KR101730208B1

KR101730208B1 - 밸브에서의 유체 작동식 작동 드라이브

Info

Publication number: KR101730208B1
Application number: KR1020127020553A
Authority: KR
Inventors: 요헨 샤이블레; 마르쿠스 그뢰들; 슈테판 쉘프; 노르베르트 오이핑거
Original assignee: 훼르비거 아우토마티지어룬스테크닉 홀딩 게엠베하
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2017-05-11
Also published as: CN102834617B; JP5816200B2; KR20120120285A; JP2013519046A; BR112012019643B1; CN102834617A; EP2531730B1; RU2012134334A; RU2551468C2; BR112012019643A2; US20130015379A1; DE102010007137A1; EP2531730A1; WO2011095350A1; US8752806B2

Abstract

본 발명은 밸브, 특히 차단, 안전 또는 조절 밸브에서의 유체 작동식 작동 드라이브 (1) 에 관한 것이며, 상기 작동 드라이브는 제어 밸브들을 구비한 베이스 유닛 (2) 과, 서로 마주보고 있으며 상기 제어 밸브들을 통하여 유체적으로 작동될 수 있는 2개의 리니어 액추에이터 (6, 7) 와, 상기 두 리니어 액추에이터 사이에 배치되어 있으며 그들의 슬라이드들을 서로 커플링하는 기계적 컨버터 (5) 를 포함하고, 상기 컨버터의 출력부는 상기 밸브의 입구와 커플링되어 있다. 상기 작동 드라이브는 상기 두 리니어 액추에이터와 상기 기계적 컨버터의, 기능유닛으로서 서로 결합된 상기 베이스 유닛 형태의 개별적인 구성요소들로 모듈식으로 구성되어 있다.

Description

밸브에서의 유체 작동식 작동 드라이브 {FLUID-ACTUATED ACTUATING DRIVE ON A VALVE}

본 발명은 밸브, 특히 차단, 안전 또는 조절 밸브에서의 유체 작동식 작동 드라이브에 관한 것이다.

실무에서 여러 가지 밸브 작동 드라이브가 공지되어 이용되고 있다. 이것들은 널리 이용되는 전기적 밸브 작동 드라이브들 이외에 특히 또한 유체 작동식 밸브 작동 드라이브들이다 (예컨대 EP 0665373 B1, EP 1418343 B1, EP 1593893 B1 및 EP 2101061 A1 참조). 이러한 유형의 유체 작동식 밸브 작동 드라이브들은 특히 유압식 또는 공압식으로 가압되는 리니어 액추에이터 (linear actuator) 이외에 (상기 리니어 액추에이터의 슬라이드는 직접적으로 또는 경우에 따라서는 기계적 컨버터를 통하여 상기 밸브의 입구와 커플링되어 있을 수 있다) 제어 밸브들 및/또는 그 밖의 유체 제어기를 구비한 베이스 유닛을 포함할 수 있다.

DE 9406760 U1 은 특히 선박 제조에서의 밸브들을 위한 드라이브 유닛을 공개하고 있다. 여기에서는, 하우징이 제공되어 있으며, 상기 하우징은 전동기, 상기 전동기에 의해 구동되는 펌프, 살포 요소들 및 유압식 저장소를 둘러싼다. 상기 하우징은 톱니테를 가진 피스톤 및 샤프트를 포함한 선회 드라이브와 연결되어 있다.

US 4647003 A 는 차단 장비의 밸브를 위한 작동 장치를 공개하고 있다. 상기 작동 장치는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 그 안에 회전 가능하게 설치된, 상기 밸브의 회전 샤프트와 커플링될 수 있는, 할당된 피니언을 가진 샤프트를 구비하고, 공압 실린더로서 설계된 적어도 하나의 리니어 액추에이터의 기어 래크는 상기 피니언과 맞물린다. 필요에 따라 1개 또는 2개의 공압 실린더가 상기 하우징에 부착되어 있을 수 있다. 상기 작동 장치에 압축공기를 공급하기 위해, 상기 하우징 및 상기 리니어 액추에이터들의 상기 실린더들에는 상응하는 이음부들이 제공되어 있고, 상기 이음부들에는 할당된 라인들이 이어질 수 있다.

본 발명의 목적은, 특히 넓은 사용자 범위를 위해 특히 관련 특징들, 예컨대 높은 신뢰성과 수명, 적은 정비 비용, 높은 사용자 친화성, 높은 전력밀도, 및 적은 제조 및 작동 비용을 구비함으로써 특히 실무 유용성에 의해 탁월함을 나타내는 유체 작동식 밸브 작동 드라이브를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제 1 항에 기재되어 있는 밸브에서의 유체 작동식 작동 드라이브를 통해 달성된다. 이 의미에서, 본 발명에 따른 유체 작동식 밸브 작동 드라이브는 특히, 그가 서로 마주보고 있는 2개의 리니어 액추에이터, 및 이것들 사이에 배치되어 있으며 그들의 슬라이드들을 서로 커플링하는 기계적 컨버터 (상기 컨버터의 출력부는 상기 밸브의 입구와 커플링되어 있다) 를 포함함으로써 특히 탁월함을 나타낸다. 이때, 유체 드라이브 시스템으로서의 상기 밸브 작동 드라이브는 상기 두 리니어 액추에이터와 상기 기계적 컨버터의, 기능유닛 (functional unit) 으로서 서로 결합된, 베이스 유닛 형태의 개별적인 구성요소들로 모듈식으로 구성되어 있다. 특히, 이러한 방식으로 밸브에서의 특히 콤팩트하며 성능이 좋은 유체 드라이브 시스템이 제공되며, 상기 드라이브 시스템은 폐쇄된 (closed), 단지 하나의 전기적 입력부, 및 상기 밸브의 상기 입구에 작용하는 기계적 아웃풋 을 구비하는 시스템으로서 설계되어 있을 수 있고, 그리고 이러한 방식으로, 종래에는 전기적 밸브 드라이브들로부터만 알려져 있던 바와 같은 정도로 정비 및 조작이 쉽다.

