NO156021B - Fluidumbetjent aktuator. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fluidumbetjent aktuator innbefattende et hus, første og andre sylindre montert koaksialt i og ragende ut fra motsatte hussider, en stempelenhet med første og andre stempler i sylinderne og med en bjelke som går gjennom huset, mellom stemplene, idet deler av huset danner et lineært lager for glidbar lokalisering av bjelken'for derved å styre stempelenheten for resiproserende bevegelse over en begrenset slaglengde uten mulighet for stempelenheten til å rotere i huset, og midler for innføring av fluidum under trykk i minst én av sylinderne for bevegelse av stempelenheten over slaglengden.

Oppfinnelen er særlig utviklet i forbindelse med betjening av styreventiler hvor en styring av ventilen mellom åpen og lukket stilling krever en 90° dreining av en aksel i den ene eller andre retning, men oppfinnelsen kan naturligvis også utnyttes på andre områder hvor det er ønskelig med en begrenset frem-

og tilbakegående slagbevegelse.

Ventilaktuatorer hvor et hydraulisk eller pneumatisk aktivert stempel benyttes for å drive en aksel i den ene eller andre retning over en arbeidsvinkel på eksempelvis 90° ved hjelp av en tannstangmekanisme, er kjent. Det er vanlig å benytte et dobbeltarrangement med to tannstenger som arbeider på hver sin side av et felles tannhjul, slik at man derved oppnår en balansert drivkobling. Slike innretninger fremstilles i ulike størrelser og de er dyre i fremstilling fordi det benyttes høykvalitetskomponenter under hensyntagen til de benyt-tede hydrauliske eller pneumatiske trykk og dreiemomenter.

Det er således en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en aktuator som kan fremstilles billigere, under utnyttelse av et byggesystem som krever færre deler og også deler av en slik art at de er lette å fremstille, under utnyttelse av repetisjonsteknikk og forenklet montering. Med repetisjonsteknikk skal i denne sammenheng menes plaststøping, formstøping,. pressing og lignende tekniske prosesser.

Slike aktuatorer kan være av dobbeltvirkende type hvor hydrauliske eller pneumatiske stempler benyttes for å drive mekanismen i begge retninger, eller det kan dreie seg om en type som kan betegnes som en sikkerhetstype eller en "fail safe"-utførelse, hvor man har hydraulisk eller pneumatisk drift i den ene retningen, med fjær-retur for den andre retningen. Oppfinnelsen kan med fordel utnyttes for begge disse utfør-elsestyper.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt en fluidumbetjent aktuator innbefattende et hus, første og andre sylindre montert koaksialt i og ragende ut fra motsatte hussider, en stempelenhet med første og andre stempler i sylinderne og med en bjelke som går gjennom huset, mellom stemplene, idet deler av huset danner et lineært lager for glidbar lokalisering av bjelken for derved å styre stempelenheten for resiproserende bevegelse over en begrenset slaglengde uten mulighet for stempelenheten til å rotere relativt huset, og midler for innføring av fluidum under trykk ■ i minst én av sylinderne for bevegelse av stempelenheten over slaglengden, kjennetegnet ved at stempelenheten er en enhetlig del støpt i stivt plastmateriale, og ved at fluiduminnføringsmidlene innbefatter en port i en plan lagerflate i huset, en kanal i huset for føring av fluidum til porten, en port i en plan flate på bjelken, overfor husets plane lagerflate, hvilken port har forbindelse med den nevnte sylinder gjennom en kanal i bjelken, hvilken kanal munner i det tilhørende stempel, og et ettergivende tetningsorgan med en i hovedsaken oval form og innlagt i en utsparing i den plane lagerflate i huset for avstrykerkontakt med den plane flaten på bjelken, hvilket ovale tetningsorgan omgir de to porter over stempelenhetens slaglengde, slik at de to porter holdes i fluidumavtettet innbyrdes forbindelse.

