SI23058A - Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostnofunkcijo - Google Patents

Abstract

Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostnofunkcijo je v prednostni izvedbi namenjena linearnemu pozicioniranju droga pretočnega ventila Naprava izvaja delovni gib med dvema skrajnima legama s čimer se smiselno premika tudi prijemališčesile na drogu ventila Ob vklopu naprave linearniaktuator z delovnim gibom v fazi kalibracije ustvari potencial energije za izvršbo varnostne funkcije Ob koncu kalibracije oziroma napenjanja vzmeti sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile z nesamozaporno navojno zvezo zmanjša silo za zadrževanje sile prednapetja Na tak način naprava ohranja konstantni potencial energije za izvršbo varnostne funkcije pri čemer naprava za zadrževanje sile prednapetja ne porablja električne energije Ob izpadu električne energije sesistem elementov za transformacijo in zmanjševanje zadrževalne sile deblokira s čimer se sproži in izvede varnostna funkcija ki pomakne drog ventila v vnaprej določeno skrajno lego

Description

NAPRAVA ZA POZICIONIRANJE Z INTEGRIRANO VARNOSTNO FUNKCIJO

Področje tehnike:

Predmet te patentne prijave se nanaša na področje linearnih aktuatorjev z integrirano varnostno funkcijo. Linearni aktuator je naprava, ki omogoča linearni pomik, pri čemer varnostna funkcija pomeni, da se tak aktuator ob izpadu pogonske energije pomakne v vnaprej definiran položaj. Tovrstne naprave se uporabljajo kot elementi mehanizmov v raznih industrijskih aplikacijah, pri čemer je prednostna izvedba naprave po tem izumu namenjena pogonu ventilov oziroma manipulaciji pretoka skozi ventil. Razume se, da se tovrstni aktuator lahko uporabi za razne druge aplikacije, pri katerih je varnostna funkcija izjemnega pomena; tak primer je recimo potopni steber.

Prikaz problema

Linearni aktuatorji so naprave, ki omogočajo pozicioniranje med dvema skrajnima legama, pri čemer za delovanje in izvršbo varnostne funkcije koristijo potencial energije, ki ga načeloma predstavlja prednapeti elastični element, kot je recimo vzmet.

Zaradi upoštevanih omejitev iz mednarodnih standardov v tovrstnih napravah za izvršbo varnostne funkcije ne sme biti klasičnih hranilnikov energije, kot je recimo akumulatorska baterija. Iz tega razloga je primarni problem vseh tovrstnih naprav zadrževanje relativno velikih sil za izvršbo varnostne funkcije.

Tehnični problem, ki ga rešuje predmet te patentne prijave je pomanjkanje naprave, ki z minimalnim številom komponent omogoča:

a) energetsko učinkovit potencial varnostne funkcije: to pomeni, da naprava v stanju pripravljenosti za vzdrževanje relacij med elementi naprave ter za ohranjanje potenciala energije in izvršbo varnostne funkcije ne porablja električne energije;

b) avtonomno delovanje: to pomeni, da naprava v smislu ročnega posredovanja omogoča pozicioniranje tudi ob izpadu električne energije.

Stanje tehnike:

Mednarodni patentni register obsega večje število rešitev, ki izkazujejo pogon z varnostno funkcijo. Tovrstne naprave so gnane z različnimi pogoni oziroma viri energije, pri čemer izstopajo predvsem pogoni gnani z elektromotorji, s hidravličnimi pogoni, s pnevmatskimi pogoni, pogoni gnani neposredno z elektromagnetom ter različne kombinacije le teh. V nadaljevanju je opisana rešitev, ki najbolje predstavlja stanje tehnike na obravnavanem področju.

Povzeto po WO 2004/065832 je pogon z varnostno funkcijo integriran v ohišje ventila. Energija za delovanje varnostne funkcije je shranjena v obliki prožnostne energije napete tlačne vzmeti. Pomanjkljivosti take naprave se kažejo predvsem v tem:

a) da je sila varnostne funkcije enaka oziroma neposredno in povsem odvisna od maksimalne sile elektromagneta, ki drži vzmet v prednapetem položaju;

b) da elektromagnet za vzdrževanje varnostne funkcije po nepotrebnem predstavlja velik in stalen potrošnik električne energije;

c) da tak pogon ob izpadu električne energije ne omogoča ročnega krmiljenja;

d) da so elementi pogona v neposrednem stiku z medijem, ki se pretaka skozi ventil.

Opis nove rešitve

Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo je konceptualno sestavljena iz konstrukcijskih elementov, ki v osnovi predstavljajo: platformo iz vsaj dveh, plošči podobnih elementov; linearni aktuator, kateri zagotavlja delovni gib naprave med dvema skrajnima legama; elastični element, kateri zagotavlja izvršbo varnostne funkcije; ter sklopko oziroma sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile, ki s pomočjo zapornega mehanizma in pomožnega pogona zadržuje relacije med elementi naprave oziroma ohranja potencial energije za izvršbo varnostne funkcije.