상기 콤팩트한, 폐쇄된 유체 드라이브 시스템이 되도록 상기 구성요소들을 결합시키기는 특히, 상기 두 리니어 액추에이터가 상기 기계적 컨버터에 플랜지로 연결되어 있고, 상기 컨버터는 그의 편에서는 플랜지 이음을 통하여 상기 베이스 유닛과 (또는 경우에 따라서는 그의 편에서는 상기 베이스 유닛과 연결된 비상시 운전 블록과) 연결되어 있음으로써 실현될 수 있다. 이는 - 본 발명을 위해 본질적인 그 밖의 양상에 따르면 - 상기 베이스 유닛과, 상기 액추에이터들 및 경우에 따라서는 상기 기계적 컨버터 사이의 모든 유체 연결부들이 상기 해당 구성요소들의 내부에 뻗어 있는 것을 가능하게 하며, 따라서 노출되어 있는 유체라인들이 전혀 존재하지 않는다. 이때, 상기 유체 연결부들은 특히 상기 구성요소들 사이의 상기 유체 연결부들에 의해 관통된 분리 평면들의 영역에, 자체 폐쇄 차단부들을 갖추고 있을 수 있으며, 상기 차단부들은 특히 개별적인 구성요소들이 정비를 목적으로 분해되어 있는 경우 유체의 배출 또는 상기 분리 평면들을 따른 오염물의 의도치 않은 침투를 저지한다. 이때, 상기 차단부들의 영역에는, - 특히 이것들 안에 통합된 또는 이것들과 각각 하나의 유닛이 되도록 연결된 - 필터 요소들 (예컨대 필터 보울 형태의) 이 제공되어 있을 수 있다. 본 발명에 따른 상기 밸브 작동 드라이브를 구조적으로 개선하는 상기 설명된 기술적인 모든 관점들은 본 발명에 따른 유압식 밸브 작동 드라이브들에 있어서 특히 바람직하다는 것이 증명된다. 그것들은 특히, 사용자측에서 상기 유체 작동식 밸브 작동 드라이브가 정비 및 보존과 관련하여 전기적 밸브 작동 드라이브들과 완전히 대등한 것으로 간주되도록 영향을 미치며, 동시에 전기적 밸브 작동 드라이브들에 비해 유체 작동식 밸브 작동 드라이브들의 특수한 장점들, 즉 높은 전력밀도, 특별한 콤팩트함, 신뢰성, 및 방폭을 위해서도 필요시 고도로 동적인 안전 기능들의 간단한 실현이 얻어지고, 이때 상기 안전 기능들은 특히 유체 에너지를 저장하는 가능성에 기인한다.

본 발명의 범위에서, 압력유체 공급부는, 본 발명에 따른 상기 유체 작동식 밸브 작동 드라이브의 상기 베이스 유닛이 압력유체 공급 유닛을 포함함으로써, 중앙에서 떨어져, 즉 각각 단지 하나의 개별적인 밸브 작동 드라이브에 할당되어 조직화되어 있다. 본 발명에 따른 유압식으로 작동된 밸브 작동 드라이브의 경우, 이러한 압력유체 공급 유닛은 특히 바람직하게는, 전동기에 의해 구동된 펌프를 가진, 탱크로부터 공급을 받는 유압 조립체를 포함한다. 이와는 달리, 본 발명에 따른 공압식으로 작동된 밸브 작동 드라이브에 있어서, 상기 압력유체 공급 유닛은 전동기에 의해 구동된, 주위 매체 (ambient medium) 를 - 바람직하게는 필터 시스템을 통하여 - 빨아 들이는 공압펌프 (pneumatic pump) 를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 유체 작동식 밸브 작동 드라이브가 상기 의미에서 유압식 작동 드라이브로서 설계되어 있으면, 그는 - 또다시 다른 바람직한 개선형태에 따르면 - 카트리지로부터의 유압유 (hydraulic fluid) 로 상기 유체 시스템을 초기 충전하기에 적합한, 특히 상기 베이스 유닛에 배치되어 있는 충전 이음부를 구비할 수 있다. 이는 사용자가 그 어떠한 형태로도 유압유와 접촉하지 않으면서 본 발명에 따른 유압식으로 작동하는 밸브 작동 드라이브의 사용자측 가동 개시를 가능하게 한다. 이는 또다시, 작동 거동과 관련하여 전기적 밸브 작동 드라이브들보다 뛰어난 (위 참조) 유압식으로 작동되는 밸브 작동 드라이브들을, 사용자측에서 청결, 및 유압유와 접촉하게 되는 위험의 최소화가 특별히 중요시되는 적용들에서도 이용하는데 기여한다.