Ved en slik aktuator kan den enhetlige stempelenhet støpes i et stivt plastmateriale og så uten eller bare med minimal be-arbeiding kan benyttes som sådan i aktuatoren. De nødvendige kanaler og porter forefinnes således allerede og ved å velge et ettergivende tetningsorgan med en i hovedsaken oval form, hvilket tetningsorgan legges inn i en utsparing i huset, får man så en mulighet for fluidumtilførsel-bortførsel ved hjelp av meget enkle midler. Dette oppnår man til tross for at stempelenheten har en ganske komplisert form, en form som imidlertid lett lar seg realisere ved støping i et egnet stivt plastmateriale. Man vil også kunne oppnå selvsmøring, eksempelvis ved å støpe stempelenheten i materialet Delrin.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil gå frem av kravene

2 - 5, og de i denne forbindelse oppnådde fordeler vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av et foretrukket utførelses-eksempel, som er vist på tegningene hvor: Fig.l viser et eksplosjonsriss av en dobbeltvirkende ventilaktuator ifølge oppfinnelsen,

fig.2 viser et sideriss av en ventilaktuator i fig.l,

fig.3 viser et riss av aktuatoren i fig.l med en halvpart av det sentrale hus fjernet og med sylinderne gjennom-skårne,

fig.4 viser et snitt etter senterlinjen i fig.3,

fig.5 viser et snitt av en del av innretningene i fig.l - 4, fig.6 viser rent skjematisk hvordan aktuatoren virker idet en halvpart av det sentrale hus er fjernet og stempel

og aktuatorbjelke er vist i snitt,

fig.7 viser et snitt gjennom en returfjærenhet for en

aktuator av den type som er vist i fig.l - 6,

fig.8 viser et eksplosjonsriss av returfjærenheten i fig.7,

og

fig.9 viser et arbeidsskjerna som i fig.6, men for en ut-førelse med en returfjærenhet.

Aktuator i fig.l og 2 har et sentralt hus 1 hvorpå er montert to motstående sylindre 3A og 3B. Gjennom det sentrale hus og opplagret i dette går en aktuatoraksel 4. På enden av akselen 4 er det en drivdel 4A, som kan være av han- eller huntypen, og er dimensjonert og tilpasset for samvirke med et korresponder-ende drivelement på den ventil som aktuatoren skal benyttes i forbindelse med. Det er en fordel med oppfinnelsen at det kan benyttes en drivaksel med han-ende eller hun-ende, alt etter kundens krav. Akselen 4 går igjennom et firkantboss la som er utformet i ett med det sentrale hus 1. Huset 1 er utformet som to symmetriske halvdeler som holdes sammen ved hjelp av klemskruer 5A og 5B og tilsvarende skruer som føres inn fra den andre siden og plassert i diagonalt motliggende hjørner.

Av fig.3 og 4 vil det gå frem at det inne i huset 1 og i sylinderne 3A og 3B er anordnet en aktuatorbjelke 2 hvis ender går over i stemplene 2A og 2B, som er plassert i de respektive sylindre 3A og 3B. Stemplene er forsynt med et spor og i disse spor er det lagt inn tetningsringer 7A og 7B som gir tett glideforbindelse mellom stempel og sylinder.

Aktuatorbjelken 2 er utført med i hovedsaken rektangulært tverrsnitt og er plassert eksentrisk i forhold til sylinderboringene. På sin øvre flate, som sett i fig.l og 3, bærer aktuatorbjelken en tannstang 8 og bjelkens 2 eksentriske plassering muliggjør en sammenfalling av tannstangens tanndelingslinje med stempel-aksen. Stemplene utsettes derfor ikke for dreiemomenter og får ingen tendens til fastklemming i sylinderne under belastning.

Tannstangen 8 står i inngrep med en tannhjulsektor 9 på den ut-gående drivaksel 4. En bevegelse av aktuatorbjelken 2 fra den i fig.2 viste!venstre ytterstilling og til den høyre ytterstilling vil således bevirke en kort omdreining av akselen.