Linearni aktuator izvaja delovni gib med dvema skrajnima legama, s čimer se smiselno premika tudi prijemališče sile. V prednostni izvedbi je med vsaj dva izmed omenjenih konstrukcijskih elementov vpet elastični element, kateri se v fazi kalibracije naprave z delovnim gibom linearnega aktuatorja prednapne na potencial energije, ki zagotavlja izvršbo varnostne funkcije. Ob koncu faze kalibracije oziroma ustvarjanja potenciala energije se sproži zaporni mehanizem, ki napravo fizično zaklene v prednapetem položaju; to pomeni, da se relacije med omenjenima dvema konstrukcijskima elementoma in prednapetim elastičnim elementom ohranijo, kar predstavlja referenčno izhodišče za normalno delovanje naprave oziroma za pozicioniranje prijemališča sile med dvema skrajnima legama. Ob izpadu električne energije se zaporni mehanizem odklene, s čimer se izvrši varnostna funkcija naprave, to pomeni, da se prijemališče sile pomakne v eno izmed skrajnih leg.

Podrobneje je bistvo izuma pojasnjeno v nadaljevanju z opisom priloženih risb izvedbenega primera, namenjenega za manipulacijo pretoka skozi ventil.

Slika 1 prikazuje izometrično projekcijo naprave po izumu s pogledom od zgoraj v primeru, ko je naprava pripravljena za normalno delovanje. Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (3) spodnja plošča, (3A) nosilec, (3B) segment za montažo naprave na ventil, (3C) skoznja luknja za drog ventila, (4, 4', 4) navojno vreteno, (5) vzmet, (6) pogon, (7) vreteno in (8) pomožni pogon.

Slika 2 prikazuje izometrično projekcijo naprave po izumu s pogledom od spodaj v primeru, ko je naprava pripravljena za normalno delovanje. Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (3) spodnja plošča, (3D) odprtina za montažo naprave na ventil, (4, 4', 4) navojno vreteno, (5) vzmet, (6) pogon, (7) vreteno, (8) pomožni pogon in (9) oblikovna gred.

Slika 3 prikazuje izometrično projekcijo naprave po izumu s pogledom od zgoraj v primeru, ko je naprava pripravljena za normalno delovanje, pri čemer zaradi nazornejšega prikaza ostalih komponent naprave vzmet (5) ni prikazana. Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (2B) nosilna plošča, (2C) sedež za montažo pogona, (2D) sedež za montažo pomožnega pogona, (3) spodnja plošča, (3A) nosilec, (3B) segment za montažo naprave na ventil, (3C) skoznja luknja za drog ventila, (4, 4', 4) navojno vreteno, (6) pogon, (7) vreteno, (8) pomožni pogon, (8A) premični del mehanizma za blokado jermena, (8B) fiksni del mehanizma za blokado jermena, (10, 10) matica, (11) jermen in (12) pogonski zobnik. Matica (10'), ki pripada navojnemu vretenu (4'), na priloženih slikah ni posebej označena, saj iz prikazanih perspektiv ni jasno vidna.

Slika 4 prikazuje napravo po izumu s pogledom od zgoraj, pri čemer je označena in definirana prečna ravnina A-A. Označeni so: (3A) nosilec, (4, 4', 4) navojno vreteno, (6) pogon in (7) vreteno.

• · • ·

Slika 5 prikazuje prerez naprave po izumu v prečni ravnini A-A, pri čemer so elementi naprave prikazani v položaju, ko je naprava pripravljena za normalno delovanje. Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (2B) nosilna plošča, (2C) sedež za montažo pogona, (3) spodnja plošča, (3A) nosilec, (3B) segment za montažo naprave na ventil, (3C) skoznja luknja za drog ventila, (3D) odprtina za montažo naprave na vrat ventila, (4) navojno vreteno, (5) vzmet, (6) pogon, (7) vreteno, (9) oblikovna gred, (10) matica, (11) jermen, (12) pogonski zobnik, (13) distančnik, (14) gnani zobnik, (15) glavno vreteno, (16) zgornji aksialni ležaj in (17) spodnji aksialni ležaj. Na sliki 5 so nadalje označeni središčna os (S), imaginarna ravnina (IR-1) in imaginarna ravnina (IR-2).

Slika 6 prikazuje prerez naprave po izumu v prečni ravnini A-A, pri čemer so elementi naprave prikazani v položaju ob koncu faze kalibracije oziroma kadar je naprava pripravljena za normalno delovanje, pri čemer je oblikovna gred (9) oziroma prijemališče sile v spodnji skrajni legi, imaginarni ravnini (IR-2). Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (2B) nosilna plošča, (2C) sedež za montažo pogona, (3) spodnja plošča, (3A) nosilec, (3B) segment za montažo naprave na ventil, (3C) skoznja luknja za drog ventila, (3D) odprtina za montažo naprave na vrat ventila, (4) navojno vreteno, (5) vzmet, (6) pogon, (7) vreteno, (9) oblikovna gred, (10) matica, (11) jermen, (12) pogonski zobnik, (13) distančnik, (14) gnani zobnik, (15) glavno vreteno, (16) zgornji aksialni ležaj in (17) spodnji aksialni ležaj. Na sliki 6 so označeni še središčna os (S), imaginarna ravnina (IR-1) in imaginarna ravnina (IR-2).

Slika 7 prikazuje prerez naprave po izumu v prečni ravnini A-A, pri čemer so elementi naprave prikazani v položaju po sprožitvi varnostne funkcije in izvršbi varnostnega giba. Označeni so: (1) zgornja plošča, (2) sredinska plošča, (2A) oblikovna puša, (2B) nosilna plošča, (2C) sedež za montažo pogona, (3) spodnja plošča, (3A) nosilec, (3B) segment za montažo naprave na ventil, (3C) skoznja luknja za drog ventila, (3D) odprtina za montažo naprave na vrat ventila, (4) navojno vreteno, (5) vzmet, (6) pogon, (7) vreteno, (9) oblikovna gred, (10) matica, (11) jermen, (12) pogonski zobnik, (13) distančnik, (14) gnani zobnik, (15) glavno vreteno, (16) zgornji aksialni ležaj in (17) spodnji aksialni ležaj. Na sliki 7 so označeni še središčna os (S), imaginarna ravnina (IR-1) in imaginarna ravnina (IR2).