본 발명의 적용시, 종래에 유체 밸브 드라이브들에 있어서 실현 가능했던 것과는 달리, 완전히 턴키 밸브 드라이브의 가능성이 발생하며, 상기 밸브 드라이브의 가동 개시는 각각의 이용자 혹은 사용자에 의해 문제 없이 가능하고, 보다 정확히 말하면 성능과 관련하여 비교 가능한 유체 밸브 드라이브들에 있어서 종래에는 달성 가능하지 않았던 적은 가동 개시 비용을 들여 가능하다. 이 점에 있어서, 본 발명에 따라 적용된 모듈 혹은 유닛 구조는 각각의 요구에 특수하게 맞춰진 밸브 드라이브들을 매우 경쟁력 있는 비용으로 허용하는 중대한 역할을 수행하며, 이때 상기 컨버터와 상기 두 리니어 액추에이터는 그들의 치수화와 관련하여 개별적으로 변화될 수 있을 뿐만 아니라, 오히려 하기에서 보다 상세히 설명되는, 기능적으로 서로 다른 리니어 액추에이터들과 기계적 컨버터들을 임의로 서로 조합시키는 가능성이 존재한다. 즉, 상기 밸브가 비틀려질 수 있는 차단 부재를 구비하면 (그의 위치는 상기 밸브 작동 드라이브를 이용해 변경 가능하다), 상기 기계적 컨버터는 예컨대 상기 두 리니어 액추에이터의 슬라이드들의 선형 운동을 회전 운동으로 전환시킬 수 있다. 이와는 달리, 다른 적용을 위해, 동일한 리니어 액추에이터들과 함께, 기계적 컨버터는 하나의 기능유닛이 되도록 선형 아웃풋과 조합될 수 있다. 상응하는 것이 두 리니어 액추에이터에게 적용된다. 여기에서, 특히 각각의 적용에 따라, 공압식 또는 유압식 리니어 액추에이터들이 설치될 수 있으며, 이때 상기 두 그룹의 내부에서 또다시 서로 다른 실시형태들이 이용될 수 있고, 예컨대 공압식 기능 원리에 있어서 전형적인 공압식 액추에이터들, 제어 공기 충전을 구비한 스프링 액추에이터들, 공압식 예비인장을 구비한 스프링 액추에이터들 또는 유체 어큐뮬레이터가 이용될 수 있다.

여기에 언급되어 있는 유형의 밸브 작동 드라이브들에 있어서 전형적으로 제공되어 있는 유체 제어기와, 전기유체 신호 컨버터가 상호 작용할 수 있으며, 상기 신호 컨버터는 특히 상기 베이스 유닛의 상류에 배치되어 있을 수 있고 그리고 비례 출력거동을 구비할 수 있다. 또한, 상기 전기유체 신호 컨버터와 연결되어 있는 신호 입력부에는, 외부 전기적 조절유닛이 이어질 수 있으며, 상기 조절유닛은 입력 수단, 목표값 입력부, 조절 전자장치, 통신 유닛, 신호 출력부 및/또는 신호 발생기를 포함할 수 있다. 이때, 폐쇄된 조절회로의 의미에서, 상기 밸브에 할당된 측정 트랜스듀서의 현재값 신호는 상기 전기적 조절유닛으로 피드백될 수 있다.

본 발명의 바람직한 개선형태에 따르면, 두 리니어 액추에이터 중 하나, 특히 두 리니어 액추에이터는 양쪽에서 유체에 의해 가압된 액추에이터로서 설계되어 있으며, 이때 두 작업챔버는 항상 압력유체 공급부에 이어져 있다. 이는 공압식 시스템들에 있어서 특히 유리하다. 이 의미에서, 양쪽에서 유체에 의해 가압된 상기 적어도 하나의 리니어 액추에이터의 두 작업챔버가 상기 압력유체 공급부에 바로 이어지거나 또는 이것에 의해 가압되면 그리고 포지셔닝을 목적으로, 즉 상기 해당 리니어 액추에이터의 슬라이드의 위치를 변경시키기 위해 상기 두 작업챔버 중 하나가 특정하게 배기되면, 상기 해당 리니어 액추에이터의 상기 슬라이드는 각각의 작동 위치에서 최대 강성을 갖고 클램핑되어 있고, 이는 특히 좋은 조절 가능성을 허용한다. 게다가, 이러한 구성을 갖고, 주위 공기가 결코 상기 해당 리니어 액추에이터 안으로 빨아 들여지지 않는 것이 보장될 수 있으며, 이로 인해 상기 시스템 안으로의 오염물의 침투가 불가능하고, 수명이 늘어난다. 이 개선형태의 그 밖의 장점은, 상기 적어도 하나의 복동식 (double-acting) 리니어 액추에이터, 특히 바람직하게는 두 복동식 리니어 액추에이터가 하나의 유일한 전기유체 신호 컨버터를 갖고 조절될 수 있음으로써 비용 절감적인 그리고 매우 쉽게 통달할 수 있는 구성에 있다. 상기 언급된 모든 장점들은 또다시 특히 본 발명에 따른 공압식 밸브 작동 드라이브들에 있어서 실용적으로 특히 중요하다. 상기 시스템의 높은 폴트 톨러런스의 의미에서, 위에서 이미 언급한 바와 같이, 압력유체 공급부가 고장이 날 경우 상기 밸브를 적어도 아직 사전 결정된 안전 위치로 데려갈 수 있기 위해 유체 에너지가 (특히 외부) 압력 어큐뮬레이터 (pressure accumulator) 안에 저장될 수 있다. 오히려 또한 경우에 따라서는 추가적으로, 두 리니어 액추에이터 중 적어도 하나 안으로 (또는 경우에 따라서는 특히 스프링 모듈을 상기 해당 리니어 액추에이터에 플랜지로 연결함으로써, 상기 해당 리니어 액추에이터를 포함하는 조립체 안으로) 기계적 어큐뮬레이터 스프링이 통합되어 있을 수 있다. 이때, 특히 바람직하게는, 이러한 기계적 어큐뮬레이터 스프링은 유체압력을 통하여 예비인장되고, 그리고 상기 예비인장된 위치에 록킹되며, 따라서 상기 어큐뮬레이터 스프링은 상기 해당 리니어 액추에이터의 상기 슬라이드를, 영구적으로 상기 기계적 어큐뮬레이터 스프링의 힘에 반대하여 작동되어야 한다는 의미에서 항상 가압하는 것은 아니다. 이 경우, 상기 기계적 어큐뮬레이터 스프링은 상기 해당 리니어 액추에이터의 상기 슬라이드를 록킹 해제부를 작동시킨 후에만 가압하며, 상기 록킹 해제부를 이용해, 상기 어큐뮬레이터 스프링을 차단하는 봉쇄 (blockade) 가 해제된다. 정상 작동 경우에는 봉쇄적으로 차단되는, 비상시에만 상기 봉쇄를 해제함으로써 해방되는 이러한 기계적 어큐뮬레이터 스프링은 상기 밸브 작동 드라이브의 높은 신뢰성의 장점들을 그 밖의 관점들, 예컨대 경제성, 콤팩트함 및 조정 동력과 조합시킨다.
어큐뮬레이터 스프링을 갖추고 있는 유체 압력 어큐뮬레이터가 이용되고, 상기 압력 어큐뮬레이터는 충전된 상태에서 압력유체 공급 유닛의 고장시 필요 안전 비축량 (safety reserves) 을 포함하여 적어도 상기 밸브의 안전 위치에 도달하기 위해 필요한 유체 에너지를 저장해 놓을 수 있다.

