ES2295885T3 - Mecanismos de accionamiento para actuadores de valvulas. - Google Patents

Abstract

Actuador de válvula motorizada, presentando el actuador un accionamiento manual alternativo, comprendiendo el accionamiento manual un volante (37) y un mecanismo (25, 41) de embrague y una palanca (44) para cambiar de modo de accionamiento mecánico por motor a modo de accionamiento manual, presentando además el actuador un árbol (24) intermedio entre el motor (1) y el árbol (4) de salida, estando el volante (37) unido de manera operativa al árbol (24) intermedio para accionar el árbol (24) intermedio, estando situado el árbol (24) intermedio entre el motor (1) y un engrane (2, 3) del engranaje, por lo que cuando la palanca (44) se acciona para llevar al actuador a modo de accionamiento manual el mecanismo (25, 41) de embrague funciona sustancialmente de manera libre, no bloqueándose el par motor del árbol de salida generado por la carrera impulsada por el motor anterior y bloqueada en el árbol de salida mediante el engrane del engranaje en el mecanismo de embrague, caracterizado porque el accionamiento desde el motor (1) al árbol (4) de salida del actuador es a través del engrane (2, 3) del engranaje que no puede "frenarse", y el mecanismo (25, 41) de embrague comprende un elemento (25) móvil de embrague y un operador (41) de embrague de actuación conjunta que presenta superficies (39, 40) cónicas de actuación conjunta.

Description

Mecanismos de accionamiento para actuadores de válvulas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a mecanismos de accionamiento para transmitir un accionamiento desde un elemento giratorio de accionamiento a un elemento giratorio accionado y en particular, pero no exclusivamente, a mecanismos utilizados para accionar válvulas, esclusas, compuertas y similares para controlar el flujo de fluidos. El término "fluidos" en este contexto engloba líquidos, gases y vapores, y fluidos multiestado tales como líquidos que contienen sólidos en suspensión.

Antecedentes de la invención

En un ejemplo típico de un accionamiento de actuador diseñado para utilizarse para accionar una válvula motorizada, el elemento de accionamiento es un motor eléctrico y el accionamiento de reducción al árbol accionado tiene la forma de un tornillo sin fin y rueda sin fin, estando ésta última enchavetada o fijada de otro modo al árbol de salida del actuador o "columna" que acciona el elemento móvil de la
válvula.

En la tecnología de actuación de válvulas es habitual disponer el sistema de accionamiento de tal manera que sólo las fuerzas y la torsión generadas por el elemento o elementos giratorios de accionamiento del actuador puedan transmitirse a través del engrane al elemento giratorio accionado; esto se hace para eliminar el problema que puede surgir cuando no se proporciona potencia al elemento de accionamiento y las fuerzas desequilibradas generadas por el fluido a presión dentro de la válvula son suficientes, cuando actúan sobre el elemento móvil de la válvula, para "frenar (back drive)" el tren de engranajes del actuador dando como resultado que el elemento móvil de válvula se desplace desde su asiento o desde su última posición en la trayectoria de fluido determinada por la última operación del actuador de válvula.

Un método común utilizado para eliminar la posibilidad de "freno" en un tren de engranajes del actuador es utilizar una relación de reducción sustancial sobre el engrane del tornillo sin fin/rueda sin fin, provocando el valor bajo resultante del ángulo de avance del tornillo sin fin combinado con el coeficiente de fricción normal en las superficies de engrane que el accionamiento se bloquee cuando se aplica par motor al lado de la rueda sin fin del accionamiento.

En una válvula motorizada este par motor bloqueado que permanece después de una operación de ciclo mecánica puede ser considerable, particularmente en válvulas en las que el elemento móvil se fuerza a un asiento con el fin de eliminar la fuga de fluido entre los puertos de válvula aguas arriba y aguas abajo.

Con el fin de poder accionar la válvula en el caso de un fallo de potencia o cuando se instala o revisa el equipamiento de tuberías, se proporcionan un embrague de dos posiciones y una rueda manual. Estos elementos se proporcionan normalmente sobre el árbol de salida del actuador que lleva la rueda sin fin. El embrague se acciona mediante una palanca manual. La palanca se desvía por resorte a una posición de parada y el estado normal del mecanismo de accionamiento es embragarse en el modo de accionamiento mecánico. Accionar la palanca sobre su arco completo de desplazamiento desacopla el elemento móvil de embrague desde la posición de accionamiento mecánico y lo mueve hacia la posición de accionamiento manual. Simultáneamente, la palanca acciona un mecanismo de enclavamiento que garantiza que el embrague permanece en el modo de accionamiento manual cuando se libera la palanca y vuelve a su posición de parada. El mecanismo de enclavamiento se diseña de modo que mantendrá el actuador en el estado de accionamiento manual hasta que el accionamiento mecánico se energice de nuevo. La rotación del elemento desembragado del tren de accionamiento libera entonces automáticamente el mecanismo de enclavamiento y permite al elemento móvil de embrague volver, bajo la carga del resorte, a su posición de accionamiento mecánico.

Esta reversión automática al modo de accionamiento mecánico es una característica común de la tecnología de operación de válvulas y ha surgido para evitar la necesidad de enviar personal de funcionamiento, algunas veces a largas distancias, a instalaciones automáticas para ocuparse de actuadores de válvulas que se han dejado inadvertidamente en modo de accionamiento manual después de una visita de mantenimiento, etc.

El gran par motor generado en el árbol de salida del actuador y que permanece bloqueado en el árbol por el engrane del tornillo sin fin/rueda sin fin "sin freno" genera grandes fuerzas sobre los elementos de enganche del embrague cuando los dichos elementos del embrague están montados sobre el árbol de salida y por tanto entran a formar parte de la trayectoria de torsión/fuerza entre la válvula asentada y los dientes de engranaje bloqueados sobre la rueda sin fin. Estos pares motores y fuerzas relativamente grandes pueden provocar que surjan dificultades cuando se intenta desenganchar el embrague de la posición de accionamiento mecánico.