Slika 8 prikazuje shemo električnega vezja za proženje varnostne funkcije. Na sliki so elementi prikazani in označeni s simboli v skladu s splošnimi standardi na zadevanem področju tehnike, in sicer ključni izmed teh: kondenzator (C), elektromotor (M), primarna dioda (Dl), primarni upor (Rl), sekundarna dioda (D2), sekundarni upor (R2) in rele (E).

Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo je v prikazani, prednostni izvedbi namenjena montaži na vrat ventila in manipulaciji pretoka skozi ventil, ki se spreminja v odvisnosti od položaja droga ventila. Kot pogon (6) naprave oziroma linearni aktuator je v prikazani izvedbi predviden BLDC elektromotor s planetnim reduktorjem, ki po principu navojnega vretena in matice spreminja rotacijsko gibanje v linearni premik. Namesto BLDC elektromotorja lahko naprava po izumu koristi za delovanje tudi koračni elektromotor ali navaden krtačni DC elektromotor. Za krmiljenje takega elektromotorja je predvideno električno vezje, ki z delovanjem elektromotorja pozicionira oblikovno gred (9). Razume se, da se s pozicioniranjem oblikovne gredi (9), med skrajno zgornjo lego označeno z imaginarna ravnina (IR-1) in med spodnjo skrajno lego označeno z imaginarna ravnina (IR-2), premika tudi prijemališče sile, s tem pa tudi drog ventila.

Na podlagi opisanih slik tega, prednostnega izvedbenega primera, je naprava po izumu konceptualno sestavljena iz že omenjene platforme, vzmeti (5), zapornega mehanizma, pogona (6) in mehanizma za ročni pogon.

Platforma naprave po izumu je v prednostni izvedbi sestavljena iz zgornje plošče (1), sredinske plošče (2), spodnje plošče (3), navojnih vreten (4, 4', 4) ter pripadajočih matic (10, 10', 10). Platforma je lahko sestavljena v različnih funkcionalnih izvedbah; na prikazanem prednostnem izvedbenem primeru je varnostna funkcija naprave izvedena tako, da se izvrši v smeri navzdol, oziroma se ob izvršbi varnostne funkcije prijemališče sile oziroma oblikovna gred (9) pomakne v spodnjo lego, ki je ekvivalentna imaginarni ravnini (IR-2). Skladno s predhodno opisano izvedbo varnostne funkcije je sredinska plošča (2) pomična vzdolž središčne osi (S) med zgornjo ploščo (1) in med spodnjo ploščo (3), pri čemer je tlačna vzmet (5) montirana med zgornjo ploščo (1) in med sredinsko ploščo (2). Za zamenjavo smeri izvršbe varnostne funkcije je lahko uporabljen drugačen elastični element, ki zamenja smer delovanja sile v tem smislu, da je vzmet (5) namesto tlačna, natezna. Analogno temu, je za izvršbo varnostne funkcije lahko uporabljen drugačni elastični element, kot je recimo guma, ki je lahko montiran tudi med sredinsko ploščo (2) in spodnjo ploščo (3), kar pa ne spremeni bistva in narave razkritja tega izuma.

Na prikazanem izvedbenem primeru je spodnja plošča (3) zaradi načina montaže na ventil prirejena tako, da se preko treh nosilcev (3A) steka v segment za montažo naprave (3B). Segment za montažo naprave (3B) je oblikovan tako, da ima na spodnji strani odprtino za montažo na ventil (3D) ter na zgornji strani skoznjo luknjo za drog ventila (3C), ki predstavlja prostor za prehod droga ventila do mesta vpetja droga ventila na oblikovno gred (9); omenjeno mesto vpetja na slikah te patentne prijave ni posebej označeno, saj je lahko izvedeno na različne načine, pri čemer je pomembno predvsem to, da omenjeno mesto vpetja predstavlja dovolj togo in močno prijemališče pozitivne in negativne sile. Na prikazanem izvedbenem primeru je mesto vpetja oblikovano na spodnji strani oblikovne gredi (9), pri čemer je vdolbina skladna s profilom droga ventila, ki se pritrdi in fiksira s tremi vijaki v oblikovni gredi. Predhodno omenjeni segment za montažo naprave (3B) in pripadajoča odprtina za montažo na ventil (3D) sta oblikovana tako, da sta skladna z vratom ventila, pri čemer je montaža naprave na ventil izvršena s tremi vijaki, ki so prednostno razvrščeni v razmiku 120° okoli središčne osi (S) in se ujemajo z zarezo na vratu ventila; na tak način je zagotovljena ustrezna aksialna in radialna togost ter stalna koncentričnost prijemališča sile montirane naprave glede na drog ventila.

Nadalje je spodnja plošča (3) oblikovana tako, da ima tri skoznje luknje za montažo navojnih vreten (4, 4', 4), ki so na razdalji Rl razporejene okoli središčne osi (S) v razmiku 120°. V prednostni izvedbi so predvidena tri navojna vretena (4, 4', 4) predvsem zaradi zadostne togosti in boljše razporeditve sil, simetrično okoli središčne osi (S). Razume se, da je lahko število navojnih vreten različno od tri, tudi le eno, kar pa ne spremeni narave in bistva razkritja tega izuma.

