DE602005006228T2

DE602005006228T2 - Motorbetätigtes Ventil mit Reduktionsgetriebe

Info

Publication number: DE602005006228T2
Application number: DE602005006228T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Arai; Eiichi Sasada; Tomoari Ouchi; Hitoshi Umezawa
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-12-24
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2025-12-25
Also published as: US20060180780A1; EP1693600A1; EP1930629B1; DE602005006228D1; EP1693600B1; CN1821632A; US7325780B2; KR101099069B1; JP4817671B2; EP1930629A1; CN1821632B; JP2006226369A; KR20060092103A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Ventil mit einem Reduktionsbetrieb.
Beschreibung des Standes der Technik
Bislang sind zwei Arten von motorbetriebenen Ventilen zum Öffnen und Schließen eines Ventils mittels eines elektrischen Motors bekannt. Die erste Art öffnet und schließt das Ventil durch Übertragung der Rotation eines Rotors unmittelbar auf einen Schraubmechanismus, und ein Beispiel davon ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-356278 (Patentdokument 1) offenbart. Die zweite Art ist mit einem Reduktionsgetriebe ausgestattet, das die Drehung des Rotors durch ein Reduktionsgetriebe reduziert, bevor dieselbe auf den Schraubmechanismus übertragen wird, und Beispiele davon sind in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-84732 offenbart (Patentdokument 2) und in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-232465 (Patentdokument 3).
Die japanische Patentoffenlegungsschrift 2003-056735 offenbart in 6 ein gattungsbildendes motorbetriebenes Ventil einer zweiten Art, wie vorstehend beschrieben.
Die erste Art motorbetriebener Ventile ist relativ kompakt, doch das Ventil kann nur dann verwendet werden, wenn die Last klein ist, und es ist schwierig, die Auflösung der Ventilöffnung durch einen Einzelschrittantrieb zu verbessern.
Die zweite Art motorbetriebener Ventile kann in dem Fall verwendet werden, wenn die Last hoch ist, und die Auflösung der Ventilöffnung durch Einzelschrittantrieb kann verbessert werden, doch die Gesamtgröße des Motorventils ist groß, da die Getriebebox für das Reduktionsgetriebe getrennt vom Motor angeordnet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein motorbetriebenes Ventil mit einem Reduktionsgetriebe zu schaffen, das eine kompakte Größe aufweist und in der Lage ist, einen verbesserten Ventilbetrieb durchzuführen und eine hochauflösende Ventilöffnungsleistung zu bieten, in dem das Reduktionsgetriebe gemeinsam mit einem Rotor innerhalb einer einzigen Dose untergebracht ist.
Zur Erreichung des vorstehend genannten Ziels schafft die vorliegende Erfindung ein motorbetriebenes Ventil mit einem Reduktionsgetriebe, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Vorzugsweise umfaßt die Ventilkammer eine Balg zur Abdichtung des Zwischenraums an der Innenseite der Dose.
Wie zuvor beschrieben, ist bei dem erfindungsgemäßen motorbetriebenen Ventil das Reduktionsgetriebe gemeinsam mit einem Rotor in einer einzigen Dose untergebracht, so dass die vorliegende Erfindung es ermöglicht, ein kompaktes leistungsfähiges motorbetriebenes Ventil mit hoher Auflösung bei niedrigen Kosten zu schaffen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines motorbetriebenen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Reduktionsgetriebes, das an dem motorbetriebenen Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung montiert ist;
3 ist eine erläuternde Darstellung der Komponenten des Reduktionsgetriebes;
4 ist eine schematische Darstellung der Komponenten des Reduktionsgetriebes;
5 ist eine schematische Darstellung der Komponenten des Reduktionsgetriebes; und
6 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines motorbetriebenen Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 dargestellt ist, umfaßt das motorbetriebene Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ventilkörper 10 mit einem Ventilsitz 12 und einer Ventilkammer 14. Ein Ventilglied 30 ist innerhalb der Ventilkammer 14 angeordnet, welches in Richtung des Ventilsitzes 12 und von diesem weg bewegt wird. Zwei Leitungen 20, 22, die mit der Ventilkammer 14 kommunizieren, sind an dem Ventilkörper 10 angebracht.
Eine Ventilachse 32 ist mit dem Ventil-Hauptkörper 30 verbunden. Ein Ringglied 38 ist an einem Öffnungsbereich montiert, der an dem oberen Bereich des Ventilkörpers 10 angebracht ist und beispielsweise bei der vorliegenden Ausführungsform an den Körper durch einen Stemmbereich K₁ befestigt ist. Die Befestigung des Ringgliedes 38 kann durch Löten durchgeführt werden, wodurch das Glied an den Körper dicht befestigt wird. Ein Balg 40 ist zwischen dem Ringglied 38 und der Ventilachse 32 angeordnet, welcher eine Dichtung bildet, die verhindert, dass Kältemittel in das Ventil eindringt. Ein Aufnahmeglied 34 einer Kugel 36 ist am oberen Endbereich der Ventilachse 32 angebracht.
