NO314957B1 - Anordning til overföring av bevegelser og en ventil omfattende en sådan - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning til overføring av bevegelser mellom to organer som er innrettet til å bli beveget frem- og tilbake med liten amplitude i to retninger, som løper i samme plan, men som ikke er innbyrdes innrettet, hvor anordningen omfatter et stasjonært hus og en bevegelig hevarm, som forbinder de to organer.

Oppfinnelsen angår likeledes en ventil som omfatter et stasjonært hus, hvori det er tildannet minst ett ventilsete og minst én bevegelig hevarm.

Oppfinnelsen kan bli anvendt for enhver ventiltype, mer generelt enhver anordning til overføring av bevegelser som benytter en dreibar hevarm og iverksetter bevegelser med liten amplitude, spesielt når det ønskes motstandskrefter, som er så små som mulig, og som er reproduserbare uten hysterese, såvel som en stor motstand og stivhet langs hevarmens lengdeakse.

Ved en første, kjent ventiltype blir forskyvningene av ventilens tetningsklaff styrt av en lineær aktuator som er anbrakt på klaffens akse eller lengdeakse. Nærmere bestemt blir tetningsklaffen da båret direkte av aktuatorens betjeningsstang.

Ventiler av denne type har den fordel at de er spesielt enkle og billige. De er imidlertid beheftet med noen ulemper. Den første av disse angår den uunngåelige tilstedeværelse av gnidning eller friksjon som resulterer i motstandskrefter som ikke kan neglisjeres, og som er variable i tid, og av tilstedeværelsen av hysterese. Videre er fluidpartiene og de elektriske partier nødvendigvis anbrakt ved siden av hverandre, noe som kan forårsake vanskeligheter dersom det inntreffer en lekkasje.

Ved den annen type av kjente ventiler, er føringen av tetningsklaffen sikret ved hjelp av en dreiemomentmotor via en dreibar hevarm som bærer klaffen ved en av sine endepartier.

Ventiler av denne type har den fordel at de oppviser en mindre friksjon og sikrer en fullstendig adskillelse av fluidpartiene og de elektriske partier. Imidlertid er de adskillig mer kompliserte og mer kostbare, spesielt på grunn av anvendelsen av en dreiemomentmotor.

Ved ventiler av typen 51-127 som leveres av firmaet MOOG, som tilhører typen av ventiler med dreibar hevarm og dreiemomentmotor, oppnås dreiningen av hevarmen ved at denne er montert i ventilhuset via et deformerbart rør eller hylse.

Denne anordning tillater en fullstendig eliminasjon av friksjonen. Bruken av et rør eller en hylse som er deformerbar for å sikre dreiningen av hevarmen er imidlertid beheftet med den vesentlige ulempe at motstandskreftene er de samme i alle retninger vinkelrett på hevarmen. Dersom det er ønsket å sikre en effektiv fastholdelse av hevarmen langs dens dreieakse, (når ventilen er påvirket av ytre krefter i denne retning), er det følgelig nødvendig å forsyne røret eller hylsen med en stor stivhet og styrke. Dette medfører da uunngåelig store motstandskrefter i dreieretningen. Den nødvendige kraft for aktuatoren er derfor forholdsvis stor i likhet med ventilens responstider.

Videre er det i FR-A-2 324 967 beskrevet en ventil med et stasjonært hus som omfatter en passasje og et ventilsete. En bevegelig hevarm er montert i huset og har en tetningsklaff ved sin ene ende nær setet. Den andre ende av hevarmen er påvirket av en membran. Hevarmen er montert i huset via en støpt metalldel med to fleksible partier med redusert tykkelse.

Hovedhensikten med oppfinnelsen er å skaffe en anordning til overføring av bevegelser mellom to organer, av den type som har en dreiehevearm, og hvis nye konstruksjon gjør det mulig at den ikke oppviser noen friksjon (og derfor ingen hysterese og en god reproduserbarhet) og å begrense den kraft som er nødvendig for å frembringe bevegelsen samtidig som responstidene er meget små.

