ES2236827T3 - Actuador automatico de valvula. - Google Patents

Actuador automatico de valvula.

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ES2236827T3 ES97942744T ES97942744T ES2236827T3 ES 2236827 T3 ES2236827 T3 ES 2236827T3 ES 97942744 T ES97942744 T ES 97942744T ES 97942744 T ES97942744 T ES 97942744T ES 2236827 T3 ES2236827 T3 ES 2236827T3
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Abstract

Un actuador neumático que comprende: un alojamiento (50) que tiene una superficie interna y que define una cámara, y una ranura (52) definida por la superficie interna; un pistón (70) rotatorio montado dentro de la cámara para rotar respecto del alojamiento en respuesta a un diferencial de presión de fluido dentro de la cámara; un árbol (80) que se extiende desde el pistón rotativo y a través del alojamiento para efectuar la transferencia de la rotación del pistón rotativo hasta un dispositivo adicional; y un miembro (60) de sellado afirmado dentro de la ranura; en el cual el miembro de sellado está dispuesto entre el pistón y el alojamiento para limitar el transporte de fluido entre el alojamiento y el pistón, y dispuestos entre el alojamiento y el árbol para limitar el transporte de fluido entre el alojamiento y el árbol.

Description

Actuador automático de válvula.
Campo de la invención
La presente invención está relacionada con el campo de válvulas y actuadores, y se refiere a un actuador neumático de válvula. Más particularmente, la presente invención es un actuador neumático de válvula mejorado, que incluye un pistón rotatorio que está recibido recíprocamente en un alojamiento con un miembro junta estanca firmemente montado en una periferia interna del alojamiento en el cual el pistón rotatorio se mueve de forma deslizable sobre el miembro junta estanca.
Antecedentes de la invención
La figura 1 muestra un actuador neumático convencional de válvula que incluye un árbol 10 dentado, un árbol 20 de actuación que se extiende a través del árbol 10 dentado, dos miembros 30 pistón teniendo cada uno un miembro 301 cremallera enganchado con el árbol 10 dentado, y una pluralidad de resortes 302 dispuestos de forma forzada entre un lado interno de un alojamiento 40 y los miembros 30 pistón. Durante el funcionamiento, el actuador neumático de válvula opera en función de ciclos de movimiento de aire. Al comienzo de un ciclo, aire a presión entra en el interior del alojamiento 100 vía dos orificios 41 para empujar los miembros 30 pistón desde una posición de partida alejada entre sí hasta una posición completamente separada (como se ilustra en la figura 1), de forma que el árbol 10 dentado se rota en sentido anti-horario por el movimiento de los dos miembros 301 cremallera y, de este modo, los resortes 302 se comprimen. En virtud de la rotación del árbol dentado, el árbol 20 de actuación también se rota. La rotación del árbol 20 de actuación se utiliza para alguna otra función (no mostrada). Cuando los miembros 30 pistón alcanzan la posición completamente separada, se detiene la entrada de aire en el alojamiento, y los dos orificios 41 se abren para ventear el alojamiento, en cuyo instante los resortes 302 empujan los miembros 30 pistón de nuevo hasta la posición original de partida y, de este modo, el árbol 10 dentado y, en consecuencia, el árbol 20 se rotan en sentido anti-horario. Cuando los miembros pistón alcanzan la posición de partida, se habrá finalizado un ciclo. Durante la operación, la fuerza de aire presurizado en el alojamiento 100 ocasiona fugas en las posiciones donde el árbol 10 dentado y/o el árbol 20 de actuación se extienden a través del alojamiento 40 (no mostrada en la figura 1). En función de las características constructivas y de los materiales usados en la válvula, así como de la cantidad de presión, incluso tras usar dichos actuadores durante un breve período se pueden producir fugas. Además, las superficies interiores del alojamiento 40 y las superficies de contacto y de deslizamiento de los miembros 301 cremallera se deben fabricar con precisión para asegurar que los miembros 301 cremallera deslizan suavemente a lo largo de las superficies internas del alojamiento 40, todo lo cual aumenta el coste de fabricación.
En las figuras 2 y 3 se ilustra otro actuador neumático de válvula empleado habitualmente. El actuador 6000 está dispuesto entre un resorte 7600 de retorno y una válvula 7200 con un árbol 6200 que se extiende a través del resorte de retorno, el actuador y la válvula de forma que cuando se inyecta aire presurizado en el actuador, el árbol se rota para accionar la válvula.