Eine Schraubenachse 320 steht in Berührung mit dem oberen Bereich der Kugel 36, welche einen Druck, der durch einen Schraubmechanismus erzeugt wird, in der axialen Richtung der Ventilachse 32 ausübt.
Ein Flanschglied 70, das einen Teil des Ventilkörpers bildet, ist durch Schweißen oder dergleichen an dem äußeren Umfang des oberen Endes des Ventilkörpers 10 befestigt, welches die Umgebungsluft außen hält und verhindert, dass Gas und Feuchtigkeit in das Ventil eindringen. Am oberen Bereich des Flanschglieds 70 ist ein Aufnahmeglied 80 befestigt. Ein zylindrisches Glied 82 ist an dem äußeren Umfang des Aufnahmeglieds 80 angebracht, und ein Innengewinde 90 ist vom inneren Umfang des Aufnahmeglieds 80 vorgesehen.
Andererseits ist eine zylindrische Dose 100, die aus einem nicht magnetischem Metall gebildet und im folgenden als Dose bezeichnet wird, durch Schweißen oder dergleichen am oberen Bereich des Flanschglieds 70 befestigt. An der Außenseite der Dose 100 ist ein Erreger M für einen Schrittmotor befestigt, welcher ein Beispiel für einen Antriebsmotor darstellt.
Der Erreger M umfaßt eine Harzform 120, eine Spule 140, die um eine darin angeordnete Haspel 130 gewickelt ist, und einen Stator S, der angeregt wird, wenn der Spule Leistung gegeben wird, wobei die Leistung der Spule 140 über eine Leitung 142 zugeleitet wird.
Der Erreger M umfaßt eine Montageklammer 180 an seinem unteren Bereich, und durch Eingreifen eines Vorsprungs 102 der Dose 100 in ein Loch 182 der Montageklemme 180 kann der Erreger M entfernbar an der Dose 100 befestigt werden.
Ein zylindrischer Vorsprung 104 ist am obersten Bereich der Dose 100 angebracht, und ein Lagerelement 150 ist an die Innenseite des Vorsprungs 104 durch Pressen eingepaßt. Das Lagerelement 150 lagert eine Befestigungswelle 152.
Ein Permanentmagnet-Rotor 170 für den Schrittmotor ist drehbar innerhalb der Dose 100 angeordnet. Der Rotor 170 ist ein zylindrisches Teil, das aus dem Permanentmagnet-Material gebildet wird, und ist einteilig mit einem Rotationselement 160 ausgebildet, das aus Harz oder dergleichen besteht. Die Drehkraft des Rotationselements 160 wird auf ein Reduktionsgetriebe übertragen, das insgesamt durch die Bezugsziffer 200 bezeichnet wird.
Die 2 bis 5 sind schematische Darstellungen eines Reduktionsgetriebes 200, das in dem Rotor angeordnet ist.
Das Reduktionsgetriebe 200 umfaßt ein Sonnenzahnrad 220, das einteilig mit einem Rotationselement 160 ausgeformt ist, das einteilig mit dem in 1 dargestellten Rotor 170 angeordnet ist. Das Sonnenzahnrad 220 steht mit Planetenzahnrädern 230 in Eingriff, und die Planetenzahnräder 230 werden durch einen Träger gelagert.
Bei dem vorliegenden Getriebe wird der Träger durch ein Paar von Scheiben 240 und 242 und eine Welle 232 gebildet, die die zwei Scheiben 240 und 242 verbindet, und die drei Planetenzahnräder 230 sind drehbar an dem Träger angebracht.
Wie in 4 dargestellt ist, umfaßt der Träger 240 drei Lagersäulen 244, wobei die Platte 242 die Wellen 232 der drei Planetenzahnräder 230 lagert, und die Platte 242 ist an den Lagersäulen 244 durch Schrauben oder dergleichen befestigt.
