NO329075B1 - Forsterkningsaktuator - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår innretninger beregnet for å bli aktivert av et lavenergiinntak og som yter en høy energi til innretningen som skal aktiveres. Nærmere bestemt angår den foreliggende oppfinnelse en forsterkningsaktuator som anvender mekanisk lagret energi for å bevege en aktuatorstang med en kraft og slaglengde tiltrekkelig til å aktivere forskjellige typer av innretninger.

De som er involvert i systemkonstruksjoner har lenge krevet innretninger som tilveiebringer en forsterkning eller energinivåøkning for å aktivere en innretning. Elektrisk energiinntak til en solenoid er direkte proporsjonal med utgangskraften, som praktisk talt begrenser bruken av solenoider i konvensjonelle elektriske systemer med liten kraft. En forholdsvis liten og billig elektrisk solenoid kan sende ut et signal som kan skyve en solenoidplunger, selv om plungerens kraft og/eller skyvelengde i mange tilfeller er utilstrekkelig til å aktivere innretningen som den er beregnet for. Følgelig har det blitt brukt forsterkninger mellom slike lavenergiprodukter, så som solenoider, og en innretning som skal aktiveres for å tilveiebringe det ønskede energinivå for å aktivere den tilsiktede innretning.

I brannsikringsindustrien har forskjellige systemer blitt konstruert slik at trykksatt gass kan frigjøres når innretningen blir aktivert manuelt eller automatisk. I noen anvend-elser kan en forsterker eller forsterkningsaktoator være anbrakt mellom en solenoid og en ventil, hvor ventilen igjen blir aktivert for å frigjøre midler, så som C02eller en blanding av nitrogen, argon og karbondioksid, inn i fareområdet.

Forsterkningsaktuatorer fra den kjente teknikk har brukt magnetiserte komponenter for å holde aktuatoren i den innstilte eller armerte posisjon. Mange av disse aktuatorer krever en inntakskraft som er proporsjonal med den ønskede utgangskraft, eller krever ytterligere elektrisk krets for å returnere aktuatoren til den innstilte posisjon.

Aktuatorer fra den kjente teknikk omfatter også trykksatte gasspatroner som blir punktert slik at frigjøring av den trykksatte gass som reaksjon på punkteringen kan anvendes for å aktivere en pneumatisk innretning som frigjør gassmiddelet til fareområdet. Andre typer av aktuatorer benytter eksplosive komponenter for å generere den økede energi for å aktivere en ventil eller på annen måte frigjøre gassmiddelet til fareområdet.

Mange forsterkningsinnretninger fra den kjente teknikk har betydelige ulemper som har begrenset deres bruk. Forsterkningsinnretninger fra den kjente teknikk er forholdsvis komplekse og/eller er ikke helt pålitelige, og andre innretninger kan ikke lett tilbakestilles. I andre forsterkningsinnretninger er det vanskelig å variere kraften som aktiverer forsterkningsinnretningen og/eller å variere utgangskraften fra forsterkningsinnretningen. Ulempene ved den kjente teknikk blir overvunnet med en forbedret forsterkningsakutator som angitt i krav 1, og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnede del av kravet.

I en typisk anvendelse kan forsterkningsaktuatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse være anbrakt mellom en solenoid og en ventil. Aktuatorlegemet rommer en kam-stang eller kraftinntaksdel som er forspent av en skruefjær til den startende inntaksposisjon. Legemet rommer også en aktuatorstang eller kraftutgangsdel som er forspent til den aktiverte utgangsposisjon av flere flate fjærkiler. Flere ledd anbrakt med mellomrom langs omkretsen innkopler kraftinntaksdelen ved en ende og kraftuttaksenden ved den andre ende, og styring av frigjøringen av kraften fra de flate fjærkiler til utgangsdelen som reaksjon på bevegelse av kamstangen. I en annen utførelse er det tilveiebrakt en elektrisk coil rundt kamstangen slik at det tilveiebrakte en kombinasjon av solenoid og forsterker.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forsterk-ningsapparat med en kraftinntaksdel og en kraftutgangsdel som hver er bevegelig i forhold til aktuatorlegemet, en forspenningsdel for forspenning av kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon, og minst én leddel mellom kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen og svingbart bevegelig i forhold til legemet fra den innkoplede posisjon til en frakoplet posisjon for frigjøring av kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon som reaksjon på forspenningsdelen. Leddelen innkopler både kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen, og kan samvirke med utsparinger i inntaksdelen og utgangsdelen for å oppnå den ønskede funksjon.