El actuador incluye una carcasa que incluye una carcasa 6010 superior, una carcasa 6020 inferior y un miembro 6400 paleta que está recibido entre la carcasa superior e inferior. Las carcasas superior e inferior están conectadas por pernos 6030 a lo largo de rebordes, que se extienden desde cada carcasa superior e inferior, en los que la carcasa inferior tiene dos pasos 6800 definidos en su interior de forma que se pueda inyectar aire presurizado desde la bomba de aire al interior de los pasos. El árbol se extiende a través de la carcasa superior y de la carcasa inferior de forma que pueda rotar, y se extiende firmemente a través del miembro paleta. Un miembro 6600 junta estanca está dispuesto en el miembro paleta de forma que el miembro pistón se desplaza recíprocamente dentro de la carcasa por aire presurizado que entra en la carcasa a través de los pasos. El árbol se hace co-rotar con el miembro paleta a fin de controlar el actuador entre una posición abierta y cerrada. Un medio 7400 resorte de retorno, que incluye una bobina 7600 de resorte, está dispuesto por encima de la carcasa del actuador de acuerdo con un requisito para hacer volver automáticamente al árbol a su posición de partida una vez que el aire a presión se detiene, regresando, de este modo, la paleta a su posición original.
El miembro junta estanca tiende a desgastarse rápidamente debido a que el miembro junta estanca desliza a lo largo de una superficie interna de la carcasa siempre que se desplaza el pistón. Además, la superficie interna de cada carcasa superior e inferior se debe mecanizar suave para prolongar la vida de la junta estanca. El medio de retorno, que incluye el resorte de bobina y el mecanizado de la superficie interna de la carcasa, se traduce en que todo el conjunto es bastante caro.
El documento DE-A-2 061 643 describe una membrana de enrollado que proporciona una junta estanca entre el pistón y el alojamiento.
Sumario de la invención
La presente invención evita los problemas observados en lo que antecede de la técnica anterior, proporcionando un actuador neumático de válvula mejorado que comprende un conjunto de pistón, resorte y junta estanca más sencillo y de mejor relación coste/prestaciones.
De acuerdo con la presente invención se proporciona un actuador neumático de válvula que tiene las características de la reivindicación 1.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención el medio de sellado del actuador neumático de válvula está firmemente recibido en una ranura que define un bucle sobre una pared interna del alojamiento. Contenido en la junta estanca de una pieza hay orificios a través de los cuales pasa el medio para transferir movimiento del pistón.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, en un actuador neumático de válvula se proporciona un árbol de actuación para transferir movimientos del pistón a otros dispositivos. El árbol tiene un manguito que recibe el árbol y, rodeando al manguito, hay un resorte de torsión que tiene una primera parte de extensión del mismo que contacta con una parte del pistón. El resorte de torsión también tiene una segunda parte de extensión que contacta con un lado interno del alojamiento. El resorte está forzado hacia mantener el pistón en la primera cámara.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el pistón del actuador neumático de válvula comprende al menos una pared intermedia contra la cual está en contacto la primera parte de extensión del resorte de torsión. La pared intermedia está conectada perpendicularmente entre la parte superior, la parte inferior y la pared periférica del pistón, y el pistón también tiene dos orificios de enganche definidos perpendicularmente a través de las partes superior e inferior a través de las cuales pasa y está enganchado el árbol de actuación.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, el medio actuador neumático de válvula para efectuar desplazamiento del pistón comprende, al menos, dos pasos definidos en el alojamiento, cada uno de los cuales se comunica con el interior y el exterior del alojamiento. Al menos uno de cada uno de los pasos se comunica con cada una de las cámaras en el alojamiento, y una fuerza de motivación, tal como la que proporciona una presión positiva hasta al menos un paso en la primera cámara, empuja el pistón al interior de la segunda cámara. Un resorte o presión positiva puede proporcionar la fuerza para desplazar el pistón de nuevo al interior de la primera
cámara.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención se proporciona un actuador neumático de válvula que evita eficientemente la fuga usando únicamente un miembro de sellado.
En otro aspecto de la presente invención se proporciona un actuador neumático de válvula en el cual un árbol de actuación no está sometido a las fuerzas de aire presurizado.
Aún en otro aspecto de la presente invención se proporciona un actuador neumático de válvula en el cual la superficie interna del alojamiento no necesita ser fabricada con precisión.