Spodnja plošča (3) je nadalje oblikovana tako, da zagotavlja ozko toleranco in dopušča prehod in premik oblikovne puše (2A) od imaginarne ravnine (IR-1) do imaginarne ravnine (IR-2). Omenjen prehod je oblikovan tako, da je oblikovno skladen z zunanjim robom oziroma s profilom oblikovne puše (2A), pri čemer je ta prehod v osnovni dimenziji prednostno lik šestkotne oblike, ki predstavlja vodilo in oblikovno zvezo med spodnjo ploščo (3) in med oblikovno pušo (2A). Na tak način spodnja plošča (3) ob delovanju elektromotorja oziroma pogona (6) prevzema vrtilni moment okoli središčne osi (S) in razbremeni navojna vretena (4, 4', 4).

V kolikor se vrtilni moment ob delovanju elektromotorja prenaša na navojna vretena (4, 4', 4) se le ta lahko prekomerno upognejo in preprečijo normalno delovanje naprave. V tem smislu se lahko vrtilni moment prenaša na platformo oziroma na spodnjo ploščo (3) tudi z drugačnimi konstrukcijskimi rešitvami, zunanjimi ali notranjimi vodili, ki so bodisi del ohišja bodisi posamezni sestavni element take naprave, kot je recimo vreteno (7), kar pa ne spremeni narave in bistva razkritja tega izuma.

Skladno s predhodno napisanim so v prednostni izvedbi na spodnjo ploščo (3) in na zgornjo ploščo (1) montirana navojna vretena (4, 4', 4), ki fizično povezujejo spodnjo ploščo (3), sredinsko ploščo (2) in zgornjo ploščo (1), pri čemer je sredinska plošča (2) skupaj s pripadajočimi elementi premična vzdolž središčne osi (S) oziroma vzporedno z navojnimi vreteni (4, 4', 4), ki lahko služijo tudi kot linearna vodila. Navojna vretena (4, 4', 4) so vsaj v območju med spodnjo ploščo (3) in med zgornjim robom matic (10, 10', 10) v zgornji legi (kot je to prikazano na slikah 5 in 6) skozi celotni gib varnostne funkcije naprave nesamozaporna. Omenjena nesamozapornost je lahko dosežena s krogličnimi navojnimi vreteni in ustreznimi maticami, vendar so zaradi ekonomičnosti izdelave za uporabo na taki napravi predvidena navadna, nesamozaporna navojna vretena; to pomeni, da je za tovrstno uporabo zadostno vreteno s trapeznim navojem, ki ima kot vzpona vijačnice večji od 7°. V prednostni izvedbi ima tako vreteno vsaj trikratni start, kar zadostuje, da so z ustreznim mazivom navojna vretena (4, 4', 4) skozi celotno pričakovano življenjsko dobo nesamozaporna brez vzdrževanja. Primarna funkcija navojnih vreten (4, 4', 4) je prevzemanje sile prednapetja elastičnega elementa in zagotavljanje togosti naprave kot take ter v tem izvedbenem primeru predvsem zagotavljanje fiksne razdalje med zgornjo ploščo (1) in spodnjo ploščo (3). Razume se, da so lahko navojna vretena (4, 4', 4) izvedena tudi z drugačnim, nesamozapornim navojnim profilom, kar pa ne spremeni bistva tega razkritja.