Det er et annet trekk ved oppfinnelsen å tilveiebringe en forsterkningsaktuator med en kraftinntaksdel, en forspenningsdel med liten kraft for utøvelse av en forspenningskraft på inntaksdelen, en kraftutgangsdel, en annen forspenningsdel for utøvelse av en stor forspenningskraft på kraftuttaksdelen, og en leddel mellom kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen. Styring av aktuatoren kan oppnås pålitelig ved tilveiebringelse av to forspenningsdeler som hver utøver en kraft uavhengig av den andre forspenningsdel på inntaksdelen eller utgangsdelen.

Det er et trekk ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en forsterkningsaktuator hvor utgangskraften fra aktuatoren lett kan reguleres uten omkonstruering av resten av aktuatoren. Dessuten er forandringen i utgangskraften uavhengig av energien som kreves for å utløse aktivering av forsterkeren, og inntaksenergien som kreves for å utløse aktuatoren kan velges separat uten hensyn til kravene til ytelse fra aktuatoren.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er at forsterkningsaktuatoren er meget pålitelig, og kan tilbakestilles uten bruk av elektriske innretninger. Tilbakestillingen kan utføres hurtig og lett, og ingen utskifting av deler er nødvendig.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en forsterkningsaktuator hvor det er tilveiebrakt en solenoidcoil for å regulere bevegelse av kraftinntaksdelen i forhold til aktuatorlegemet.

Det er en fordel ved oppfinnelsen at forsterkningsapparatet er meget pålitelig og kan fremstilles økonomisk. Forsterkningslegemet forsegler fortrinnsvis de innvendige komponenter fra omgivelsene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utfør-elseseksempler og under henvisning til tegningene, der

fig. 1 er et forenklet snittriss av en forsterkningsaktuator ifølge den foreliggende oppfinnelse anbrakt mellom en elektrisk aktivert solenoid og en ventil som er koplet til et trykksatt gassystem,

fig. 2 er et snittriss av en forsterkningsaktuator som vist på fig. 1, hvor et innvendig parti av legemet har blitt fjernet av klarhetsgrunner,

fig. 3 er et snittriss av legemet vist på fig. 2,

fig. 4 er et annet snittriss av legemet, som viser føringene med mellomrom for mottak av hver av de fire leddeler,

fig. 5 er et sideriss av en passende forsterker tilbakestillingsinnretning,

fig.6 er et sideriss av et parti av en alternativ utførelsesform med en elektrisk coil som omgir kamstangen.

På fig. 1 kan forsterkningsaktuatoren 10 være gjenget festet i en ende av legemet av et solenoid 12 eller annen elektrisk aktivert innretning, og kan samtidig være koplet ved dens motsatte ende til en ventil 14, hvor ventilen 14 er tilsiktet å frigjøre gass til et område som svar på en avfølt farefull tilstand. Forsterkningsapparatet kan derfor anvendes i forbindelse med et elektrisk system med forholdsvis lav energi som overvåker det omgivende miljø, og yter et elektrisk signal for å aktivere solenoiden 12 som reaksjon på avfølt tilstand for å frigjøre en valgt gass, for eksempel for slukking av en brann. Som vist på fig. 1 omfatter solenoiden 12 en plunger 13 som er bevegelig i forhold til legemet 20 av forsterkningsaktuatorenheten 10. Aktuatoren 10 mottar dette lavenergiinntak, og yter en høy energi for å styre ventilens 14 plunger 15 for derved å aktivere ventilen 14 for å frigjøre komprimert gass til omgivelsene.

