NO341301B1

NO341301B1 - Elektriske aktuatorer med internt belastningsapparat

Info

Publication number: NO341301B1
Application number: NO20120580A
Authority: NO
Inventors: Ross A Schade; Thomas Pesek; John Stanley Bandas
Original assignee: Fisher Controls Int Llc
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2017-10-02
Also published as: US8408518B2; RU2559060C2; AU2010318536A1; JP5744896B2; JP2013511007A; US20110115319A1; AU2010318536B2; NO20120580A1; JP6068551B2; EP2499411A1; CA2780882A1; CN102686923A; RU2012123456A; BR112012011408A2; MX2012005603A; CN102686923B; WO2011059678A1; CA2780882C; JP2015158276A; EP2499411B1

Description

PATENTETS OMFANG

[0001] Den aktuelle offentliggjøringen relaterer seg generelt til elektriske aktuatorer og mer bestemt til elektriske aktuatorer med interne belastningsapparater.

BAKGRUNN

[0002] Kontrollventiler (f. eks. glidestammeventiler) brukes vanligvis i prosessregule-ringssystemer for å regulere prosessvæskestrømmen. En kontrollventil har vanligvis en aktuator (f.eks. en elektrisk aktuator, hydraulisk aktuator, osv.) som automatiserer bruken av kontrollventilen. Glidestammeventiler som sluseventiler, kuleventiler, membranventiler, klemventil og vinkelventiler, har vanligvis en ventilstamme (f. eks. en glidestamme) som drives av en del som regulerer væskestrømmen (f. eks. en ventilplugg), mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon.

[0003] Elektriske aktuatorer benytter ofte en motor som er operativt koplet til en del som regulerer væskestrømmen, via et drivsystem (f.eks. ett eller flere tannhjul). Under drift, når motoren tilføres strøm, beveges den elektriske aktuatoren delen som regulerer væskestrømmen, mellom en lukket posisjon og en åpne posisjon for å regulere væskestrømmen gjennom en ventil. Når ventilen er lukket, er vanligvis delen som regulerer væskestrømmen, konfigurert for å tette mot en ringformet eller perifer tetning (f.eks. et ventilsete) som er plassert i væskstrømbanen for å hindre væske-strømning mellom ventilens inntak og utløp.

[0004] Når ventilen er i lukket posisjon og motoren tilføres strøm, tilfører vanligvis motoren nok setebelastning til delen som regulerer væskestrømmen, for å sikre at delen som regulerer væskestrømmen, tetter mot et ventilsete på ventilen. Når motoren ikke tilføres strøm, kan drivsystemet (f.eks. snekkehjul) opprettholde posisjonen til delen som regulerer væskestrømmen, i forhold til ventilsetet og hindre vesentlig bevegelse av delen som regulerer væskestrømmen, i revers eller motsatt retning (f.eks. vekk fra ventilsetet). Det er imidlertid mulig at drivsystemet ikke påfører delen som regulerer væskestrømmen, nok eller tilstrekkelig setebelastning for å sikre at delen som regulerer væskestrømmen, tetter mot ventilsetet. Som et resultat, kan væske lekke gjennom ventilen mellom ventilens inntak og utløp. US 6,471,182 Bl omhandler kontrollventiler for varme- og kjølesystemer. DE 8530979 Ul, US 2007/0017577 Al, US 2004/0134665 Al og WO 2008/119189 Al angir annen bakgrunnsteknikk.

SAMMENDRAG

[0005] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. I ett eksempel har en elektrisk aktuator et hus med et hulrom som inneholder et drivsystem og en drivaksel som er operativt koplet til drivsystemet. Drivsystemets rotasjon i en første rotasjonsretning fører til at drivakselen beveger seg i en første rettlinjet retning, og drivsystemets rotasjon i en andre rotasjonsretning fører til at drivakselen beveger seg i en andre rettlinjet retning som er motsatt av den første rettlinjede retningen. Et biaselement er operativt koplet til drivsystemet på en måte der minst en del av drivsystemet beveger seg aksialt mot biaselementet for å bøye av biaselementet når drivakselen er i slagets sluttposisjon, for å belaste drivakselen når strømforsyningen fjernes fra den elektriske aktuatoren.

[0006] I ett annet eksempel har et belastningsapparat som brukes sammen med en elektrisk aktuator, et drivverk som er operativt koplet til et drivsystem på den elektriske aktuatoren. Drivverket roterer i en første retning og en andre retning, og drivverket beveger seg mellom en første rettlinjet posisjon og en andre rettlinjet posisjon. En drivaksel er operativt koplet til et drivverk slik at drivverket får drivakselen til å bevege seg i en første rettlinjet retning når drivverket roterer i den første retningen og drivverket får drivakselen til å bevege seg i en andre rettlinjet retning når drivverket roterer i den andre retningen. Et biaselement er plassert mellom drivverket og en seteflate slik at når drivverket roterer i den første retning og drivakselen når slagets sluttposisjon i den første rettlinjede retningen, fortsetter drivverket å rotere rundt drivakselen i den første retningen og beveger seg aksialt i forhold til drivakselen fra den første rettlinjede posisjonen til den andre rettlinjede posisjonen for å bøye av biaselementet.

[0007] I enda ett annet eksempel har et belastningsapparat som brukes sammen med en elektrisk aktuator, en innretning for å gjøre drivsystemets rotasjonsbevegelse om til en rettlinjet bevegelse på drivakselen. Belastningsapparatet har også en innretning for å påføre en setebelastning på en væskeventildel som regulerer væskestrømmen og som er koplet til drivakselen når delen som regulerer væskestrømmen, tetter mot et ventilsete på væskeventil, og strømforsyningen er fjernet på en motor. I tillegg har belastningsapparatet en innretning for å bøye av på der minst en del av innretningen gjør om rotasjonsbevegelsen aksialt i forhold til drivakselen mot innretningen som påfører en setebelastning.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0008] FIG. IA illustrerer et eksempel på en kontrollventildel som beskrives i dette dokumentet i en åpen posisjon.