Sredinska plošča (2) je oblikovana tako, da se na spodnji strani nadaljuje v oblikovno pušo (2A), katere zunanji profil je oblikovno skladen s skoznjo luknjo v spodnji plošči (3) in tvori tesni ujem med omenjenima elementoma. Višina oblikovne puše je neposredno odvisna od hoda delovnega giba oziroma od hoda varnostnega giba take naprave. Podobno kot spodnja plošča (3) obsega tudi sredinska plošča (2) skoznje luknje za prehod navojnih vreten (4, 4', 4), ki so razporejene na razdalji Rl in v razmiku 120° okoli središčne osi (S). Na zgornji strani sredinske plošče (2) je oblikovan sedež za montažo spodnjega aksialnega ležaja (17), ki skupaj z zgornjim aksialnim ležajem (16) v aksialni smeri glede na središčno os (S) fiksira gnani zobnik (14) med sredinsko ploščo (2) in med nosilno ploščo (2B). Gnani zobnik (14) na eni strani tvori oblikovno zvezo z izstopno gredjo reduktorja pogona (6), na drugi strani pa je prednostno pritrjen na glavno vreteno (15), ki tvori samozaporno navojno zvezo z oblikovno gredjo (9). Oblikovna zveza med gnanim zobnikom (14) in izstopno gredjo reduktorja prenaša le vrtilni moment, kar omogoča lažje sestavljanje naprave in hkrati tudi dovoljuje majhna odstopanja od soosne formacije pogona (6) in ostalih komponent linearnega aktuatorja. Pogon (6) je vstavljen v sedež za montažo pogona (2C) in pritrjen na nosilno ploščo (2B), ki je oblikovana tako, da ima na sredini skoznjo luknjo za prehod izstopne gredi reduktorja, ki tvori oblikovno zvezo z gnanim zobnikom (14). Nosilna plošča (2B) je z vijaki po obodu pritrjena na sredinsko ploščo (2), pri čemer je razdalja med nosilno ploščo (2B) in med sredinsko ploščo fiksno določena z distančniki na omenjenih vijakih. Skladno s predhodno napisanim je gnani zobnik (14) glede na središčno os (S) aksialno vpet med zgornji aksialni ležaj (16) in med spodnji aksialni ležaj (17), zato je izstopna gred reduktorja pogona (6) obremenjena le z vrtilnim momentom okoli središčne osi (S), ne pa tudi z aksialnimi silami, ki potekajo vzdolž središčne osi (S). Zgornji aksialni ležaj je dimenzioniran tako, da dovoljuje prehod in oblikovno zvezo med gnanim zobnikom in izstopno gredjo reduktorja, pri čemer zgornji aksialni ležaj nalega na oblikovan sedež na spodnji strani nosilne plošče (2B), kar zagotavlja koncentričnost zgornjega ležaja s središčno osjo (S); podobno je koncentričnost spodnjega aksialnega ležaja (17) s središčno osjo (S) zagotovljena z že omenjenim sedežem za montažo spodnjega aksialnega ležaja (17) na sredinsko ploščo (2). Evidentno je, da se opisani pogon (6), zgornji aksialni ležaj (16) gnani zobnik (14), spodnji aksialni ležaj (17) in nosilna plošča (2B) pomikajo vzdolž središčne osi (S) skupaj s sredinsko ploščo (2). Položaj sredinske plošče (2) in vseh pripadajočih elementov glede na referenčno, imaginarno ravnino (IR-1), je tako odvisen od položaja matic (10, 10', 10), ki so montirane na navojna vretena (4, 4', 4) ter vpeta med sredinsko ploščo (2) in nosilno ploščo (2B), pri čemer je vrzel med matico (10, 10', 10) in nosilno ploščo (2B) zapolnjena z distančnikom, ki je v prednostni izvedbi del nosilne plošče (2B). Med omenjeni distančnik in pripadajočo matico (10, 10', 10) so lahko vstavljene podložke, ki delujejo kot drsni ležaj in zmanjšajo silo trenja pri vrtenju matice (10, 10', 10). Podobno je za prilagajanje sile trenja med matico (10, 10', 10) in sredinsko ploščo in/ali med matico (10, 10', 10) ter distančnikom nosilne plošče (2B) vstavljena vzmetna podložka, ki zagotavlja ustrezno pritisno silo. Enakomerno premikanje sredinske plošče (2) vzdolž središčne osi (S) je zagotovljeno s sinhronim vrtenjem matic (10, 10', 10) na navojnih vretenih (4, 4', 4), ki ga omogoča jermen (11), s katerim so matice (10, 10', 10) med seboj povezane v poligonsko zvezo. V predstavljeni izvedbi zobati jermen (11) nalega na matice (10, 10', 10), ki so oblikovane tako, da imajo na obodu oziroma na zunanji strani zobat profil, s čimer je zagotovljeno sinhrono vrtenje vseh treh matic (10, 10', 10). Opisane matice (10, 10', 10), ki so dejansko jermenice z ustreznim notranjim navojem za navojna vretena (4, 4', 4), so lahko izdelane iz enega kosa, vendar so načeloma zaradi ekonomičnosti izdelave izdelane tako, da je na matico s tesnim ujemom nataknjen obroč iz umetne mase z ustreznim zunanjim ozobjem. Razume se, da se z blokado jermena (11) onemogoči vrtenje matic (10, 10', 10) okoli pripadajočih navojnih vreten (4, 4', 4), s tem pa tudi premikanje sredinske plošče (2) in vseh pripadajočih elementov naprave vzdolž središčne osi (S). V ta namen naprava obsega zaporni mehanizem, ki blokira jermen in s tem v aksialni smeri fiksira položaj sredinske plošče (2) glede na središčno os (S), oziroma zaklene napravo v določenem položaju. Omenjeni zaporni mehanizem je sestavljen iz premičnega dela mehanizma za blokado jermena (8A) in iz fiksnega dela mehanizma za blokado jermena (8B), ki se zaradi ekscentričnega elementa med njima zapira in odpira. Na stični strani s profilom jermena (11) je zaporni mehanizem oblikovan kot zobata letev, katere zobje se ujemajo s profilom jermena (11). Omenjeni ekscentrični element med premičnim delom mehanizma za blokado jermena (8A) in med fiksnim delom mehanizma za blokado jermena je pritrjeni na pomožni pogon (8), ki z vrtenjem tega, ekscentrično oblikovanega oziroma montiranega elementa, spreminja rotacijsko gibanje v linearni premik zapornega mehanizma v smislu blokiranja jermena (11), s čimer zaporni mehanizem onemogoči vrtenje matic (10, 10', 10) okoli navojnih vreten (4, 4', 4). V prikazani prednostni izvedbi naprave po izumu je zaporni mehanizem izveden s pomočjo pomožnega pogona (8) oziroma servo pogona, ki je montiran v sedež za montažo pogona (2D). Razume se, da je zaporni mehanizem lahko izveden na več načinov, kar pa ne spremeni narave in bistva razkritja naprave po izumu. V tem smislu je lahko blokada vrtenja jermena (11) oziroma matic (10, 10', 10) izvršena neposredno z blokado vsaj ene izmed matic (10, 10', 10) s pomočjo elektromagneta, pri čemer je za zagotavljanje sinhronosti vrtenja matic (10, 10', 10) lahko namesto jermena (11) smiselno uporabljen tudi kak drug strojni element, kot je recimo veriga ali zobniški prenos.