본 발명의 그 밖의 바람직한 개선형태들은 종속항들에 기재되어 있고 또는 본 발명의 바람직한 실시예들의 다음의 설명에 나타나 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 밸브 작동 드라이브를 위에서 내려다본 투시도,
도 2 는 도 1 에 따른 밸브 작동 드라이브를 아래에서 바라본 투시도,
도 3 은 도 1 및 도 2 에 따른 밸브 작동 드라이브를 위에서 내려다본 도면,
도 4 는 추가적으로 조립된 증축 부품들을 가진, 도 1 내지 도 3 에 따른 밸브 작동 드라이브의 도 3 에 따른 도면,
도 5 는 도 4 에 따른 밸브 작동 드라이브의 측면도,
도 6 은 도 1 내지 도 5 에 따른 밸브 작동 드라이브의 기계적 컨버터를 위에서 내려다본 투시도,
도 7 은 도 6 에 따른 기계적 컨버터의 측면도,
도 8 은 도 7 에 따른 플랜지로 연결된 리니어 액추에이터들을 가진 기계적 컨버터의 수평 세로방향 단면,
도 9 는 도 4 및 도 5 에 따른 밸브 작동 드라이브의 충전 카트리지의 상세도,
도 10 은 도 1 내지 도 5 에 따른 밸브 작동 드라이브에 있어서, 거기에 도시되어 있는 리니어 액추에이터들에 대해 선택적으로 대안적으로 이용 가능한, 리니어 액추에이터, 및 플랜지로 연결된 유압 어큐뮬레이터를 포함하는 조립체의 세로방향 단면,
도 11 은 도 1 내지 도 5 에 따른 밸브 작동 드라이브에 있어서 선택적으로 대안적으로 이용 가능한 스프링 액추에이터 형태의 리니어 액추에이터의 세로방향 단면이다.

도 1 내지 도 3 에 도시되어 있는, 밸브, 특히 차단, 안전 또는 조절 밸브를 작동시키기 위해 사용되는, 유체에 의해 작동되는, 즉 유압식 작동 드라이브 (1) 는 주요 구성요소들로서, 통합되어 있는 압력유체 공급 유닛 (3) 을 가진 베이스 유닛 (2) 과, 비상시 운전 블록 (4) 과, 상기 비상시 운전 블록에 플랜지로 연결된 기계적 컨버터 (5) 와, 제 1 리니어 액추에이터 (6) 및 제 2 리니어 액추에이터 (7) 를 포함한다. 압력유체 공급 유닛 (3) 은 펌프 블록 (8) 과 전동기 (9) 와 탱크 (10) 를 포함한 유압 조립체 (11) 로서 설계되어 있다. 베이스 유닛 (2) 은, 펌프 블록 (8) 과 바로 연결된 베이스 블록 (12) 의 내부에 배치되어, 유압식 제어기의 필요한 제어 밸브들을 포함하고, 이 점에 있어서, 베이스 유닛 (2) 의 베이스 블록 (12) 으로부터 돌출하는 상응하는 자기 밸브들의 작동 자석 (13) 들이 도시되어 있다. 상기 밸브 작동 드라이브의 방폭형 설계를 위해, 상기 통합되어 있는 압력유체 공급 유닛 (3) 을 가진 베이스 유닛 (2), 및 전기 및 전자 구성요소 (14) 들을 둘러싸는 내압성 캡슐화부가 제공되어 있으며, 상기 캡슐화부 중 도면에는 (단지) 캡슐 하부 (15) 만 도시되어 있고, 할당된 캡슐 커버는 도시되어 있지 않다. 캡슐 하부 (15) 는 베이스 유닛 (2) 과 비상시 운전 블록 (4) 사이에 클램핑되어 있다. 상기 캡슐 하부는 전기 공급, 신호 및 제어 라인들을 위해 공지의 형태로 설계된 방폭형 통과부들을 구비한다. 또한, 베이스 블록 (12) 을 비상시 운전 블록 (4) 과 연결시키는 유압라인들 안에는 역화 방지기들이 배치되어 있다.

