelement und ein rechtes Schwenkhebelelement auf, wobei jedes der Schwenkhebelelemente schwenkbar mittels des Schwenkstifts abgestützt ist. In einigen dargestellten Ausführungsformen ist der Schwenkstift passiv, so dass er axial innerhalb des Mechanismus fest ist. In anderen Ausführungsformen ist der Schwenkstift aktiv, so dass er relativ zu restlichen Abschnitten des Mechanismus axial verschiebbar ist.
Jedes Schwenkhebelelement weist ein Aufwärts-Verbindungsglied und ein Abwärts-Verbindungsglied auf. In den dargestellten Ausführungsformen weist jedes Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglied ein flaches Element auf, welches ein Loch hindurch und abgerundete Enden aufweist.
Zusätzliche Merkmale des erfindungsgemäßen mechanischen Bewegungswandlers weisen ein Loch in jedem Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglied und ein Verriegelungsstiftloch in jedem von dem aktiven Element und dem reaktiven Element auf. Eine Mehrzahl von Verriegelungsstiften ist bereitgestellt zum Eingreifen in korrespondierende Löcher in den Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsgliedern und dem aktiven und dem reaktiven Element, um das aktive Element, die Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder und das reaktive Element miteinander in einer Weise zu verbinden, welche eine relative Axialbewegung jeder verbundenen Komponente erlaubt. Das System weist ferner ein Verriegelungsstiftloch in jedem der Schwenkhebelelemente zum Aufnehmen eines oder mehrerer der Verriegelungsstifte, um ferner das aktive Element, die Verbindungsglieder und das aktive und das reaktive Element miteinander zu verbinden, auf. Ein Axialschlitz ist in jedem von dem aktiven Element und dem reaktiven Element zum Aufnehmen eines Endes eines Zugehörigen der Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder bereitgestellt. Zusätzlich ist ein Axialschlitz in jedem von den Schwenkhebelelementen zum Aufnehmen eines entgegengesetzten Endes der Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder, die sich von einem von dem aktiven Element oder dem reaktiven Element aus erstrecken, bereitgestellt. Bevorzugt weist jedes von dem aktiven Element, dem reaktiven Element und dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement zwei Axialschlitze zum Aufnehmen von Verriegelungsstiftenden auf. Eine flache Scheibenfeder ist an einer oberen Fläche des aktiven Elements angebracht.
Jedes von den Schwenkhebelelementen weist ein Schwenkstiftloch zum Aufnehmen des Schwenkstifts und zwei Verriegelungsstiftlöcher zum Aufnehmen von Verriegelungsstiften auf, wobei die zwei Verriegelungsstiftlöcher an entgegengesetzten Seiten des Schwenkstiftlochs angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind die zwei Verriegelungsstiftlöcher an jedem Schwenkhebelelement im Wesentlichen identisch im Abstand von dem Schwenkstiftloch angeordnet und ist eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft im Wesentlichen gleich einer Axialbewegung des reaktiven Elements. In anderen Ausführungsformen sind die zwei Verriegelungsstiftlöcher an jedem Schwenkhebelelement unterschiedlich von dem Schwenkstiftloch im Abstand angeordnet und ist eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft größer als eine Axialbewegung des reaktiven Elements oder ist alternativ eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft geringer als eine Axialbewegung des reaktiven Elements. In einigen Ausführungsformen bewegen sich in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft das aktive Element und das reaktive Element außerdem in dieselbe Axialrichtung, während in anderen Ausführungsformen sich in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft das aktive Element und das reaktive Element in entgegengesetzte Axialrichtungen bewegen. Diese Betriebseigenschaften sind durch den Nutzer gemäß den gewünschten Betriebsresultaten lediglich durch Gestalten oder Austauschen bestimmter Komponenten des nachstehend detaillierte beschriebenen mechanischen Verbindungssystems auswählbar.
Die Erfindung zusammen mit zusätzliche Merkmalen und Vorteilen davon kann am besten verstanden werden durch Bezugnahme auf die in Verbindung mit den beigefügten veranschaulichenden Zeichnungen genommene folgende Beschreibung. In diesen beigefügten Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Teile durchgehend durch die Figuren.
Figurenliste

1A ist eine isometrische perspektive Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen richtungsumkehrenden Mechanismus, wobei das scheibenförmige aktive Element oben und am nächsten zum Betätiger liegt,
1B ist eine isometrische perspektive Ansicht, welche mittels Darstellens einiger Elemente lediglich mit Phantomumriss innere Teile des Mechanismus von 1A zeigt,
1C ist eine Draufsicht auf den Mechanismus von 1A in einer ersten Richtung,
1D ist eine Draufsicht, welche ähnlich zu 1C ist, wobei der Mechanismus um eine vorbestimmte Distanz im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde,
1E ist eine Querschnittansicht des Mechanismus von 1A entlang der diametralen Linie A-A von 1C, welche den passiven Schwenkstift entlang seiner Länge geschnitten zeigt.
1F ist eine Querschnittansicht des Mechanismus von 1A entlang der diametralen Linie B-B von 1C, wobei die gerade Seite eines halbkreisförmigen Schwenkhebels gezeigt ist.
2 ist eine Explosionsansicht des richtungsumkehrenden Mechanismus von 1D,
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Mechanismus von 1A. welcher entlang einer Sehne, die das Aufwärts- und das Abwärts-Verbindungsglied eines Schwenkhebelelements halbiert, axial geteilt ist,
3B ist eine perspektivische Ansicht des restlichen Teils des Mechanismus von 3A, welche den zweiten Axialschlitz in dem oberen aktiven Element zeigt, wobei ein anderes Verbindungsglied im Eingriff ist, um mit dem anderen Schwenkhebelelement in Verbindung zu sein,
4A ist eine Aufrissansicht der Vorrichtung von 1A, welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu den festen Schwenkstiften zur richtungsumkehrenden Bewegung und gleichwertigen Verschiebung (1.0:1.0 Verstärkung) darstellt,
4B ist eine Aufrissansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung (ähnlich zu 1A), welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu den festen Schwenkstiften zur richtungsumkehrenden Bewegung und erhöhten Verschiebung (1.0:1.5 Verstärkung) darstellt,
4C ist eine Aufrissansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung (ähnlich zu 1A), welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu den festen Schwenkstiften zur richtungsumkehrenden Bewegung und verringerten Verschiebung (1.5:1.0 Verstärkung) darstellt,
5A ist eine Schnittansicht des Mechanismus von 5D, welche entlang einer Durchmesserlinie A-A axial geteilt ist, wobei der aktive Schwenkstift entlang seiner Länge geschnitten ist und der aktive Schaft gezeigt ist,
5B ist eine Schnittansicht des Mechanismus von 5D, welche entlang einer Durchmesserlinie B-B axial geteilt ist, wobei der aktive Schaft gezeigt ist und die gerade Seite eines halbkreisförmigen Schwenkhebels dargestellt ist,
5C ist eine isometrische perspektivische Ansicht, welche mittels Darstellens einiger Elemente lediglich mit Phantomumriss innere Teile des Mechanismus von 5D zeigt,
5D ist ein repräsentativer richtungsbewahrender Mechanismus, welcher in einer isometrischen perspektivischen Ansicht mit einem scheibenförmigen passiven Element oberhalb am Nächsten zum Betätiger gezeigt ist,
6 ist eine Explosionsansicht des richtungsbewahrenden Mechanismus von 5D,
7A ist der repräsentative Mechanismus von 5D, welcher entlang einer Sehne, die das Aufwärts- und das Abwärts-Verbindungsglied eines Schwenkhebelelements halbiert, axial geteilt ist,
7B ist der korrespondierende Rest von 7A, welcher den zweiten Axialschlitz in dem oberen passiven Element darstellt, wobei ein anderes Verbindungsglied im Eingriff ist, um mit dem anderen Schwenkhebelelement in Verbindung zu sein,
8A ist eine Aufrissansicht der Vorrichtung von 5D, welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu dem aktiven Schwenkstift zur richtungsbewahrenden Bewegung mit doppelter Verschiebung (1.0:2.0 Verstärkung) darstellt,
8B ist eine Aufrissansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung (ähnlich zu 5D), welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu dem aktiven Schwenkstift zur richtungsbewahrenden Bewegung mit erhöhter Verschiebung (1.0:2.5 Verstärkung) darstellt,
8C ist eine Aufrissansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung (ähnlich zu 5D), welche die Platzierung von Verriegelungsstiften relativ zu dem aktiven Schwenkstift zur richtungsbewahrenden Bewegung mit verringerter Verschiebung (1.0:1.6 Verstärkung) darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Unter jetzt konkreterer Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren, wobei ähnliche Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile durchgehend durch diverse Ansichten und Ausführungsformen kennzeichnen, ist in 1A eine Ausführungsform einer Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100, welche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, gezeigt. Die Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 weist ein scheibenförmiges aktives Element 120 auf, welches am Nächsten zu einem Betätiger (nicht gezeigt), typischerweise für ein Ventil, wie oben diskutiert, wobei jedoch andere Verwendungen auch innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, ist. Direkt unterhalb des scheibenförmigen aktiven Elements 120 befinden sich ein halbkreisförmiges linkes Schwenkhebelelement 140 und ein benachbartes halbkreisförmiges rechtes Schwenkhebelelement 160, welche beide durch einen passiven Schwenkstift 190 abgestützt sind. Direkt unter den Schwenkhebelelementen 140, 160 ist ein scheibenförmigen reaktives Element 180, welches am Nächsten zu bewegbaren Elementen eines zu betätigenden Ventils (nicht gezeigt) ist. Die Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen oder Keramiken gefertigt sein, wobei jedoch wärmebehandelte Werkzeugstähle, wie z.B. A2, D2 oder H13, oder ein wärmebehandelter Edelstahl mit federähnlichen Eigenschaften, wie z.B. eine 17-4PH-Legierung, für viele Verwendungen als geeignet angesehen werden, wobei Aluminiumlegierungen, wie z.B. 6061, ebenfalls verwendet werden können. Die Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 der in 1A gezeigten Ausführungsform kann in einer besonderen Verwendung einen Außendurchmesser von ungefähr 1,524 cm (0,6 Zoll) mit einer axialen Länge von ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) haben und kann optional durch eine Stützhülse 101 umgeben sein, welche unter Verwendung von Phantomlinien in 1A dargestellt ist.