Aktuatoren 10 som vist på fig. 2 omfatter et legeme 20 som har en kraftmot-takende inntakende 22 og en kraftleverende utgangsende 24. Den ytre hylsen 25 kan være tilveiebrakt for innkopling med konvensjonelle tetninger 26 for å forsegle det indre av legemet. Kamstangen eller kraftinntaksdelen 28 er bevegelig i forhold til legemet fra en startende inntaksposisjon som vist på fig. 2 til en aktivert utgangsposisjon som reaksjon på bevegelse av solenoidplungeren. Kraftutgangsdelen 30 er samtidig bevegelig i forhold til legemet fra den startende utgangsposisjon som vist på fig. 2 til en aktivert utgangsposisjon. Fire ledd 32 er anbrakt med like mellomrom med intervaller på 90° rundt både kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen, og hver er svingbar om pinnen 34 som er støttet på legemet 20. Coilfjæren 46 forspenner kraftinntaksdelen til den startende inntaksposisjon, og flere flate fjærkiler, så som fjærkilene 48, forspenner utgangsdelen 30 til den aktiverte utgangsposisjon.

Kraftinntaksdelen 28 er forseglet med legemet av en konvensjonell O-ring 50, og er i den startende inntaksposisjon forspent av coilfjæren 46 for å innkople skulderen 52 på legemet. Inntaksdelen 28 omfatter en ringformet utsparing 54 for opptak av den øvre ende av hver av leddelene 32 når de er i den frakoplede posisjon, slik at det tillates frigjøring av kraftutgangsdelen 30 som normalt holdes i den startende posisjon av den nedre ende av hver leddel. Som vist på fig. 2 kan en øvre rulle 56 være tilveiebrakt ved den øvre ende av hvert ledd 32, og en liknende rulle 58 kan være tilveiebrakt ved den nedre ende av hvert ledd. Når aktuatoren er i startposisjonen, innkopler derfor hver av de øvre ruller den sylindriske utvendige flate 64 av inntaksdelen 28, mens hver nedre rulle 58 tilpasses minst delvis med den ringformede utsparing 66 i kraftutgangsdelen 30. Hver rulle er montert roterbar på et ledd med en respektiv pinne 60 som er festet til leddet, og hvert ledd i seg selv er svingbar om pinnen 34 som er støttet på aktuatorlegemet 20. Posisjonen av inntaksdelen 28 holder derfor hver av de fire ledd i posisjonen som vist på fig. 2, som igjen hindrer bevegelse nedover av kraftutgangsdelen 30 som reaksjon på de flate fjærkiler 48.

En stopplate 62 har en sentral åpning deri, dimensjonert for å oppta plungeren 68 av kraftutgangsinnretningen 30, hvor stopplaten er sammenkoplet med legemet ved hjelp av gjenger 70. Det kan være tilveiebrakt konvensjonelle punkter 72 i stopplaten for opptak av et passende verktøy for å gjenge stopplaten på plass, med den endelige posisjon av stopplaten hvilende mot låseringen 74. En O-ring 76 er holdt i posisjon inne i stopplaten av en kombinasjon av støttering og holdering 78, og tilveiebringer tettende innkopling mellom plungeren 68 og stopplaten 62.