Además, en válvulas de gran diámetro interior, en las que son necesarias fuerzas considerables tanto para asentar como para desasentar la válvula, es necesario que el volante montado en el árbol de salida así como la palanca utilizada para desacoplar el embrague del modo mecánico y mover hacia el modo de accionamiento manual sean en gran parte, o en su totalidad fabricados en metal, lo que se añade considerablemente al tamaño y peso del actuador.

Una solución parcial a este problema se revela en la patente estadounidense 4.370.902, en la que se inserta un tren de reducción de engranajes cilíndricos de dientes rectos adicional entre el árbol de la rueda sin fin y el árbol de salida del actuador o columna. Esto reduce la torsión sobre el árbol de la rueda sin fin aproximadamente en proporción al número de dientes respectivos sobre los engranes cilíndricos de dientes rectos que engranan adicionales pero no obstante deja el par motor desde un eje de válvula asentada reducido por la relación de accionamiento de engranajes bloqueado en el lado de accionamiento mecánico del embrague del actuador.

La presente invención se propone eliminar el par motor bloqueado del lado de accionamiento mecánico del conjunto del embrague y reducir además el par motor de funcionamiento necesario en el volante de modo que, además de necesitar menos esfuerzo manual para accionar la palanca y el volante, puede reducirse el tamaño de los componentes que forman los conjuntos de embrague, palanca y volante y, si es necesario, pueden fabricarse a partir de moldeados hechos de plástico o materiales plásticos reforzados.

Un método existente típico, utilizado en la tecnología de actuación de válvulas para mantener el accionamiento del actuador en modo manual después de accionar la palanca, pero cambiar automáticamente a accionamiento mecánico tan pronto como el motor de accionamiento empiece a girar, se consigue proporcionando un mecanismo de apuntalamiento entre una cara de la rueda sin fin y el elemento móvil de embrague. Este mecanismo mantiene el elemento móvil de embrague en su posición de accionamiento manual y comprime los medios de resorte que fuerzan al elemento móvil de embrague hacia su posición de accionamiento mecánico. La característica esencial del mecanismo de puntal es un elemento de enclavamiento pivotado que forma el extremo del puntal adyacente a la rueda sin fin. El elemento de enclavamiento está dotado de un resorte de centrado ligero que mantiene el elemento en ángulos rectos con la superficie de la rueda sin fin cuando se ha seleccionado modo de funcionamiento manual.

Tan pronto como la rueda sin fin empieza a girar bajo accionamiento mecánico la fricción entre la superficie móvil de la rueda y el pie del elemento de enclavamiento vence los medios de resorte de centrado ligero y provoca que el elemento de enclavamiento gire aproximadamente 90 grados hasta una posición de salida, paralela sobre la superficie de la rueda sin fin. El movimiento resultante del pivote del elemento de enclavamiento, en una dirección axial con respecto al árbol de la rueda sin fin es suficiente para permitir que el elemento móvil de embrague se enganche con el accionamiento mecánico.

Mientras que este reenganche automático existente con la disposición de accionamiento mecánico sea satisfactorio, se basa en el uso de resortes de centrado de cables pequeños que pueden fallar en servicio. También la necesidad de basarse en la fricción de superficie entre el elemento de enclavamiento y la superficie de la rueda sin fin con el fin de accionar el mecanismo da como resultado que el enclavamiento no se "bloquee con seguridad" en el modo de accionamiento manual.

Otro sistema anterior que puede "frenarse" y respecto al que se caracteriza la presente invención se da a conocer en el documento US-4.429.591. Otros sistemas anteriores se dan a conocer en los documentos US-4.474.078, DE-35 21 398 y US-4.546.671.

Es un objetivo adicional de esta invención proporcionar un mecanismo de enclavamiento para la operación de reenganche automático del embrague que no se base en la fuerzas de fricción para liberar el enclavamiento y además, proporcionar un mecanismo en el que el elemento de enclavamiento no esté en contacto con los elementos giratorios del accionamiento cuando el embrague está en el modo de accionamiento mecánico.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un actuador de válvula motorizada, presentando el actuador un accionamiento manual alternativo, comprendiendo el accionamiento manual un volante y un mecanismo de embrague y palanca para cambiar de modo de accionamiento mecánico por motor a accionamiento manual, presentando además el actuador un árbol intermedio entre el motor y el árbol de salida, estando el volante unido de manera operativa al árbol intermedio para accionar el árbol intermedio, estando situado el árbol intermedio entre el motor y el engrane del engranaje, por lo que cuando la palanca se acciona para llevar al actuador a modo de accionamiento manual el mecanismo de embrague funciona de manera libre sustancialmente, no bloqueándose el par motor del árbol de salida generado por la carrera impulsada por el motor anterior y bloqueado en el árbol de salida mediante el engrane del engranaje "sin freno" en el mecanismo de embrague, caracterizado porque el accionamiento desde el motor al árbol de salida del actuador es a través de un engrane del engranaje que no puede "frenarse", y el mecanismo de embrague comprende un elemento móvil de embrague y un operador de embrague de actuación conjunta que presentan superficies cónicas de actuación conjunta.

De manera adecuada, el engrane del engranaje que no puede "frenarse" comprende un conjunto de tornillo sin fin y rueda sin fin y preferiblemente el mecanismo de embrague está asociado con/montado sobre el árbol intermedio.

Preferiblemente el actuador presenta además un accionamiento de reducción de engranajes asociado con el árbol intermedio para aumentar aún adicionalmente la facilidad con la que puede accionarse manualmente el árbol de salida del actuador.