[0009] FIG. IB er en forstørret del av eksemplet på en aktuator i FIG. IA.

[0010] FIG. 2 illustrerer eksemplet på en kontrollventildel i FIG. IA, men viser den i lukket posisjon der biaselementet ennå ikke er avbøyet.

[0011] FIG. 3A illustrerer eksemplet på en kontrollventildel i FIG. 1 og 2 der den vises i lukket posisjon der biaselementet ennå ikke er avbøyet.

[0012] FIG. 3B er en forstørret del av eksemplet på en aktuator i FIG. 3A.

[0013] FIG. 4A og 4B illustrerer en forstørret del av et eksempel på en aktuator som beskrives i dette dokumentet og som vises i henholdsvis en første og en andre posisjon.

[0014] FIG. 5 A-5C illustrerer et annet eksempel på en kontrollventildel som er implementert med eksemplene på en aktuator i FIG. IA, IB, 2, 3A og 3B.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0015] Generelt påfører eksemplene på elektriske aktuatorer som beskrives i dette dokumentet, en setebelastning på en væskeventil når strømforsyningen fjernes fra en drivmotor på aktuatorene. Eksemplene på elektriske aktuatorer som beskrives i dette dokumentet, påfører en setebelastning uten å bruke strøm. Mer bestemt kan eksemplene på elektriske aktuatorer ha et biaselement som er plassert inni et hus eller en hylse på aktuatoren for å påføre ventildelen som regulerer væskestrømmen en setebelastning, når delen som regulerer væskestrømmen, tetter mot et ventilsete og den elektriske aktuatoren (f.eks. en elektrisk motor) ikke får strøm. Biaselementet kan f.eks. implementeres med én eller flere fjærer som utøver en trykk for å påføre en setebelastning på delen som regulerer væskestrømmen, (f.eks. en ventilplugg) som er operativt koplet til den elektrisk aktuatoren når delen som regulerer væskestrømmen, tetter mot ventilsetet (f.eks. i lukket posisjon) og strømkilden ikke forsyner strøm til en motor på den elektriske aktuatoren.

[0016] I motsetning til dette anvender noen kjente elektriske aktuatorer en kompleks kombinasjon av biaselementer, clutcher og bremsesystemer som gir tilstrekkelig setebelastning når den elektriske aktuatoren er i en avbruddssikker tilstand. Med andre ord kan de kjente elektriske aktuatorene ha et biaselement for å bevege en ventildel som regulerer væskestrømmen, til en lukke posisjonen f.eks. ved et strømbrudd. Dermed beveger biaselementet delen som regulerer væskestrømmen, til den lukkede posisjonen dersom væskeventilen er i åpen posisjon når det skjer et strømbrudd. Disse kjente aktuatorene har imidlertid ofte komplisert oppbygging. I tillegg har noen av disse kjente aktuatorsystemene et avbruddssikkert apparat med en tannhjulsboks som kan koples fra for å kunne bruke det avbruddssikre apparatet. Med andre ord er det mest vanlig at drivdelen er operativt koplet fra f.eks. et tannhjulsdrev for å bruke det avbruddssikre apparatet. Tannhjulsbokser som kan koples fra, er imidlertid forholds-vise dyre, vanskelige å bruke, øker ventilens og aktuatordelens dimensjonale konvo-lutt og innebærer komplisert oppbygging. I tillegg er det mulig at det ikke er nødven-dig med et avbruddssikkert apparatet og/eller ønsket om å ha slike bruksområder. Dette innebærer unødig kostnadsøkning av kontrollventildelen.

[0017] FIG. IA illustrerer et eksempel på en kontrollventildel 100 som beskrives i dette dokumentet. Kontrollventildelen 100 har en elektrisk aktuator 102 som er operativt koplet til en væskeventil 104 via en hette 106. Væskeventilen 104 har et

ventilhus 108 med en væskestrømsbane 110 mellom et inntak 112 og et utløp 114. En del som regulerer væskestrømmen 116 (f.eks. en ventil plugg), er plassert inni væske-strømsbanen 110 og har en seteflate 118 som tetter mot et ventilsete 120 for å regulere strømmen gjennom et portområde eller en åpning 122 mellom inntaket 112 og utløpet 114. En ventilstamme 124 er koplet (f.eks. koplet med gjenger) til delen som regulerer væskestrømmen 116, ved en første ende 126 og er operativt koplet til den elektriske aktuatoren 102 i en andre ende 128. Hetten 106 er koplet til ventilhus et 108 og har et bor 130 som ventilstammen 124 skyves inn i. Hetten 106 har en ventiltetningsdel 132 som gir tetning for å motstå trykket fra prosessvæskestrømmen gjennom væskeventilen 104 for å hindre at prosessveske lekker forbi ventilstammen 124 og/eller for å beskytte miljøet mot utslipp av farlige eller forurensende væsker.

[0018] Aktuatoren 102 har et hus 134 med en først hylse 136 koplet til en andre hylse 138 via festeanordninger 140. Den første og andre hylsen 136 og 138 på hylsen 134 har et hulrom 142 som inneholder et drivsystem 144.1 dette eksempelet har drivsystemet 144 en motor 146 operativt koplet til en utgangshylse eller en drivaksel 148 via en akseltransmisjon 150. Akseltransmisjonen 150 gjør motorens 146 rotasjonsbevegelse om til en rettlinjet bevegelse på drivakselen 148.