En slik bevegelse er ønskelig for å dreie en ventil fra en stilling til en annen.

Av fig.4 går det frem at akselen 4 er opplagret på hver side

av tannhjulet 9 ved 10A og 10B i hver av de to hushalvdeler.

Av fig.4 ser man også at aktuatorbjelken 2 er opplagret i

et lineært lager hvis stasjonære flate dannes av en kanal som fremkommer mellom husets to halvdeler. Bunnen i kanalen danner en grunn V-profil, og aktuatorbjelkens motliggende flate har tilsvarende form. Denne utformingen letter fremstillingen av mekanismen ved hjelp av formstøpings-teknikk med stor nøyaktig-

het. I tillegg vil trykk-komponentene motvirke sidetrykket på aktuatorbjelken 2 ved fluidumtilførselssonene og' bidra til å

holde aktuatorbjelken i riktig stilling.

I bjelken 2 er det to boringer 11A og 11B (fig.5). Disse strek-

ker seg fra en skillevegg sentralt i bjelken og går i motsatte retninger, mot de respektive stempelhoder. Disse boringer er avskrådd mot senter av bjelken på en overlappende måte, slik at hver av dem får forbindelse med en port 12A, henholdsvis 12B

i en bjelkevegg rett utfor sideveggene i den kanalen som opptar bjelken 2. Arrangementet vil gå klart frem av fig.5 som viser et snitt gjennom bjelKens sentrale del. I de andre endene står boringene 11A og 11B i forbindelse med porter i de respektive stempelhoder, hvilke porter åpner ut i sylinderrommene over stemplene.

Portene 12A og 12B står i forbindelse med fluidumtilførsels-

kanaler 14A og 14B, utformet i de respektive hushalvdeler ved hjelp av forbindelsessoner som dannes mellom aktuatorbjelkens sideflate og de motliggende vegger i den kanal hvori bjelken beveger seg. Disse soner begrenses av tetningsringer som er lagt inn i kanalveggene, slik det er vist i fig.4 ved 15A og 15B, se også fig.2. Tetningsringene er som vist plastringer med sirkulært tverrsnitt, men de kan naturligvis være av et hvilket som helst annet egnet materiale, og ha et hvilket som helst annet egnet tverrsnitt. Tetningsringene er lagt inn i spor utformet i kanalveggene og har den viste, avlange, ovale form. Tetningsringene omgir et område som er likt med eller litt større enn det som passeres av portene 12A og 12B når disse beveger seg under arbeidsslagene. Tetningsringene danner

en tetning mellom den respektive kanalvegg og motliggende sideflate på aktuatorbjelken og muliggjør glidekontakt. Et grunt kammer dannes således mellom aktuatorbjelkens flate og kanal-veggen, idet det forefinnes en liten klaring mellom de to flater.

Innføring av hydraulisk eller pneumatisk trykkfluidum gjennom kanalen 14A (fullt opptrukne piler i fig.6) vil gi trykkfluid-umtilførsel til sonen innenfor tetningsringen 15A, og trykkfluidet vil således kunne gå gjennom porten 12A og boringen 11A til stempelrommet i sylinderen 3A over stempelhodet 2A. Derved presses stempel og aktuatorbjelke mot venstre (som

vist i fig.6) og bevirker en dreiebevegelse av tannhjulet 9

med urviseren over en kvart omdreining. Trykkfluidet i sylinderen 2B luftes gjennom passasjen 11B og gjennom kanalen 14B (stiplede linjer i fig.6). En drivbevegelse i motsatt retning oppnår man ved å innføre trykkfluidum gjennom kanalen 14B og å lufte gjennom kanalen 14A.

Den eneste adgang til rommene over stempelhodene i sylinderne 3A og 3B, det vil si den eneste innføringsmulighet for trykkfluidum, er gjennom portene og boringene i stempelhoder og aktu-atorb jelke. Sylinderne kan således fremstilles uten porter eller ventiler, hvilket gjør fremstillingen av dem enkel.