Puesto que el actuador de la presente invención no presenta par motor bloqueado en el embrague a vencer para desenganchar el embrague del motor para en su lugar enganchar el accionamiento manual, y puesto que el par motor de entrada de accionamiento manual necesario se reduce por la provisión del accionamiento de reducción adicional entre el árbol intermedio y el tornillo sin fin, al menos uno de y preferiblemente cada uno del volante, palanca y ciertos componentes del embrague pueden formarse de materiales plásticos moldeados.

Como resultado de su configuración de accionamiento única, el actuador de la presente invención puede por tanto construirse de manera más rentable así como ser más compacto, más ligero y mucho más fácil de utilizar que los actuadores existentes.

Mejoras adicionales del actuador incluyen formar el elemento móvil de embrague y el operador de embrague de actuación conjunta con superficies cónicas de actuación conjunta, por lo que el embrague puede moverse desde enganche de accionamiento por motor a enganche de accionamiento de manual aún más fácilmente. Las superficies cónicas deslizantes sobre el elemento móvil de embrague y el operador de embrague están configuradas preferiblemente con la superficie cónica del operador de embrague envolviéndose al menos parcialmente alrededor de la superficie cónica del elemento móvil de embrague de modo que hay un contacto superficial sustancial al comienzo de una operación de desembrague, disminuyendo rápidamente el área hacia un contacto lineal a medida que el elemento móvil de embrague se eleva a la posición de accionamiento manual. De manera adecuada la superficie cónica del operador de embrague se envuelve hasta 180 grados alrededor de la superficie cónica del elemento móvil de embrague.

Preferiblemente el actuador presenta un elemento de leva giratorio que se acciona mediante la palanca y que actúa conjuntamente con el operador de embrague con el fin de variar la ventaja mecánica entre el movimiento de la palanca y el elemento móvil de embrague a través de las superficies cónicas deslizantes. Este elemento de leva proporciona de manera adecuada una ventaja mecánica superior al comienzo de una operación de desembrague con el fin de vencer los coeficientes de fricción estática superiores y proporciona una relación o relaciones de ventaja mecánica inferiores para el desplazamiento restante de la palanca cuando se acciona contra los coeficientes de fricción dinámica relativamente inferiores, produciendo la relación o relaciones de ventaja mecánica inferiores un desplazamiento angular total menor de la palanca.

En particular, preferiblemente el eje de rotación de la palanca está situado paralelo y adyacente al eje de rotación del volante y de manera adecuada la palanca presenta una forma curva y está configurada para balancease por debajo de la periferia circular del volante y rodear parcialmente el cubo del volante, utilizándose ambas de estas características para reducir el espacio necesario para alojar el actuador cuando se instala en la válvula.

Preferiblemente el actuador comprende además un elemento de enclavamiento para enclavar el embrague para engancharse para accionamiento manual y de manera adecuada el elemento de enclavamiento está dotado de dientes, dientes que se enganchan con los dientes de una rueda dentada del tren de accionamiento del actuador para enclavar el actuador en su estado de accionamiento manual, proporcionando de ese modo un enganche seguro cuando se está en modo de accionamiento manual y una operación de desenganche accionada con seguridad cuando se vuelve a modo de accionamiento mecánico.

Preferiblemente la rueda dentada se acciona mediante el motor y está asociada con/montada sobre el árbol intermedio, pudiéndose enganchar selectivamente la rueda dentada, accionando el embrague, con el árbol intermedio para accionar el árbol intermedio.

De manera ventajosa, el elemento de enclavamiento se pivota y presenta adyacente al mismo medios de resorte plano con los que actúa conjuntamente el elemento de enclavamiento, sirviendo los medios de resorte plano para desviar el elemento de enclavamiento para pivotar hacia su posición de enclavamiento enganchado de accionamiento manual.

Preferiblemente, el elemento de enclavamiento está dotado de un cubo facetado, cubo que actúa conjuntamente con los medios de resorte plano de modo que en una posición desenganchada "de salida" el elemento de enclavamiento se mantiene con seguridad sin contacto con el elemento con el se engancha de otro modo en su posición de enclavamiento de enganche de accionamiento manual.

De manera adecuada, el elemento de enclavamiento actúa conjuntamente con el resorte plano con el fin de proporcionar tres posiciones de parada para el elemento de enclavamiento, siendo éstas las dos posiciones "de salida" que dependen de la dirección de rotación de la rueda 29 dentada y la posición enganchada central cuando el mecanismo está enclavado en modo de accionamiento manual.

El cubo facetado es preferiblemente sustancialmente rectangular/sustancialmente cuadrado.

De manera adecuada, el elemento de enclavamiento es de pivote y el mecanismo de enclavamiento del actuador comprende además al menos un medio de poste estático para deflectar el elemento de enclavamiento para pivotar con seguridad desde una posición "de salida" desenganchada sustancialmente hacia la posición enclavada y preferiblemente hay un par de medios de poste estáticos, de este tipo, separados entre sí entre los cuales se mueve el elemento de enclavamiento cuando se acciona la palanca con el fin de mover el elemento de enclavamiento desde cualquiera de las dos posiciones de salida.

Mientras que el embrague presenta un elemento móvil de embrague, el árbol intermedio presenta de manera adecuada dientes de engranaje de piñón para enganchar de manera cooperativa con un engranaje de actuación conjunta sobre un árbol para accionar el tornillo sin fin/rueda sin fin, y el árbol intermedio además presenta de manera adecuada estrías que actúan conjuntamente con el elemento móvil de embrague, por lo que el elemento móvil de embrague puede deslizarse longitudinalmente del árbol intermedio pero gira con el mismo, los dientes de engranaje de piñón se extienden en particular de manera longitudinal preferiblemente del árbol intermedio, por lo que las estrías se forman de estas extensiones longitudinales de los dientes de engranaje de piñón.