[0019] Akseltransmisjonen 150 kan konfigureres til å forsterke dreiekraften som genereres av motoren 146 og overføre den forsterkede dreiekraften til drivakselen 148. Den forsterkede dreiekraften som overføres til drivakselen 148, fører til at delen som regulerer væskestrømmen 116, kan koples til ventilsete 120 med mer kraft og på den måten gir tettere forsegling med ventilsetet 120 for å hindre en væskestrøm gjennom ventilhuset 108 når delen som regulerer væskestrømmen 116, tetter mot ventilsetet 120 og motoren 146 forsynes med strøm. I tillegg kan en relativ liten motor 146 brukes for å drive delen som regulerer væskestrømmen 116, sammen med en akseltransmisjon som er konfigurert for å forsterke dreiekraften som genereres av motoren 146. Mengden forsterket dreiekraft som akseltransmisjonen 150 gir kan f.eks. variere avhengig av størrelsen (f.eks. diameter, antall tannhjulstenner, osv.) på tannhjulet. I enda andre eksempler kan motoren 146 være direkte koplet til drivakselen 148.1 en slik konfigurasjon med direkte driv, driver motoren 146 drivakselen 148 direkte uten noe mekanisme mellom den eller f.eks. en anordning som en akseltransmisjon 150 eller lignende.

[0020] Som vist har akseltransmisjonen 150 en tannhjulsoverføring eller en tannhjulsboks 152 som er plassert inni husets 134 hulrom 142. Motoren 146 er plassert inni hulrommet 142 til den elektriske aktuatoren 102 og er koplet til tannhjulsboksen (f.eks. huset til tannhjulsboksen 152) via f.eks. en festeanordning og/eller annen egnet / andre egnede festemekanisme(r). I andre eksempler kan imidlertid motoren 146 være koplet til aktuatorens 102 hus 134 med festeanordninger eller annen egnet / andre egnede mekanisme(r). I noen eksempler kan motoren 146 være koplet til en innvendig flate 154 på huset 134 eller en utvendig flate 156 på huset 134. Motoren 146 kan være en hvilken som helst motor som f.eks. en vekselstrømsmotor, en likestrømsmotor, en motor med varierende hastighet, en trinnmotor, en servomotor eller en hvilken som helst egnet motor eller drivdel. Tannhjulsboksen 152 kan også ha flere tannhjul (f.eks. tanndrev), et planetgirsystem eller et hvilket som helst annet egnet tannhjul eller en hvilken som helst annen akseltransmisjon for å gjøre motorens 146 rotasjonsbevegelse om til en rettlinjet bevegelse på drivakselen 148. Som beskrevet i mer detalj nedenfor, overføres eller beveges minst ett tannhjul i akseltransmisjonen 150 aksialt langs en akse 157 mellom en første posisjon og en andre posisjon.

[0021] I det illustrerte eksempelet nedenfor har akseltransmisjonen 150 et mellomgir 158 og et drivverk 160. Mellomgiret 158 er operativt koplet til en drivaksel 162 på motoren 146 og drivverket 160. Som vist, har drivverket 160 en del 164 som koples til tannhjulet og en annen del 166 (som f.eks. utgjør en del av delen som koples til tannhjulet 164) med en nedsenket åpning 168. Delen som koples til tannhjulet 164, har tannhjulstenner som griper inn i eller koples til tannhjulstenner på mellomgiret 158.1 tillegg har drivverket 160 en gjenget åpning 170 som gjenges sammen med drivakselen 148.

[0022] Drivakselen 148 er som vist, en skrue. Mer bestemt omfatter drivakselen 148 et sylindrisk hus 172 med en åpning 174 og en utvendig del med gjenger 176. En andre ende 128 på ventilstammen 124 plasseres i åpningen 174 på drivakselen 148. En flensmutter 178 koples med gjenger til en gjenget ende 180 på ventilstammen 124 for å ta imot og holde drivakselen 148 mellom en skulder 182 på ventilstammen 124 og flensmutteren 178. Den eksterne delen med gjenger 176 på drivakselen 148 koples med gjenger til den gjengende åpningen 170 på drivverket 160. Selv og det ikke vises, kan drivakselen i andre eksempler være et tannhjulssystem, et kuleskruesystem, et ledeskruesystem og/eller annet egnet overføringssystem for å gjøre motorens 146 rotasjonsbevegelse om til en rettlinjet bevegelse på ventilstammen 124.

[0023] Et belastningsapparat eller en belastningsdel 184 er plassert inni tannhjulsboksen 152 (f.eks. inni et hus på tannhjulsboksen 152) for å overføre en setebelastning til delen som regulerer væskestrømmen 116, når delen som regulerer væskestrømmen 116, er i lukket posisjon og strømforsyningen er fjernet fra aktuatoren 102. Belastningsapparatet 184 har et biaselement 186 som er plassert mellom drivverkets 160 andre del 166 og et fjærsete eller en fjærflate 188 på tannhjulsboksen 152. Belastningsapparatet 184 kan også ha et trykklager 190 som er plassert mellom drivverket 160 og biaselementet 186. Trykklageret 190 overfører en belastning som utøves av biaselementet 186 på drivverket 160 når biaselementet 186 bøyes av og kan plasseres i den nedsenkede åpningen 168 på drivverket 160.1 dette eksempelet har biaselementet 186 en stabel med Belleville-fjærer. Belastningsapparatet 184 kan ha et av-standsstykke 192 som er plassert mellom biaselementet 186 og flaten 188 på tannhjulsboksen 152 for å justere høyden på stabelen med Belleville-fjærer. Generelt gir en Belleville-fjær høy belastning i forhold til avstanden eller avbøyningen som Belleville-fjæren påføres. Som et resultat kan eksempelet på et belastningsapparat 184 dermed konfigureres med et relativt lite fotavtrykk og dermed redusere den totale konvolutten eller det totale fotavtrykket til delen som regulerer væskestrømmen 100.1 andre eksempler kan biaselementet 186 være en spiralfjær, fjærskiver, en bølgefjær, en fjærbelg og/eller annen egnet / andre egnede biaselement(er). I enda andre eksempler kan biaselementet være en del av en del av tannhjulsboksen 152 (f.eks. huset til en tannhjulsboks 152), en del av huset 134 og/eller en hvilken som helst egnet aktuatorflate 102. Minst en del 153 av tannhjulsboksen 152 (f.eks. ved siden av drivverket 160) lages av et fleksibelt materiale som gummi eller annet egnet materiale som gir et biastrykk når det bøyes av. Biaselementet 186 trengs ikke ved en slik konfigurasjon.