Der gesamte Körper des Trägers ist derart gelagert, dass er frei auf einen später noch zu beschreibenden Ausgangszahnrad 260 drehbar ist. Die Planetenzahnräder 230 greifen gleichzeitig in ein ringförmiges festes Zahnrad 250 und ein Ausgangszahnrad 260 ein. Das feste Zahnrad 250 ist an der Innenseite eines zylindrischen Teils 82 angebracht, das an dem Ventilkörper 10 befestigt ist. Das Ausgangszahnrad 260 umfaßt eine Anzahl von Innenzähnen, die sich von der Anzahl von Zähnen an dem festen Zahnrad 250 unterscheidet, und ist drehbar oberhalb des Aufnahmeglieds 80 gelagert, wobei ein Antrieb 300 von dessen unterer Oberfläche nach unten vorspringt.
Der Antrieb 300 umfaßt eine Antriebseinheit 310, die wie ein Schlitzschraubendreher ausgebildet ist, und welche in eine Schraubenwelle 320 eingesetzt ist. Die Rotation der Schraubenwelle 320 wird in eine Bewegung in der Axialrichtung umgewandelt, die über die Kugel 36 an die Ventilachse 32 übertragen wird.
Eine Scheibenfeder 190 ist zwischen dem Rotationsglied 160 des Rotors und dem feststehenden Zahnrad 250 des Rotationsgetriebes angeordnet, wodurch das Rotationsglied 160 (das Sonnenzahnrad 220) in Richtung des Lagerelements 150 vorgespannt wird.
Wenn bei diesem Reduktionsgetriebe 200 die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads 260 größer ist als die Anzahl der Zähne des festen Zahnrads 250, bewirkt eine Drehung des Sonnenzahnrads 220, das einteilig mit dem Rotor 170 im Uhrzeigersinn (CW) rotiert, eine Rotation der Planetenzahnräder 230 im Gegenuhrzeigersinn (CCW). Der Träger 240 wird mit reduzierter Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn (CW) gedreht. Das Ausgangszahnrad 260 wird im Uhrzeigersinn (CW) gedreht.
Wenn hingegen die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads 260 kleiner ist als die Anzahl der Zähne des feststehenden Zahnrads 250, bewirkt eine Drehung des Sonnenzahnrads 220 im Uhrzeigersinn (CW) eine Drehung des Ausgangszahnrads 260 im Gegenuhrzeigersinn (CCW).
Bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsgetriebe mit einem Planetengetriebe-Mechanismus, bei welchem die Anzahl von Zähnen des Sonnenzahnrads 220, des Planetenzahnrads 230, des festen Zahnrads 250 und des Ausgangszahnrads 260 jeweils Z_a, Z_b, Z_c und Z_f bezeichnet werden, kann das Ausgangsgetriebeverhältnis des Ausgangszahnsrads 260 durch die folgende Formel dargestellt werden. (Za·Zf – Za·Ze)/[Zf·(Za + Zc)]
Wenn etwa Z_a = 12, Z_b = 18, Z_c = 48 und Z_f = 54 ist, hat das Ausgangsgetriebeverhältnis des Ausgangszahnrads 260 ein Reduktionsverhältnis von 1/45.
Da die Drehung des Rotors durch ein großes Reduktionsverhältnis der Schraubenwelle 320 übertragen wird, kann die Öffnung des Ventils in kleinen Schritten gesteuert werden, mit anderen Worten, mit hoher Auflösung.
Da der Rotor 170 und das Reduktionsgetriebe 200 zur Reduktion der Drehung des Rotors 170 beide in einer einzigen Dose 100 dicht verschlossen sind, kann das Eindringen von Außenluft, Feuchtigkeit oder dergleichen vollständig verhindert werden. Daher tritt eine Kondensation innerhalb des Ventils auf, und das Ventil kann eine genaue Durchflußsteuerung auch unter schwierigen Bedingungen gewährleisten.
6 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines motorgesteuerten Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dem vorliegenden motorgesteuerten Ventil sind die Konstruktion des Ventilkörpers, die Anordnung zum entfernbaren Anbringen des Erregers M des Schrittmotors als ein Beispiel eines Antriebsmotors an der Außenseite der Dose 100 und die Anordnung zur Anbringung eines Reduktionsgetriebes in den Rotor des Schrittmotors ähnlich wie bei dem motorgesteuerten Ventil gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, so dass die Bauteile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet werden und auf detaillierte Beschreibungen an dieser Stelle verzichtet wird.
Bei dem vorliegenden motorbetriebenen Ventil ist ein Flanschglied 70A an der oberen Außenseite des Ventilkörpers 10 befestigt, und das Flanschglied 70A lagert eine Dose 100.
Ein weibliches Schraubenelement 420 ist an der Innenseite des oberen Bereichs des Ventilkörpers 10 befestigt, und das weibliche Schraubenelement 420 lagert ein zylindrisches Element 82 über das Aufnahmeglied 80.