Som vist kan sylinderne således være dyptrukkede metallbegre. De holdes på plass ved hjelp av lepper som er lagt inn i spor

i det sentrale hus. Således holdes leppen 16B på sylinderen 3B inne i et spor som dannes av en innovergående flens 17B på det sentrale hus. En boring 18 gir fleksibel fastholding av leppen 16B. En slik spesiell fastholding er ikke nødvendig i og for seg med hensyn til opptak av de kreftene som skyldes trykkfluidet. Sylinderen 3A er montert på lignende måte. Arrangementet har den fordelen at det indre av huset hvor stempelstang og tannhjul er plassert, ikke trykksettes, og man får således heller ingen problemer med hensyn til fluidum-lekkasje som følge av slitasje i tannsystemet,og tannhjulet

vil heller ikke utstøtes. Arrangementet er dessuten i seg selv sikkert med hensyn til demontering av huset ved uttrekking av boltene fordi man vil få en trykkavlastning i sylinderne ved slik demontering før sylinderne frigjøres fra fastholdingen i huset. Den hittil beskrevne utførelse.er en såkalt dobbeltvirkende ventilaktuator fordi den kan trykkpåvirkes i begge retninger. Et returfjærsystem kan imidlertid erstatte den ene av de nevnte trykksylindre, og en slik utførelse skal beskrives nærmere under henvisning til fig.7,8 og 9.

En fjærpakke er opptatt i en sylinder 20. Sylinderens 20 åpne ende har en leppe 21, som svarer til leppene 16A, 16B på sylinderne 3A, 3B, og ved hjelp av denne leppen kan sylinderen monteres på samme måte som beskrevet foran. Imidlertid er sylinderen 20 dypere enn sylinderne 3A,3B, for derved å kunne oppta trykkfjærer med egnede lengder. En gruppe, i dette til-felle seks fjærer 22, er gruppert rundt en sentral stamme.

I den ene enden ligger fjærene an mot sylinderens 20 lukkede ende eller bunn. I den andre enden ligger de an mot en trykkplate 23 som er beregnet for anlegg mot et stempelhode (2A eller 2B, avhengig av hvilken side fjærpakkene er anordnet på) på den ene enden av aktuatorbjelken 2. Fjærendene er sen-trert på boss 24, 25 etc, som er plassert rundt på trykkplaten. Fjærendene kan også styres mellom tapper på et ekehjul som

kan være av plastmateriale, idet den sentrale kjernen er tilpasset over et sentralt boss 28 på trykkplaten 23. Antall fjærer er ikke avgjørende, men bør velges slik at man får en balånse-kraft med tilstrekkelig styrke mot trykkplaten 23.

I sylinderens 20 lukkede ende og låst mot dreiing eksempelvis ved hjelp av kile- og kilespor, er det plassert en hylse 30 hvorigjennom det er ført en sentral rørstamme 31. På utsiden av hylsen 30 er det en kam 32. Kamflaten 32A ligger an mot en kamflate 30A utformet på hylsen 30. Kammen 32 holdes på plass under holdet 31A på den sentrale stamme 31 og er lokalisert på stammen ved hjelp av en ikke vist kile-, kilesporforbindelse, slik at når kammen 32 dreier seg vil også stammen dreie seg. En konisk fjær 34, hvis innerende ligger i et spor 35 utformet på den sentrale stamme ved hjelp av en skive og fjærring,

og hvis ytterende ligger an mot bunnen i sylinderen 20, holder kamflåtene 30A og 32 i kontakt med hverandre. Stammens 21 innerende er gjenget innvendig ved 36 og en skrue 37 er skrudd inn som vist for derved å holde trykkflaten 23 på plass. En åpning 38 har tilstrekkelig klaring til å muliggjøre en bevegelse av trykkflaten 23 innover. Når således fjærpakken er i bruk, vil trykkplaten 23 kunne bevege seg mot trykkvirk-ningen til fjærene" 24,25 etc. for aktivering av tilhørende ventil, og trykkplaten kan gå tilbake under påvirkning av fjærtrykket når det hydrauliske trykk avlastes eller svikter.