[0024] I FIG. IA vises væskeventilen 104 i en åpen posisjon 194 og biaselementet 186 på belastningsapparatet 184 er i første eller hovedsakelig ubøyd tilstand 196. FIG. 2 illustrerer væskeventilen i en lukket posisjon 200, men viser biaselementet 186 på belastningsapparatet 184 i en hovedsakelig ubøyd tilstand 202. FIG. 3 A illustrerer væskeventilen 104 i en lukket posisjon 300 og viser biaselementet 186 i en hovedsakelig bøyd tilstand 302 for å påføre delen som regulerer væskestrømmen 116, en setebelastning 304. FIG. IB og 3B illustrerer forstørrede deler av belastningsapparatet 184 der biaselementene 186 vises i henholdsvis hovedsakelig ubøyd tilstand 194 og hovedsakelig bøyd tilstand 302.

[0025] Med henvisning til FIG. IA, IB, 2, 3A og 3B i bruk, aktiveres den elektriske aktuatoren 102 slik at delen som regulerer væskestrømmen 116, beveges mellom den åpne posisjonen i FIG. IA og den lukkede posisjonen 300 i FIG. 3A. Motoren 146 driver eller roterer drivakselen 162 inn i en første retning 199 (f.eks. med uret) over en akse 197 for å bevege væskeventilen 104 mot den åpne posisjonen 194 som vises i FIG. IA og en andre retning 204 (f.eks. mot uret) i motsatt retning av den første retningen 199 rundt aksen 197 for å bevege væskeventilen 104 mot de lukkede posisjonene 200 og 300 som vises i FIG. 2 og 3A.

[0026] For å bevege væskeventilen 104 mot den åpne posisjonen 194 forsynes motoren 146 med strøm for å rotere drivakselen 162 inn i den første retningen 199 (FIG. IA). Akselstransmisjonen 150 får drivverket 160 til å rotere i en første retning 198 (f.eks. med uret) rundt aksen 157. Rotasjonen i drivverket 160 i den første retningen 198 får drivakselen 148 til å bevege seg med en rettlinjet bevegelse langs aksen 157 i en retning vekk fra væskeventilen 104. Mer bestemt, i det drivakselen 162 roterer i den første retningen 199, roterer mellomgiret 158 drivverket 160. Drivverket 160 roterer deretter over den gjengede delen 176 på drivakselen 148 og får drivakselen 148 til å bevege seg i en rett linje i en retning langs aksen 157 fordi mellomgiret og/eller biaselementet 186 hjelper å holde den aksiale delen av drivverket 160 på plass i forhold til aksen 157.1 tillegg, selv om det ikke vises, finnes det en muffe 195 som er koplet til tannhjulsboksen 152 (f.eks. plassert i et hus med tannhjulsboks 152 med presspasning) der det finnes minst én flate (ikke vist) som koples til drivakselen 148 for å hindre at drivakselen 148 roterer eller sviver i det drivverket 160 roterer og dermed føre til at drivakselen 148 beveger seg i en rett linje via den gjengede delen 176 i det drivverket 160 roterer rundt den gjengede delen 176. Fordi ventilstammen 124 er fast koplet til drivakselen 148 med en flensmutter 178, får drivakselen 148 ventilstammen 148 og dermed delen 116 som regulerer væskestrømmen, til å bevege seg vekk fra ventilsetet 120 slik at det kan strømme væske eller væskestrømmen kan økes, gjennom væskestrømsbanenl 10 mellom inntaket 112 og utløpet 114. Det som vises tydeligst i FIG. IB er at når væskeventilen 104 er i den åpne posisjonen 194, er biaselementet 186 i en hovedsakelig ubøyd tilstand 196.

[0027] For å bevege væskeventil 104 mot dem lukkede stillingen 200 som vist i FIG. 2, forsynes motoren 146 med strøm som fører til at drivakselen 162 roterer i den andre retningen 204 (f.eks. mot uret) rundt aksen 197. Drivakselens 162 rotasjon i den andre retningen 204 fører til at drivakselen 148 beveger seg rettlinjet langs aksen 157 i en retning mot ventilhuset 108. Mer bestemt, i det drivakselen 162 roterer i den andre retningen 204, roterer mellomgiret 158 drivverket 160 i en andre retning 206 rundt aksen 157 og den gjengede delen 176 på drivakselen 148 får drivakselen 148 til å bevege seg rettlinjet i en retning langs aksen 157 mot væskeventilen 104. Drivverkets 160 rotasjon i den andre retningen 206 rundt aksen 157 får drivakselen 148 og dermed strømreguleringsdelen 116, til å bevege seg mot ventilsetet 120 for å hindre eller begrense væskestrømmen gjennom væskestrømsbanen 110 mellom inntaket 112 og utløpet 114. Biaselement 186 er i hovedsakelig ubøyd tilstand 202 i det drivakselen beveger seg mot væskeventilen 104.1 tillegg, selv om biaselementet 186 er hovedsakelig ubøyd 202, hjelper biastrykket (f.eks. forhåndsbelastet trykk) som påføres av biaselementet 186 å beholde drivverkets 160 aksiale posisjon i forhold til mellomgiret 158 og aksen 157.