Ifølge oppfinnelsen blir dette resultat oppnådd ved hjelp av en anordning av den innledningsvis nevnte type som er karakterisert ved at det mellom hevarmen og det stasjonære hus er innsatt et fleksibelt blad som i,en upåvirket tilstand befinner seg i et plan, som løper vinkelrett på det plan som omfatter de nevnte retninger, og gjennom en lengdeakse av hevarmen.

Bruken av et tilpasset, fleksibelt orienteringsblad gjør at anordningen ikke oppviser noen friksjon, tillater eller muliggjør motstandskrefter som er-så små som mulige, reproduserbare og uten hysterese i dreieretningen, samtidig som det oppvises en stor stivhet og motstand langs dreieaksen.

I den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen forbinder det fleksible blad hevarmen med partier av det stasjonære hus som befinner seg på hver side av hevarmen.

Fortrinnsvis kan det fleksible blad da være montert i et rørformet parti av det stasjonære hus, etter to diametralt motstående generatriser. I dette tilfelle løper hevarmen gjennom aksen av det rørformede parti når bladet befinner seg i sin upåvirkede tilstand.

For å øke stivheten i retningen for dreieaksen, er det fleksible blad fortrinnsvis festet til hevarmen og til det stasjonære hus.

Hensikten med oppfinnelsen er også å skaffe en ventil av den innledningsvis nevnte type som er karakterisert ved at et sentralt parti av hevarmen er montert på det stasjonære hus via et plant, fleksibelt blad som i sin upåvirkede tilstand løper gjennom en lengdeakse av hevarmen, og at ventilen videre omfatter en lineær aktuator som er forsynt med et betjeningsorgan, som samvirker med et første endeparti av hevarmen, og som er innrettet til å bli satt i en frem- og tilbakegående bevegelse med liten amplitude i en retning som løper i et plan, som står vinkelrett på planet for det fleksible blad, og en ventilklaff, som er montert på et annet endeparti av hevarmen, slik at den ligger an mot setet når det fleksible blad befinner seg i sin upåvirkede tilstand.

En slik ventil har alle de ovennevnte fordeler som fås ved bruken av den anordning til overføring av bevegelser som er nevnt ovenfor. Videre tillater bruken av en lineær aktuator en forenkling av ventilen og en reduksjon av dennes pris, i forhold til ventiler med dreiehevarm av den tidligere type. Bruken av teknikken i forbindelse med en dreiehevarm, skaffer dessuten de fordeler som er tilknyttet bruken av denne teknikk, d.v.s. en fullstendig adskillelse av fluidpartier og elektriske partier, og i dette tilfelle, fraværet av all friksjon.

I den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen hvorved det fleksible blad er montert i et rørformet parti av det stasjonære hus, er det annet endeparti av hevarmen anbrakt i et kammer, som er tildannet i det stasjonære hus og delvis avgrenset av en tetningsbelg, som er anbrakt mellom hevarmen og dette rørformede parti.

Betjeningsorganet omfatter fortrinnsvis en skyver eller støtstang og elastiske midler som påvirker det første endeparti av hevarmen motsatt, slik at de elastiske midler holder klaffen i anlegg mot setet og at skyveren er adskilt fra det første endeparti av hevarmen med en funksjonell klaring når den lineære aktuator befinner seg i en tilstand for lukking av ventilen. På grunn av at de elastiske midler er en del av ventilens bevegelige utstyr, inngår de ikke i balansen eller helheten av de krefter som skal overvinnes av aktuatoren under åpningen av ventilen, noe som bidrar til å begrense den effekt eller kraft som er nødvendig for aktuatoren, såvel som responstidene.

Det skal bemerkes at denne anordning kan bli benyttet for samtidig betjening av flere hevarmer med én eneste aktuator (ventil som samtidig styrer strømmen av flere fluider).

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en ventil ifølge oppfinnelsen, idet den er vist i sin lukkede stilling.

Fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II på fig. 1.

