MXPA00011307A - Gusano que impulsa un servo-accionador con retorno de resorte y valvula giratoria que lo emplea. - Google Patents

Abstract

Un servo-accionador motorizado tiene una flecha de salida girada por un engrane de sector impulsado por un gusano.El gusano tiene un resorte de torsion dispuesto coaxialmente que se enrolla al girar el gusano. El gusano es impulsado por un motor y un tren de engranes. En el caso de falla de motor durante rotacion del engrane de sector en una direccion dada desde una posicion inicial, el resorte de torsion enrollado tiene suficiente energia almacenada para hacer girar el gusano para retornar el engrane de sector a la posicion inicial.

Description

GUSANO QUE IMPULSA UN SERVO-ACCIONADOR CON RETORNO DE RESORTE Y VÁLVULA GIRATORIA QUE LO EMPLEA Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a válvulas servo-accionadas, impulsadas por gusano, que emplean el mismo, del tipo que tiene un miembro giratorio de válvula tal como una cuchilla, una aleta o una mariposa, que se emplea para dirigir el flujo de fluido o pulsos sónicos de presión en un pasaje tal como el pasaje de entrada de aire de un motor. Los servo-accionadores impulsados por gusano son empleados para numerosos fines de control y son particularmente adecuados para válvulas giratorias. Las válvulas de este tipo son empleadas como válvulas de estrangulamiento, de comunicación o de desvío de aire de motor dentro del múltiple de entrada del motor, para dirigir flujo o pulsos a un pasaje deseado durante la operación del motor, dependiendo de las condiciones bajo las cuales se opera en ese momento el motor. Hasta ahora, las válvulas giratorias servo-operadas para control de flujo o comunicación de aire en un pasaje, tal como un pasaje de entrada de motor, han utilizado reductores de velocidad o trenes de engranes impulsados por un motor de baja capacidad en vatios o bajo caballaje, en fracciones, de altas rpm. Se ha encontrado deseable usar tal pequeño motor de baja capacidad en vatios para reducir el costo y el volumen de la tracción de motor, particularmente cuando la válvula va a ser montada como un accionador de estrangulamiento en la entrada de aire del motor o a través de una apertura en el múltiple de entrada del motor para uso como válvula de desvío. Donde se emplea una válvula operada por servo-motor para aplicaciones de estrangulamiento de aire de motor o como válvula desviadora de aire de múltiple, se ha encontrado difícil proveer torsión adecuada con un pequeño motor de bajo vataje para asegurar el movimiento apropiado de la válvula y proveer de manera simultánea la velocidad de respuesta deseada de la válvula a cambios en la señal eléctrica de control al motor. Esto ha probado ser particularmente problemático para un motor servo-operado para accionamiento de estrangulador en conjunción con la operación de control de crucero del motor en un vehículo de motor. Al proveer una válvula de flujo de aire operada por servo-motor ya sea para estrangulamiento de aire de motor o una válvula desviadora de múltiple de entrada, se ha deseado usar un arreglo de gusano y engrane para reducción de la velocidad, multiplicación de la torsión y silencio de la operación. Sin embargo, en el caso de la falla del servo-motor con la válvula en una posición de operación, se ha encontrado extremadamente difícil proveer un retorno de resorte de la válvula donde se ha empleado un arreglo de tracción de gusano y engrane .