Eine mechanische Aktion der Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 kann verstanden werden durch Verstehen, dass eine geringfügige Rotation eines Schwenkhebelelements 140, 160 um den passiven Schwenkstift 190 darin resultiert, dass ein Ende des Schwenkhebelelements sich nach oben in Richtung zum aktiven Element 120 bewegt, wobei sich simultan das andere Ende desselben Schwenkhebelelements nach unten in Richtung zum reaktiven Element 180 bewegt. Eine geeignete mechanische Verbindung eines Endes jedes Schwenkhebelelements 140, 160 mit dem aktiven Element 120 in Verbindung mit einer ähnlichen mechanischen Verbindung des korrespondierenden anderen Endes jedes Schwenkhebelelements 140, 160 mit dem reaktiven Element 180 bewirkt, dass sich das aktive Element 120 und das reaktive Element 180 in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Die mechanische Verbindung des aktiven Elements, der zwei Schwenkhebelelemente 140, 160 und des reaktiven Elements 180 wird ferner in Verbindung mit einer Durchsicht zusätzlicher Zeichnungsfiguren nachstehend beschrieben.
Ein Ansatz zum Verbindung der Schwenkhebelelemente 140, 160 mit dem aktiven Element 120 und dem reaktiven Element 180 ist mittels Verwendung von Verbindungsgliedern und Verriegelungsstiften. Lediglich zur Erleichterung der Identifizierung werden Verbindungsglieder, welche die Schwenkhebelelemente 140, 160 mit dem aktiven Element 120 verbinden, als Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166 (1A) bezeichnet, wobei Verbindungsglieder, die die Schwenkhebelelemente 140, 160 mit dem reaktiven Element 180 verbinden, als Abwärts-Verbindungsglieder 144, 168 (1B) bezeichnet werden. Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166 und Abwärts-Verbindungsglieder 144, 168 können aus zahlreichen Formen (beispielsweise kreisförmiges oder rechteckiges Profil) sein, wobei jedoch ein einfaches flaches Teil mit kreisförmigen Löcher durch die dünne Abmessung hindurch und abgerundeten Enden um diese Löcher herum in geeigneter Weise hergestellt ist. Um eine Symmetrie und eine korrekte Funktion der Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 zu bewahren, sind die Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166 allgemein identisch und sind die Abwärts-Verbindungsglieder 144, 168 allgemein identisch, wobei jedoch Aufwärts-Verbindungsglieder hinsichtlich Konfiguration und Erscheinungsbild von den Abwärts-Verbindungsglieder verschieden sein können. Unter Bezugnahme besonders auf 2 kann gesehen werden, dass das Aufwärts-Verbindungsglied 142 ein Loch 146 dahindurch aufweist, das Aufwärts-Verbindungsglied 166 ein Loch 162 dahindurch aufweist, das Abwärts-Verbindungsglied 144 ein Loch 148 dahindurch aufweist und das Abwärts-Verbindungsglied 168 ein Loch 164 dahindurch aufweist. Korrespondierende Verriegelungsstifte 132, 176, 134 und 178 sind zum jeweiligen Einbringen in die Löcher 146, 162, 148 und 164 zum Bewirken einer Verbindung zwischen einem Verbindungsglied und einem zugehörigen Element der Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 angeordnet.
Unter Fortsetzung der Bezugnahme besonders auf 2 ist das obere scheibenförmige aktive Element 120 durch zwei Axialschlitze 122, 126, welche in Spiegelsymmetrie um das Zentrum des aktiven Elements herum angeordnet sind, durchbohrt. Ein linker Axialschlitz 122 ist beispielsweise vor dem und links vom Scheibenzentrum angeordnet, wobei ein rechter Axialschlitz 126 in der gespiegelten Position hinter dem und rechts vom Scheibenzentrum angeordnet ist. Die Axialschlitze 122, 126 sind ausgestaltet und eingerichtet, um Enden der Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166, welche von dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement 140, 160, die unterhalb des aktiven Elements 120 angeordnet sind, vorstehen, aufzunehmen. Jeder Axialschlitz 122, 126 wird durch ein jeweilig korrespondierendes Verriegelungsstiftloch 121, 125 gekreuzt, wobei die Verriegelungsstiftlöcher geometrische Sehnen sind, welche parallel zum Symmetriedurchmesser innerhalb der Scheibenform des aktiven Elements 120 sind. Jeder Axialschlitz 122, 126 und das Ende des korrespondierenden Aufwärts-Verbindungsglieds 142, 166 passen jeweilig in einer Weise zusammen, welche es den Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166 erlaubt, sich jeweilig leichtgängig um die eingebrachten Verriegelungsstifte 132, 176 herum zu bewegen. Die Verriegelungsstifte 132, 176 sind durch die jeweiligen Verriegelungsstiftlöcher 121, 125 des aktiven Elements 120 und die jeweiligen oberen Löcher 146, 162 jedes Aufwärts-Verbindungsglieds 142, 166 hindurch eingebracht. Reibung zwischen der Wand eines jeweiligen Axialschlitzes 122, 126 und der Fläche eines jeweiligen flachen Aufwärts-Verbindungsglieds 142, 166 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge 123, 124, 127, 128, wie in 1A und 2 gezeigt, an gegenüberliegenden Wänden der Axialschlitze 122, 126, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Eine gefaste Aussparung 129 kann in der oberen Fläche des aktiven Elements 120 bereitgestellt sein, um eine Druckkugel (nicht gezeigt) aufzunehmen, um eine mögliche Fehlausrichtung mit einem Betätiger (nicht gezeigt) zu kompensieren.
Immer noch unter Bezugnahme hauptsächlich auf 2 weist das untere scheibenförmige reaktive Element 180 ein Profil auf, welches im Wesentlichen identisch zum oberen scheibenförmigen aktiven Element 120 ist, wobei es ungefähr von derselben Dicke ist. Das untere scheibenförmige reaktive Element 180 ist durch zwei Axialschlitze 184, 188, welche in Spiegelsymmetrie um das Zentrum des reaktiven Elements herum angeordnet sind, durchbohrt. Ein rechter Axialschlitz 188 ist beispielsweise vor dem und rechts vom Scheibenzentrum angeordnet, wobei ein linker Axialschlitz 184 in der gespiegelten Position hinter dem und links vom Scheibenzentrum angeordnet ist. Die Axialschlitze 184, 188 sind ausgestaltet und eingerichtet, um Enden der Abwärts-Verbindungsglieder 144, 168, welche von dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement 140, 160, die oberhalb des reaktiven Elements 180 angeordnet sind, jeweilig vorstehen, aufzunehmen. Jeder Axialschlitz 184, 188 wird durch ein jeweilig korrespondierendes Verriegelungsstiftloch 183, 187 gekreuzt, wobei die Verriegelungsstiftlöcher geometrische Sehnen sind, welche parallel zum Symmetriedurchmesser innerhalb der Scheibenform des reaktiven Elements 180 sind. Jeder Axialschlitz 184, 188 und das Ende des korrespondierenden Abwärts-Verbindungsglieds 144, 168 passen jeweilig in einer Weise zusammen, welche es den Abwärts-Verbindungsgliedern 144, 168 erlaubt, sich jeweilig leichtgängig um die eingebrachten Verriegelungsstifte 134, 178 herum zu bewegen. Die Verriegelungsstifte 134, 178 sind durch die jeweiligen Verriegelungsstiftlöcher 183, 187 des reaktiven Elements 180 und die jeweiligen unteren Löcher 148, 164 jedes Abwärts-Verbindungsglieds 144, 168 hindurch eingebracht. Reibung zwischen der Wand eines jeweiligen Axialschlitzes 184, 188 und der Fläche eines jeweiligen flachen Abwärts-Verbindungsglieds 144, 168 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Ein oder mehr Gewindelöcher 189 können in dem reaktiven Element 180 bereitgestellt sein, um eine Verbindung mit Ventil-Bewegungsteilen (nicht gezeigt) zu schaffen.