Nadalje je rob na zgornji strani sredinske plošče (2) oblikovan kot sedež za montažo vzmeti (5), ki zagotavlja koncentričnost vzmeti (5) s središčno osjo (S), kar nadalje omogoča optimalno razporeditev sile okoli središčne osi (S).

Zgornja plošča (1) je oblikovana tako, da ima na sredini skoznjo luknjo, ki v fazi kalibracije naprave oziroma prednapenjanja vzmeti (5) dovoljuje nemoten prehod pogona (6); razume se, da v kolikor naprava oziroma pogon (6) tega ne zahteva, skoznja luknja na sredini zgornje plošče (1) ni potrebna. Podobno kot sredinska plošča (2) z nosilno ploščo (2B) in spodnja plošča (3) ima tudi zgornja plošča (1) skoznje luknje za montažo navojnih vreten (4, 4', 4), ki so prav tako razporejene na razdalji Rl in v razmiku 120° okoli središčne osi (S). Na zunanjem robu spodnje strani je zgornja plošča (1) podobno kot sredinska plošča (2) oblikovana tako, da predstavlja sedež za montažo vzmeti (5), ki zagotavlja koncentričnost vzmeti (5) s središčno osjo (S).

Za nemoteno pozicioniranje oziroma delovanje naprave po izumu v primeru izpada električne energije, je napravi dodano vreteno (7), ki s prenašanjem vrtilnega momenta oziroma gibanja omogoča pozicioniranje prijemališča sile na oblikovni gredi. V ta namen je omenjeno vreteno (7) vstavljeno v pripadajoče skoznje luknje v zgornji plošči (1), sredinski plošči (2) in nosilni plošči (2B), pri čemer je med nosilno ploščo (2B) in med sredinsko ploščo (2) vstavljen pogonski zobnik (12), ki z oblikovno zvezo prenaša vrtilni moment z vretena (7) na gnani zobnik (14). Vreteno (7) je v prikazanem izvedbenem primeru palica šestkotne oblike, ki je vstavljena v utor v spodnji plošči (3) in v pripadajoče skoznje luknje, ki so pozicionirane skladno s prestavnim razmerjem in kinematično krožnico zobniške dvojice, ki ga določata pogonski zobnik (12) in gnani zobnik (14). Ker je pogonski zobnik (12) prosto vpet in gibljiv vzdolž središčne osi vretena (7) je za zagotavljanje naleganja omenjenih zobnikov med pogonski zobnik (12) in med sredinsko ploščo (2) na vreteno (7) vstavljen distančnik (13), ki v vsakem trenutku drži pogonski zobnik (12) v pravilni legi; omenjeni distančnik (13) se prosto vrti okoli vretena (7) in deluje kot puša oziroma drsni ležaj pri prehodu jermena (11) mimo vretena (7).

Naprava po izumu v prednostni izvedbi nadalje obsega elemente, ki zaradi jasnosti na slikah te patentne prijave niso prikazani. V tem smislu je naprava zaprta z ohišjem, cilindrične oblike, ki je na eni, prednostno zgornji strani zaprto in se po obodu tesno prilega zgornji plošči (1), sredinski plošči (2) in spodnji plošči (3). Ohišje obsega prostor za vgradnjo električnega vezja, pri čemer se za zagotavljanje visoke stopnje kompaktnosti naprave ohišje fiksno pritrdi na zgornjo ploščo (1) in na spodnjo ploščo (3). Nadalje naprava po izumu obsega tesnilni element, vstavljen med oblikovno gred (9) in med oblikovno pušo (2A), ter tesnilni element, vstavljen med oblikovno pušo (2A) in med spodnjo ploščo (3), s čimer je dosežena visoka stopnja zaščite pred vdorom vlage in umazanije. Podobno je vstavljen tesnilni element tudi med vreteno (7) in med ohišje naprave ter med zgornjo ploščo (1), ki hkrati fiksira vreteno (7) vzdolž središčne osi (S).

V skladu s predhodno napisanim je varnostna funkcija v prikazani, prednostni izvedbi izvedena tako, da v stanju pripravljenosti za normalno delovanje naprava ne porablja električne energije, razen za delovanje električnega vezja take naprave. To pomeni, da v fazi kalibracije naprave ob doseženi sili prednapetja vzmeti (5) zaporni mehanizem zaklene relacije med zgornjo ploščo (1) in med sredinsko ploščo (2), s čimer ostane vzmet (5) prednapeta in pripravljena za izvršbo varnostne funkcije, ki se sproži in izvrši ob izpadu električne energije oziroma ob odvzemu napetosti. Kadar je naprava priključena na izvor električne energije je pomožni pogon (8) zapornega mehanizma oziroma servo pogon krmiljen s pomočjo električnega vezja, ki s pulzno-širinsko modulacijo pozicionira izhodno gred integriranega reduktorja, s tem pa tudi ekscentrično montiran element. V fazi napenjanja vzmeti oziroma kalibracije naprave je zaporni mehanizem razklenjen, kar pomeni da jermen (11) ni blokiran, zato se lahko matice (10, 10', 10) vrtijo okoli pripadajočih navojnih vreten (4, 4', 4). V trenutku oziroma v položaju, ko je dosežena zadostna sila prednapetja vzmeti (5), ki zagotavlja pravilno izhodiščno lego in izvršbo varnostne funkcije, se zaporni mehanizem zaklene; to pomeni, da se glede na fiksni del mehanizma za blokado jermena (8B) z rotacijo ekscentrično montiranega elementa rotacijsko gibanje pomožnega pogona (8) transformira v linearni pomik premičnega dela mehanizma za blokado jermena (8A), s čimer se blokira jermen (11) in vrtenje matic (10, 10', 10) okoli navojnih vreten (4, 4', 4).