Det er et spesielt trekk ved oppfinnelsen at kraften som kreves for å bevege inntaksdelen 28 lett kan justeres ved å variere valget av skruefjæren 46. Skruefjæren er dimensjonert slik at forsterkningsaktuatoren ikke utilsiktet blir aktivert som reaksjon på vibrasjon, rystelse og andre krefter som vanligvis overføres til et system. Valget av antallet av coiler og materiale i coilene for fjæren 46 er imidlertid uavhengig av valget av forspenningsdel en 48, som fortrinnsvis er flere flate fjærkiler. Antallet av flate fjærkiler og retningen av disse fjærer i forhold til hverandre på virker kraften og lengden som vil bevege kraftutgangsdelen til den aktiverte posisjon, for derved å la plungeren strekke seg fra stopplaten, og i et eksempel på anvendelse aktivere ventilen som vist på fig. 1. For dette eksempel på anvendelse vil det være klart at kraftutgangsdelen kan bevege seg fra startposisjonen som vist på fig. 2 til en posisjon hvor overflaten 81 innkopler låseringen 74. Denne bevegelse av kraftutgangsdelen 30 til den aktiverte utgangsposisjon resulterer dermed når hver av rullene 58 beveger seg ut av inngrep med utsparingen 66 slik at hver av rullene 58 ruller ut av utsparingen og til inngrep med den sylindriske flate 67 på kraftutgangsdelen 30. Samtidig ruller de øvre ruller 56 ut av inngrep med den sylindriske flate 64 i kraftinntaksdelen og ruller delvis i det minste innenfor den ringformede utsparing 56 dimensjonert til å oppta disse ruller. Denne virkning bevirker dermed svinging av leddene 32 til å frigjøre kraftutgangsdelen til den aktiverte posisjon.

Fig. 3 viser i nærmere detalj konstruksjonen av et passende aktuatorlegeme 20, og særlig hulrommet 80 for opptak av flate fjærkiler 48. Den øverste flate fjærkile som vist på fig. 2 hviler derfor mot flaten 82 som vist på fig. 3. Fig 3 og 4 viser også fire par føringsplater 86 og 88 anbrakt med mellomrom langs omkretsen, for derved å tilveiebringe en slisse 90 derimellom for opptak av et passende ledd 32. Fig. 4 viser også de fluktende gjennomgående porter i hvert par av føringsplater for opptak av en passende leddpinne 34. Den nedre flens 94 av legemet 20 kan ha en passende ytre utforming så som en sekskant for inngrep med et vanlig verktøy for å lette gjengeforbindelse av legemet 20 til en solenoid.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at innsiden av legemet 20 og dermed hver av de bevegelige komponenter inne i legemet er forseglet fra omgivelsen rundt, som oppnås med de konvensjonelle tetninger 26 som tetter mellom hylsen 25 og legemet, og med tetningene 50 og 76 som tetter med henholdsvis kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen. En tilstrekkelig tetning kan skapes mellom legemet 20 og stopplaten 62 på grunn av inngrep mellom gjengene, selv om en ytterligere O-ring tetning kan tilveiebringes for tetning mellom stopplaten og legemet dersom det er ønskelig.

I en foretrukket utførelsesform er minst tre leddeler anordnet langs omkretsen omkring kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen. Tre leddeler med intervallavstand på 120° tilveiebringer stor pålitelighet ved fordeling av tilførte krefter likt omkring inntaksdelen og utgangsdelen. En foretrukket utførelsesform som vist på tegningene benytter fire leddeler med mellomrom i intervaller på 90°. Rullene 56 og 58 tilveiebrakt ved en ende av leddelene reduserer friksjonskrefter når leddelene beveges fra en innkoplet posisjon som vist på fig. 2 for å holde kraftutgangsdelen 30 i den startende utgangsposisjon til en frakoplet posisjon som frigjør kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon. I alternative utførelsesformer kan rullene elimineres, eller kan erstattes med andre konvensjonelle deler beregnet for å redusere friksjon med kraftinntaksdelene og kraftutgangs-delene.

Coilfjæren 46 virker mellom kraftutgangsdelen 30 og kraftinntaksdelen 28. Kraften fra denne fjær kan lett endres uten å modifisere andre komponenter av forsterkningsaktuatoren for å forandre kraften som kreves for å aktivere forsterkeren 10. På samme måte kan størrelse, retningen og antallet av flate fjærkiler 48 endres for å innvirke på skyvelengden og/eller kraften som vil bli utøvet av plungeren 68 når den beveger seg til aktivert utgangsposisjon. Alternative typer av fjærer eller andre forspenningsdeler kan benyttes.

Forsterkningsaktuatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en mekanisk atskillelse av inntaksdelen og utgangsdelen. Fjæren 46 forspenner inntaksdelen til startposisjonen, men dette utøver en liten kraft på utgangsdelen sammenliknet med forspenningen av fjærene 48. Ved ikke å tilveiebringe noen direkte mekanisk forbindelse mellom inntaksdelen og utgangsdelen blir de reaktive krefter på ventilen som overføres tilbake til kraftutgangsdelen under aktivering av forsterkeren hindret fra å bli overført til kraftinntaksdelen og deretter til solenoiden. Coilfjæren isolerer dermed de reaktive krefter på utgangsdelen fra kreftene tilført til inngangsdelen, og det kan derfor anvendes en låsende solenoidmekanisme for å aktivere forsterkeren uten fare for skade fra disse reaktive krefter.

Så snart forsterkeren er aktivert kan den lett tilbakestilles uten bruk av elektriske innretninger, og uten utskifting av deler. Etter at ventilen 14 har blitt fjernet fra forsterkerlegemet, kan en tilbakestillingsinnretning 94 som vist på fig. 5 bli koplet til gjengene 70 på legemet. Etter tilbakestillingen går det ytre legeme 96 med bunnen ut mot stoppflaten 62, og bolten 98 kan dreies i forhold til det ytre legeme 96 for å skyve frem tuppen 97 mot stopplaten 62. Tuppen 97 blir dermed drevet til inngrep med enden av plungeren 68, som dermed driver kraftutgangsdelen 30 tilbake til startposisjonen som vist på fig. 2. Returen av kraftinntaksdelen til startposisjonen øker også kraften på coilfjæren for å returnere kraftinntaksdelen til startposisjonen.

Fig. 6 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor det er tilveiebrakt en kombinasjon av solenoid og forsterkningsaktuator. Det parti av forsterkeren 10 til høyre for kraftinntaksdelen 128 kan være som beskrevet ovenfor. I denne utførelsesform er det imidlertid tilveiebrakt en forlengelse av kraftinntaksdelen slik at den forlengede lengde-kraftinntaksdel 128 er beliggende innenfor en solenoidcoil 114. Solenoidcoilen kan også betegnes som en magnetisk låseundersammenstiIling, som mottar elektrisk kraft for selektiv bevegelse av inntaksdelen 128. For fagfolk på området ville det være klart at en forlenget lengdekratfinntaksdel kan anvendes som vist, eller en mekanisk sammenkopling i to deler eller flere deler laget mellom solenoidplungeren og kraftinntaksdelen. Aktivering av coilen 114 starter derfor bevegelse av solenoidplungeren, som i dette tilfelle er kraftinntaksdelen 128. Kraftinntaksdelen 128 omfatter en stopper 130 for innkopling med flaten 132 for å begrense bevegelsen av kraftinntaksdelen. Fig. 6 viser hylsen 134 som omslutter solenoiden 114, og legemet 136 som forbinder hylsen 134 med hylsen 25.

Selv om en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i detalj, vil det være klart at fagfolk på området vil foreta modifikasjoner og tilpasninger av den foreslåtte utførelse. Imidlertid må dette tydelig forstås slik at slike modifikasjoner og tilpasninger ligger innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse som angitt i de etterfølgende krav.