Otras ventajas y características novedosas de la invención se harán más evidentes a partir de la descripción detallada al considerarse conjuntamente con los dibujos que se acompañan.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en planta superior, parcialmente en sección, de un actuador neumático convencional de válvula;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un actuador neumático de válvula que comprende un medio convencional de control y un retorno de resorte;
la figura 3 es una vista despiezada del actuador neumático de válvula de la figura 2;
la figura 4 es una vista despiezada de un actuador neumático de válvula de acuerdo con la presente invención;
la figura 5 es una vista en alzado lateral, parcialmente en sección, del actuador neumático de válvula de acuerdo con las presentes invenciones;
la figura 6 es una vista en planta superior, parcialmente en sección, del actuador neumático de válvula, para ilustrar cómo funciona el resorte de torsión cuando se acciona el pistón rotativo;
la figura 7 es una vista en planta superior, parcialmente en sección, de otra realización del actuador neumático de válvula para mostrar que el pistón rotativo está accionado por flujo de aire sin el resorte de torsión; y
la figura 8 es una vista en planta superior, parcialmente en sección, de otra realización del actuador neumático de válvula para mostrar que el pistón rotativo está accionado por flujo de aire sin el resorte de torsión.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia ahora a los dibujos e inicialmente a las figuras 4 a 6, una realización preferida de un actuador neumático de válvula de acuerdo con la presente invención comprende un alojamiento 50 (figuras 5 a 6), compuesto por dos partes 151 y 152 combinadas por pernos 501 (únicamente se muestra uno), y tiene al menos dos pasos 51, 57 para el paso de aire (véanse figuras 6 y 7) definidos a través suyo que comunican entre un interior 55 y un exterior del alojamiento 50. Una ranura 52 de retención está definida sobre una pared interna del alojamiento para recibir un miembro 60 junta estanca en su interior. Toda la ranura de retención se forma adecuadamente cuando las dos mitades del alojamiento están fijadas entre sí. Esta construcción facilita la sustitución del miembro 60 junta estanca que se describe en lo que sigue. Un primer orificio 53 y un segundo orificio 54 están situados de forma alineada entre sí para recibir un árbol 82 y comunicarse con la ranura 52 de retención, y los dos pasan a través de paredes del alojamiento 50.
El miembro 60 junta estanca está firmemente recibido, y reside de forma inamovible en la ranura 52 y (véanse las figuras 4, 5, 6 y 7) forma un "bucle" completo alrededor del interior del alojamiento cerrado. El miembro de sellado puede estar fabricado en cualquier material adecuado de sellado tal como, por ejemplo, poliuretano, Viton^{TM}, o Buna N^{TM}. La colocación del miembro junta estanca en la ranura se consigue adecuadamente apretando las dos mitades entre sí del alojamiento. Una parte del miembro de sellado se extiende al interior del alojamiento 55. Esta parte de la junta estanca incorpora tecnología de junta estanca asistida por presión para asegurar un contacto completo entre el miembro junta estanca y el exterior del pistón, como se describe más adelante en lo que sigue. A través del miembro 60 junta estanca están definidos dos orificios 62 y están situados para comunicarse con el primer orificio 53 y con el segundo orificio 54.
Un pistón 70 rotativo tiene una parte 71 superior, una parte 142 inferior, una pared 701 periférica conectada entre la parte 71 superior y la parte 142 inferior, y al menos una pared 702 intermedia conectada perpendicularmente entre la parte 71 superior, la parte 142 inferior y la pared 701 periférica. Dos orificios 72 de enganche están definidos perpendicularmente a través del pistón 70, uno en la parte 71 superior y uno en la parte 142 inferior. En una realización preferida los orificios 72 de enganche tienen una periferia rectangular, aunque cualquier forma que sea capaz de enganchar un árbol 80 de actuación de forma correspondiente está dentro del alcance de la presente invención.
El árbol 80 de actuación tiene una primera parte 81 base (véase figura 4) en la cual está definida una oquedad 810 dentada a fin de recibir un miembro 90 dentado al que se conectan otros mecanismos (no mostrados). Se sobreentiende para aquellos expertos en la técnica, que cualquier otro medio convencional, por medio del cual se puede transferir el desplazamiento del pistón a un dispositivo adicional, está dentro del alcance de la presente invención.
Una segunda parte 82 cilíndrica se extiende centradamente desde la primera parte 81 base, y el árbol 80 de actuación se extiende desde la segunda parte 82 base. En una realización preferida, el árbol es rectangular aunque cualquier forma que se corresponda con la forma de los orificios 72 está dentro del alcance de la presente invención. Cuando está montado (véase la figura 5), la segunda parte 82 base se extiende a través del primer orificio 53 y a través del orificio en el miembro 62 junta estanca, extendiéndose el árbol 80 de actuación a través de los dos orificios 72 de enganche, del otro orificio 62 del miembro junta estanca y del primer orificio 64, en el que un tubo 83 está insertado y recibe el árbol 80.