[0028] Når væskeventilen 104 er i lukket posisjon 200, tetter seteflaten 118 på delen som regulerer væskestrømmen 116 mot ventilsetet 120 for å hindre en væskestrøm gjennom ventilen 102. Når delen som regulerer væskestrømmen 116, er koplet til ventilsetet 120, hindres drivakselen 202 fra å bevege seg videre mot ventilsetet 120 fordi drivakselen 124 er rigid koplet til ventilstammen 124. Motoren 146 fortsetter å drive drivverket 160 via mellomgiret 158 som fører til at drivverket 160 roterer rundt den gjengede delen 176 på drivakselen 148 mens drivakselen 148 er hovedsakelig aksialt stasjonær i forhold til aksen 157. Med andre ord er drivakselen 148 i slagets sluttposisjon når delen som regulerer væskestrømmen 116 tetter mot ventilsetet 120. Som et resultat beveger den seg eller flyttes aksialt i en rettlinjet retning mot husets 134 øvre hylse 136 fordi drivakselen 148 hindres i å bevege på seg (f.eks. med en rettlinjet bevegelse eller rotasjonsbevegelse) mot ventilsetet 120 når delen som regulerer væskestrømmen 116, tetter mot ventilsetet 120.1 andre eksempler kan imidlertid slagets sluttposisjon eller slutten på bevegelsen skje når flaten 208 på drivakselen 148 er koplet til end del eller en overflate 210 på huset 134, hetten 106 eller annen flate.

[0029] I det drivverket 160 roterer i den andre retningen 206 rundt drivakselen 148 når ventilen er i den lukkede posisjonen 200, beveges eller forskyves drivverket 160 aksialt langs aksen 157 mot den øvre hylsen 136 i forhold til mellomgiret 158. Den tilkoplede delen 164 på drivverket 164 koples imidlertid ikke fra mellomgiret 158. Med andre ord vil tannhjulstennene i delen 164 fortsatt være koplet sammen med tannhjulstennene på mellomgiret 158 når drivverket 160 beveges aksialt langs aksen 157.

[0030] Det som vises tydeligst i FIG 3B er forskyvingen av drivverket 160 i forhold til mellomgiret 158 i en rettlinjet retning mot den øvre hylsen 136 som fører til at biaselementet 186 bøyes av eller trykkes sammen i en hovedsakelig avbøyd tilstand 302.1 den avbøyde tilstanden 302, utøver biaselementet 186 et trykk mot drivverket 148. Dette trykket overføres til delen som regulerer væskestrømmen 116, via trykklageret 190. Helt bestemt overfører trykklageret 190 tykket som utøves av biaselementet 186, til delen som regulerer væsketrykket 116 og fører til at drivverket 160 kan rotere fritt rundt aksen 157. Dermed beveger drivverket 160 seg aksialt langs aksen 157 fra posisjonen 200 som vises i FIG. 2, til posisjonen 300 som vises i FIG. 3 A for å bøye av eller trykke sammen biaselementet 186 når væskeventilen 104 er i den lukkede posisjonen 200 og motoren 146 fortsetter å rotere drivverket 160 i den andre retningen 206 rundt aksen 157.

[0031] Når motoren er i den lukkede posisjonen 200 som vises i FIG. 2, påføres delen som regulerer væskestrømmen 116, en setebelastning av motoren 146 når motoren

146 tilføres strøm. Når strømforsyningen fjernes fra motoren 146, kan imidlertid delen som regulerer væskestrømmen 116, ikke ha tilstrekkelig setebelastning for å tette mot ventilsetet 120 når, f.eks. væskeventilen 104 er i den lukkede posisjonen i FIG.2. Selv om motorens 146 «backdrive» motstand og/eller akseltransmisjonen 150 holder posisjonen eller hindrer rettlinjet bevegelse av drivakselen 148 og dermed delen som regulerer væskestrømmen 116, er det mulig at motorens 146 «backdrive» motstand ikke er tilstrekkelig for opprettholde eller påføre delen som regulerer væskestrømmen 116,

nok setebelastning når strømforsyningen fjernes fra motoren 146. Nok eller tilstrekkelig setebelastning hindrer væskelekkasje gjennom åpningen 122 når delen som regulerer væskestrømmen 116, tetter mot ventilsetet 120. Med andre ord holder en tilstrekkelig setebelastning delen som regulerer væskestrømmen 116, tettet mot ventilsetet 120 for å gi en vesentlig hindring av en væskestrøm gjennom væskeventilens 104 passasje 110. Dersom det ikke finnes en slik setebelastning, kan væske lekke forbi åpningen 122 selv når tetningsflaten 118 på delen som regulerer væskestrømmen 116 tetter mot ventilsetet 120.

[0032] Når belastningsapparatet 184 er i posisjon 302 som vist i FIG. 3A og 3B, over-fører belastningsapparatet 184 en mekanisk setebelastning 304 for å holde delen som regulerer væskestrømmen 116, tettet mot ventilsetet 120 dersom strømforsyningen fjernes fra motoren 146 mens delen som regulerer væskestrømmen 116, tetter mot ventilsetet 120. Det kan f.eks. være nødvendig å holde væskeventilen 104 i den lukkede posisjonen 300 for å hindre søl (f.eks. kjemisk søl) i nødssituasjoner, ved strømbrudd eller dersom strømforsyningen til den elektriske aktuatoren 102 (f.eks. motoren 146) fjernes eller blir slått av. Hvis ikke, kan f.eks. en utilstrekkelig setebelastning på delen som regulerer væskestrømmen 116, under et strømbrudd føre til at væskestrømmen passerer gjennom åpningen 122 på væskeventilen 104 mellom inntaket 112 og utløpet 114. Trykket på den trykksatte væsken ved inntaket 112 kan f.eks. gi et trykk mot delen som regulerer væskestrømmen 116, (f.eks. i en retning mot hetten 106 i retningen som vises i FIG. 2) som fører til at tetningsflaten 118 på delen som regulerer væskestrømmen 116, beveger seg vekk fra ventilsetet 120 og fører til at væsken kan strømme eller lekke mot utløpet 114 når strømforsyningen fjernes fra motoren 146.