Técnicas conocidas para proveer un retorno de resorte de una válvula de estrangulamiento de aire de motor teniendo una tracción de servo-motor operado por gusano y engrane son mostradas y descritas en la patente de los Estados Unidos No. 5,950,765, expedida a nombre de J.E. Pearson y colaboradores, donde un arreglo de gusano y engrane provee vinculación de un engrane de sector cuando un piñón coaxial con el gusano ha alcanzado el fin de un engrane de cara de sector con el cual está vinculado el piñón. Sin embargo, el sistema empleado en la antes mencionada patente de Pearson y colaboradores tiene una multiplicidad de engranes, es complicado y el retorno de resorte es provisto en el engrane de sector de salida y de esta manera requiere de una tasa de resorte relativamente elevada para proveer el retorno de la válvula contra la relación de reducción global. La tasa de resorte relativamente elevada del resorte de retorno de engrane de sector da como resultado un requerimiento de energía incrementado para el motor de tracción y ha hecho este arreglo no solo relativamente elevado en costos para producción en masa, sino también voluminoso y pesado para aplicaciones de estrangulamiento de aire de motor. Otros arreglos conocidos incluyen el servo-accionador de estrangulamiento descrito en la patente de los Estados Unidos No. 5,138,211, de Haefner y colaboradores, donde un embrague accionado por paro de bola es desvinculado al ocurrir desenergi-zación del motor. En dicha válvula operada por servo-motor conocida, antes mencionada, que emplea un embrague, el embrague es descrito como desembragado por la desenergización de un solenoide. Sin embargo, este arreglo también es complicado y requiere de una multiplicidad de partes, es difícil de ensamblar y depende de la liberación apropiada del solenoide del embrague para permitir que el resorte retorne la válvula. En dicho arreglo de Haefner y colaboradores, la falla del motor sin la liberación separada del solenoide del embrague no permitiría al resorte de retorno retornar el estrangulamiento. De esta manera, se ha deseado encontrar una manera o medios de bajo costo, sencillos y confiables para operar una válvula de flujo de aire con un servo-motor utilizando una tracción de gusano y para proveer el retorno de resorte de la válvula en caso de falla de motor en cualquier posición sin requerir de un motor de alta torsión y una multiplicidad de engranes. Compendio de la Invención La presente invención provee un servo-accionador impulsado por gusano y, particularmente, tal accionador conectado a una válvula giratoria que en ensamblada como una unidad e instalada en un pasaje para controlar el flujo de fluido, tal como aire en una entrada de motor, ya sea para una aplicación de estrangulamiento o en el múltiple como una válvula desviadora. La presente invención usa un motor de bajo vataje, altas rpm que impulsa un gusano que vincula un engrane de sector de salida conectado al miembro giratorio de salida que puede ser un miembro de válvula. En el arreglo ilustrado, el motor impulsa el gusano a través de un engrane intermedio; y el gusano tiene un resorte de retorno de preferencia en la forma de un resorte espiral dispuesto coaxialmente con el gusano. El arreglo accionador de servo-motor impulsado por gusano de la presente invención permite al resorte de retorno impulsar el gusano un número suficiente de revoluciones para retornar el engrane de sector de salida a una posición inicial si fallara el motor en cualquier punto durante la operación. La forma de realización de válvula que emplea el arreglo de servo-accionador de la presente invención tiene la mayor porción de la reducción de velocidad ocurriendo en la vinculación del gusano con el engrane de sector de salida y de esta manera minimiza la rigidez requerida en- el resorte de retorno y el requisito de torsión del motor, con ello permitiendo emplear un motor de bajo vataje, altas rpm, bajo costo. Este arreglo minimiza el tamaño y el volumen de la unidad de tracción del servo-motor y facilita la instalación de la tracción en la válvula giratoria. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista axonométrica del servo-accionador de la invención, materializado como un conjunto de válvula seccionado a través de la flecha del motor con la cubierta mostrada en ilustración explotada. La figura 2 es una vista superior del conjunto de la figura 1, con la cubierta retirada.