Fig. 3 er et riss i likhet med det som er vist på fig. 1, og viser ventilen i sin åpne stilling. Fig. 1 og 3 viser en ventil ifølge oppfinnelsen i lukket resp. åpen tilstand. Denne ventil innbefatter en anordning til overføring av bevegelser som kan bli benyttet ved andre mekaniske systemer for å overføre bevegelser mellom to organer av en hvilken som helst type som er innrettet til å bli beveget frem og tilbake med liten amplitude i to retninger som løper i det samme plan, men som ikke flukter.

Den ventil som er vist på figurene omfatter et stasjonært ventilhus 10 hvori det er tildannet et kammer 12. Ventilhuset 10 har en fluidinnløpspassasje 14 som munner ut direkte i kammeret 12. Likeledes har ventilhuset 10 en fluidutløps-passasje 16 som munner ut i kammeret 12 gjennom et ventilsete 18.

Slikt det spesielt fremgår av fig. 1 og 3, har ventilhuset 10 et hovedparti 20 hvori det er tildannet passasjer 14 og 16 såvel som kammeret 12. I det viste tilfelle har dette en hovedsakelig sylindrisk geometri og passasjene 14 og 16 munner radialt ut i dette.

Ventilhuset 10 omfatter likeledes et rørformet parti 22 som er anbrakt ved en av kammerets ender, og som er festet til hovedpartiet 20 f.eks. ved hjelp av en sveis 24. På sin utside er det rørformede parti 22 dekket av en hette 26 med form som en ring, hvis funksjon vil fremgå av det følgende. Denne hette 26 er festet på det rørformede parti 22 ved hjelp av en sveis 28.

Det rørformede parti 22 av ventilhuset 10 bærer, langs sin akse en bevegelig hevarm 30 via et fleksibelt blad 32 for å tillate en vipping av hevarmen med begrenset amplitude rundt en fiktiv aksel eller akse 33 som løper vinkelrett på lengdeaksen av hevarmen.

I den viste utførelsesform har den bevegelige hevarm 30 form som en hovedsakelig rettlinjet, sylindrisk stang som med en forholdsvis stor klaring løper gjennom det rørformede parti 22 såvel som hetten 26 av ventilhuset 10. Når det fleksible blad 32 befinner seg i sin plane tilstand hvori det ikke er påvirket, slik det er vist på figurene 1 og 2, er hevarmen 30 koaksial med det rørformede parti 22 og hetten 26, og bladets plan løper vinkelrett på aksen for ventilsetet 18.

Ved enden av den bevegelige hevarm 30 som befinner seg i kammeret 12,, bærer hevarmen 30 den en tetningsklaff 34. Nærmere bestemt er tetningsklaffen 34 montert på siden av hevarmen 30, ved siden av setet 18, på en slik måte at den flate som står i berøring med setet i lukket tilstand, er parallell med hevarmens lengdeakse. Klaffen 34 ligger således vanligvis tett an mot setet 18 når det fleksible blad 32 befinner seg i sin upåvirkede tilstand slik det er vist på fig. 1.

Som det spesielt fremgår av fig. 1 og 2, er det fleksible blad 32 et rektangulært blad som uten klaring løper gjennom en spalte 35 som er tildannet langs lengdeaksen av den stang som danner den bevegelige hevarm 30. De endepartier av det fleksible blad 32 som befinner seg lengst bort fra den bevegelige hevarm 30, er opptatt uten klaring i spor 36, som er tildannet i den indre sylindriske overflate av det rørformede parti 22 av ventilhuset 10, ved diametralt motsatte steder i forhold til hevarmen 30.

For å gi en anordning til overføring av bevegelser som er tildannet på denne måte, en stor stivhet i en retning vinkelrett på planet for det fleksible blad 32, er dette stivt festet til hevarmen 30 såvel som til det rørformede parti 22 på hver side av hevarmen, f.eks. ved hjelp av sveiser (ikke vist).