Haciendo referencia a la figura 4, un manguito 73 tubular que tiene un paso 731 definido a través suyo está montado sobre el árbol 80 de actuación y está situado entre la parte 71 superior y la parte inferior 142 del pistón donde, en una realización preferida, el paso 731 está definido por una periferia tubular. Haciendo referencia a la figura 5 se puede ver que, cuando está montado, cuando el pistón 70 rotatorio está en posición se rota con el árbol 80 de actuación. De acuerdo con una realización preferida, un resorte 85 de torsión está montado sobre el manguito 73 y tiene una primera parte 801 de extensión del mismo que contacta contra un lado interno de la pared 702 intermedia, y una segunda parte 802 de extensión del mismo que contacta contra un lado interno del alojamiento 50.
Haciendo referencia ahora a la figura 6, se puede ver que se crea una junta de estanqueidad eficaz por el miembro 60 junta estanca que contacta con la parte 71 superior y con la parte 142 inferior del pistón mientras la parte 63 central (figura 4) contacta la pared periférica del pistón 70 rotativo. Una parte directamente opuesta a la parte central (no mostrada en la figura 4) se muestra en sección transversal en la figura 6 y 7 como 640 y esta parte está en contacto con la parte 720 pared extendida de pared 702 intermedia. Así mismo, los orificios en la junta 62 estanca contactan el pistón allí donde están situadas las partes del árbol 82, 83.
El árbol 80 de actuación no está afectado por aire presurizado de forma que la disposición de sellado entre el árbol 80 de actuación y el alojamiento 50 es sencilla aunque eficaz. En suma, una junta de estanqueidad proporciona todo el sellado necesario para conseguir dos cámaras separadas. Como puede verse en la figura 6, el contacto entre el miembro junta estanca y la circunferencia eficaz del pistón crea una junta estanca eficaz y proporciona dos cámara 55 y 110 haciendo posible, de este modo, que la presión de aire se eleve en la cámara 55, lo que proporciona una fuerza de accionamiento para desplazar el pistón al interior la cámara 110. Como tal, los puntos de contacto están entre la junta estanca y la superficie externa del pistón. A consecuencia directa, las paredes internas del alojamiento 50 no necesitan ser fabricadas con precisión ni mecanizadas suave pues el pistón 70 rotativo no contacta las paredes internas, únicamente la junta estanca. Todo lo que se requiere es que las paredes del pistón estén suavizadas, lo que desde una perspectiva del coste de fabricación es significativamente más fácil de hacer y, por lo tanto, es significativamente menos costoso.
La construcción del alojamiento del pistón permite que un enfoque sencillo proporcione torsión al resorte. A diferencia de los elaborados medios externos de retorno de la técnica anterior ilustrados en las figuras 2 y 3, o de una multiplicidad de resortes lineales de bobina, como se ilustra en la técnica anterior de la figura 1, el resorte de torsión está diseñado para ser instalado dentro del pistón. Tras tener una revolución (sentido horario) de precarga añadida al resorte, el bucle 803 (véase figura 6) se relajará contra una parte 720 extendida de pared del pistón haciendo el conjunto seguro para la manipulación, mientras se está instalando entre las dos mitades del alojamiento. A medida que las mitades del alojamiento se aprietan entre sí, el bucle se forzará en sentido horario alrededor de otros 30 grados añadiendo más precarga. Ahora, esto retira el brazo 802 del contacto con la parte 720 extendida del pistón.
Durante el funcionamiento, se inicia un ciclo completo del pistón cuando se permite aire presurizado al interior del alojamiento a través del paso 51 (el paso 57 está abierto a la presión atmosférica o reducida) y en virtud de la presión del aire el pistón 70 rotativo rota desde una posición de partida hasta una posición media de ciclo, como se muestra por las líneas imaginarias de la figura 6. El pistón 70 rotativo finaliza el ciclo al liberar presión de aire en la cámara 55 por rotación de nuevo hasta la posición de partida como se muestra por las líneas sólidas de la figura 4 en virtud de la energía almacenada en el resorte 85 de torsión. Esta rotación se transfiere a cualquier dispositivo externo conectado al árbol 80 rotativo.