비상시 운전 블록 (4) 에는, 외부 유압 어큐뮬레이터 (17) (도 4 및 도 5 참조) 를 위한 이음부 (16) 가 제공되어 있으며, 상기 유압 어큐뮬레이터는 정규적인 제어가 고장나는 경우 상기 밸브 작동 드라이브의 비상시 운전을 위해 지정 및 설계되어 있다. 비상시 운전 블록 (4) 의 내부에는, 상기 밸브 작동 드라이브의 비상시 운전에 사용되는 그 밖의 구성요소들, 예컨대 특히 비상 밸브들이 수용되어 있다. 상기 비상 밸브들을 작동시키기 위해 2개의 장치, 즉 한편으로는 스위치 (18) 와 다른 한편으로는 레버 (19) 가 사용된다. 예컨대 정규적인 제어가 고장나는 경우, 스위치 (18) 를 이용해 상기 비상 밸브들의 전기적 작동이 가능하다. 전류 공급이 중단되어 있으면, 그리고 이로써 스위치 (18) 를 이용한 상기 비상 밸브들의 작동이 가능하지 않으면, 여하튼 레버 (19) 를 이용한 상기 비상 밸브들의 순전히 기계적인 작동이 남아 있다.

기계적 컨버터 (5) 는 컨버터 블록 (20) 으로서 설계된 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 작동되어야 하는 밸브에 바로 플랜지로 연결될 수 있고, 이를 위해 컨버터 블록 (20) 은 그의 아랫면에 고정 나사들을 위한 나사 보어 (threaded bore, 21) 들을 구비한다. 또한, 상기 컨버터 블록의 아랫면에는, 상기 밸브의 샤프트에 작용하는, 상기 밸브 작동 드라이브의 기계적 아웃풋 (23) 이 있다. 상기 아웃풋은 이 실시예에서 사각 소켓 (22) 을 포함한다. 필요한 토크를 신뢰성 있게 상기 밸브의 입구에 전달하기 위해, 상기 아웃풋의 대안적인 설계들이 공지되어 있으며, 예컨대 평행 키를 이용한 샤프트 연결이 실제로 이용되고 있다. 기계적 컨버터 (5) 의 내부에서, 서로 마주보고 있으며 상기 기계적 컨버터 (5) 에 플랜지로 연결된 두 리니어 액추에이터 (6, 7) 의 슬라이드 (81) 들의 선형 운동은 아웃풋 (23) 의 회전 운동으로 전환된다. 이는 슬라이드 (81) 들을 형성하는 리니어 액추에이터들 (6, 7) 의 피스톤들 (24, 25) 에 대해 선형으로, 평행으로 이동 가능한 기어 래크 (26) 가 피니언 (27) 과 맞물림으로써 달성되고, 상기 피니언은 기계적 아웃풋 (23) 과 회전 불가능하게 연결되어 있다. 이때, 기어 래크 (26) 는 슬라이드 (72) 의 일부이며, 상기 슬라이드는 게다가 각각 단부에서 상기 기어 래크와 단단히 연결된 원통 모양의 2개의 압력 및 가이드 피스 (73) 를 구비하고 있고, 상기 압력 및 가이드 피스들은 각각 할당된 가이드 부시 (74) 안에 이동 가능하게 안내되어 있으며, 그리고 전면쪽에서 그들에 밀착하는 리니어 액추에이터들 (6 또는 7) 의 피스톤 (24 또는 25) 에 작용한다.

컨버터 블록 (20) 상에는, 그의 윗면에, 가시적 반구 천장 (28) 을 구비한 가시적 유리 (29) 에 의해 덮힌 컨트롤 상자 (30) 가 부착되어 있다. 상기 컨트롤 상자의 내부에는, 아웃풋 (23) 과 회전 불가능하게 연결된 광학적 위치 디스플레이 (31) 가, 가시적 반구 천장 (28) 안으로 돌출하는 그리고 이로써 모든 쪽들로부터 판독 가능한 위치 포인터 (32) 를 갖고 배치되어 있다. 또한, 상기 광학적 위치 디스플레이의 아래에는 각도 센서 (33) (그의 신호는 전자 제어기로 피드백된다), 및 마찬가지로 상기 제어기로 스위칭된, 엔드 위치 탐색을 위한 2개의 센서 (34) 가 있고, 이때 상기 두 엔드 위치는 핀 (35) 들에 의해 정의될 수 있으며, 상기 핀들은 아웃풋 (23) 과 회전 불가능하게 연결된 디스크 (disk, 37) 안의 디텐트부 (36) 안에 꽂힐 수 있다.

리니어 액추에이터 (6) 는 실린더 (38) 를 포함하며, 상기 실린더 안에는 피스톤 (24) 이 밀봉적으로 안내되어 있고, 상응하는 방식으로, 리니어 액추에이터 (7) 는 실린더 (39) 를 포함하며, 상기 실린더 안에는 피스톤 (25) 이 밀봉적으로 안내되어 있다. 두 실린더 (38, 39) 는 전면쪽에서 각각 커버 (40) 에 의해 폐쇄되어 있으며, 상기 커버는 각각 할당된 실린더, 및 이것 안에 안내된 피스톤 (24 또는 25) 과 함께 유압식 작업챔버 (41) 를 한정하고, 상기 작업챔버 안으로, 할당된 유압라인 (42) 이 통한다. 상기 두 리니어 액추에이터 각각은 유압식 엔드 위치 댐핑 (end position damping) 을 갖추고 있다. 이를 위해, 각각의 작업챔버 (41) 의 내부에는, 할당된 커버 (40) 의 근처에, 중앙 보어 (44) 및 오버플로우 채널 (45) 들을 가진 각각 하나의 디스크 (43) 가 있다. 각각의 피스톤 (24 또는 25) 에는 전면쪽에 마개 (46) 가 배치되어 있으며, 상기 마개는 - 상기 피스톤이 디스크 (43) 에 가까이 가면 - 약간의 유극 (환상 틈새) 를 갖고 보어 (44) 안에 담겨지고, 이로 인해 작업챔버 (41) 로부터 연결 공간 (47) 을 거쳐 유압라인 (42) 안으로의 유압액체의 그 밖의 이동을 억제하며 그리고 이러한 방식으로 상기 피스톤의 그 밖의 운동을 댐핑한다. 디스크 (43) 들은 보충적으로 상기 피스톤들을 위한 스톱 (stop) 들을 의미하며, 이를 위해 상기 할당된 작업챔버 (41) 의 내부에서의 각각 그들의 정확한 위치는 조절 나사 (48) 를 이용해 조절될 수 있다.