Das linke Schwenkhebelelement 140 ist hinsichtlich der Form halbkreisförmig und weist ein Profil auf, welches im Wesentlichen identisch zu einer Hälfte des oberen scheibenförmigen aktiven Elements 120 ist. Es ist auch von ungefähr derselben axialen Dicke. Das linke Schwenkhebelelement 140 ist radial durch ein Schwenkstiftloch 149 durchbohrt, welches die halbkreisförmige Form halbiert. Das linke Schwenkhebelelement 140 ist axial durchbohrt durch einen vorderen Axialschlitz 141, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglieds 142 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darüber angeordneten linken Axialschlitz 122 des darüberliegenden aktiven Elements 120 angeordnet ist. Der vordere Axialschlitz 141 wird durch ein vorderes Verriegelungsstiftloch 143 gekreuzt, wobei das vordere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 149 ist. Die koinzidente Lage des vorderen Axialschlitzes 141 und des darüberliegenden linken Axialschlitzes 122 erlaubt eine Verbindung des linken Schwenkhebelelements 140 und des aktiven Elements 120 mittels des vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglieds 142 unter Verwendung eines ersten Verriegelungsstifts 133, welcher durch das Verbindungsglied 142 und das vordere Verriegelungsstiftloch 143 des linken Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem zweiten Verriegelungsstift 132, welcher durch das obere Loch 146 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 121 des aktiven Elements hindurch eingebracht ist. Das linke Schwenkhebelelement 140 ist außerdem axial durchbohrt durch einen hinteren Axialschlitz 147, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 144 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darunter angeordneten linken Axialschlitz 184 des darunterliegenden reaktiven Elements 180 angeordnet ist. Der hintere Axialschlitz 147 wird durch ein hinteres Verriegelungsstiftloch 145 gekreuzt, wobei das hintere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 149 ist. Die koinzidente Lage des hinteren Axialschlitzes 147 und des darunter angeordneten linken Axialschlitzes 184 erlaubt eine Verbindung des linken Schwenkhebelelements 140 und des reaktiven Elements 180 mittels des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 144 unter Verwendung eines dritten Verriegelungsstifts 135, welcher durch das Abwärts-Verbindungsglied 144 und das hintere Verriegelungsstiftloch 145 des linken Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem vierten Verriegelungsstift 134, welcher durch das untere Loch 148 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 183 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Der Abstand zwischen dem vorderen Verriegelungsstiftloch 143 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 149 kann von dem Abstand zwischen dem hinteren Verriegelungsstiftloch 145 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 149 verschieden sein. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 141, 147 in dem linken Schwenkhebelelement und der Fläche eines flachen Aufwärts-Verbindungsglieds 142 und Abwärts-Verbindungsglieds 144 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen.
Das rechte Schwenkhebelelement 160 ist hinsichtlich der Form halbkreisförmig und weist ein Profil auf, welches im Wesentlichen identisch zu einer Hälfte des oberen scheibenförmigen aktiven Elements 120 und welches auch von ungefähr der gleichen axialen Dicke ist. Das rechte Schwenkhebelelement 160 ist radial durch ein Schwenkstiftloch 169 durchbohrt, welches die halbkreisförmige Form halbiert. Das rechte Schwenkhebelelement 160 ist axial durchbohrt durch einen vorderen Axialschlitz 161, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 168 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darunter angeordneten rechten Axialschlitz 188 des darunterliegenden reaktiven Elements 180 angeordnet ist. Der vordere Axialschlitz 161 wird durch ein vorderes Verriegelungsstiftloch 167 gekreuzt, wobei das vordere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 169 ist. Die koinzidente Lage des vorderen Axialschlitzes 161 und des darunter angeordneten rechten Axialschlitzes 188 erlaubt eine Verbindung des rechten Schwenkhebelelements 160 und des reaktiven Elements 180 mittels des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 168 unter Verwendung eines fünften Verriegelungsstifts 177, welcher durch das Abwärts-Verbindungsglied 168 und das vordere Verriegelungsstiftloch 167 des rechten Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem sechsten Verriegelungsstift 178, welcher durch das untere Loch 164 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 187 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Das rechte Schwenkhebelelement 160 ist außerdem axial durchbohrt durch einen hinteren Axialschlitz 163, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglieds 166 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darüber angeordneten rechten Axialschlitz 126 des darüberliegenden aktiven Elements 120 angeordnet ist. Der hintere Axialschlitz 163 wird durch ein hinteres Verriegelungsstiftloch 165 gekreuzt, wobei das hintere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 169 ist. Die koinzidente Lage des hinteren Axialschlitzes 163 und des darüber angeordneten rechten Axialschlitzes 126 erlaubt eine Verbindung des rechten Schwenkhebelelements 160 und des aktiven Elements 120 mittels des hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglieds 166 unter Verwendung eines siebten Verriegelungsstifts 176, welcher durch das obere Loch 162 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 125 des aktiven Elements hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem achten Verriegelungsstift 175, welcher durch das Aufwärts-Verbindungsglied 166 und das hintere Verriegelungsstiftloch 165 des Schwenkhebelelements hindurch eingebracht ist. Der Abstand zwischen dem vorderen Verriegelungsstiftloch 167 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 169 kann von dem Abstand zwischen dem hinteren Verriegelungsstiftloch 165 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 169 verschieden sein. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 161, 163 in dem rechten Schwenkhebelelement und der Fläche eines flachen Abwärts-Verbindungsglieds 168 und Aufwärts-Verbindungsglieds 166 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen.
Die Stützhülse 101 ist typischerweise in einer festen Position gehalten durch Stufen, Flansche oder andere Strukturen in einer Ventilvorrichtung (nicht gezeigt). Der Innendurchmesser der Stützhülse 101 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des aktiven Elements 120, der Schwenkhebelelemente 140, 160 und des reaktiven Elements 180, so dass die verbundenen Elemente in die Stützhülse hinein mit einem ausreichenden Spiel passen, um eine Bewegung der Elemente zu erlauben. Der Außendurchmesser und eine Länge der Stützhülse 101 können gemäß der Zweckmäßigkeit bezüglich anderer Strukturen in einer Ventilvorrichtung (nicht gezeigt) ausgewählt sein. Der passive Schwenkstift 190 verläuft diametral durch gegenüberliegende Schwenkstiftlöcher 108, 109, welche die Stützhülse 101 radial durchbohren, oder alternativ können geeignete Einrichtungen in einer Ventilvorrichtung bereitgestellt sein, um den passiven Schwenkstift 190 in einer festen Axialposition ohne eine Stützhülse zu halten. Der passive Schwenkstift 190 verläuft simultan auch durch das Schwenkstiftloch 149 des linken Schwenkhebelelements 140 und verläuft durch das Schwenkstiftloch 169 des rechten Schwenkhebelelements 160. Der passive Schwenkstift 190 positioniert folglich die Schwenkstiftlöcher 149, 169 der Schwenkhebelelemente axial fest relativ zu einem Betätiger (nicht gezeigt), der in der Ventilvorrichtung befestigt ist. Während es zwingend erforderlich ist, dass sich das linke und das rechte Schwenkhebelelement 140, 160 um den passiven Schwenkstift 190 herum unabhängig drehen können müssen, können Gestalter, welche in der Technik bewandert sind, wählen, den passiven Schwenkstift 190 in den Schwenkstiftlöchern 108, 109 (1A, 1E) der Stützhülse genau einzupassen, oder können andere Methoden zum Festhalten des passiven Schwenkstifts, wie z.B. Clips, wählen.