Hensikten med kammene 30,32 er å lette monteringen av fjærpakken i en innretning av den beskrevne type.

Sammensetningen av en "dobbeltvirkende" aktuator skjer som følger: Først monteres stempelringene 7A og 7B på stempelhodene 2A og 2B. Tetningsringene 18 og 19 monteres på ende-flensene til sylinderne 3A og 3B og sylinderne tres over stempelhodene. De derved fremkomne enheter settes inn i de respektive hushalvdeler, med tetningsringene 18,19 innpasset i de dertil anordnede spor. Tetningsringen 15B er på forhånd plassert i sitt spor. Akselen 4 innføres i lageret 10A og tennene til tannhjulsegmentet 9 bringes til inngrep med tennene på tannstangen 8, med riktig orientering ut ifra aktuatorbjelkens 2 stilling. For at dette skal gjøres riktig plasseres aktuatorbjelken fordelaktig i den ene enden av sin bevegelsesstrekning, det vil si at det ene stempelhodet bringes helt

i toppen av sin sylinder, slik at tannhjulet 9 kan plasseres i tilsvarende utgangspunkt. Den andre halvdelen av huset, med tetningsringen 15A satt på plass, bringes så på plass, idet lageret 10B bringes til samvirke med akselen 4 og sylinder-flensene 16A og 16B opptas i sporene i husdelene. Boltene 5A og 5B kan så innføres og huset skrus sammen ved hjelp av

bolter, innført fra begge sider, som nevnt tidligere.

For at samlingen skal kunne skje uten vanskeligheter selv

når man benytter en fjærpakke som beskrevet foran, til erstat-ning for en av sylinderne 3A,3B, sperres fjærpakken ved hjelp av kammene 30 og 32. Ved å dreie stammehodet 31A, eksempelvis en halv omdreining, vil kammene bringes til samvirke slik at stammene 31 trekkes opp (til venstre i fig.7) og fjærene trykkes sammen slik at stempelhodet ved den enden kan gå inn i sylinderen 20 uten belastning. Når man har satt sammen innretningen kan kammen 32 så bindes tilbake til sin utgangsstilling, i hvilken den frigjør fjærpakken. Kammen 32 kan like-ledes benyttes for tilbaketrekking av fjærene ved demontering av innretningen.

Virkemåten er vist i fig. 9 . ' En tilførsel av arbeidsf luidum gjennom porten 12A vil bevirke at aktuatorbjelken 2 beveger seg og utfører et arbeidsslag. En avlastning av trykket med-fører at fjærene 32 virker via trykkplaten 23 for returnering av aktuatorbjelken 2 til dens utgangsstilling.

Hydrauliske eller pneumatiske tilkoblinger kan skje ved hjelp av nipler ved 40 og 41 (fig.4). Det forefinnes en slik nippel i hver hushalvdel.Det kan også med fordel benyttes sentrerings-pinner 42 som vist i fig.4.

Man vil bemerke at den viste og beskrevne utførelse er symme-trisk slik at man kan greie seg med et minimum av verktøy ved støping og tilforming av delene. De to hushalvdeler er således helt like, og krever bare en form. På lignende måte er aktuatorbjelken(stempelenheten utførbar som en enkelt del som hensikts-messig kan fremstilles av et plastmateriale. Tannstangen 8 er fortrinnsvis av metall og festes til aktuatorbjelken på en egnet måte, og eksempelvis kan den støpes i ett med aktuatorbjelken. Man kan benytte samme hus og aktuatorbjelke/stempel-deler selv om man ønsker å benytte en returfjærpakke. Konstruk-sjonen er slik at man får adgang til begge ender av akselen 4 og på disse akselender kan man således ha ulike typer innfatninger eller koblinger slik at innretningen derved lett kan tilpasses ulike typer ventiler for aktivering av disse.