밸브 작동 드라이브 (1) 는 상기 설명된 개별적인, 하나의 기능유닛이 되도록 결합된, 통합되어 있는 압력유체 공급 유닛 (3) 을 가진 베이스 유닛 (2) 과 비상시 운전 블록 (4) 과 기계적 컨버터 (5) 와 두 리니어 액추에이터 (6, 7) 형태의 구성요소들로 모듈식으로 구성되어 있다. 이를 위해, 상기 개별적인 구성요소들은 각각 서로 한쌍씩 할당된 플랜지면들을 통하여 서로 연결되어 있다. 이때, 통합되어 있는 압력유체 공급 유닛 (3) 을 가진 베이스 유닛 (2) 과 비상시 운전 블록 (4) 과 리니어 액추에이터들 (6, 7) 을 서로 연결시키는 모든 유체 연결부들은 유압라인들로서 해당 구성요소들의 내부에 뻗어 있으며, 이때 비상시 운전 블록 (4) 에서의 두 리니어 액추에이터 (6, 7) 의 유압식 이음은 컨버터 블록 (20) 을 관통하여 뻗어 있는 유압라인들을 통하여 수행된다. 알아볼 수 있는 바와 같이, 이러한 방식으로, 노출되어 있는 유체라인들이 전혀 존재하지 않는다. 그리고 콤팩트한, 폐쇄된, 전기적 입력부, 및 상기 밸브의 입구에 작용하는 기계적 아웃풋을 구비한 유체 드라이브 시스템 형태의 밸브 작동 드라이브가 발생한다.

상기 개별적인 구성요소들을 서로 유압식으로 연결시키는 상기 유체 연결부들은 상기 개별적인 구성요소들 사이의 상기 유체 연결부들에 의해 관통된 분리 평면들의 영역에, 자체 폐쇄 차단부 (49) 들을 갖추고 있다. 이것들은 각각 해당된 두 구성요소가 완전히 조립될 때 비로소 열리고, 그리고 상기 밸브 작동 드라이브를 분해할 때 상기 해당 구성요소들이 분리되면 정반대로 자동으로 닫힌다. 즉, 상기 도시되어 있는 기계적 컨버터는 리니어 액추에이터들 (6, 7) 을 위한 이음면들에, 각각 유압유를 위해 차단부 (49) 들을 갖추고 있는 3개의 전달부를 구비하며, 즉 작업 압력과 탱크와 어큐뮬레이터를 위해 각각 하나를 구비하고, 이때 상기 어큐뮬레이터 이음은, 상기 밸브 작동 드라이브의 개별적인 컨피규레이션에 있어서 구조적으로 할당된 유압 어큐뮬레이터를 가진 리니어 액추에이터를 포함하는 조립체 (아래 참조) 가 이용될 때만 기능적으로 효과가 난다. 비상시 운전 블록 (4) 을 위한 이음면에서, 상기 도시되어 있는 기계적 컨버터 (5) 는, 유압유를 위해 차단부 (49) 들을 갖추고 있는 4개의 전달부를 구비하며, 즉 두 리니어 액추에이터의 작업 압력을 위한 2개와 탱크와 어큐뮬레이터를 위해 각각 하나를 구비한다. 상기 차단부들에게는 구조적으로 각각 필터 요소 (82) 들이, 보울 (83) 안에 수용된 필터들의 형태로 할당되어 있다.

상기 밸브 작동 드라이브는 (적어도) 하나의 카트리지로부터의 유압액체로 상기 유체 시스템을 초기 충전하기 위해 준비되어 있다. 이를 위해, 비상시 운전 블록 (4) 에는 충전 이음부 (50) 가 제공되어 있다. 이 충전 이음부의 일부는 (도 9 참조) 속이 빈 니들로서 설계된 찌름 맨드릴 (51) 이며, 상기 찌름 맨드릴은 충전 이음부 (50) 안으로 나사결합되어 있는 카트리지 (53) 의 폐쇄 실링부 (52) 를 개방시킨다. 카트리지 (53) 혹은 상기 유체 시스템의 완전한 충전을 위해 필요한 마지막 카트리지는 충전 이음부 (50) 에 머물러 있고, 상기 카트리지는 이것을 폐쇄하고 그리고 동시에 보상 부피를 제공한다.
상기 작동 드라이브는 카트리지 (53) 로부터의 유압액체로 상기 유체 시스템을 초기 충전하기에 적합한 충전 이음부 (50) 를 포함하는 자흡식 충전 장치를 또한 구비하고, 상기 충전 장치는 상기 충전 이음부 이외에 추가적인 외부 재충전이음부를 필요로 하지 않을 수 있다.