Eine auf die gefaste Aussparung 129 aufgebrachte oder anderweitig an das aktive Element 120 übertragene Betätigerkraft wird sofort an die Schwenkhebelelemente 140, 160 mittels der Aufwärts-Verbindungsglieder 142, 166 übertragen, wodurch eine Rotation der Schwenkhebelelemente 140, 160 um den festen passiven Schwenkstift 190 dann die Bewegungsrichtung umkehrt, und die umgekehrte Bewegung wird an das reaktive Element 180 mittels der Abwärts-Verbindungsglieder 144, 168 übertragen. Das aktive Element 120 ist mit dem vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglied 142 verbunden mittels des zweiten Verriegelungsstifts 132, welcher durch das obere Loch 146 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 121 des aktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Abwärtsbewegung des aktiven Elements 120 verursacht folglich eine Abwärtsbewegung des vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglieds 142, wodurch der erste Verriegelungsstift 133 und das vordere Verriegelungsstiftloch 143 des linken Schwenkhebels nach unten gedrückt werden. Diese Aktion zwingt den vorderen Abschnitt des linken Schwenkhebelelements 140 dazu, sich nach unten zu bewegen, indem sich das linke Schwenkhebelelement 140 einer geringfügigen Rotation um den passiven Schwenkstift 190 unterzieht. Die geringfügige Rotation des linken Schwenkhebelelements 140 bewirkt, dass der hintere Abschnitt des linken Schwenkhebelelements 140 sich nach oben bewegt, wodurch das hintere Verriegelungsstiftloch 145 des linken Schwenkhebels und der dritte Verriegelungsstift 135 nach oben gedrückt werden. Diese Aktion zwingt das hintere linke Abwärts-Verbindungsglied 144 dazu, sich ebenfalls nach oben zu bewegen. Das hintere linke Abwärts-Verbindungsglied 144 ist mit dem reaktiven Element 180 verbunden mittels des vierten Verriegelungsstifts 134, welcher durch das untere Loch 148 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 183 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Aufwärtsbewegung des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 144 gibt folglich eine Aufwärtsbewegung an das reaktive Element 180 weiter. Das aktive Element 120 ist ebenfalls mit dem hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglied 166 verbunden mittels des siebten Verriegelungsstifts 176, welcher durch das obere Loch 162 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 125 des aktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Abwärtsbewegung des aktiven Elements 120 verursacht folglich eine Abwärtsbewegung des hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglieds 166, wodurch der achte Verriegelungsstift 175 und das hintere Verriegelungsstiftloch 165 des rechten Schwenkhebels nach unten gedrückt werden, so dass der hintere Abschnitt des rechten Schwenkhebelelements 160 dazu gezwungen wird, sich nach unten zu bewegen, wenn sich das rechte Schwenkhebelelement 160 einer geringfügigen Rotation um den passiven Schwenkstift 190 unterzieht. Die geringfügige Rotation des rechten Schwenkhebelelements 160 bewirkt, dass der vordere Abschnitt des rechten Schwenkhebelelements 160 sich nach oben bewegt, wodurch das vordere Verriegelungsstiftloch 167 des rechten Schwenkhebels und der fünfte Verriegelungsstift 177 nach oben gedrückt werden. Diese Aktion zwingt das vordere rechte Abwärts-Verbindungsglied 168 dazu, sich ebenfalls nach oben zu bewegen. Das vordere rechte Abwärts-Verbindungsglied 168 ist mit dem reaktiven Element 180 verbunden mittels des sechsten Verriegelungsstifts 178, welcher durch das untere Loch 164 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 187 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Aufwärtsbewegung des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 168 gibt folglich eine Aufwärtsbewegung an das reaktive Element 180 weiter. Das Vorhergehende erläutert, wie eine Abwärtsbewegung des aktiven Elements 120 in eine entgegengesetzte (Aufwärts-)Bewegung des reaktiven Elements 180 übersetzt wird.
Die Fachmänner können die Notwendigkeit anerkennen, unerwünschte Reibung zu vermeiden, indem das aktive Element 120 innerhalb der Stützhülse 101 zentriert gehalten wird. Parallelbewegungsvorrichtungen, wie die Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100, können es dem aktiven Element 120 erlauben, sich zu neigen, und damit aufzuhören, senkrecht zu der Mechanismuszentralachse zu sein, wodurch auch eine unerwünschte Reibung auftreten kann. Eine flache Scheibenfeder 107, welche an der oberen Fläche des aktiven Elements 120 angebracht ist und sich erstreckt, um das Ende der Stützhülse 101 zu berühren, ist ein geeigneter Ansatz zum Verhindern unerwünschter Reibung. Die flache Scheibenfeder 107 kann an dem aktiven Element 120 mittels Schweißens, Klebstoffs, kleinen Gewindeverbindungselementen oder anderen geeigneten Mitteln angebracht sein.
Das linke Schwenkhebelelement 140 und das rechte Schwenkhebelelement 160 sind im Wesentlichen identisch in der dargestellten Ausführungsform und sind lediglich um 180 Grad um die Zentralachse der Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung gedreht. Die Verriegelungsstiftlöcher 143, 165 der Schwenkhebel, welche eine Verbindung mit den Aufwärts-Verbindungsgliedern 142, 166 ermöglichen, sind folglich von den Schwenkstiftlöchern 149, 169 identisch im Abstand angeordnet. Gleichermaßen sind die anderen Verriegelungsstiftlöcher 145, 167 der Schwenkhebel, welche eine Verbindung mit den Abwärts-Verbindungsglied 144, 168 ermöglichen, ebenfalls identisch von den Schwenkstiftlöchern 149, 169 im Abstand angeordnet, obwohl diese Abstandsdistanz anders sein kann als es für die Verriegelungsstiftlöcher 143, 165 der Schwenkhebel der Fall ist. Das Verhältnis dieser Abstände begründet die spezifische translatorische Multiplikation (Verstärkung), welche von einer bestimmten Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100 verfügbar ist. Repräsentative Abmessungen und resultierende Bewegungsverhältnisse sind in Tabelle 1 gezeigt und in 4A, 4B und 4C dargestellt. Ein Zurückhalten der acht Verriegelungsstifte kann erreicht werden durch Bereitstellen eines passgenauen Sitzes in den Löchern der Verbindungsglied-Elemente oder eines passgenauen Sitzes in den Verriegelungsstiftlöchern in den zahlreichen vollständig und teilweise scheibenförmigen Elementen oder einer geeigneten Kombination dieser oder anderer Auswahlmöglichkeiten (z.B. Gewinde, Klebstoff, Nieten, etc.), wie für bestimmte Fertigungsverfahren optimiert.
Das zuvor beschriebene erste repräsentative Beispiel einer Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung 100, welche in 1A-1F, 2, 3A und 3B dargestellt ist, hat, wie oben erwähnt, denselben Abstand zwischen den Schwenkstiftlöchern 149, 169 und den vorderen Verriegelungsstiftlöchern 143, 167 der Schwenkhebel verglichen mit den hinteren Verriegelungsstiftlöchern 145, 165 der Schwenkhebel. Wie in 4A gesehen werden kann, ist die Verriegelungsstiftloch-Positionierung in den Schwenkhebelelementen symmetrisch. Bei einer zweiten repräsentativen Ausführungsform eines richtungsumkehrenden Mechanismus, wie in 4B dargestellt, weisen die Schwenkhebelelemente 240, 260 in dieser zweiten Ausführungsform Verriegelungsstiftlöcher auf, welche bezüglich der korrespondierenden Schwenkstiftlöcher nicht symmetrisch angeordnet sind. Das hintere linke Verriegelungsstiftloch 245 und das vordere rechte Verriegelungsstiftloch 267 sind im gleichen Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 249, 269 wie in der ersten Ausführungsform und machen folglich die Abwärts-Verbindungsglied-Positionen geeignet zum koinzidenten Zusammenpassen mit Axialschlitzen 184, 188 in dem gleichen reaktiven Element 180. Das vordere linke Verriegelungsstiftloch 243 und das hintere rechte Verriegelungsstiftloch 265 sind jedoch in einem kleineren Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 249, 269 angeordnet im Vergleich mit der ersten Ausführungsform und verändern folglich auch die Aufwärts-Verbindungsglied-Positionen. Ein anderes aktives Element 220 muss für die zweite Ausführungsform verwendet werden, welches Axialschlitze aufweist, die geeignet angeordnet sind, um die Aufwärts-Verbindungsglieder abzufangen. Das Verhältnis des geringeren Aufwärts-Verbindungsglied-Abstands im Vergleich mit dem vorherigen Abstand in der ersten Ausführungsform führt dazu, dass die Schwenkhebelelement 240, 260 der zweiten Ausführungsform als Hebel fungieren, die mehr umgekehrte Bewegung an das reaktive Element weitergeben als der Betätiger an das aktive Element weitergibt.
Eine dritte Ausführungsform der Richtungsumkehrender-Mechanismus-Vorrichtung der Erfindung ist in 4C gezeigt. In dieser Ausführungsform weisen die Schwenkhebelelemente 340, 360 Verriegelungsstiftlöcher auf, welche bezüglich der korrespondierenden Schwenkstiftlöcher nicht symmetrisch angeordnet sind. Das hintere linke Verriegelungsstiftloch 345 und das vordere rechte Verriegelungsstiftloch 367 sind in einem geringeren Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 349, 369 im Vergleich zu der vorherigen ersten und der vorherigen zweiten Ausführungsform und verändern folglich auch die Abwärts-Verbindungsglied-Positionen. Ein anderes reaktives Element 380 muss für die dritte Ausführungsform von 4C verwendet werden, welches Axialschlitze aufweist, die geeignet angeordnet sind, um die Abwärts-Verbindungsglieder abzufangen. Das vordere linke Verriegelungsstiftloch 343 und das hintere rechte Verriegelungsstiftloch 365 sind im gleichen Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 349, 369 angeordnet wie in der ersten Ausführungsform und machen folglich die Aufwärts-Verbindungsglied-Positionen geeignet zum koinzidenten Zusammenpassen mit Axialschlitzen 124, 128 in dem gleichen aktiven Element 120 der ersten Ausführungsform. Das Verhältnis des geringeren Abwärts-Verbindungsglied-Abstands im Vergleich mit dem vorherigen Abstand führt dazu, dass die Schwenkhebelelement 340, 360 der dritten Ausführungsform als Hebel fungieren, die weniger umgekehrte Bewegung an das reaktive Element weitergeben als der Betätiger an das aktive Element weitergibt.
Eine erste repräsentative Ausführungsform einer Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500, welche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, ist in 5D dargestellt. Die Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 weist einen nach oben gerichteten, axial zentrierten aktiven Schaft 505 zum Einkuppeln einer Kraft von einem Betätiger (nicht gezeigt) auf.