I den utførelsesform som er vist på figurene, gjør hetten 26 det mulig å holde det fleksible blad 32 i sporene 36 før bladet blir festet på det rørformede parti 22. For å sikre tettheten av kammeret 12 overfor omgivelsene, under vippingen av hevarmen 30 om sin fiktive aksel 33, er det mellom disse to stykker anbrakt en tetningsbelg 38. Nærmere bestemt er et første endeparti av belgen 38 festet på det rørformede parti 22 av ventilhuset 10, og dens motstående endeparti er festet til en flens 40 som er utført i et stykke med den bevegelige hevarm 30. Denne flens eller skål 40 er anbrakt mellom det rørformede parti 22 og det endeparti av hevarmen 30 som bærer tetningsklaffen 34. Belgen 38 avgrenser således delvis volumet av kammeret 12.

Ventilen ifølge oppfinnelsen omfatter videie en lineær aktuator 42 som er festet på ventilhuset 10 motsatt det endeparti som bærer tetningsklaffen 34, for å samvirke med det ytre endeparti av den bevegelige hevarm 30. Nærmere bestemt er den lineære aktuator 42 montert på et ben 44 av hovedpartiet 20 av ventilhuset 10, slik at dens betjeningsorgan 46 beveger seg i en retning som løper vinkelrett på aksen av den bevegelige hevarm 30 når ventilen befinner seg i sin lukkede stilling slik det er vist på fig. I.

Den lineære aktuator 42 kan spesielt utgjøres av en elektromagnetisk aktuator av kjent type.

Slik det er vist nærmere på fig. 1 og 3, omfatter betjeningsorganet 46 av den lineære aktuator 42 en skyver eller støtstang 48, som kan komme til sideanlegg på det ytre endeparti av hevarmen 30 på den side, som er motsatt den som bærer klaffen 34. Nærmere bestemt finnes det en liten funksjonell klaring mellom endepartiet av skyveren 48 og hevarmen 30 når den lineære aktuator 42 befinner seg i en lukketilstand for ventilen som tilsvarer den upåvirkede tilstand av det fleksible blad 32 slik det fremgår av fig. 1. Når den lineære aktuator 42 blir brakt til den stilling som tilsvarer den åpne tilstand av ventilen, lukker derimot skyveren 48 den ovennevnte funksjonelle klaring og kommer til anlegg mot det ytre endeparti av hevarmen 30 for å svinge denne rundt sin fiktive aksel 33 under vridning av bladet 32, slik at klaffen 34 blir fjernet fra setet 18, slik det er vist på fig. 3.

Betjeningsorganet 46 av den lineære aktuator 42 omfatter likeledes en bøyle 50 som sitter overskrevs over det tilsvarende endeparti av hevarmen 30. På den motsatte side av skyveren 48 i forhold til hevarmen 30, omfatter denne bøyle 50 en sentreringstapp eller -brikke 52 som løper koaksialt med skyveren, og hvorpå det er montert en trykkfjær 54. Nærmere bestemt.er trykkfjæren 54 anbrakt mellom hevarmen 30 og bøylen 50 på den samme side som klaffen 34.

Når den lineære aktuator 42 befinner seg i den stilling hvori den lukker ventilen som vist på fig. 1, utøver trykkfjæren 54 en tilleggskraft mot hevarmen 30 som sikrer opprettholdelsen av ventilen i sin lukkede stilling, noe som sikrer tettheten.

Når den lineære aktuator 42 startes for å betjene åpningen av ventilen (fig. 3), omfatter de krefter som skal bli overvunnet av aktuatoren ikke kraften av trykkfjæren 54, idet denne er en del av betjeningsorganet 46. Tettheten av ventilen i dennes lukkede stilling er således sikret uten at den kraft som er nødvendig for å betjene ventilen blir øket.

Ved den ventil som har blitt beskrevet ovenfor, tillater det fleksible blad 32 oppnåelse av det best mulige kompromiss mellom en god motstand mot ytre krefter som er orientert langs den fiktive aksel 33, og mot krefter langs hevarmens akse (på grunn av det innvendige trykk i ventilen som utøves mot belgen) og en svak motstand mot vipping av hevarmen 30 om denne akse. Det skal bemerkes at tykkelsen av bladet 32 kan være konstant, som vist på figurene, eller evoluteformet for å være tilpasset de karakteristikker som det ønskes å gi systemet.