Descripción Detallada de la Invención Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el conjunto servo-accionador de la presente invención es materializado como una válvula giratoria indicada generalmente en 10 e incluye una base o alojamiento 12 configurado como un miembro de casquillo abierto o con copa con un puntal externo que se extiende hacia abajo 14 y un puntal correspondiente o torre 16 provisto sobre la superficie interna del alojamiento. Una flecha 18 es enmuñonada a través de los puntales 14, 16 y se extiende hacia abajo del alojamiento. La flecha 18 tiene provisto sobre su extremo inferior un miembro de válvula giratoria 20 que tiene una configuración similar a alata o cuchilla en la práctica actualmente preferida para una aplicación de válvula de comunicación para el múltiple de admisión del motor. Sin embargo, se entenderá que el miembro de válvula 20 puede también comprender un miembro de disco o mariposa si se emplea alternamente como un estrangulamiento de aire de motor. El alojamiento 12 tiene una porción de costilla anular 22 que se extiende hacia abajo de su superficie inferior y que tiene provista en ella una pestaña de montaje 24 tal que la costilla anular 22 y el miembro de válvula 20 puedan insertarse en una apertura provista en el múltiple de entrada del motor; y la pestaña 24 asegurada al múltiple en cualquier manera conveniente para retener la válvula en el múltiple. El miembro de válvula 20 tiene un macho o pestaña generalmente cilindrico 26 formado en su extremo superior y que registra contra el extremo del puntal 14 y sirve como una superficie de apoyo. El extremo superior de la flecha 18 tiene provisto en él, en vinculación de impulso con él, un engrane de sector de salida 30 que es retenido en la flecha mediante un pasador de retención de resorte 28 adecuado, entendiéndose que cualquier dispositivo adecuado de retención puede ser empleado como, por ejemplo, un pasador cruzado o una roldana soldada . Una flecha 32 tiene un extremo 34 de la misma enmuñona- do en un rebajo 36 provisto en el extremo superior de un pezón o costilla 38 formado sobre la superficie interna de la pared del alojamiento; y el extremo opuesto 40 de la flecha 32 está enmuñonado en un rebajo 42 similar formado en una costilla 44 (ver figura 2) provista en el casquillo de alojamiento 12. La flecha 32 tiene provistos en ella, entre sus extremos, un gusano 46 y una rueda de engrane impulsada 48, ambos los cuales están en vinculación de impulso giratorio con la flecha 32. El gusano 46 está en vinculación de impulso con los dientes del engrane de sector 30. La flecha 32 tiene dispuesto a su alrededor, entre la rueda de engrane 48 y el extremo 40, un resorte de torsión 50 en la forma de un resorte espiral y el cual tiene un extremo registrado contra el alojamiento 1 y el extremo opuesto 52 anclado en la flecha 32 para proveer una polarización torsional predeterminada sobre la rueda 48, el gusano 46 y la flecha 32. El resorte 50 es enrollado para almacenar energía al girar el JX-. .Í. . - Í,,.. motor la flecha de gusano 32. En el caso de falla de motor durante la operación después de la rotación del engrane de sector 30 desde una posición inicial, el resorte 50 tiene suficiente energía almacenada para hacer girar el gusano 46 en una dirección opuesta y regresar el engrane 30 a la posición inicial. En la práctica actualmente preferida para una aplicación de válvula de comunicación de múltiple de motor, el gusano 46 y el engrane de sector 30 tienen una relación de alrededor de 1:30, y el engrane de sector incluye un sector arqueado de alrededor de 80' para girar la válvula 20 de una posición abierta a una posición cerrada, el gusano girando alrededor de cuatro a ocho vueltas para dar la rotación completa de 80' de la válvula 20. Sin embargo, se entenderá que para otras aplicaciones, diferentes relaciones del gusano y el engrane de sector pueden ser empleadas, y el engrane de sector puede también comprender una rueda de engrane completa, si se desea. En la práctica actualmente preferida, el resorte comprende una espiral de alrededor de 20 vueltas, teniendo un diámetro de inclinación de alrededor de 15 mm y se forma de alambre de alrededor de 0.015 pulgadas (0.4 mm) de diámetro