Preferiblemente las extensiones longitudinales de los dientes de engranaje de piñón sobre el árbol intermedio se reducen a un diámetro reducido. El diámetro reducido de las extensiones proporciona una ubicación sobre el árbol intermedio alrededor de la que la rueda dentada accionada por el motor de accionamiento puede girar libremente y proporciona también un escalón de tope que sirve como una ubicación axial para la rueda dentada accionada por motor, o para una arandela de presión de interposición.

En un aspecto adicional de la presente invención se proporciona un actuador de válvula motorizada del tipo que presenta un accionamiento manual alternativo, comprendiendo el accionamiento manual un volante y un embrague y palanca para cambiar de modo de accionamiento mecánico a modo accionamiento manual, donde el actuador comprende un elemento de enclavamiento para enclavar el embrague para engancharse para accionamiento manual o accionamiento por motor, estando dotado el elemento de enclavamiento de dientes que se enganchan con dientes de una rueda dentada del tren de accionamiento del actuador con el fin de proporcionar un enganche seguro cuando se está en modo de accionamiento manual y una operación de desenganche accionada con seguridad cuando se vuelve a modo de accionamiento mecánico.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá algunos antecedentes de la tecnología y realizaciones preferidas de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos y diagramas adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra las características esenciales de la línea de accionamiento de un actuador de válvula motorizada que utiliza la tecnología conocida existente.

La figura 2 muestra las características de la línea de accionamiento de un actuador de válvula al que se hace referencia en la patente estadounidense 4.370.902. Este dibujo muestra también, de forma simplificada, el mecanismo de embrague de reenganche automático que emplea la técnica conocida existente.

La figura 3 es una vista en sección de un actuador de válvula motorizada, el tema de esta invención, que muestra los componentes principales de la línea de accionamiento incluyendo el embrague y mecanismos que accionan el embrague. Para mayor claridad, algunos de los componentes giratorios se han mostrado en un único plano.

La figura 4 es un esbozo isométrico parcialmente en despiece ordenado que muestra algunos de los componentes que comprende al árbol intermedio con el mecanismo que acciona el embrague adyacente.

La figura 5 muestra los componentes del actuador, que comprenden las características de enclavamiento y liberación automática del embrague, correspondiendo las posiciones relativas de dichos componentes al actuador cuando está en el modo de accionamiento mecánico.

La figura 6 ilustra los mismos componentes que en la figura 5, pero con sus posiciones relativas correspondientes al actuador cuando está en el modo de accionamiento manual.

La figura 7 es una vista que mira a la cara del volante con la palanca que acciona el embrague adyacente mostrada tanto en su posición de parada, como en la de funcionamiento.

La figura 8 muestra una realización que implica el árbol intermedio en la que el engranaje de piñón de accionamiento solidario sobre el árbol se extiende y se mecaniza además para formar las estrías que ubican, radialmente, el elemento móvil de embrague.

Descripción de realizaciones preferidas

Comenzando con la técnica anterior y en referencia en primer lugar a la figura 1, que muestra una vista simplificada de la línea de accionamiento de un actuador de válvula diseñado actualmente, el motor 1 eléctrico acciona la rueda 2 sin fin por medio del tornillo 3 sin fin. La rueda 2 sin fin puede girar libremente sobre el árbol 4 de salida del actuador. Un elemento 5 móvil de embrague puede moverse libremente de manera axial sobre el árbol 4 de salida pero está ubicado radialmente sobre el árbol mediante la chaveta o las estrías 6.

Un volante 7 también está montado sobre el árbol 4 de salida pudiendo girar libremente de manera independiente del árbol. El elemento 5 móvil de embrague puede moverse para engancharse con o bien la rueda 2 sin fin por medio de los fiadores 8 y las ranuras 9 o bien para engancharse con el volante 7 por medio de los fiadores 10 y las ranuras 11.

El ángulo de avance sobre el tornillo 3 sin fin, engranándose con los dientes de la rueda sin fin, es normalmente lo suficientemente pequeño para impedir el "freno" del mecanismo cuando se aplica par motor al árbol 4. En este modo de no accionamiento con el elemento 5 móvil de embrague todavía enganchado con los fiadores 8 sobre la rueda 2 sin fin el par motor bloqueado hacia el árbol 4 de salida se transmite al engrane de bloqueo de la rueda sin fin y el tornillo sin fin a través de los fiadores 8 y las ranuras 9. Esto da como resultado que se necesite una fuerza axial importante para desenganchar el embrague del modo de accionamiento mecánico.

Después del desenganche del embrague del accionamiento mecánico y el movimiento hacia el modo de accionamiento manual, el volante 7 puede entonces accionar la válvula a través del árbol 4 de salida del actuador; siendo el par motor del volante necesario equivalente al suministrado por el accionamiento mecánico. Por esta razón, en instalaciones de válvula motorizada de tamaño medio y grande, el volante ha de proporcionarse con radios 12 extendidos para permitir al operador generar el par motor manual importante necesario para accionar la válvula manualmente.

La figura 2 muestra una solución parcial conocida para el problema de reducir el par motor del volante colocando el accionamiento del volante con el mecanismo de embrague asociado y la rueda sin fin sobre un árbol 13 intermedio que lleva el engranaje 14 de piñón que se engrana con una rueda 15 dentada montada sobre el árbol 16 de salida del actuador. La figura 2 muestra también una forma del mecanismo conocido utilizado para reenganchar automáticamente el accionamiento mecánico cuando se energiza el
motor 1.

En este mecanismo el árbol 17 móvil axialmente se eleva mediante la palanca 18 para empujar el elemento 19 móvil para que se desenganche de la rueda 2 sin fin y para engancharse con el volante 20 y comprimiendo el resorte 21.

Sobre el extremo inferior del árbol 17 se pivota un elemento 22 de enclavamiento, mostrado en su postura de salida con el embrague todavía enganchando la rueda sin fin. Este elemento de enclavamiento se fuerza hacia una posición vertical desde una posición de salida manual o bien izquierda o bien derecha (dependiendo de la dirección de rotación de la rueda sin fin) por medio de un resorte de torsión de cable de autocentrado (no ilustrado) que rodea al pivote 23.