Claims (15)

1. Forsterkningsaktuator (10) for opptak av et inntak med lav energi og ytelse av en utgang med høy energi for å drive en innretning, hvor forsterkeren omfatter: et legeme (20) som har et kraftopptakende inntaksende (20) og en kraftleverende utgangsende (24), en kraftinntaksdel (28) som er lineært bevegelig inne i legemet som direkte reaksjon på det lave kraftinntak fra en startende inntaksposisjon til en aktivert inntaksposisjon, en kraftutgangsdel (30) som er lineært bevegelig inne i legemet som reaksjon på bevegelse av kraftinntaksdelen fra en startende utgangsposisjon til en aktivert utgangsposisjon, hvor kraftutgangsdelen er bevegelig uavhengig i forhold til kraftinntaksdelen, en utgansforspenningsdel (48) for forspenning av kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon, og minst en leddel (32) som strekker seg mellom kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen, og som er bevegelig i forhold til legemet fra en innkoplet posisjon for å holde kraftutgangsdelen i startutgangsposisjonen til en frakoplet posisjon for frigjøring av kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon, hvor den minst ene leddel har en inntaksende som innkopler kraftinntaksdelen og en utgangsende som innkopler kraftutgangsdelen,karakterisert vedat den minst ene leddel (32) er roterbart forbundet med legemet (20) ved et svingested på leddelen mellom inntaksenden og utgangsenden.

2. Forsterkningsaktuator ifølge krav 1,karakterisert vedat den omfatter en inntaksforspenningsdel (46) inne i legemet for forspenning av kraftinntaksdelen til den startende inntaksposisjon.

3. Forsterkningsaktuator ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat kraftutgangsdelen omfatter en utgangsdelutsparing (66) for opptak av en utgangsende av leddelen når den er i den innkoplede posisjon.

4. Forsterkningsaktuator ifølge krav 3,karakterisert vedat kraftinntaksdelen omfatter en inntaksdelutsparing (54) for opptak av en øvre ende av leddelen når den er i den frakoplede posisjon, for derved å tillate fråkopling av utgangsenden av leddelen fra utgangsdelutsparingen.

5. Forsterkningsaktuator ifølge krav 1-4,karakterisert vedat minst tre leddeler som hver er svingbar i forhold til legemet er anordnet langs omkretsen rundt kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen.

6. Forsterkningsaktuator ifølge krav 5,karakterisert vedat fire leddeler er anbrakt med mellomrom langs omkretsen i intervaller på omtrent 90° omkring kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen.

7. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat utgangsforspenningsdelen omfatter flere flate fjærkiler.

8. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat den omfatter en elektrisk coil (114) som omgir kraftinntaksdelen slik at en forandring i elektrisk energi til coilen beveger kraftinntaksdelen til den aktiverte inntaksposisjon.

9. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat hver av inntaksenden og utgangsenden av den minst ene leddel er forsynt med en rulle (56, 58) for innkopling av henholdsvis kraftinntaksdelen og kraftutgangsdelen.

10. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat den kraftleverende utgangsende av legemet har gjenger, og en tilbakesti 1 lingsdel (94) gjenget til den leverende utgangsende er dreid i forhold til legemet for ved kraft å innkople kraftutgangsdelen for å bevege kraftutgangsdelen fra den aktiverte posisjon til startposisjonen.

11. Forsterkningsaktuator ifølge krav 3,karakterisert vedat den minst ene leddel er bevegelig fra en innkoplet posisjon for å holde kraftutgangsdelen i den startende utgangsposisjon til en frakoplet posisjon for frigjøring av kraftutgangsdelen til den aktiverte utgangsposisjon.

12. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat den omfatter en tetning (50) mellom legemet og kraftinntaksdelen.

13. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat inntaksforspenningsdelen er en skruefjær, og utgangsforspenningsdelen omfatter flere flate fjærkiler.

14. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat den videre omfatter en elektrisk aktivert innretning fra hvilken inntaket med lav energi blir opptatt, og anordning for frigjøring av trykksatt gass som reaksjon på utgangen med høy energi.

15. Forsterkningsaktuator ifølge foregående krav,karakterisert vedat en sentral akse av kraftinntaksdelen er i det vesentlige i flukt med den sentrale akse av kraftutgangsdelen.