y provee alrededor de 0.1 pulgadas-libra de torsión sobre la flecha 32 cuando el resorte es enrollado cinco revoluciones por la flecha 32. El engrane 48 está engranado con una rueda de engrane de tracción de motor 54 que se conecta impulsadamente a la flecha de salida 56 de un motor de tracción indicado generalmente en 58, que tiene un extremo sostenido sobre la costilla 44 formada en el alojamiento 12. El extremo correspondiente de la flecha de motor 56 es sostenido por una superficie de apoyo 64 formada en una costilla 66 provista en el alojamiento 12 que vincula un rebajo formado en el extremo de la maza 66 de la rueda de engrane de tracción del motor 54. La flecha de motor 56 es enmuñonada en el extremo opuesto al engrane de tracción del motor 54 mediante un manguito o cojinete 56 que es sostenido por la costilla 62 en el alojamiento y también es sostenido en la caja del motor 58. En la práctica actual de la invención, una costilla intermedia 63 es provista en el alojamiento 12 y la cual está configurada para conformarse a la caja del motor y registra contra el hombro anular 59 provisto en el alojamiento del motor. El motor 58 tiene un par de terminales conectoras eléctricas 68 ahí provistas para conexión eléctrica con el mismo. La rueda de engrane de tracción del motor 54 y el engrane 48 tienen una relación de alrededor de 2:1 a 2.5:1 para proveer un incremento de velocidad a la flecha 32 desde la velocidad de la flecha de motor 56 en la forma de realización actual para una válvula desviadora de múltiple de admisión de motor. Se entenderá que las relaciones de engrane del gusano y el engrane de sector 46, 30 y el engrane de tracción de motor 54 y la rueda de engrane 48, pueden variarse según se desee para diferentes aplicaciones. En la práctica actual de la invención, el motor 58 tiene una capacidad nominal de torsión de alrededor de 950 g-cm a plena carga, operado a 12 voltios, corriente continua; y el motor tiene un valor de rpm de 15,200 sin carga. Sin embargo, pueden emplearse diferentes motores, según se desee, para proveer la torsión de salida necesaria para otras aplicaciones . Haciendo referencia a la figura 1, se provee una cubierta 70 y se configura para inter-ajustar en la periferia o reborde del alojamiento 12 y tiene un receptáculo 12 ahí provisto que tiene un conector eléctrico 74 que se extiende a su través al interior de la cubierta, el cual conector 74 hace contacto con la terminal del motor 68 al llevarse a cabo el ensamble de la cubierta sobre el alojamiento 12. La cubierta 70 puede ser unida por cualquier dispositivo adecuado, tal como por ejemplo cierre a presión o soldadura. La presente invención de esta manera provee un servo-accionador que tiene una tracción de gusano motorizado a la salida para maximizar la reducción de velocidad en una unidad ligera, compacta, y utiliza un resorte de torsión en la flecha de gusano para asegurar el retorno de la salida a una posición inicial en caso de falla del motor durante operación. El servo-accionador tiene aplicación particular cuando se conecta como una válvula giratoria de comunicación, pero la salida puede conectar-se para otros usos .

Aunque la invención ha sido descrita en lo anterior con respecto de las formas de realización ilustradas, se entenderá que la invención es susceptible de modificaciones y variaciones y solo está limitada por las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método de operar una válvula en un pasaje de comunicación o entrada de flujo de aire de motor, que comprende: (a) disponer un miembro de válvula en una flecha en el pasaje de entrada; (b) disponer al menos una porción de una rueda de engrane en dicha flecha; (c) vincular dicha al menos una porción de una rueda de engrane con un gusano; (d) energizar un motor y hacer girar dicho gusano en una dirección y mover dicha flecha y dicho miembro de válvula; y (e) disponer un resorte con dicho gusano y polarizar dicho gusano y hacer girar dicho gusano en una dirección opuesta a dicha dirección al ocurrir desenergización de dicho motor.
2. 2. El método definido en la reivindicación 1, donde dicho paso de hacer girar dicho gusano incluye impulsar dicho gusano a través de un tren de engranes que incrementa la velocidad.