Con el motor 1 eléctrico estacionario y la palanca 18 accionada para llevar el actuador a accionamiento manual, el árbol 17 se eleva permitiendo al enclavamiento 22 girar hacia su posición central en alineación axial con el árbol 17. En este estado el elemento 22 de enclavamiento está actuando como un "puntal" que mantiene el elemento 19 móvil de embrague en su modo de accionamiento manual a través del árbol 17.

Al volver a poner en marcha el motor 1 la fuerza de fricción entre el extremo distal del elemento 22 de enclavamiento y la superficie giratoria de la rueda 2 sin fin es suficiente para vencer el par motor de centrado generado por el resorte de autocentrado en el pivote 23 provocando que se haga girar el elemento de enclavamiento hacia una de sus dos posiciones "de salida" (dependiendo de la dirección de rotación de la rueda sin fin) y permitiendo así que el árbol 17 y el elemento 19 móvil de embrague desciendan hacia la posición de accionamiento mecánico bajo la acción del resorte 21.

Las diversas mejoras para el conjunto de la línea de accionamiento del actuador se ilustran en las figuras 3 y 4, siendo la figura 3 una vista en sección semiesquemática a través de los centros de árboles principales del accionamiento y mostrando la figura 4 una vista isométrica, en despiece ordenado verticalmente de algunos de los componentes que forman el mecanismo de embrague y que necesitan aclaración adicional. En el diseño seccionado ilustrado, el árbol intermedio lleva el elemento 25 móvil de embrague y está dotado de un piñón 26 solidario. El árbol 27 del motor presenta un piñón 28 solidario que acciona la rueda 29 dentada ubicada también sobre el árbol 24 intermedio pero que puede girar libremente de manera independiente del árbol 24.

El elemento 25 móvil de embrague está dotado de estrías 30 que actúan conjuntamente con las estrías 31 permitiendo que el elemento móvil de embrague se deslice libremente sobre el árbol 24 pero esté fijado de manera giratoria con respecto al árbol. En la vista en sección, tal como aparece en la figura 3, el elemento 25 móvil de embrague está en su posición de accionamiento mecánico descendida con una clavija 32 sobresaliente que actúa conjuntamente con un orificio circular o ranura 33 ciega con forma de arco formada en la rueda 29 dentada. En este modo el motor 1 puede accionar el árbol 24 intermedio a través del piñón 28 de engrane y la rueda 29 dentada transmitiéndose el par motor al árbol 24 a través de la clavija 32 que actúa conjuntamente con el orificio o ranura 33 ciega y las estrías 30 sobre el elemento 25 móvil de embrague engranándose con las estrías 31 de longitud ampliada sobre el árbol 24.

El árbol 24 intermedio está acoplado permanentemente, de manera que puede accionarse, al árbol 4 de salida del actuador a través del piñón 26 engranándose con la rueda 34 dentada que, a su vez, está enchavetada con el árbol 35 sobre el cual se mecaniza el tornillo 3 sin fin. El tornillo sin fin se engrana con la rueda 2 sin fin, estando enchavetada esta última o de otro modo unida permanentemente al árbol 4 de salida del actuador.

Una ventaja importante del accionamiento del actuador dado a conocer en la figura 3 se deduce de la extracción del conjunto de embrague del árbol de tornillo sin fin o rueda sin fin a un árbol intermedio que acciona el dicho árbol 35 de tornillo sin fin de manera adecuada a través de un tren de reducción de engranajes intermedio (piñón 26 y rueda 34 dentada). A diferencia de los accionamientos de actuadores ilustrados en las figuras 1 y 2, el par motor bloqueado desde el engrane del tornillo sin fin y la rueda sin fin "sin freno" ya no se transmite a través de los fiadores y ranuras de embrague. Además, puesto que el accionamiento de reducción desde el motor al árbol intermedio es a través de dientes de engranaje en espiral (sobre el piñón 28 y la rueda 29 dentada) que pueden "frenarse" para girar el inducido del motor 1, no puede dejarse nada del par motor de accionamiento, transmitido cuando se está en modo de accionamiento mecánico, bloqueado en los fiadores y ranuras de embrague cuando se corta la potencia del motor.

Por lo tanto, el desenganche del embrague desde modo de accionamiento mecánico a modo de accionamiento manual puede realizarse sin tener que vencer ninguna fuerza bloqueada importante en el tren de engranajes que resulta del ciclo de carrera mecánica anterior. Como consecuencia, el conjunto del embrague y la palanca 36 que lo acciona asociada puede realizarse de construcción ligera y, en particular, puede hacer uso de moldeados de plásticos en lugar de los componentes de metal relativamente pesados en los diseños representados en las figuras 1 y 2. El accionamiento de reducción de engranajes adicional a través del árbol intermedio permite además que el conjunto de volante sea de construcción más ligera que la necesaria en los diseños mostrados en la figura 1, permitiendo la sustitución de los radios 12 extendidos y el gran volante 7 por la rueda 37 moldeada, de tamaño moderado y la empuñadura 38 de giro.

Con el fin de conservar la carcasa del actuador con las menores dimensiones posibles y ser comparable con los tamaños reducidos conseguidos por el volante y la palanca, en las figuras 3 y 4 se revela un nuevo diseño compacto de conjunto de embrague y palanca. Un paso importante para conseguir este diseño compacto es disponer que el eje de rotación de la palanca 36 sea paralelo y adyacente al eje del volante 37, siendo las distancias de centros de ejes tales que, si es necesario, el eje de la palanca pueda situarse dentro del diámetro periférico del volante tal como se muestra en la figura 7. La forma curva de la palanca es una característica adicional del diseño compacto, curvándose el perfil de la palanca en su posición de parada alrededor del cubo del volante de tal modo que se oculta parcialmente por debajo del volante.