Generelt er oppnåelsen av optimale ytelser (elektrisk ytelse og minst mulige responstider) betinget av optimaliseringen av geometriske parametere av deri innretning til overføring av bevegelser som utgjøres av hevarmen 30, som er montert på det fleksible blad 32.

Således er forholdet mellom den ytre hevarm II og den indre hevarm 12 av den bevegelige hevarm 30 på hver side av dennes fiktive dreieaksel 33, optimalisert for å oppnå det best mulige kompromiss mellom den kraft som skal overvinnes av aktuatoren 42 og slaget av klaffen 34. Generelt velges det minimale slag av klaffen på en slik måte at trykktapene nær setet er akseptable, noe som fastlegger forholdet mellom vippevinkelen a av hevarmen 30 under åpningen av ventilen (fig. 2) og den indre hevarm 12 av hevarmen 30. Fortrinnsvis gis forholdet mellom den ytre hevarm 11 og den indre hevarm 12 en stor verdi for å minimalisere den kraft som skal bli overvunnet av aktuatoren. Dette øker imidlertid den ønskede bevegelsesvei for aktuatoren 42 på en slik måte at et kompromiss må bli funnet som en funksjon av den elektriske kraft eller ytelse og den tilstrebede eller tilsiktede respons- eller reaksjonstid.

Forøvrig er de geometriske dimensjoner av det fleksible blad 32, d.v.s. dettes tykkelse e, dets høyde h i retningen for hevarmens lengdeakse og dets tykkelse 10 mellom hevarmen 30 og det rørformede parti 22 (fig. 2) optimalisert. Hensikten med denne optimalisering er å redusere til akseptable verdier dreiemomentet som er proporsjonalt med h-e3-a/10 og som er nødvendig for å føre bladet til den åpne stilling av ventilen som er vist på fig. 3 (reduksjon av krefter som skal overvinnes), skjærkraften eller skjær-spenningen som er proporsjonal med e-a/10 i bladet 32, og som er frembrakt av denne torsjon (bedring av bladets oppførsel) og torsjonskraften eller torsjonspenningen som er proporsjonal med 10/(e-h<2>) i bladet 32, og som er frembrakt ved påvirkningen av fluidtrykket mot belgen 38 (bedring av bladets oppførsel, stivhet eller holdekraft).

Det beste kompromiss består i å gjøre h og bredden 10 av det fleksible blad 32 maksimale under hensyntagen til dimensjonskravene, og å gi tykkelsen e av bladet den minst mulig, akseptable verdi under hensyntagen til bøynings-fastheten. Opphøyet i tredje potens inngår denne tykkelse e av bladet i balanse eller helhet av krefter som skal bli overvunnet av aktuatoren, på en slik måte at en reduksjon av denne vesentlig bedrer ytelsen.

Ved den ovennevnte ventil danner den bevegelige hevarm 30 og det fleksible blad 32 en anordning til overføring av bevegelser med liten amplitude, mellom aktuatorens betjeningsorgan 46 som blir beveget frem og tilbake langs skyverens lengdeakse 48, og klaffen 34 som blir beveget frem og tilbake langs en sirkulær bane med sentrum på den fiktive aksel 33.

Som angitt ovenfor kan denne anordning til overføring av bevegelser bli . benyttet ved andre anvendelser, for å overføre bevegelser mellom to organer som kan bli beveget frem og tilbake med liten amplitude langs to retninger som løper i det samme plan, men som ikke flukter. Fra dette synspunkt skal det bemerkes at dersom forskyvningen av klaffen 34 og forskyvningen av bevegelsesorganet 46 blir utført i to retninger som løper hovedsakelig parallelt i den ovennevnte ventil, er ikke denne karakteristikk kategorisk. Hevarmen 30 kan i virkeligheten bli gitt en form som ikke en lineær, noe som tillater sikring av en overføring av bevegelser mellom to organer hvis forskyvninger løper i det samme plan, men som ikke er innbyrdes parallelle.