Za proženje varnostne funkcije ob izpadu električne energije naprava po izumu nadalje obsega električno vezje, ki je lahko izvedeno kot samostojni modul ali kot del primarnega električnega vezja take naprave. Omenjeno električno vezje napravi omogoča, da za ohranjanje potenciala energije za izvršbo varnostne funkcije ne porablja električne energije, razen za delovanje električnega vezja samega, obenem pa zagotavlja zadostno količino shranjene elektrine, ki omogoča sprožitev varnostne funkcije. Za sprožitev varnostne funkcije je v prikazani prednostni izvedbi uporabljen servo pogon z elektromotorjem, za izvršbo varnostne funkcije pa tlačna vzmet. Tako električno vezje je predstavljeno na sliki 8, pri čemer je na shemi prikazan elektromotor (M) vezan v dva tokokroga, ki sta med sabo ločena s stikalom oziroma z DPDT relejem (E).

Prvi, primarni tokokrog elektromotorja (M) pomožnega pogona (8), obsega preklopno stikalo oziroma DPDT rele (E), ki ob priključitvi naprave oziroma ob priključitvi prvega tokokroga na vir električne energije razklene prvi tokokrog in sklene drugi, sekundarni tokokrog. Pri tem ostane del primarnega tokokroga pod napetostjo, pri čemer se kondenzator (C), ki je namenjen shranjevanju elektrine za sprožitev varnostne funkcije, napolni. Za pravilno delovanje DPDT releja (E) prvi tokokrog nadalje obsega primarno diodo (Dl), ki preprečuje kratki stik in zagotavlja praznjenje v kondenzatorju (C) shranjene elektrine izključno na elektromotorju (M), pri čemer primarni upor (Rl) zmanjša tokovne sunke pri polnjenju kondenzatorja (C). Nadalje obsega prvi tokokrog sekundarno diodo (D2), ki skupaj s sekundarnim uporom (R2) omogoča predvsem hitrejše preklapljanje DPDT releja (E).

Drugi, sekundarni tokokrog elektromotorja (M) pomožnega pogona (8), je priključen na izhode integriranega vezja oziroma mikrokrmilnika, ki s polariteto in s pulzno širinsko modulacijo manipulira s položajem izstopne gredi servo pogona. Kadar je naprava, s tem pa tudi električno vezje in drugi tokokrog, priključena na vir električne energije, se servo pogon pozicionira glede na obliko PWM signala, ki določa tokovne in napetostne razmere v drugem tokokrogu.

Od izpadu električne energije oziroma ob odvzemu priklopne napetosti, ki služi za normalno delovanje naprave po izumu, DPDT rele (E) preklopi med opisanima tokokrogoma; to pomeni, da razklene sekundarni tokokrog in sklene primarni tokokrog, pri čemer se v kondenzatorju (C) shranjena elektrina izprazni na elektromotorju (M) pomožnega pogona (8), kar se nadalje odraža kot zasuk izstopne gredi servopogona in odklep zapornega mehanizma.

Razume se, da je opisan način proženja varnostne funkcije izvedljiv na različne načine; v tem smislu, se recimo lahko zamenja DPDT rele z dvema SPST relejema; ali podobno, da se servo pogona zamenja z elektromagnetom, kar pa ne spremeni bistva in narave tega razkritja.

Prikazana, prednostna izvedba naprave po izumu, predstavlja izvedbo za manipulacijo s pretokom skozi ventil, pri čemer je varnostna funkcija izvedena v smislu zapiranja ventila oziroma premika spodnjega roba oblikovne gredi (9) v imaginarno ravnino (IR-2).

V osnovi je naprava razdeljena na premični del in na ogrodje, pri čemer premični del predstavljajo: sredinska plošča (2), oblikovna puša (2A), nosilna plošča (2B), sedež za montažo pogona (2C), pogon (6), oblikovna gred (9), matice (10, 10', 10), jermen (11), pogonski zobnik (12), distančnik (13), gnani zobnik (14), glavno vreteno (15), zgornji aksialni ležaj (16) in spodnji aksialni ležaj (17). Ostali elementi naprave razen vzmeti (5), ki je elastični element, predstavljajo ogrodje, ki je v osnovi nepremično glede na središčno os (S) in imaginarno ravnino (IR-l).

Za izvršbo varnostne funkcije v smislu zapiranja ventila, mora biti v skrajni spodnji legi prisotna zadostna sila, da ventil kljub tlačni razliki ostane zaprt. V ta namen se vzmet (5) ob montaži med sredinsko ploščo (2) in med zgornjo ploščo (1) stisne na ustrezno silo prednapetja. Kadar se naprava prvič montira na ventil, ali je bila poprej sprožena varnostna funkcija (kot je to prikazano na sliki 7), se s priklopom naprave na vir električne energije oziroma s ponovnim vklopom naprave prične faza kalibracije naprave. V fazi kalibracije oziroma napenjanja vzmeti (5) se tlačna vzmet (5) z delovanjem pogona (6) oziroma linearnega aktuatorja stisne na dovoljeno oziroma zahtevano vrednost sile prednapetja, s čimer naprava ustvari potencial za izvršbo varnostne funkcije.