상기 설명된 외부 유압 어큐뮬레이터 (17) 대신 또는 경우에 따라서는 상기 유압 어큐뮬레이터에 보충적으로, 구조적으로 두 리니어 액추에이터 (6, 7) 중 하나 안에 통합된 적어도 하나의 유압 어큐뮬레이터가 제공되어 있을 수 있다. 상응하는 것이 하나의 구조적인 유닛, 즉 하나의 조립체가 되도록 하는 리니어 액추에이터와 유압 어큐뮬레이터의 연결에 적용된다. 이러한 가능성은 도 10 에 도시되어 있으며, 상기 도면은 상응하는 조립체의 대각선 세로방향 단면을 나타낸다. 이에 따르면, 전면쪽에서 리니어 액추에이터 (6) 에는 유압 어큐뮬레이터 모듈 (54) 이 플랜지로 연결되어 있다. 상기 유압 어큐뮬레이터 모듈은 실린더 섹션 (55), 이것을 전면쪽에서 폐쇄하는 커버 (56), 및 상기 실린더 섹션 (55) 을 다른 단부에서 폐쇄하는 조립 및 커플링 플레이트 (57) 를 포함한다. 커버 (56) 에는 가이드 맨드릴 (58) 이 부착되어 있으며, 상기 가이드 맨드릴 상에는 판 스프링 (59) 더미가 안내되어 있고, 상기 판 스프링 더미는 한편으로는 가이드 맨드릴 (58) 의 칼라 (60) 에 지지되고 그리고 다른 한편으로는 실린더 섹션 (55) 안에 이동 가능하게 안내된 피스톤 (61) 에 작용한다. 피스톤 (61) 과 실린더 섹션 (55) 과 조립 및 커플링 플레이트 (57) 는 어큐뮬레이터 챔버 (62) 를 한정하며, 상기 어큐뮬레이터 챔버는 조립 및 커플링 플레이트 (57) 안에 뻗어 있는 유압라인 (63) 을 통하여 어큐뮬레이터측 전달부 (64) 와 연결되어 있다. 상기 전달부는 - 부합하는 액추에이터측 전달부 (65) 와 마찬가지로 - 이번에도 자체 폐쇄 차단부 (49) 를 갖추고 있다. 상응하는 것이 탱크 라인 (67) 을 위한 전달부 (66) 에게 적용되며, 상기 탱크 라인은 스프링 공간 (68) 안으로 통하고, 이때 어큐뮬레이터측 전달부 (66) 는 부합하는 액추에이터측 전달부 (69) 와 상호 작용한다. 또한, 도 10 에서는 리니어 액추에이터 (6) 의 실린더 (38) 를 관통하는 탱크 유압라인 (75), 및 마찬가지로 리니어 액추에이터 (6) 의 실린더 (38) 를 관통하는 어큐뮬레이터 유압라인 (76) 을 알아볼 수 있으며, 상기 유압라인들은 할당된 전달부들 (77 또는 78) 에서 끝나고, 상기 전달부들은 기계적 컨버터 (5) 의 부합하는 전달부들 (79, 80) 과 상호 작용한다.

어큐뮬레이터 챔버 (62) 안에 끼어 있는 유압액체는 상기 밸브 작동 드라이브의 비상시 운전시 상기 비상시 운전 블록 (4) 의 밸브들의 상응하는 작동을 통하여 두 리니어 액추에이터 중 하나 (6 또는 7) 로 스위칭되고, 보다 정확히 말하면 안전 위치를 위해 상기 밸브를 열 것인가 또는 닫을 것인가의 여부에 따라 스위칭된다. 그 밖에는, 상응하는 것이 상기 설명된 외부 유압 어큐뮬레이터 (17) 의 사용에 적용된다. 기계적 어큐뮬레이터 스프링이 기계적 컨버터 (5) 의 슬라이드 (72) 를 항상 가압하는 것은 아니고, 어큐뮬레이터 챔버 (62) 도 리니어 액추에이터들 중 하나 (6 또는 7) 의 유압식 작업챔버 (41) 를 항상 가압하는 것은 아니며, - 여기에서는 비상시 운전 블록 (4) 의 밸브들을 통해 실현된 - 록킹 해제부 (상기 록킹 해제부를 이용해, 어큐뮬레이터 스프링 (59) 들을 차단하는 - 여기에서는 유압식 - 봉쇄가 해제된다) 를 작동시킨 후에만 가압함으로써, 정상 작동시 상기 리니어 액추에이터들의 전체 성능이 상기 밸브의 조절을 위해 제공되어 있다. 이에 상응하여 상기 리니어 액추에이터들은 비교적 작게 설계될 수 있고, 이는 특히 상기 밸브 작동 드라이브의 특히 콤팩트한 설계를 가능하게 한다. 두 리니어 액추에이터 중 하나에서의 유압 어큐뮬레이터 모듈 (54) 을, 두 리니어 액추에이터에서의 2개의 유압 어큐뮬레이터 모듈 (54) 및/또는 하나의 외부 유압 어큐뮬레이터를 상기 밸브 작동 드라이브에 임의로 그리고 필요에 따라 설치함으로써, 상기 밸브 작동 드라이브는 알 수 있는 바와 같이 유연하게 각각의 요구 및 각각의 공간적 비율에 맞춰질 수 있다.

그 밖에, 리니어 액추에이터들 중 하나는 순전한 스프링 액추에이터 (70) 로서 설계되어 있을 수 있으며, 상기 스프링 액추에이터는 도 11 에 도시되어 있는 바와 같이 통합적으로 기계적 어큐뮬레이터 스프링 (71) 을 포함하고, 그리고 그 밖에는 본질적으로 상기 설명된 유압 어큐뮬레이터 모듈처럼 구성되어 있다.