Der aktive Schaft 505 verläuft durch ein zentriertes bzw. mittiges Axialloch 529, welches ein scheibenförmiges passives Element 520, das den obersten Abschnitt der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 aufweist, durchbohrt. Direkt unterhalb des scheibenförmigen passiven Elements 520 sind ein halbkreisförmiges linkes Schwenkhebelelement 540 und ein benachbartes halbkreisförmiges rechtes Schwenkhebelelement 560. Beide Schwenkhebelelemente 540, 560 sind simultan angeordnet an einem aktiven Schwenkstift 590. Die Schwenkhebelelemente 540, 560 weisen zusätzlich axial zentrierte halbkreisförmige Aussparungen 504, 506 (die jedes Schwenkhebelelement ähnlich einer Hälfte einer Breiter-Ring-Form machen) (6) auf, die es dem aktiven Schaft 505 erlauben, ebenfalls mit dem aktiven Schwenkstift 590 im Eingriff zu sein. Direkt unterhalb der Schwenkhebelelemente 540, 560 ist ein scheibenförmiges reaktives Elements 580, welches am nächsten zu den bewegbaren Elementen eines Ventils (nicht gezeigt) ist. Ein Ende jedes Schwenkhebelelements ist mit dem passiven Element 520 verbunden, wobei das andere Ende jedes Schwenkhebelelements mit dem reaktiven Element 580 verbunden ist. Die Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen oder Keramiken gefertigt sein, wobei jedoch wärmebehandelte Werkzeugstähle, wie z.B. A2, D2 oder H13, oder ein wärmebehandelter Edelstahl mit federähnlichen Eigenschaften, wie z.B. eine 17-4PH-Legierung, für viele Verwendungen als geeignet angesehen werden, wobei Aluminiumlegierungen, wie z.B. 6061, ebenfalls verwendet werden können. Die Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 der dargestellten Ausführungsform hat einen Außendurchmesser von ungefähr 1,524 cm (0,6 Zoll) mit einer axialen Länge von ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) und kann optional durch eine Stützhülse 501 umgeben sein, welche unter Verwendung von Phantomlinien in 5D dargestellt ist.
Die mechanische Verbindung des passiven Elements 520, zweier Schwenkhebelelemente 540, 560 und des reaktiven Elements 180 wird ferner in Verbindung mit einer Diskussion der 5A, 5B, 5C, 5D, 6, 7A und 7B beschrieben. Ein typisches Mittel zum Verbindung der Schwenkhebelelemente 540, 560 mit dem passiven Element 520 und dem reaktiven Element 580 ist mittels der Verwendung von Verbindungsgliedern und Verriegelungsstiften, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Lediglich zur Erleichterung der Identifizierung werden Verbindungsglieder, welche Schwenkhebelelemente 540, 560 mit dem passiven Element 520 verbinden, als Aufwärts-Verbindungsglieder 542, 566 bezeichnet, wobei Verbindungsglieder, die Schwenkhebelelemente 540, 560 mit dem reaktiven Element 580 verbinden, als Abwärts-Verbindungsglieder 544, 568 bezeichnet werden. Aufwärts-Verbindungsglieder 542, 566 und Abwärts-Verbindungsglieder 544, 568 können aus zahlreichen Formen (beispielsweise kreisförmiges oder rechteckiges Profil) sein, wobei ein einfaches flaches Teil mit kreisförmigen Löcher durch die dünne Abmessung hindurch und abgerundeten Enden um diese Löcher herum in geeigneter Weise hergestellt ist. Um eine Symmetrie und eine korrekte Funktion der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 zu bewahren, sind die Aufwärts-Verbindungsglieder 542, 566 allgemein identisch und sind die Abwärts-Verbindungsglieder 544, 568 allgemein identisch, wobei jedoch die Aufwärts-Verbindungsglieder hinsichtlich der Konfiguration von den Abwärts-Verbindungsglieder verschieden sein können. Die Verbindungsglieder weisen ein oberes Loch 546, 562 und ein unteres Loch 548, 564 auf, durch welche hindurch jeweilig korrespondierende Verriegelungsstifte 532, 576, 534, 578 eingebracht sind, um eine Verbindung zwischen einem Verbindungsglied und einem entsprechenden Element der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 zu bewirken.
Eine mechanische Aktion der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 kann verstanden werden durch Verstehen, dass eine Abwärtsbewegung des aktiven Schwenkstifts 590 eine geringfügige Rotation eines Schwenkhebelelements 540, 560 um einen axial festen Verriegelungsstift 533, 575, welcher ein Ende des Schwenkhebelelements mit einem Aufwärts-Verbindungsglied 542, 566 verbindet, bewirken wird. Die geringfügige Rotation resultiert in einer weiteren Abwärtsbewegung eines Verriegelungsstifts 535, 577, welcher das andere Ende desselben Schwenkhebelelements mit einem Abwärts-Verbindungsglied 544, 568 verbindet, wodurch dieses Verbindungsglied in Richtung zum reaktiven Element 580 nach unten bewegt wird. Eine geeignete mechanische Verbindung eines Endes jedes Schwenkhebelelements 540, 560 mit dem passiven Element 520 in Verbindung mit einer ähnlichen mechanischen Verbindung des korrespondierenden anderen Endes jedes Schwenkhebelelements 540, 560 mit dem reaktiven Element 580 bewirkt folglich eine vergrößerte Bewegung des reaktiven Elements 580. Eine Aufwärtsbewegung des aktiven Schwenkstifts 590 wird selbstverständlich in einer korrespondierenden vergrößerten Aufwärtsbewegung des reaktiven Elements 580 resultieren.
Das obere scheibenförmige passive Element 520 ist durch zwei Axialschlitze 522, 526, welche in Spiegelsymmetrie um das Zentrum des passiven Elements herum angeordnet sind, durchbohrt. Ein linker Axialschlitz 522 ist beispielsweise vor dem und links vom Scheibenzentrum angeordnet, wobei ein rechter Axialschlitz 526 in der gespiegelten Position hinter dem und rechts vom Scheibenzentrum angeordnet ist. Die Axialschlitze 522, 526 sind dazu ausgestaltet, Enden der Aufwärts-Verbindungsglieder 542, 566, welche von dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement 540, 560, die unterhalb des passiven Elements 520 angeordnet sind, vorstehen, aufzunehmen. Jeder Axialschlitz 522, 526 wird durch ein korrespondierendes Verriegelungsstiftloch 521, 525 gekreuzt, wobei die Verriegelungsstiftlöcher geometrische Sehnen sind, welche parallel zum Symmetriedurchmesser innerhalb der Scheibenform des passiven Elements 520 sind. Jeder Axialschlitz 522, 526 und das Ende des korrespondierenden Aufwärts-Verbindungsglieds 542, 566 passen jeweilig in einer Weise zusammen, welche es den Aufwärts-Verbindungsglieder 542, 566 erlaubt, sich leichtgängig um die eingebrachten Verriegelungsstifte 532, 576 herum zu bewegen. Die Verriegelungsstifte sind durch die Verriegelungsstiftlöcher 521, 525 des passiven Elements 520 hindurch und die oberen Löcher 546, 562 jedes Aufwärts-Verbindungsglieds 542, 566 hindurch eingebracht. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 522, 526 und der Fläche eines flachen Aufwärts-Verbindungsglieds 542, 566 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge 523, 524, 527, 528 an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes 522, 526, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Das obere scheibenförmige passive Element 520 ist außerdem durch ein zentriertes Axiallochs 529 durchbohrt, durch welches hindurch der nach oben gerichtete, axial zentrierte aktive Schaft 505 hindurch verläuft. Der aktive Schaft 505 ist radial durchbohrt durch ein diametrales Schaft-Stiftloch 508, welches mit dem aktiven Schwenkstift 590 im Eingriff ist, um eine Kraft von einem Betätiger (nicht gezeigt) zu übertragen. Eine gefaste Aussparung 509 kann in der oberen Endfläche des aktiven Schafts 505 bereitgestellt sein, um eine Druckkugel (nicht gezeigt) aufzunehmen, um eine mögliche Fehlausrichtung mit dem Betätiger (nicht gezeigt) zu kompensieren.
Das untere scheibenförmige reaktive Element 580 weist ein Profil auf, welches ähnlich zum oberen scheibenförmigen passiven Element 520 ist, jedoch von einem geringeren Außendurchmesser, wobei es von ungefähr derselben Dicke ist. Das untere scheibenförmige reaktive Element 580 ist durch zwei Axialschlitze 584, 588, welche in Spiegelsymmetrie um das Zentrum des reaktiven Elements herum angeordnet sind, durchbohrt. Ein rechter Axialschlitz 588 ist beispielsweise vor dem und rechts vom Scheibenzentrum angeordnet, wobei ein linker Axialschlitz 584 in der gespiegelten Position hinter dem und links vom Scheibenzentrum angeordnet ist. Die Axialschlitze 584, 588 sind dazu ausgestaltet, Enden der Abwärts-Verbindungsglieder 544, 568, welche von dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement 540, 560, die oberhalb des reaktiven Elements 580 angeordnet sind, vorstehen, aufzunehmen. Jeder Axialschlitz 584, 588 wird durch ein korrespondierendes Verriegelungsstiftloch 583, 587 gekreuzt, wobei die Verriegelungsstiftlöcher geometrische Sehnen sind, welche parallel zum Symmetriedurchmesser innerhalb der Scheibenform des reaktiven Elements 580 sind. Jeder Axialschlitz 584, 588 und das Ende des korrespondierenden Abwärts-Verbindungsglieds 544, 568 passen in einer Weise zusammen, welche es den Abwärts-Verbindungsgliedern 544, 568 erlaubt, sich leichtgängig um die eingebrachten Verriegelungsstifte 534, 578 herum zu bewegen. Die Verriegelungsstifte 534, 578 sind durch die Verriegelungsstiftlöcher 583, 587 des reaktiven Elements 580 hindurch und die unteren Löcher 548, 564 jedes Abwärts-Verbindungsglieds 544, 568 hindurch eingebracht. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 584, 588 und der Fläche eines flachen Abwärts-Verbindungsglieds 544, 568 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Ein oder mehr Gewindelöcher 589 können in dem reaktiven Element 580 bereitgestellt sein, um eine Verbindung mit Ventil-Bewegungsteilen (nicht gezeigt) zu schaffen.