3. 3. El método definido en la reivindicación 1, donde dicho paso de vincular con un gusano incluye disponer un gusano en una flecha y proveer un engrane impulsado en dicha flecha y vincular dicho engrane de impulso con un gusano.
4. 4. El método definido en la reivindicación 1, donde dicho paso de disponer un resorte de torsión incluye disponer dicho gusano en una flecha y disponer un resorte espiral alrededor de dicha flecha.
5. 5. Un conjunto de válvula giratoria servo-operada, que comprende : (a) una estructura de base que tiene un miembro de válvula dispuesto giratoriamente en ella y adaptado para colocación en un pasaje de comunicación o flujo de fluido; (b) al menos una porción de una rueda de engrane unida de manera impulsada a dicho miembro de válvula; (c) un gusano dispuesto para rotación en dicha estructura de base y vinculando dicha al menos una porción de una rueda de engrane; (d) una tracción motorizada operativa al ocurrir energización para hacer girar dicho gusano en una dirección para hacer girar dicho miembro de válvula; y (e) un resorte dispuesto para polarizar dicho gusano para rotación en una dirección opuesta a dicha dirección, donde al ocurrir energización de dicho motor y rotación de dicho miembro de válvula desde una posición inicial a una posición de límite en dicha dirección y al ocurrir desenergización de dicho motor, dicho resorte de torsión es operativo para hacer girar dicho gusano y retornar dicha válvula desde dicha posición de límite a dicha posición inicial.
6. 6. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicha tracción motorizada incluye un engrane de tracción de motor y un engrane impulsado dispuestos concéntrica-mente con dicho gusano, dicho engrane impulsado vinculando dicho engrane de tracción de motor.
7. 7. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicha tracción motorizada incluye un motor de tracción y un tren de engranes que incrementa la velocidad dispuesto operativamente entre dicho motor y dicho gusano.
8. 8. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicho resorte comprende un resorte espiral dispuesto coaxialmente con dicho gusano.
9. 9. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicha tracción motorizada tiene una relación global de reducción de velocidad de alrededor de 1:60.
10. 10. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicho gusano y al menos una porción de una rueda de engrane tienen una relación de reducción de alrededor de 1:30.
11. 11. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicha tracción motorizada incluye un motor que provee una torsión de 950 g-cm y una velocidad sin carga de alrededor de 15,200 rpm, operando en un energía eléctrica de alrededor de 12 voltios, corriente continua.
12. 12. El conjunto de válvula definido en la reivindicación 5, donde dicho miembro de válvula es girado alrededor de 80' de ángulo incluido desde dicha posición inicial a dicha posición de límite. 13. Un método de operar un servo-accionador de motor, que comprende : (a) disponer una flecha para proveer una salida giratoria; (b) disponer al menos una porción de una rueda de engrane en dicha flecha; (c) vincular dicha al menos una porción de una rueda de engrane con un gusano; (d) energizar un motor y hacer girar dicho gusano en una dirección y hacer girar dicha flecha; y (e) disponer un resorte con dicho gusano y polarizar dicho gusano y enrollar dicho resorte durante la rotación de dicho gusano en dicha una dirección; y (f) hacer girar dicho gusano en una dirección opuesta a dicha dirección con la polarización de dicho resorte al ocurrir desenergización de dicho motor. 14. El método definido en la reivindicación 13, donde dicho paso de disponer un resorte incluye disponer un resorte espiral coaxialmente con dicho gusano. 15. El método definido en la reivindicación 13, donde dicho paso de disponer una flecha incluye conectar dicha flecha a un miembro de válvula giratoria. 16. El método definido en la reivindicación 13, donde dicho paso de al menos una porción de una rueda de engrane incluye disponer un engrane de sector en dicha flecha. 17. El método definido en la reivindicación 13, donde dicho paso de hacer girar dicho gusano incluye impulsar dicho gusano con un tren de engranes . 18. Un conjunto servo-accionador operado de acuerdo con el método de la reivindicación
13. 13.