Claims (11)

1. Anordning til overføring av bevegelser mellom to organer (34,46) som er innrettet til å bli beveget frem- og tilbake med liten amplitude i to retninger, som løper i samme plan, men som ikke er innbyrdes innrettet, hvor anordningen omfatter et stasjonært hus (10) og en bevegelig hevarm (30), som forbinder de to organer, karakterisert ved at det mellom hevarmen (30) og det stasjonære hus (10) er innsatt et fleksibelt blad (32) som i en upåvirket tilstand befinner seg i et plan, som løper vinkelrett på det plan som omfatter de nevnte retninger, og gjennom en lengdeakse av hevarmen.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det fleksible blad (32) forbinder hevarmen (30) med partier av det stasjonære hus (10) som befinner seg på hver side av hevarmen (30).

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det fleksible blad (32) er montert i et rørformet parti (22) av det stasjonære hus (10) og festet ved.to diametralt motsatte steder eller generatriser, og at hevarmen (30) løper gjennom aksen av det rørformede parti (22) når bladet (32) befinner seg i sin upåvirkede tilstand.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det fleksible blad (32) er festet til hevarmen (30) og til det stasjonære hus (10).

5. Ventil som omfatter - et stasjonært hus (10), hvori det er tildannet minst ett ventilsete (18), og - minst én bevegelig hevarm (30), karakterisert ved at et sentralt parti av hevarmen (30) er montert på det stasjonære hus (10) via et plant, fleksibelt blad (32) som i sin upåvirkede tilstand løper gjennom en lengdeakse av hevarmen (30), og at ventilen videre omfatter - en lineær aktuator (42) som er forsynt med et betjeningsorgan (46), som samvirker med et første endeparti av hevarmen (30), og som er innrettet til å bli satt i en frem- og tilbakegående bevegelse med liten amplitude i en retning som løper i et plan, som står vinkelrett på planet for det fleksible blad (32), og - en ventilklaff (34), som er montert på et annet endeparti av hevarmen (30), slik at den ligger an mot setet (18) når det fleksible blad (32) befinner seg i sin upåvirkede tilstand.

6. Ventil ifølge krav 5, karakterisert ved at det fleksible blad (32) forbinder hevarmen (30) med partier av det stasjonære hus (10) som befinner seg på hver sin side av hevarmen (30).

7. Ventil ifølge krav 6, karakterisert ved at det fleksible blad (32) er montert i et rørformet parti (22) av det stasjonære hus (10) og festet ved to diametralt motstående steder eller generatriser, og at hevarmen (30) løper gjennom aksen av det rørformede parti (22) når bladet (32) befinner seg i sin upåvirkede tilstand.

8. Ventil ifølge krav 7, karakterisert ved at det annet endeparti av hevarmen (30) befinner seg i et kammer (12), som er tildannet i det stasjonære hus (10), og som er delvis avgrenset av en tetningsbelg (38), som er innsatt mellom hevarmen (30) og det rørformede parti (22) av det stasjonære hus (10).

9. Ventil ifølge krav 8, karakterisert ved fluidinnløps- og utløpspassasjer (14,16), som er tildannet i det stasjonære hus (10), og som munner ut i kammeret direkte respektive via setet (18).

10 Ventil ifølge krav 5, karakterisert ved. at det fleksible blad (32) er festet til hevarmen (30) og til det stasjonære hus (10).

11. Ventil ifølge krav 5, karakterisert ved at betjeningsorganet (46) omfatter en skyver (48) og elastiske midler (54) som motsatt påvirker det første endeparti av hevarmen (30) på en slik måte at de elastiske midler (54) opprettholder ventilklaffens (34) anlegg mot setet (18), og at skyveren (48) er adskilt fra . hevarmens (30) første endeparti ved en klaring når den lineære aktuator (42) befinner seg i en tilstand, hvori den lukker ventilen.