[0033] Dermed påfører eksempelet på et belastningsapparat 184 delen som regulerer væskestrømmen 116, en setebelastning 304 for å hindre en væskestrøm gjennom banen 110 når væskeventilen 104 er i den lukkede posisjonen 300 og strømfor-syningen fjernes fra den elektriske aktuatoren 102. Helt bestemt påfører belastningsapparatet 184 setebelastningen 304 i en ubestemt tidsperiode. I tillegg påfører belastningsapparatet 184 en setebelastning (f.eks. setebelastningen 304) uten strømforbruk (dvs. med nesten null strømforbruk). I noen eksempler kan dermed strømforsyningen til motoren 146 fjernes for å spare og dermed forbedre den elektriske aktuatorens 102 ytelse og/eller effekt når væskeventilen 104 er i den lukkede posisjonen 300.

[0034] I tillegg reduserer eksempelet på en elektrisk aktuator 102 produksjons-kostnadene og forenkler vedlikeholdet av kontrollventildelen 100 fordi belastningsapparatet 184 ikke trenger en clutchmekanisme, en komplisert kombinasjon av biaselementer og/eller et bremsesystem for å gi en setebelastning når strømforsyningen til den elektriske aktuatoren 102 fjernes.

[0035] Eksempelet på et belastningsapparat 184 er ikke begrenset til konfigurasjonen som illustreres i FIG. IA, IB, 2, 3A og 3B. I noen eksempler kan drivverket 160 og/eller biaselementet 186 være konfigurert for å påføre en setebelastning som er i motsatt retning av setebelastningens 304 retning som finnes i eksempelet som vises i FIG. 3A. Belastningsapparatet 184 og/eller drivverket 160 kan brukes sammen med et væskeventil som er en del som regulerer væskestrømmen og et ventilsete med en konfigurasjon som er motsatt av det som vises i FIG. 1 (f.eks. en væskeventil som skyves for å åpne). Retningen på drivverket 160 og/eller belastningsapparatet 184 kan reverseres eller være motsatt av det som vises, slik at biaselementet 186 er plassert mellom en flate 306 på tannhjulsboksen 152 og drivverket 160. Drivverket 160 kan konfigureres for å bevege seg aksialt langs aksen 157 mot ventilhuset 108 for å trykke sammen biaselementet 186 når delen som regulerer væskestrømmen tetter mot ventilsetet på en ventil som skyves for å åpne, motoren 146 fortsetter å rotere drivverket 160.1 andre eksempler kan flaten 306 og/eller en den av den nedre hylsen 138 lages av et fleksibelt materiale (f.eks. gummi), eller et fleksibelt materiale som stikker ut fra flaten 306 og/eller den nedre hylsen 138 for å gi et biastrykk når den bøyes av eller koples til drivverket 160. På denne måten er det ikke nødvendig med et biaselement 186.

[0036] FIG. 4A og 4B illustrerer en forstørret del av et annet eksempel på en elektrisk aktuator 400 som har et belastningsapparat 402 som beskrives i dette dokumentet. I dette eksempelet har drivsystemet 404 en motor 406, en akseltransmisjon 408 og belastningsapparatet 402, Akseltransmisjonen 408 har et første tannhjul 410 som er koplet til motorens 406 drivaksel 412 og som er koplet til et mellomgir 414. Mellomgiret 414 er koplet til det første tannhjulet 410 og dermed er motoren 406 koplet til drivverket 416. Drivverket 416 har en gjenget åpning (vises ikke) som er gjenget sammen med en gjenget del 418 på en drivaksel 420. Belastningsapparatet 402 har biaselementer 422 som vises som fjærer som er plassert mellom et fjærsete eller en flate 424 og drivverket 416. Trykklagre 426 er plassert mellom biaselementene 422 og drivverket 416 som kan rotere fritt rundt en akse 428.1 tillegg overfører trykklagrene 426 fjærtrykk som overføres av biaselementene 422 til drivakselen 420 når biaselementene 422 bøyes av som vist i FIG. 4B.

[0037] Når drivverket 416 er i bruk, roterer det rundt den gjengede delen 418 på drivakselen 420 som fører til at drivakselen 420 beveger seg i en rett linje langs aksen 428. Drivverkets 416 rotasjon i en første retning 430 fører til at drivakselen 420 beveger seg i en første rettlinjet retning 432, og drivverkets 416 rotasjon i en andre retning 434 fører til at drivakselen beveger seg i en andre rettlinjet retning 436. Når drivakselen 420 når slagets sluttposisjon (f.eks. slutten på et bevegelsespunkt), kan drivverket 416 ikke lenger bevege drivakselen 420 rettlinjet langs aksen 428 i den første retningen 432. Drivverket 416 kan imidlertid fortsette å rotere i den første retningen 430 rundt drivakselens 420 gjengede del 418. Som et resultat beveges eller forskyves drivverket 416 aksialt langs aksen 428 i forhold til mellomgiret 414 for å trykke sammen biaselementene 422 som vist i FIG 4B, når drivakselen 418 når slagets sluttposisjon, og drivverket 416 fortsetter å rotere rundt drivakselen 420 i den første retningen 430. Dermed kan drivverket 416 i tillegg til å kunne rotere rundt aksen 428 også kunne beveges aksialt langs aksen 428 når drivakselen 420 har nådd slagets sluttposisjon og motoren 406 fortsetter å drive eller rotere drivverket 416 i den første retningen 430 rundt aksen 428.