Das linke Schwenkhebelelement 540 ist hinsichtlich der Form halbkreisförmig, weist ein Profil auf, welches im ähnlich einer Hälfte des oberen scheibenförmigen passiven Elements 520 ist, jedoch von geringerem Außendurchmesser ist, wobei es von ungefähr derselben axialen Dicke ist. Das linke Schwenkhebelelement 540 ist radial durch ein Schwenkstiftloch 549 durchbohrt, welches die halbkreisförmige Form halbiert. Das linke Schwenkhebelelement 540 ist axial durchbohrt durch einen vorderen Axialschlitz 541, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglieds 542 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darüber angeordneten linken Axialschlitz 522 des darüberliegenden passiven Elements 520 angeordnet ist. Der vordere Axialschlitz 541 wird durch ein vorderes Verriegelungsstiftloch 543 gekreuzt, wobei das vordere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 549 ist. Die koinzidente Lage des vorderen Axialschlitzes 541 und des darüber angeordneten linken Axialschlitzes 522 erlaubt eine Verbindung des linken Schwenkhebelelements 540 und des passiven Elements 520 mittels des vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglieds 142 unter Verwendung eines ersten Verriegelungsstifts 533, welcher durch das Aufwärts-Verbindungsglied 542 und das vordere Verriegelungsstiftloch 543 des linken Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem zweiten Verriegelungsstift 532, welcher durch das obere Loch 546 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 521 des passiven Elements hindurch eingebracht ist. Das linke Schwenkhebelelement 540 ist außerdem axial durchbohrt durch einen hinteren Axialschlitz 547, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 544 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darunter angeordneten linken Axialschlitz 584 des darunterliegenden reaktiven Elements 580 angeordnet ist. Der hintere Axialschlitz 547 wird durch ein hinteres Verriegelungsstiftloch 545 gekreuzt, wobei das hintere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 549 ist. Die koinzidente Lage des hinteren Axialschlitzes 547 und des darunter angeordneten linken Axialschlitzes 584 erlaubt eine Verbindung des linken Schwenkhebelelements 540 und des reaktiven Elements 580 mittels des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 544 unter Verwendung eines dritten Verriegelungsstifts 535, welcher durch das Abwärts-Verbindungsglied 544 und das hintere Verriegelungsstiftloch 545 des linken Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem vierten Verriegelungsstift 534, welcher durch das untere Loch 548 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 583 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Der Abstand zwischen dem vorderen Verriegelungsstiftloch 543 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 549 kann von dem Abstand zwischen dem hinteren Verriegelungsstiftloch 545 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 549 verschieden sein. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 541, 547 in dem linken Schwenkhebelelement und der Fläche eines flachen Abwärts-Verbindungsglieds 542 und Aufwärts -Verbindungsglieds 544 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Das linke Schwenkhebelelement 540 weist außerdem eine axial zentrierte halbkreisförmige Aussparung 504 (die das Schwenkhebelelement ähnlich einer Hälfte einer Breiter-Ring-Form macht) auf, welche es dem aktiven Schaft 505 erlaubt, ebenfalls mit dem aktiven Schwenkstift 590, welcher durch das Schwenkstiftloch 549 hindurch verläuft, im Eingriff zu sein.
Das rechte Schwenkhebelelement 560 ist hinsichtlich der Form halbkreisförmig und weist ein Profil auf, welches ähnlich einer Hälfte des oberen scheibenförmigen passiven Elements 520 ist, jedoch von geringerem Außendurchmesser ist, wobei es von ungefähr derselben axialen Dicke ist. Das rechte Schwenkhebelelement 560 ist radial durch ein Schwenkstiftloch 569 durchbohrt, welches die halbkreisförmige Form halbiert. Das rechte Schwenkhebelelement 560 ist axial durchbohrt durch einen vorderen Axialschlitz 561, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 568 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darunter angeordneten rechten Axialschlitz 588 des darunterliegenden reaktiven Elements 580 angeordnet ist. Der vordere Axialschlitz 561 wird durch ein vorderes Verriegelungsstiftloch 567 gekreuzt, wobei das vordere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 569 ist. Die koinzidente Lage des vorderen Axialschlitzes 561 und des darunter angeordneten rechten Axialschlitzes 588 erlaubt eine Verbindung des rechten Schwenkhebelelements 560 und des reaktiven Elements 580 mittels des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 568 unter Verwendung eines fünften Verriegelungsstifts 577, welcher durch das Abwärts-Verbindungsglied 568 und das vordere Verriegelungsstiftloch 567 des rechten Schwenkhebels hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem sechsten Verriegelungsstift 578, welcher durch das untere Loch 564 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 587 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Das rechte Schwenkhebelelement 560 ist außerdem axial durchbohrt durch einen hinteren Axialschlitz 563, welcher dazu ausgestaltet ist, ein Ende des hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglieds 566 aufzunehmen, und welcher koinzident mit dem darüber angeordneten rechten Axialschlitz 526 des darüberliegenden passiven Elements 520 angeordnet ist. Der hintere Axialschlitz 563 wird durch ein hinteres Verriegelungsstiftloch 565 gekreuzt, wobei das hintere Verriegelungsstiftloch parallel zu dem Schwenkstiftloch 569 ist. Die koinzidente Lage des hinteren Axialschlitzes 563 und des darüber angeordneten rechten Axialschlitzes 526 erlaubt eine Verbindung des rechten Schwenkhebelelements 560 und des passiven Elements 520 mittels des hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglieds 566 unter Verwendung eines siebten Verriegelungsstifts 576, welcher durch das obere Loch 562 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 525 des passiven Elements hindurch eingebracht ist, zusammen mit einem achten Verriegelungsstift 575, welcher durch das Aufwärts-Verbindungsglied 566 und das hintere Verriegelungsstiftloch 565 des Schwenkhebelelements hindurch eingebracht ist. Der Abstand zwischen dem vorderen Verriegelungsstiftloch 567 des Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 569 kann von dem Abstand zwischen der Wand eines Axialschlitzes 561, 563 in dem hinteren Verriegelungsstiftloch 565 des rechten Schwenkhebelelements und dem Schwenkstiftloch 569 verschieden sein. Reibung zwischen der Wand eines Axialschlitzes 561, 563 in dem rechten Schwenkhebelelement und der Fläche eines flachen Abwärts-Verbindungsglieds 568 und Aufwärts-Verbindungsglieds 566 kann minimiert sein durch Bereitstellen schmaler nach innen gerichteter Vorsprünge an gegenüberliegenden Wänden des Axialschlitzes, wodurch die Vorsprünge als Anlageflächen dienen. Das rechte Schwenkhebelelement 560 weist außerdem eine axial zentrierte halbkreisförmige Aussparung 506 (die das Schwenkhebelelement ähnlich einer Hälfte einer Breiter-Ring-Form macht) auf, welche es den aktiven Schaft 505 erlaubt, ebenfalls mit dem aktiven Schwenkstift 590, welcher durch das Schwenkstiftloch 569 hindurch verläuft, im Eingriff zu sein.
Eine Stützhülse 501 ist typischerweise in einer festen Position gehalten durch Stufen, Flansche oder andere Strukturen in einer Ventilvorrichtung (nicht gezeigt). Der Innendurchmesser der Stützhülse 501 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Schwenkhebelelemente 540, 560 und des reaktiven Elements 580, aber kleiner als der Außendurchmesser des passiven Elements 520. Diese Anordnung bewirkt, dass die Stützhülse 501 das passive Element 520 axial fest hält, wobei die anderen verbundenen Elemente innerhalb der Stützhülse 501 mit ausreichend Spiel eingebracht sein können, um die Bewegung der Elemente zu erlauben. Der Außendurchmesser und eine Länge der Stützhülse 501 können gemäß der Zweckmäßigkeit bezüglich anderer Strukturen in einer Ventilvorrichtung (nicht gezeigt) ausgewählt sein. Alternativ können geeignete Einrichtungen können in einer Ventilvorrichtung bereitgestellt sein, um das passive Element 520 in einer festen Axialposition ohne eine Stützhülse 501 zu halten. Eine mechanische Verbindung unter den Elementen der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 wurde zuvor bezüglich der Verbindungsglieder und der Verriegelungsstifte beschrieben. Es ist ferner zu verstehen, dass eine mechanische Verbindung des aktiven Schafts 505 mit den Schwenkhebelelementen 540, 560 mittels des aktiven Schwenkstifts 590 bewirkt wird, welcher simultan durch das Schwenkstiftloch 549 des linken Schwenkhebelelements 540, durch das Schaft-Stiftloch 508 und durch das Schwenkstiftloch 569 des rechten Schwenkhebelelements 560 hindurch verläuft. Während es zwingend erforderlich ist, dass sich das linke und das rechte Schwenkhebelelement 540, 560 um den aktiven Schwenkstift 590 herum unabhängig drehen können müssen, können Fachmänner in der Technik wählen, den aktiven Schwenkstift 590 in dem Schaft-Stiftloch 508 (1A, 1E) genau einzupassen, oder können andere Methoden zum Festhalten des aktiven Schwenkstifts, wie z.B. Clips (nicht gezeigt), wählen.