Ein männliches Schraubenelement 420, das über einen Schraubenbereich S₁ mit dem weiblichen Schraubenelement 420 in Eingriff steht, umfaßt eine Ventilachse 400, die gleitend an dessen Innenseite eingesetzt ist. Ein Ventilbereich 402 ist am führenden Ende der Ventilachse 400 angeordnet, die in Berührung mit einem Ventilsitz 12 gerät.
Die Ventilachse 400 ist in das männliche Schraubenelement 410 über eine Schraubenfeder 430 und eine Platte 432 eingesetzt. An der Außenseite des männlichen Schraubenelements 410 ist einteilig ein Antriebsübertragungselement 440 aus Harz angeformt. Das Antriebsübertragungselement 440 umfaßt eine Nut 442, die parallel zur Achslinie des männlichen Schraubenelements verläuft.
Andererseits umfaßt ein Ausgangszahnrad 260, welches das Ausgangselement eines Reduktionsbetriebs 200 an der Innenseite des Rotors 170 darstellt, eine armartige Antriebseinheit 262, die sich in Richtung des Antriebsübertragungselements 440 erstreckt.
Bei dieser Anordnung wird die Drehkraft des Ausgangszahnrads 260 auf das Antriebsübertragungselement 440 übertragen, und hierdurch wird das männliche Schraubenelement 410 zur Drehung angetrieben. Die Drehung des männlichen Schraubenelements 410 wird in eine Bewegung in axialer Richtung durch den Schraubenbereich S₁ umgewandelt, wodurch die Ventilachse 400 auf und ab bewegt wird.
Die Drehung des Rotors 170, der durch den Schrittmotor angetrieben wird, wird durch ein großes Reduktionsverhältnis reduziert und treibt die Ventilachse 400 an. Hierdurch wird es möglich, ein motorbetriebenes Ventil mit großer Kapazität und hoher Auflösung bei niedrigen Kosten unter Verwendung eines kleinen Schrittmotors mit kleinem Drehmoment zu schaffen.
Die zuvor beschriebene Ausführungsformen verwenden ein Reduktionsgetriebe mit einem Planetengetriebemechanismus, doch dieser kann durch ein mechanisches Reduktionsgetriebe mit mehrstufigen Getriebezügen unter Verwendung einer Vielzahl von Stirnzahnrädern ersetzt werden.
Darüber hinaus umfassen die zuvor beschriebenen Ausführungsformen ein Reduktionsgetriebe, das innerhalb eines Rotors 170 angeordnet ist, doch das Reduktionsgetriebe kann auch unterhalb des Rotors angeordnet sein.
Ferner kann die Durchflußsteuerungsleistung des Ventils bezüglich der Rotordrehung beliebig durch Auswahl einer bevorzugten Ganghöhe des Schraubmechanismus oder durch Änderung der Form des vorauslaufenden Endes des Ventilelements bestimmt werden, das den Ventilsitz gegenüberliegt.
Somit kann die vorliegende Erfindung ein motorbetriebenes Ventil schaffen, dessen Ventilleistungen den Anforderungen der Benutzer genügen.

Claims

Motorbetriebenes Ventil mit Reduktionsgetriebe, mit einem Ventilkörper (10), der mit einer Ventilkammer (14) und einem Ventilsitz (12) versehen ist, mit einem Ventilglied (30), das beweglich in der Ventilkammer angeordnet ist zum Öffnen und Schließen einer Öffnung des Ventilsitzes, einer Ventilachse (32) zur Betätigung des Ventilgliedes, einem Motor-Erreger (M), einem Permanentmagnet-Rotor (170), der angetrieben ist zur Drehung durch den Erreger, einem Reduktionsgetriebe (200) zur Reduzierung der Drehzahl des Rotors, und einem Schraubmechanismus (320) zur Bewegung des Ventilgliedes in Richtung und gegen Richtung in bezug auf den Ventilsitz über das Reduktionsgetriebe durch Drehbewegung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass eine zylindrische Dose (100) befestigt ist an dem Ventilkörper, dass der Motor-Erreger (M) am äußeren Umfangsbereich der Dose befestigt ist, dass der Permanentmagnet-Rotor (170) drehbar am inneren Umfangsbereich der Dose (100) abgestützt ist und dass das Reduziergetriebe (200) ein Planetengetriebe-Mechanismus ist und innerhalb des Rotors (170) in einem Raum zwischen dem Ventilkörper (10) und der Dose (100) angeordnet ist.
Motorbetriebenes Ventil gemäß Anspruch 1, wobei in der Ventilkammer (14) ein Balg (40) angeordnet ist zur Abdichtung zwischen einem Raum der Ventilkammer und einem Raum für mechanische Elemente.