Los medios por los cuales la rotación de la palanca 36 eleva al elemento 25 móvil de embrague desde su posición de accionamiento mecánico accionada por resorte son tales como sigue.

El elemento 25 móvil de embrague está dotado de una superficie 39 exterior cónica que actúa conjuntamente con una superficie 40 cónica interior extendida del operador 41 de embrague. El semiángulo del cono es de aproximadamente 45 grados tal como se muestra en la figura 3: la superficie 40 interior cónica del operador de embrague circundante está recortada tal como se muestra en la figura 4, siendo el ángulo de "envoltura" que rodea al elemento 25 móvil de embrague igual a, o inferior a 180 grados con el fin de permitir que el operador 41 de embrague se desplace en una dirección horizontal hacia la derecha tal como se ve en la figura 3.

El operador de embrague está limitado por la carcasa circundante a moverse sólo en un único plano horizontal, convirtiéndose el desplazamiento hacia la derecha en una elevación vertical equivalente del elemento 25 móvil de embrague por la acción de deslizamiento de la superficie 40 extendida sobre la superficie 39, desenganchando el movimiento vertical el accionamiento mecánico y enganchando el conjunto de dientes 42 de cara radial sobre el elemento 25 móvil de embrague con un conjunto de dientes 43 de actuación conjunta sobre el conjunto de árbol del volante.

El movimiento de la palanca 36 (en el sentido de las agujas del reloj tal como se ve en la figura 7) desde su posición de parada a su posición 44 de funcionamiento provoca que el operador 41 de embrague se desplace en su dirección horizontal limitada por la acción de la ranura 45 perfilada en el elemento 46 de leva giratorio sobre el poste 47 solidario moldeado sobre el operador 41 de embrague. El elemento 46 de leva está enchavetado, o unido de otro modo, al árbol 48 de la palanca 36. La ranura 45 perfilada tiene una forma tal que, desde su posición de parada, una parte importante del movimiento de la palanca 36 se utiliza para proporcionar una pequeña deflexión inicial del poste 47 con el fin de aumentar la ventaja mecánica del perfil de palanca/leva y así vencer la fuerza de fricción estática superior entre las superficies 39 y 40 cónicas de funcionamiento al comienzo de una operación de desembrague.

Una vez que empieza el movimiento, el coeficiente de fricción entre las superficies cónicas lubricadas disminuirá a un valor, normalmente aproximadamente de la mitad del coeficiente de valor estático, permitiendo que se utilice una ventaja mecánica inferior para la parte restante del desplazamiento de la palanca 36.

Debe entenderse que la superficie 39 de cono macho y su superficie 40 semicircular de actuación conjunta sólo están en contacto de superficie completo al comienzo de una operación de desembrague mecánico. Esto permite que se utilice el área de superficie de contacto disponible máxima con la consiguiente presión de contacto de superficie mínima cuando se vence la fuerza generada por la fricción estática superior. Tan pronto como el operador 41 de embrague empieza a moverse y el elemento móvil de embrague se eleva, el área de superficie en contacto empieza a disminuir rápidamente porque (tal como aparece en la figura 3) las secciones horizontales tomadas a través de los conos de contacto mostrarán, en teoría, círculos de diferentes diámetros en contacto lineal. En la práctica, la deflexión de superficies producida por las fuerzas de funcionamiento proporcionará un área de contacto estrecha en lugar del contacto lineal teórico de las dos superficies cónicas móviles.

La palanca 36 se desvía por resorte de modo que, cuando se libera, vuelve a la posición de parada protegida parcialmente por el volante 37 saliente. Haciendo referencia a la figura 4, esto se consigue, normalmente, por medio de un resorte 49 de tensión helicoidal, estando un extremo anclado a la carcasa del actuador y estando el otro extremo unido al elemento 46 de leva en una posición tal que la fuerza de tensión del resorte produce el par motor de desplazamiento de retorno sobre el elemento 46 de leva y desde allí a la palanca 36 a través del árbol 48 de la palanca.

Los componentes principales del sistema de enclavamiento de nuevo diseño se ilustran también en las figuras 3 y 4 con diagramas, figuras 5 y 6, mostrando las posiciones relativas de los componentes de enclavamiento en sus estados desenclavado (accionamiento mecánico) y enclavado (accionamiento manual) respectivamente.

El poste 47 está dotado de un orificio en su base en el que se inserta un pequeño árbol 50 que actúa como un pivote para el elemento 51 de enclavamiento de nuevo diseño: este último componente funciona de la misma manera que el componente 22 conocido de la figura 2 pero proporciona mejoras importantes.

En el modo de accionamiento mecánico no enclavado (figura 5) el elemento 51 de enclavamiento no obstruye el paso de la rueda 29 dentada por la acción del resorte 52 plano que mantiene al elemento de enclavamiento en una de tres posiciones angulares separadas 90 grados actuando conjuntamente con los lados de un cubo 53 cuadrado que rodea el centro de pivote. Esta disposición proporciona tres posiciones de parada definitivas en intervalos de 90 grados, siendo la posición central el estado "enclavado".

Los extremos del resorte plano están ubicados mediante ranuras, u otros medios, en el operador 41 de embrague y por lo tanto permanecen en la misma posición con respecto al pivote y al árbol 50 durante una operación de desembrague. Durante esta operación el elemento 51 de enclavamiento se fuerza a girar casi 90 grados retirándose entre los dos postes 54 ubicados en la carcasa del actuador. El desplazamiento angular final a la posición enclavada se consigue cuando la esquina del cubo 53 cuadrado giratorio deflecta primero el resorte 52 plano, mostrado con línea discontinua en la figura 5, y volviendo entonces a su posición plana inicial forzando al elemento de enclavamiento los pocos grados finales hacia la posición mostrada en la figura 6. Con el fin de conseguir esta posición enclavada final, el desplazamiento horizontal tiene que ser un poco mayor que la distancia entre las posiciones enclavada y no enclavada. Esto se hace para permitir a los dientes 55 sobre el elemento de enclavamiento pasar por encima de los dientes sobre la rueda 29 dentada antes del enganche.