[0038] Eksempelet på en elektrisk aktuator 102 i FIG. IA, IB, 2, 3A og 3B kan brukes med andre væskeventiler eller en hvilken som helst annen anordning. FIG. 5A-5C illustrerer f.eks. et eksempel på en kontrollventildel 500 med et eksempel på en aktuator 102 i FIG. IA, IB, 2, 3 A, og 3B som er koplet til en rotasjonsventil 502. Rotasjonsventilen 502 har et ventilhus 504 med en skive eller en del som regulerer væskestrømmen 506 som er plassert i en væskestrømbane 508, mellom et inntak 510 og et utløp 512. Delen som regulerer væskestrømmen 506, er roterbart koplet i forhold til ventilhuset 504 via en ventilaksel 514. En del 516 (f.eks. en ende med spor) av ventilakselen 514 stikker ut fra rotasjonsventilen 502 og er koplet til en arm 518. Armen 518 kopler drivakselen 148 på den elektriske aktuatoren 102 operativt sammen med væskereguleringsdelen 506. Et stangendelager 520 koples (f.eks. koplet med gjenger) til den første enden 126 (FIG. IA) på ventilstammen 124 og er koplet til en spak 522 på armen 518 via en festeanordning 524 for å kople armen 518 operativt sammen med drivakselen 148. Armen 518 gjør en rettlinjet forskyvning av drivakselen 148 om til en rotasjonsforskyvning av ventilakselen 514.

[0039] Under drift, når motoren 146 roterer drivverket 160 i den første retningen 526 (f.eks. med uret) rundt en akse 528, roterer drivverket 160 rundt den gjengede delen 176 på drivakselen 148 for å bevege drivakselen 148 i en første rettlinjet retning 530. Når drivakselen 148 beveges i den første rettlinjede retning 530, får drivakselen 148 armen 518 til å rotere i en første retning 532 rundt en aske 534. Ventilakselens 514 rotasjon i den første retningen 532 rundet aksen 534 fører til at væskereguleringsdelen 506 roterer vekk fra en tetningsflate 536 (f.eks. en åpen posisjon) slik at væske kan strømme gjennom ventilhuset 504 mellom inntaket 510 og utløpet 512.

[0040] Når motoren 146 roterer drivverket 160 i en andre retning 538 rundt aksen 528, roterer drivverket 160 rundet den gjengede delen 176 på drivakselen 148 for å bevege drivakselen 148 i en andre rettlinjet retning 540. Når drivakselen 148 beveger seg i en andre rettlinjet retning 540, får drivakselen 148 armen 514 til å rotere i en andre retning 542 rundt aksen 534. Ventilaksens 514 rotasjon i den andre retningen 542 rundt aksen 534 får væskekontrolldelen 506 til å rotere mot tetningsflaten 536 (f.eks. en lukket posisjon) for å hindre eller begrense væskestrømmen gjennom ventilhuset 504 mellom inntaket 510 og utløpet 512.1 lukket posisjon fortsetter motoren 146 å rotere drivverket 160 i den andre retningen. Drivakselen når slagets sluttposisjon når væskekontrolldelen 506 tetter mot tetningsflaten 536. Som et resultat fortsetter drivverket 160 å rotere i den andre retningen 538 i forhold til drivakselen 148 (dvs. en stasjonær drivaksel 148) og beveger seg aksialt mot biaselementet 186 langs aksen 528 i forhold til mellomgiret 158 for å trykke sammen eller bøye av belastningsapparatets 184 biaselement 186.

[0041] Selv om akseltransmisjonens 150 og/eller motorens 146 «backdrive» motstand hindrer at armen 518 roteres i den første retningen 532 rundt aksen 534 når strøm-forsyningen fjernes fra motoren 146, er det mulig at «backdrive» motstanden til akseltransmisjonen 150 og/eller motoren 146 er nok til å påføre en tilstrekkelig setebelastningen for å hindre væskelekkasje gjennom banen 508 når rotasjonsventilen 502 er i den lukkede posisjonen. Trykket ved inntaket 510 kan f.eks. forårsaket væskelekkasje mellom delen som regulerer væskestrømmen 506 og tetningsflaten 536 dersom delen som regulerer væskestrømmen 506 ikke påfører nok setebelastning. Når biaselementet 186 er i avbøyd eller sammentrykt tilstand, utøver imidlertid biaselementet 186 et trykk for å gi tilstrekkelig mekanisk setebelastning for å holde væskekontrolldelen 506 slik at den tetter mot tetningsflaten 536 når strømforsyningen fjernes fra motoren 146 og delen som regulerer væskestrømmen 506 tetter mot tetningsflaten 536. Med andre ord påfører f.eks. biaselementet 186 et trykk når det er avbøyd eller sammentrykt, som i vesentlig grad begrenser eller hindrer at en væske under relativt høyt trykk ved inntaket 510 lekker mellom delen som regulerer væskestrømmen 506 og tetningsflaten 536 og gjennom banen 508 når væskekontrolldelen 506 tetter mot tetningsflaten 536 og strømforsyningen er fjernet fra motoren 146.

[0042] Selv om bestemte eksempler på apparater beskrives i dette dokumentet, er dette patentets omfang ikke begrenset til disse. Tvert imot dekker dette patentet alle apparater og fremstilte deler som med rimelighet faller innenfor omfanget av de ved-lagte kravene enten bokstavelig eller ifølge ekvivalensprinsippet.

Claims

1. En elektrisk aktuator (102) med et internt belastningsapparat (184) og som omfatter: et drivsystem (144) og en drivaksel (148) som er operativt koplet til drivsystemet, der drivsystemets rotasjon i en første rotasjonsretning fører til at drivakselen beveger seg i en første rettlinjet retning, og drivsystemets rotasjon i en andre rotasjonsretning fører til at drivakselen beveger seg i en andre rettlinjet retning som er motsatt av den første rettlinjede retningen, og hvor drivsystemet er konfigurert til å overføre dreiekraft til drivakselen (148) som aktiverer en strømreguleringsdel (116) av en fluidventil (104) til å komme i inngrep med et ventilsete (120); og et biaselement (186), karakterisert vedat biaselementet er operativt koplet til drivsystemet på en måte der i det minste en del av drivsystemet beveger seg under drift aksialt mot biaselementet for å bøye av biaselementet når drivakselen kommer i slagets sluttposisjon for å sørge for en setebelastning til strømreguleringsdelen når elektrisk kraft fjernes fra den elektriske aktuatoren, og at biaselementet er i en hovedsakelig ubøyd tilstand når drivakselen beveger seg mot fluidventilen.