Eine auf die gefaste Aussparung 509 in der oberen Endfläche des aktiven Schafts 505 aufgebrachte oder anderweitig an den aktiven Schwenkstift 590 übertragene Betätigerkraft wird sofort an die Schwenkhebelelemente 540, 560 mittels der Schwenkstiftlöcher 549, 569, die einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, übertragen. Das passive Element 520 ist mit dem vorderen linken Aufwärts-Verbindungsglied 542 verbunden mittels des zweiten Verriegelungsstifts 532, welcher durch das obere Loch 546 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 521 des passiven Elements hindurch eingebracht ist. Das passive Element 520, welches in einer axial festen Position gehalten ist, hält folglich ebenfalls das vordere linke Aufwärts-Verbindungsglied 542 axial fest fest und hält dadurch ferner den ersten Verriegelungsstift 533 und das vordere Verriegelungsstiftloch 543 des linken Schwenkhebels axial fest fest. Eine Bewegung, welche an das Schwenkstiftloch 549 des linken Schwenkhebels weitergegeben wird, bringt folglich das linke Schwenkhebelelement 540 dazu, sich einer geringfügigen Rotation um das vordere Verriegelungsstiftloch 543 herum zu unterziehen. Die geringfügige Rotation des linken Schwenkhebelelements 540 bewirkt, dass der hintere Abschnitt des linken Schwenkhebelelements 540 sich um einen größeren Betrag in dieselbe Richtung mit dem hinteren Verriegelungsstiftloch 545 des linken Schwenkhebels und dem dritten Verriegelungsstift 535 bewegt, wodurch das hintere linke Abwärts-Verbindungsglied 544 ebenfalls zur Bewegung gezwungen wird. Das hintere linke Abwärts-Verbindungsglied 544 ist mit dem reaktiven Element 580 verbunden mittels des vierten Verriegelungsstifts 534, welcher durch das untere Loch 548 des Verbindungsglieds und das linke Verriegelungsstiftloch 583 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Abwärtsbewegung des aktiven Schafts 505 bewirkt folglich eine Abwärtsbewegung des hinteren linken Abwärts-Verbindungsglieds 544, welche eine Abwärtsbewegung an das reaktive Element 580 weitergibt. Das passive Element 520 ist ebenfalls mit dem hinteren rechten Aufwärts-Verbindungsglied 566 verbunden mittels des siebten Verriegelungsstifts 576, welcher durch das obere Loch 562 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 525 des aktiven Elements hindurch eingebracht ist. Das passive Element 520, welches in einer axial festen Position gehalten ist, hält folglich ebenfalls das hintere rechte Aufwärts-Verbindungsglied 566 axial fest fest und hält dadurch ferner den achten Verriegelungsstift 575 und das hintere Verriegelungsstiftloch 565 des rechten Schwenkhebels axial fest fest. Eine Bewegung, welche an das Schwenkstiftloch 569 des rechten Schwenkhebels weitergegeben wird, bringt folglich das rechte Schwenkhebelelement 560 dazu, sich einer geringfügigen Rotation um das hintere Verriegelungsstiftloch 565 herum zu unterziehen. Die geringfügige Rotation des rechten Schwenkhebelelements 560 bewirkt, dass der vordere Abschnitt des rechten Schwenkhebelelements 560 sich um einen größeren Betrag in dieselbe Richtung mit dem vorderen Verriegelungsstiftloch 567 des rechten Schwenkhebels und dem fünften Verriegelungsstift 577 bewegt, wodurch das vordere rechte Abwärts-Verbindungsglied 568 ebenfalls zur Bewegung gezwungen wird. Das vordere rechte Abwärts-Verbindungsglied 568 ist mit dem reaktiven Element 580 verbunden mittels des sechsten Verriegelungsstifts 578, welcher durch das untere Loch 564 des Verbindungsglieds und das rechte Verriegelungsstiftloch 587 des reaktiven Elements hindurch eingebracht ist. Eine Abwärtsbewegung des aktiven Schafts 505 bewirkt folglich eine Abwärtsbewegung des vorderen rechten Abwärts-Verbindungsglieds 568, welche eine Abwärtsbewegung an das reaktive Element 580 weitergibt. Das Vorhergehende erläutert, wie eine Bewegung des aktiven Schafts 505 in eine vergrößerte Bewegung des reaktiven Elements 580 in derselben Richtung übersetzt wird.
Unerwünschte Reibung in dem Mechanismus wird vermieden, indem der aktive Schaft 505 innerhalb des korrespondierenden zentralen Axiallochs 529, welches das obere scheibenförmige passive Element 520 durchdringt, zentriert gehalten wird. Eine flache Scheibenfeder 507, welche an der oberen Fläche des passiven Elements 520 angebracht ist und sich erstreckt, um das Ende der oberen Fläche des passiven Elements 520 zu berühren, ist ein geeigneter Ansatz zum Verhindern unerwünschter Reibung. Die flache Scheibenfeder 107 kann an dem aktiven Schaft mittels Schweißens, Klebstoffs, Nieten an einem Rand (nicht gezeigt) um den Umfang der gefasten Aussparung 509 herum oder anderen geeigneten Mitteln angebracht sein.
Das linke Schwenkhebelelement 540 und das rechte Schwenkhebelelement 560 sind in der beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen identisch und sind lediglich um 180 Grad um die Zentralachse der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung gedreht. Die Verriegelungsstiftlöcher 543, 565 der Schwenkhebel, welche eine Verbindung mit den Aufwärts-Verbindungsgliedern 542, 566 ermöglichen, sind außerdem in einem im Wesentlichen identischen Abstand von den Schwenkstiftlöchern 549, 569 im Abstand angeordnet. Die anderen Verriegelungsstiftlöcher 545, 567 der Schwenkhebel, welche eine Verbindung mit den Abwärts-Verbindungsglied 544, 568 ermöglichen, sind ebenfalls in einem im Wesentlichen identischen Abstand von den Schwenkstiftlöchern 549, 569 im Abstand angeordnet, obwohl dieser Abstand anders sein kann. Das Verhältnis dieser jeweiligen Abstände begründet die spezifische translatorische Multiplikation (Verstärkung), welche von einer bestimmten Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung gewünscht ist. Repräsentative Abmessungen und resultierende Bewegungsverhältnisse sind in Tabelle 2 gezeigt und besonders in 8A, 8B und 8C dargestellt. Ein Zurückhalten der acht Verriegelungsstifte kann erreicht werden durch Bereitstellen eines passgenauen Sitzes in den Löchern der Verbindungsglied-Elemente oder eines passgenauen Sitzes in den Verriegelungsstiftlöchern in den zahlreichen vollständig und teilweise scheibenförmigen Elementen oder einer geeigneten Kombination dieser oder anderer Auswahlmöglichkeiten (z.B. Gewinde, Klebstoff, Nieten, etc.), wie für bestimmte Fertigungsverfahren optimiert.
Die bisher diskutierte Ausführungsform in Verbindung mit 5A, 5B, 5C, 5D, 6, 7A und 7B hat denselben Abstand zwischen den Schwenkstiftlöchern 549, 569 und den vorderen Verriegelungsstiftlöchern 543, 567 der Schwenkhebel wie zwischen den Schwenkstiftlöchern 549, 569 und den hinteren Verriegelungsstiftlöchern 545, 565 der Schwenkhebel. Wie in 8A gesehen werden kann, ist die Verriegelungsstiftloch-Positionierung in den Schwenkhebelelementen symmetrisch für diese Ausführungsform. Jedoch ist eine zweite modifizierte Ausführungsform der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500 in 8B dargestellt, wobei die Schwenkhebelelemente 640, 660 Verriegelungsstiftlöcher, welche bezüglich der korrespondierenden Schwenkstiftlöcher nicht symmetrisch angeordnet sind, aufweisen. Das hintere linke Verriegelungsstiftloch 645 und das vordere rechte Verriegelungsstiftloch 667 sind im gleichen Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 649, 669 wie in der vorherigen Ausführungsform und machen folglich die Abwärts-Verbindungsglied-Positionen geeignet zum koinzidenten Zusammenpassen mit Axialschlitzen 584, 588 in dem gleichen reaktiven Element 580. Das vordere linke Verriegelungsstiftloch 643 und das hintere rechte Verriegelungsstiftloch 665 sind in einem kleineren Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 649, 669 angeordnet im Vergleich mit der vorherigen Ausführungsform und verändern folglich auch die Aufwärts-Verbindungsglied-Positionen. Ein anderes passives Element 620 muss für die zweite Ausführungsform von 8B verwendet werden, welches Axialschlitze aufweist, die geeignet angeordnet sind, um die Aufwärts-Verbindungsglieder abzufangen. Das Verhältnis des geringeren Aufwärts-Verbindungsglied-Abstands im Vergleich mit dem vorherigen Abstand führt dazu, dass die Schwenkhebelelement 640, 660 des zweiten Beispiels als Hebel fungieren, die stärker vergrößerte Bewegung an das reaktive Element 580 weitergeben als der Betätiger an den aktiven Schaft 505 weitergibt.