La vuelta a modo de accionamiento mecánico se inicia mediante la rotación de la rueda 29 dentada accionada por el motor 1. El elemento 51 de enclavamiento ahora gira; estando en engrane con los dientes enganchados de la rueda dentada, y permitiendo así que el operador 41 de embrague vuelva hacia la posición de modo de accionamiento mecánico. Los pocos grados finales de rotación provocan que el elemento 51 de enclavamiento "salte" a la posición de la figura 5 con todos los dientes 55 de enclavamiento sin obstruir el paso de los dientes de la rueda dentada.

Ventajas importantes de este diseño de mecanismo de enclavamiento con la característica de liberación automática asociada respecto a los mecanismos conocidos utilizados en la tecnología de actuadores de válvulas se enumeran a continuación:

1) El elemento 51 de enclavamiento se ubica con seguridad contra la rueda 29 dentada en la situación enclavada (accionamiento manual) y se acciona con seguridad a su posición no enclavada cuando la rueda dentada empieza a girar. Por lo tanto, no se depende de los componentes que generan fricción, frotamiento con el fin de garantizar un cambio desde accionamiento manual a accionamiento mecánico.

2) En accionamiento mecánico y el motor funcionando, el elemento 51 de enclavamiento no obstruye el paso de la rueda 29 dentada giratoria. Esto es una mejora importante respecto al mecanismo conocido en el que la palanca de enclavamiento de salida está en contacto por resortes continuo con la rueda sin fin añadiéndose ligeramente a la fricción de accionamiento mecánico; pero, lo que es más importante, produciendo desechos por desgaste que pueden contaminar eventualmente el aceite de lubricación en un largo periodo de funcionamiento.

3) La rotación del elemento 51 de enclavamiento desde el modo de accionamiento mecánico al modo de accionamiento manual (enganchado) se consigue fundamentalmente por la disposición en la que el elemento de enclavamiento pasa entre los dos postes 54 y se deflecta. Esta es una operación más segura que basarse en el método conocido de utilizar un resorte de cable de autocentrado para conseguir cambiar a una posición de enclavamiento. El uso del resorte 52 para completar los pocos grados finales de la rotación de 90 grados del elemento de enclavamiento completa la operación de enclavamiento seguro mientras que se salvaguarda del riesgo de "bloqueo" del elemento 51 en accionamiento manual mediante los postes 54.

Una realización alternativa de la invención que apuntó a reducir los costes de fabricación del árbol 24 intermedio se ilustra en la figura 8.

Haciendo referencia en primer lugar de nuevo a la figura 3, el árbol 24 mostrado en la figura 3 lleva un piñón 26 de engrane solidario que presenta dientes de forma en espiral estándar y una sección 31 de estrías macho superior, tal como aparece, que actúa conjuntamente con el orificio estriado del elemento 25 móvil de embrague. Aparte de los costes de mecanizado adicionales al tener diferentes conjuntos de dientes (piñón y estrías) el diámetro central ampliado sobre el que el árbol 24 puede girar con respecto a la rueda 29 dentada (en accionamiento manual) impide el uso de una operación de mandrinado pasante cuando se forman los dientes.

Haciendo referencia a la figura 8, el árbol 56 intermedio lleva sólo un conjunto de dientes de engranaje que se extienden para formar el piñón de accionamiento en el extremo inferior del árbol, tal como aparece. Un escalón 58 de tope está formado sobre el árbol reduciendo por mecanizando los dientes, normalmente a un diámetro 59 aproximadamente equivalente al diámetro de paso circular de engranaje en espiral; es decir, eliminando por mecanizado la cabeza de los dientes de engranaje.

El orificio del elemento 25 móvil de embrague puede mecanizarse ahora para formar un orificio estriado de actuación conjunta para deslizarse sobre los dientes recortados sobre el árbol 56 tal como se muestra en la sección transversal local superior. La rueda 29 dentada puede girar sobre los dientes recortados tal como se muestra en la sección local del medio en la figura 8. Una arandela 60 de presión puede interponerse entre el escalón 58 de tope y el elemento 25 móvil de embrague. El árbol 56 sólo gira a velocidad relativamente lenta dentro de la rueda 29 dentada y sin transmitir ningún par motor a la rueda cuando el actuador está en accionamiento manual por lo que no habrá desgaste importante debido a los contactos circulares interrumpidos entre la rueda dentada y el árbol.

Claims (20)

1. Actuador de válvula motorizada, presentando el actuador un accionamiento manual alternativo, comprendiendo el accionamiento manual un volante (37) y un mecanismo (25, 41) de embrague y una palanca (44) para cambiar de modo de accionamiento mecánico por motor a modo de accionamiento manual, presentando además el actuador un árbol (24) intermedio entre el motor (1) y el árbol (4) de salida, estando el volante (37) unido de manera operativa al árbol (24) intermedio para accionar el árbol (24) intermedio, estando situado el árbol (24) intermedio entre el motor (1) y un engrane (2, 3) del engranaje, por lo que cuando la palanca (44) se acciona para llevar al actuador a modo de accionamiento manual el mecanismo (25, 41) de embrague funciona sustancialmente de manera libre, no bloqueándose el par motor del árbol de salida generado por la carrera impulsada por el motor anterior y bloqueada en el árbol de salida mediante el engrane del engranaje en el mecanismo de embrague, caracterizado porque el accionamiento desde el motor (1) al árbol (4) de salida del actuador es a través del engrane (2, 3) del engranaje que no puede "frenarse", y el mecanismo (25, 41) de embrague comprende un elemento (25) móvil de embrague y un operador (41) de embrague de actuación conjunta que presenta superficies (39, 40) cónicas de actuación conjunta.

2. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 1, en el que el engrane del engranaje que no puede "frenarse" comprende un conjunto de tornillo (3) sin fin y rueda (2) sin fin.

3. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el mecanismo (25, 41) de embrague está asociado con el árbol (24) intermedio.

4. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el actuador presenta un accionamiento (26, 34) de reducción de engranajes asociado con el árbol (24) intermedio.

5. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 1, 2, 3, ó 4, en el que al menos uno del volante (37), palanca (44) y uno o más componentes del mecanismo (25, 41) de embrague se forman como un moldeado de plásticos.

6. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, en el que el árbol (24) intermedio lleva el volante (37).

7. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, en el que las superficies (39, 40) cónicas de actuación conjunta sobre el elemento (25) móvil de embrague y el operador (41) de embrague están configurados con la superficie (40) cónica del operador de embrague que se envuelve al menos parcialmente alrededor de la superficie (39) cónica del elemento móvil de embrague de modo que hay un contacto superficial relativamente grande al comienzo de una operación de desembrague, disminuyendo el área rápidamente hacia un contacto lineal a medida que el elemento (25) móvil de embrague se eleva a la posición de accionamiento manual.

8. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, en el que el actuador presenta un elemento (46) de leva giratorio que se acciona mediante la palanca (36) y que actúa conjuntamente con el operador (41) de embrague con el fin de variar la ventaja mecánica entre el movimiento de la palanca (36) y el elemento (25) móvil de embrague a través de las superficies (39, 40) cónicas de actuación conjunta.

9. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, en el que el eje de pivote de la palanca está situado paralelo y adyacente al eje de rotación del volante.

10. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 9, en el que la palanca (36) presenta una forma curva y está configurada para moverse para estar protegida parcialmente por la periferia circular del volante (37) saliente y rodear parcialmente el eje del volante (37).

11. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, en el que el actuador comprende además un elemento (51) de enclavamiento para enclavar el mecanismo (25, 41) de embrague para engancharse para accionamiento manual.

12. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 11, en el que el elemento (51) de enclavamiento está dotado de dientes (55), dientes que se enganchan con dientes de una rueda (29) dentada del tren de accionamiento del actuador para enclavar el actuador en su estado de accionamiento manual, proporcionando así un enganche seguro cuando se está en modo de accionamiento manual y una operación de desenganche accionada con seguridad cuando se vuelve a modo de accionamiento mecánico.

13. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 12, en el que la rueda (29) dentada se acciona mediante el motor (1) y está asociada con el árbol (24) intermedio, pudiéndose engancharse selectivamente la rueda (29) dentada, mediante el accionamiento del mecanismo (25, 41) de embrague, con el árbol (24) intermedio para accionar el árbol (24) intermedio.

14. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 11, 12 ó 13, en el que el elemento (51) de enclavamiento se pivota y presenta adyacente al mismo medios (52) de resorte plano con los que actúa conjuntamente el elemento (51) de enclavamiento, sirviendo los medios (52) de resorte plano en un estado para desviar el elemento de enclavamiento para pivotar hacia su posición de enclavamiento enganchado de accionamiento manual.

15. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 14, en el que el elemento (51) de enclavamiento está dotado de un cubo (53) facetado, cubo (53) que actúa conjuntamente con los medios (52) de resorte plano de modo que en una posición desenganchada "de salida" el elemento (51) de enclavamiento se mantiene con seguridad sin contacto con el elemento (29) con el que de otro modo se engancha en su posición de enclavamiento de enganche de accionamiento manual.

16. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 11, 12, 13, 14 ó 15, en el que el mecanismo de enclavamiento del actuador comprende además al menos un poste (54) estático respecto al cual el elemento (51) de enclavamiento se mueve cuando se acciona la palanca (36) con el fin de pivotar el elemento (51) de enclavamiento con seguridad desde una posición sustancialmente "de salida" hacia la posición enclavada.

17. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 16, en el que el mecanismo de enclavamiento presenta un par de postes (54) estáticos separados entre sí entre los cuales se mueve el elemento (51) de enclavamiento cuando se acciona la palanca (36) con el fin de girar el elemento (51) de enclavamiento con seguridad desde cualquiera de las dos posiciones "de salida" sustancialmente hacia una posición enclavada central.

18. Actuador de válvula motorizada según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el mecanismo (25, 41) de embrague un elemento (25) móvil de embrague, presentando el árbol (24) intermedio dientes (26) de engranaje de piñón para engancharse de manera cooperativa con un engranaje de actuación conjunta de un árbol para accionar el tornillo sin fin/rueda sin fin, presentando además el árbol (24) intermedio estrías que actúan conjuntamente con el elemento (25) móvil de embrague, por lo que el elemento (25) móvil de embrague puede deslizarse longitudinalmente del árbol intermedio pero gira con el mismo, en el que los dientes de engranaje de piñón se extienden longitudinalmente del árbol (24) intermedio, por lo que las estrías están formadas por las extensiones (31) longitudinales de los dientes (26) de engranaje de piñón.

19. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 18, en el que las extensiones (31) longitudinales de los dientes (26) de engranaje de piñón sobre el árbol (24) intermedio se reducen a un diámetro (59) reducido.

20. Actuador de válvula motorizada según la reivindicación 11, 12 ó 13, en el que el elemento de enclavamiento se deflecta para girar a su posición de accionamiento manual enclavada mediante un poste (54) fijo respecto al cual se mueve la palanca (36), proporcionándose medios (52) de resorte adyacentes al elemento (51) de enclavamiento para desviar el elemento (51) de enclavamiento para girarse más completamente hacia su posición enclavada enganchada de accionamiento manual.