2. En elektrisk aktuatoren som definert i krav 1, der drivakselen er operativt koplet til drivsystemet ved en første ende og er operativt koplet til strømregulerings-delen til fluidventilen i en andre ende.

3. En elektrisk aktuator som definert i krav 2, der drivakselen når enden av slagposisjonen når strømreguleringsdelen tetter mot ventilsetet (120) på fluidventilen.

4. En elektrisk aktuator som definert i krav 1, der drivakselen omfatter en motor (146) som er operativt koplet til et drivverk (160) via et mellomgir (158) som er plassert mellom en drivaksel (162) på motoren og drivverket.

5. En elektrisk aktuator som definert i krav 4, der drivverket har en gjenget åpning (170) for på en gjenget måte å motta en gjenget del (176) av drivakselen.

6. En elektrisk aktuator som definert i krav 5, der drivverket beveges aksialt i forhold til mellomgiret når drivsystemet roterer mellomgiret i den første rotasjonsretning og drivakselen er på slutten av slagposisjonen.

7. En elektrisk aktuator som definert i krav 4, der et trykklager (190) er plassert mellom drivverket og biaselementet.

8. En elektrisk aktuator som definert i krav 1, der biaselementet omfatter en fjær.

9. En elektrisk aktuator som definert i krav 1, der biaselementet er plassert inni et hus (134) til drivsystemet.

10. En elektrisk aktuator som definert i krav 1, der biaselementet er en integrert del av et hus til drivsystemet.

11. En elektrisk aktuator som definert i krav 10, der i det minste en del av huset er laget av et fleksibelt materiale for å sørge for et trykk eller kraft når den blir opptatt av drivsystemet.

12. En elektrisk aktuator (102) som definert i krav 1, der belastningsapparatet (184) omfatter: et drivverk (160) som er operativt koplet til drivsystemet (144) på den elektriske aktuatoren, der drivverket skal rotere i en første retning og en andre retning, og der drivverket skal bevege seg mellom en første rettlinjet posisjon og en andre rettlinjet posisjon, idet drivakselen (148) er operativt koplet til drivverket, slik at drivverket får drivakselen til å bevege seg i den første rettlinjede retning når drivverket roterer i den første retningen, og drivverket får drivakselen til å bevege seg i den andre rettlinjede retning når drivverket roterer i den andre retningen, hvor biaselementet som er plassert mellom drivverket og en seteflate (188), slik at når drivverket roterer i den første retning og drivakselen når slagets sluttposisjon i den første rettlinjede retningen, fortsetter drivverket å rotere rundt drivakselen i den første retningen og beveger seg aksialt i forhold til drivakselen fra den første rettlinjede posisjonen til den andre rettlinjede posisjonen for å bøye av biaselementet, og biaselementet sørger for en setebelastning til strømreguleringsdelen når det er bøyd av.

13. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 12, der biaselementet, når det er bøyd av, påfører setebelastningen til fluidstrømkontrolldelen som tetter mot et ventilsete på fluidventilen når elektrisk kraft fjernes fra den elektriske aktuatoren.

14. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 12, der drivsystemet omfatter en motor (146) og et mellomgir (158) som operativt kopler motoren og drivverket.

15. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 12, der drivverket omfatter et hus med en tilkoplet del (164) ved en første ende av huset, en nedsenket åpning (168) ved en andre ende av huset og en gjenget åpning (170) langs husets langsgående akse.

16. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 15, videre omfattende et trykklager (190) som er plassert mellom biaselementet og drivverket, der trykklageret er minst delvis plassert i delen av drivverket med fordypning.

17. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 12, der drivakselen omfatter et hus (172) med en åpning (172) der en ventilstamme (124) skal skyves inn i, og en eksternt gjenget del (176) som koples til drivverket med gjenger.

18. En elektrisk aktuator (102) ifølge krav 12, der biaselementet omfatter en fjær.

19. En fluidventilenhet (100) som omfatter: en fluidstrømkontrolldel (116) som har et internt belastningsapparat (184) slik som definert i krav 1, hvor belastningsapparatet omfatter: (i) en innretning for å gjøre drivsystemets rotasjonsbevegelse om til en rettlinjet bevegelse på en drivaksel av fluidstrømkontrolldelen, (ii) en innretning for å påføre en setebelastning på fluidstrømkontrolldelen når strømkontrolldelen tetter mot ventilsetet på fluidventilen, og elektrisk kraft er fjernet fra en motor, hvor innretningen for anskaffelse av en setebelastning ikke sørger for setebelastningen når drivakselen beveger seg mot fluidventilen, og (iii) en innretning for å bøye av innretningen for anskaffelse av en setebelastning, der innretningen for å bøye av er å bevege i det minste en del av innretningen for å gjøre om rotasjonsbevegelsen aksialt i forhold til drivakselen mot innretningen for anskaffelse av en setebelastning.

20. En fluidventilenhet (100) som definert i krav 19, der innretningen for å gjøre om rotasjonsbevegelsen omfatter et mellomgir og et drivverk, der rotasjon av drivverket i en første rotasjonsretning fører til at drivverket beveges i en første rettlinjet retning, og rotasjon av drivverket i en andre rotasjonsretning fører til at drivakselen beveger seg i en andre rettlinjet retning.

21. En fluidventilenhet (100) som definert i krav 20, der innretningen for anskaffelse av en setebelastning omfatter et biaselement som er plassert mellom et fjærsete og drivverket.

22. En fluidventilenhet (100) som definert i krav 21, der innretningen for å bøye av er å rotere drivverket i den første rotasjonsretningen når drivakselen når slutten på slagposisjonen, slik at drivverket beveger seg rettlinjet mot biaselementet i forhold til mellomgiret, og drivakselen bøyer av biaselementet.