Eine dritte Ausführungsform der Bewegungsvergrößernder-Mechanismus-Vorrichtung 500, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, ist in 8C dargestellt, wobei modifizierte Schwenkhebelelemente 740, 760 Verriegelungsstiftlöcher aufweisen, welche bezüglich der korrespondierenden Schwenkstiftlöcher nicht symmetrisch angeordnet sind. Das hintere linke Verriegelungsstiftloch 745 und das vordere rechte Verriegelungsstiftloch 767 sind in einem geringeren Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 749, 769 im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsformen und verändern folglich auch die Abwärts-Verbindungsglied-Positionen. Ein anderes reaktives Element 780 muss für die diese Ausführungsform verwendet werden, welches Axialschlitze aufweist, die geeignet angeordnet sind, um die Abwärts-Verbindungsglieder abzufangen. Das vordere linke Verriegelungsstiftloch 743 und das hintere rechte Verriegelungsstiftloch 765 sind in im Wesentlichen demselben Abstand von den korrespondierenden Schwenkstiftlöchern 749, 769 in der vorherigen Ausführungsform angeordnet und machen folglich die Aufwärts-Verbindungsglied-Positionen geeignet zum koinzidenten Zusammenpassen mit Axialschlitzen 524, 528 in dem gleichen aktiven Element 520 der ersten Ausführungsform. Das Verhältnis des geringeren Abwärts-Verbindungsglied-Abstands im Vergleich mit dem vorherigen Abstand führt dazu, dass die Schwenkhebelelemente 740, 760 der dritten Ausführungsform als Hebel fungieren, die weniger vergrößerte Bewegung an das reaktive Element 780 weitergeben als der Betätiger an den aktiven Schaft 505 weitergibt.
Wie aus einer Zusammenschau der vorhergehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen gesehen werden kann, involvieren das erfinderische System und Verfahren folglich eine innovative mechanische Verbindung zwischen einem Betätiger, wie z.B. einem piezoelektrischen Betätiger, und einem Ventil, wie z.B. einem Membranventil. Die Verbindung erlaubt, dass der Hub eingestellt (vergrößert, verkleinert oder umgekehrt) wird und arbeitet unter Verwendung eines Scherenhebeeinrichtung-Konzepts.
Obwohl die Erfindung bezüglich zahlreicher spezifischer Beispiele und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass zahlreiche Modifikationen getätigt werden können, ohne dabei vom Umfang davon abzuweichen. Die obige Beschreibung sollte deshalb nicht als die Erfindung beschränkend ausgelegt werden, sondern lediglich als eine Veranschaulichung von bevorzugten Ausführungsformen davon und dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche auf zahlreiche Weisen ausgeführt werden kann.

Claims

Ein mechanischer Bewegungswandler, aufweisend: ein aktives Element (120), ein reaktives Element (180; 580), einen Schwenkstift (190; 590), und wenigstens ein Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) zum Schwenken um den Schwenkstift (190; 590), wobei das Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) axial zwischen dem aktiven Element (120; 220) und dem reaktiven Element (180; 580) angeordnet ist, wobei das aktive Element (120), das reaktive Element (180; 580) und das wenigstens eine Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) miteinander verbunden sind und sich axial verschieben in Antwort auf eine mittels eines Betätigers ausgeübte Kraft.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 1, wobei jedes von dem aktiven Element (120) und dem reaktiven Element (180; 580) scheibenförmig ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Schwenkhebelelement ein linkes Schwenkhebelelement (140; 540) und ein rechtes Schwenkhebelelement (160; 560) aufweist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 3, wobei jedes Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) schwenkbar mittels des Schwenkstifts (190; 590) abgestützt ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 4, wobei der Schwenkstift (190) passiv ist, so dass er innerhalb des Mechanismus axial fest ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 4, wobei der Schwenkstift (590) aktiv ist, so dass er relativ zu restlichen Abschnitten des Mechanismus axial verschiebbar ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 4, wobei jedes Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560;) ein Aufwärts-Verbindungsglied (142, 166; 542, 566) und ein Abwärts-Verbindungsglied (144, 168; 544, 568) aufweist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 4, wobei jedes Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglied (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568) ein flaches Element aufweist, welches ein Loch hindurch und abgerundete Enden aufweist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 7, und ferner aufweisend: ein Loch (146, 162, 148, 164; 546, 562, 548, 564) in jedem Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglied (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568), ein Verriegelungsstiftloch (121, 125, 187, 183; 521, 525, 587, 583) in jedem von dem aktiven Element (120) und dem reaktiven Element (180; 580), und eine Mehrzahl von Verriegelungsstiften (132, 176, 134, 178; 532, 576, 534, 578) zum Eingreifen in korrespondierende Löcher in den Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsgliedern und dem aktiven und dem reaktiven Element, um das aktive Element (120), die Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568) und das reaktive Element (180; 580) in einer Weise, welche eine relative Axialbewegung jeder verbundenen Komponente erlaubt, miteinander zu verbinden
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 9, und ferner aufweisend ein Verriegelungsstiftloch (143, 145, 165, 167; 543, 545, 565, 567) in jedem der Schwenkhebelelemente (140, 160; 540, 560) zum Aufnehmen eines oder mehrerer der Verriegelungsstifte (133, 177, 135, 175; 533, 577, 535, 575), um das aktive Element, die Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568) und das aktive und das reaktive Element (120, 180; 580) miteinander zu verbinden.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 7, und ferner aufweisend einen Axialschlitz (122, 126, 184, 188; 522, 526, 584, 588) in jedem von dem aktiven Element (120) und dem reaktiven Element (180; 380; 580; 780) zum Aufnehmen eines Endes eines Zugehörigen der Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568).
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 11, und ferner aufweisend einen Axialschlitz (141, 147, 161, 163; 541, 547, 561, 563) in jedem der Schwenkhebelelemente (140, 160; 540, 560) zum Aufnehmen eines entgegengesetzten Endes der Aufwärts- und Abwärts-Verbindungsglieder (142, 166, 144, 168; 542, 566, 544, 568), welche sich von einem von dem aktiven Element (120) und dem reaktiven Element (180; 580) aus erstrecken.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 12, wobei jedes von dem aktiven Element (120), dem reaktiven Element (180; 580) und dem linken und dem rechten Schwenkhebelelement (140, 160; 540, 560) zwei Axialschlitze (141, 147, 161, 163; 541, 547, 561, 563) zum Aufnehmen von Verriegelungsstiftenden aufweist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 1, und ferner aufweisend eine flache Scheibenfeder (107; 507), welche an einer oberen Fläche des aktiven Elements (120) angebracht ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 10, wobei jedes der Schwenkhebelelemente (140, 160; 540, 160) ein Schwenkstiftloch (149, 169; 549, 569) zum Aufnehmen des Schwenkstifts (190; 590) und zwei Verriegelungsstiftlöcher (143, 145, 165, 167; 543, 545, 565, 567) zum Aufnehmen der Verriegelungsstifte aufweist, wobei die zwei Verriegelungsstiftlöcher (143, 145, 165, 167; 543, 545, 565, 567) auf entgegengesetzten Seiten des Schwenkstiftlochs (149, 169; 549, 169) angeordnet sind.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 15, wobei die zwei Verriegelungsstiftlöcher an jedem Schwenkhebelelement identisch im Abstand von dem Schwenkstiftloch angeordnet sind und eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft gleich einer Axialbewegung des reaktiven Elements ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 15, wobei die zwei Verriegelungsstiftlöcher an jedem Schwenkhebelelement unterschiedlich von dem Schwenkstiftloch im Abstand angeordnet sind und eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft größer als eine Axialbewegung des reaktiven Elements ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 15, wobei die zwei Verriegelungsstiftlöcher an jedem Schwenkhebelelement unterschiedlich von dem Schwenkstiftloch im Abstand angeordnet sind und eine Axialbewegung des aktiven Elements in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft geringer als eine Axialbewegung des reaktiven Elements ist.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 1, wobei sich das aktive Element und das reaktive Element (580) in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft in dieselbe Axialrichtung bewegen.
Der mechanische Bewegungswandler gemäß Anspruch 1, wobei sich das aktive Element (120) und das reaktive Element (180) in Reaktion auf eine mittels eines Betätigers aufgebrachte Kraft in entgegengesetzte Axialrichtungen bewegen.