La figura 7 muestra una segunda realización preferida de un actuador neumático de válvula de la presente invención que difiere de la realización en la figura 6 por la ausencia de un resorte de torsión. Durante la operación, un ciclo completo del pistón se pone en marcha cuando se permite aire presurizado al interior del alojamiento a través del paso 51 (el paso 57 está abierto a la presión atmosférica o reducida) y en virtud de la presión del aire el pistón 70 rotativo rota desde una posición de partida hasta una posición media de ciclo, como se muestra por las líneas imaginarias de la figura 7. El pistón 70 rotativo completa el ciclo por rotación hacia atrás hasta la posición de partida como se muestra por las líneas sólidas de la figura 7 en virtud de la introducción de aire presurizado en el paso 57 (el paso 51 está abierto a la presión atmosférica o reducida) para desplazar el pistón desde la posición de partida hasta la posición media de ciclo y, a continuación, se introduce, de forma alterna, aire presurizado en el paso 51 mientras el 57 se abre a la presión atmosférica o reducida.
La figura 8 muestra una tercera realización preferida de un actuador neumático de válvula de la presente invención en el cual no hay resorte de torsión y la pared 703 intermedia está dispuesta de tal modo que contacta una parte intermedia de la pared 701 periférica del pistón. La disposición de esta pared intermedia es tal que, durante la operación, un ciclo completo del pistón se pone en marcha cuando se permite que aire presurizado en el interior del alojamiento a través del paso 51 (el paso 57 está abierto a la presión atmosférica o reducida), y en virtud de la presión de aire, el pistón 70 rotativo rota desde una posición de partida hasta una posición media de ciclo como se muestra por las líneas imaginarias en la figura 8. El pistón 70 rotativo completa el ciclo por rotación hacia atrás hasta la posición de partida como se muestra en líneas sólidas en la figura 8, en virtud de la introducción de aire presurizado en el paso 57 (el paso 51 está abierto a la presión atmosférica o reducida) para desplazar el pistón desde la posición de partida hasta la posición media de ciclo y, a continuación, se introduce, de forma alterna, aire presurizado en el paso 51 mientras el 57 se abre a la presión atmosférica o reducida.
Aunque la invención se ha explicado en relación con su realización preferida, se ha de sobrentender que se pueden hacer otras muchas otras posibles modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de la invención según lo reivindicado en lo que sigue.

Claims (8)

1. Un actuador neumático que comprende:
un alojamiento (50) que tiene una superficie interna y que define una cámara, y una ranura (52) definida por la superficie interna;
un pistón (70) rotatorio montado dentro de la cámara para rotar respecto del alojamiento en respuesta a un diferencial de presión de fluido dentro de la cámara;
un árbol (80) que se extiende desde el pistón rotativo y a través del alojamiento para efectuar la transferencia de la rotación del pistón rotativo hasta un dispositivo adicional; y
un miembro (60) de sellado afirmado dentro de la ranura;
en el cual el miembro de sellado está dispuesto entre el pistón y el alojamiento para limitar el transporte de fluido entre el alojamiento y el pistón, y dispuestos entre el alojamiento y el árbol para limitar el transporte de fluido entre el alojamiento y el árbol.
2. Un actuador neumático según la reivindicación 1, en el cual el miembro (60) de sellado define una presión limitada para efectuar la diferencial de presión de fluido.
3. Un actuador neumático según las reivindicaciones 1 ó 2, en el cual el miembro (60) de sellado define un primer compartimento y un segundo compartimento (55, 110) dentro del alojamiento, en el cual el primer compartimento está aislado del segundo compartimento por el miembro de sellado, a fin de efectuar el diferencial de presión de fluido.
4. Un actuador neumático según la reivindicación 3, que comprende, además, un medio (51) para introducir un fluido bien en el primer compartimento, bien en el segundo compartimento para efectuar el diferencial de presión de fluido.
5. Un actuador neumático según la reivindicación 4, en el cual el miembro (60) de sellado efectúa el sellado de comunicación de fluido entre el primer compartimento y el segundo compartimento, y efectúa el sellado de comunicación de fluido entre la cámara y un entorno externo al alojamiento.
6. Un actuador neumático según la reivindicación 5, en el cual el pistón rotatorio está forzado hasta una posición estática.
7. Un actuador neumático según la reivindicación 6, en el cual el fluido introducido por el medio para realizar la introducción (51) fuerza al pistón rotativo para que sea desplazado de la posición estática.
8. Un actuador neumático según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el miembro de sellado tiene un taladro para recibir el árbol.
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