알아볼 수 있는 바와 같이, 기계적 컨버터 (5) 에서의 상기 두 리니어 액추에이터는 기능적으로 임의로 조합될 수 있으며, 그리고 상기 컨버터는 그의 두 이음부위 각각에서 유체 액추에이터, 기계적으로 커플링된 스프링 액추에이터, 유체적 작동을 구비한 기계적으로 디커플링된 (decoupled) 스프링 액추에이터 또는 유체적 작동을 구비한 기계적으로 디커플링된 스프링 액추에이터, 및 이와 상관없는 추가적인 기계적으로 커플링된 유체 액추에이터를 수용할 수 있고, 이때 유체적 제어는 모든 경우들에서 상기 베이스 유닛에게 맡겨진다.

Claims

유체 작동식 밸브 작동 드라이브 (1) 로서,
제어 밸브들을 구비한 베이스 유닛 (2),
서로 마주보고 상기 제어 밸브들을 통하여 유체적으로 작동될 수 있는 2 개의 리니어 액추에이터 (6, 7),
상기 2 개의 리니어 액추에이터 사이에 배치되고 상기 리니어 액추에이터의 슬라이드 (81) 들을 서로 커플링 시키고 출력부가 밸브의 입구와 커플링되는 기계적 컨버터 (5), 및
상기 베이스 유닛 (2) 안으로 통합된 전기적으로 구동되는 압력유체 공급 유닛 (3) 을 포함하고,
상기 밸브 작동 드라이브는 유압액체를 작동유체로 사용하고, 외부 유압 어큐뮬레이터 (17) 를 위한 이음부 (16) 를 구비하며, 전기적 입력부, 및 상기 밸브의 상기 입구에 작용하는 기계적 아웃풋 (23) 을 구비하는 폐쇄된 유체 드라이브 시스템으로서 구성되고,
상기 밸브 작동 드라이브 (1) 는 상기 2 개의 리니어 액추에이터와 상기 기계적 컨버터의, 기능유닛으로서 서로 결합된 상기 베이스 유닛 형태의 개별적인 구성요소들로 모듈식으로 구성되고,
상기 베이스 유닛 (2) 과, 상기 리니어 액추에이터들 (6, 7) 및 상기 기계적 컨버터 (5) 사이의 모든 유체 연결부들은 해당 구성요소들의 내부에 뻗어 있고, 따라서 노출되어 있는 유체라인들이 전혀 존재하지 않으며,
상기 밸브 작동 드라이브는 카트리지 (53) 로부터의 유압액체로 상기 밸브 작동 드라이브을 초기 충전하기위한 충전 이음부 (50) 를 포함하는 자흡식 충전 장치를 또한 구비하고,
상기 충전 장치는 상기 충전 이음부 (50) 이외에 추가적인 외부 재충전 이음부를 필요로 하지 않고,
상기 2 개의 리니어 액추에이터 (6, 7; 70) 중 적어도 하나 내에,또는 상기 2 개의 리니어 액추에이터 (6, 7) 중 하나를 포함하는 조립체 내에, 적어도 하나의 기계적 어큐뮬레이터 스프링 (59; 71) 이 내장되고,
상기 적어도 하나의 기계적 어큐뮬레이터 스프링 (59) 은 해당 리니어 액추에이터의 슬라이드 (81) 를 항상 가압하는 것이 아니라 록킹 해제부를 작동시킨 후에만 가압하고,
상기 록킹 해제부를 이용해 상기 어큐뮬레이터 스프링들을 차단하는 봉쇄가 해제되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
제 1 항에 있어서,
상기 압력유체 공급 유닛 (3) 은 전동기 (9) 에 의해 구동되는 펌프를 갖는 탱크 (10) 로부터 공급을 받는 유압 조립체 (11) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
제 1 항에 있어서,
상기 압력유체 공급 유닛 (3) 은 전동기에 의해 구동되고 주위 매체를 빨아들이는 공압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
제 1 항에 있어서,
상기 유체 연결부들은 상기 해당 구성요소들 사이의 상기 유체 연결부들에 의해 관통된 분리 평면들의 영역에 자체 폐쇄 차단부들 (49) 을 갖추고,
상기 차단부들에는 각각 필터 요소 (82) 들이 구조적으로 할당되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 개의 리니어 액추에이터 (6, 7) 는 상기 기계적 컨버터 (5) 에 플랜지로 연결되고,
상기 기계적 컨버터는 플랜지 이음을 통하여 상기 베이스 유닛 (2) 과, 또는 상기 베이스 유닛 (2) 과 상기 컨버터 사이에 배치되는 비상시 운전 블록 (4) 과 연결되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리니어 액추에이터들 (6, 7) 중 적어도 하나는 복동식의, 양쪽에서 유체에 의해 가압된 액추에이터로서 구성되고,
상기 리니어 액추에이터 (6, 7) 의 두 작업챔버는 항상 압력 공급부에 이어져 있고 그리고 압력유체로 가압되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
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제 1 항에 있어서,
상기 기계적 어큐뮬레이터 스프링 (59) 은 유체를 통하여 인장 및 봉쇄되고,
유체적 상기 봉쇄는 전기적으로 해제될 수 있고 그리고 상기 작동 드라이브는 정의된 안전 위치를 차지하는 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
어큐뮬레이터 스프링 (59) 을 갖추고 있는 유체 압력 어큐뮬레이터가 이용되고,
상기 압력 어큐뮬레이터는 충전된 상태에서 압력유체 공급 유닛 (3) 의 고장시 필요 안전 비축량 (safety reserves) 을 포함하여 적어도 상기 밸브의 안전 위치에 도달하기 위해 필요한 유체 에너지를 저장해 놓은 것을 특징으로 하는, 유체 작동식 밸브 작동 드라이브.
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