Claims (5)

1. Fluidumbetjent aktuator innbefattende et hus (1, la), første og andre sylindre (3a,3b) montert koaksialt i og ragende ut fra motsatte hussider, en stempelenhet med første og andre stempler (2a,2b) i sylinderne og med en bjelke (2) som går gjennom huset, mellom stemplene, idet deler av huset (1,1a) danner et lineært lager for glidbar lokalisering av bjelken (2) for derved å styre stempelenheten for resiproserende bevegelse over en begrenset slaglengde uten mulighet for stempelenheten til å rotere relativt huset, og midler for innføring av fluidum under trvkki minst én av sylinderne (3a, 3b) for bevegelse av stempelenheten over slaglengden, karakterisert ved at stempelenheten (2,2a,2b) er en enhetlig del støpt i stivt plastmateriale, og ved at fluidum-innføringsmidlene innbefatter en port i en plan lagerflate i huset, en kanal (14a) i. huset for føring av fluidum til porten, en port (12a) i en plan flate på bjelken (2), overfor husets plane lagerflate, hvilken port har forbindelse med den nevnte sylinder (2a) gjennom en kanal (lia) i bjelken, hvilken kanal munner i det tilhørende stempel (2a), og et ettergivende tetningsorgan (15a) med en i hovedsaken oval form og innlagt i en utsparing i den plane lagerflate i huset (la) for avstrykerkontakt med den plane flaten på bjelken (2), hvilket ovale tetningsorgan omgir de to porter over stempelenhetens slaglengde, slik at de to porter holdes i fluidumavtettet innbyrdes forbindelse .

2. Aktuator ifølge krav 1, karakterisert ved at sylinderen (3b) er et metallbeger med en kantdel (16b) som samvirker med en del (17b) av huset (1) for stil-lingsplassering av sylinderen i forhold til huset og mulig-gjør en innbyrdes mekanisk bevegelse innenfor et begrenset område, men ikke er utsatt for fluidumtrykket.

3. Aktuator ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kanaler (lia,11b) strekker seg i motsatte retninger inne i aktuatorbjelken og hver kommuniserer gjennom en respektiv stempelkrone med sylinder-rommet over det respektive stempel, hvilke kanaler hver kommuniserer gjennom en respektiv port (12a,12b) med en flui-dumtilførselssone, idet fluidumtilførselen til en sylinder og deretter til den andre bevirker en resiproserende bevegelse av stemplene og akuatorbjelken, hvilke kanaler er skilt fra hverandre ved hjelp av en mellomvegg i aktuatorbjelken (2), idet de bevegbare porter (12a,12b) er plassert på hver side av aktuatorbjelken og står i forbindelse med de kanaler som går fra mellomveggen og i motsatte retninger til de respektive stempelkroner.

4. Aktuator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter en returfjæranordning (22) i form aven f jærpakke som er opptatt i en av sylinderne-(20) som er montert på huset (1) utfor en sylinder (3b), hvilken returfjæranordning tilveiebringer et returslag for aktuatorbjelken (2), hvilken fjærpakke innbefatter en trykkplate (24) som står i kraftoverførende forhold til et stempel (2b) i den andre sylinder, idet returfjæranordningen innbefatter en fjær-tilbakeholder for holding av fjæranordningen (22) tilbaketruk-ket fra den normale arbeidsstilling.

5. Aktuator ifølge krav 4, karakterisert ved at fjærtilbakeholderen innbefatter kammer (30,32) montert på ytterenden av den sylinder (20) som opptar fjærpakken, hvilke kammer kan dreies for derved å trekke fjærpakkens indre ende (24) tilbake og holde den i en stilling hvor den går klar av stempelets bevegelsesstrekning.