Z delovanjem pogona (6) oziroma z vrtenjem elektromotorja se s planetnim gonilom potencira vrtilni moment, s katerim se po principu navojnega vretena in matice rotacijsko gibanje glavnega vretena (15) transformira v linearni premik oblikovne gredi (9). Linearni pomik naprave poteka vzdolž središčne osi (S) med dvema skrajnima legama, ki se glede na spodnjo ploskev oblikovne gredi (9) nahajata v zgornji imaginarni ravnini (IR1) in v spodnji imaginarni ravnini (IR-2). Referenčno izhodišče za linearni pomik predstavlja gnani zobnik (14), ki aksialno silo prenaša na platformo naprave.

Z vrtenjem glavnega vretena (15) v eno izmed smeri okoli središčne osi (S) začne oblikovna gred (9) izstopati iz oblikovne puše (2A), pri čemer se oblikovna gred (9) upira v segment za montažo naprave (3B). V kolikor je premer skoznje luknje za drog ventila (3C) večja od premera oblikovne gredi (9), se oblikovna gred (9) upre v drog ventila, vendar je v prednostni izvedbi segment za montažo naprave (3B) oblikovan tako, da reakcijska sila nastane na stični ploskvi med oblikovno gredjo (9) in med segmentom za montažo naprave (3B).

Zaradi omenjene reakcijske sile, ki se preko glavnega vretena (15) prenaša na gnani zobnik (14), preko zgornjega aksialnega ležaja (16) in nosilne plošče (2B) pa tudi na sredinsko ploščo (2), se ob predpostavki, da jermen (11) ni blokiran začnejo matice (10,10', 10) vrteti okoli pripadajočih navojnih vreten (4, 4', 4). Z vrtenjem matic (10, 10', 10) se začne poprej omenjeni premični del naprave pomikati vzdolž središčne osi (S), dokler vzmet (5) ni ustrezno prednapeta, kar predstavlja referenčno ravnino in izhodišče za normalno delovanje naprave. Na prikazanem primeru nastopi omenjena referenčna ravnina za normalno delovanje naprave takrat, kadar leži spodnji rob oblikovne puše (2A) v imaginarni ravnini (IR-l), kot je to prikazano na sliki 6. Takrat se sproži zaporni mehanizem, ki z blokado jermena (11) relacije med premičnim delom naprave glede na omenjeno ogrodje naprave v danem trenutku ohrani in zaklene.

Kadar je naprava po izumu pripravljena za normalno delovanje in je navedeni premični del naprave v opisani referenčni ravnini (kot je to prikazano na slikah 1, 2, 3, 5 in 6), naprava manipulira s pretokom skozi ventil oziroma s pozicioniranjem prijemališča sile, to je droga ventila, le s premikanjem oblikovne gredi (9) vzdolž središčne osi (S), kar je izvedljivo s pomočjo linearnega aktuatorja oziroma pogona (6), ali s pomočjo ročnega pogona z vrtenjem vretena (7). V primeru odvzema napetosti oziroma odklopa naprave iz napajanja z električno energijo, se po poprej opisanem postopku sproži in izvrši varnostna funkcija naprave, pri čemer se v tej izvedbi celotni premični del naprave pomakne v najnižjo možno lego glede na položaj oblikovne gredi (9), ki je ekvivalentna situaciji, kadar leži spodnji rob oblikovne gredi (9) v imaginarni ravnini (IR-2).

Način industrijske uporabe

Koncept naprave po izumu je primarno namenjen pozicioniranju gredi za določanje pretoka skozi ventil. Taka naprava je uporabljiva za razne industrijske aplikacije, kjer je varnostna funkcija prioritetnega pomena.

Razume se, da lahko strokovnjak s tega področja na osnovi poznavanja opisanega razkritja razvije tudi drugačne izvedbe, ne da bi obšel bistvo izuma, kot je to opredeljeno v sledečih patentnih zahtevkih.

Claims (24)

1. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo, katera je priključena na vir električne energije in z linearnim aktuatorjem premika prijemališče sile med dvema skrajnima legama, s čimer se ob vklopu naprave v fazi kalibracije elastični element napne na stalno silo prednapetja in ob izpadu električne energije premakne prijemališče sile v eno izmed skrajnih leg, značilna po tem, da obsega platformo iz vsaj dveh konstrukcijskih elementov, med katera je vpet elastični element, ki ga linearni aktuator v fazi kalibracije ob vklopu naprave napne na silo prednapetja, pri čemer se ob doseženi sili prednapetja izvede blokada sistema za transformacijo in zmanjšanje sile, ki do sprožitve varnostne funkcije ohranja konstantno silo prednapetja elastičnega elementa in zadržuje stalno razdaljo med omenjenima konstrukcijskima elementoma platforme naprave po izumu.

2. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilna po tem, da je naprava po izumu montirana na ventil, pri čemer je od položaja droga ventila odvisen pretok skozi ventil; da je drog ventila montiran na oblikovno gred (9) na mestu vpetja, ki predstavlja prijemališče sile, pri čemer je ventil popolnoma odprt, kadar leži spodnja ploskev oblikovne gredi (9) v skrajni zgornji legi prijemališča sile, ki jo predstavlja imaginarna ravnina (IR-1), in nasprotno, da je ventil popolnoma zaprt, kadar leži spodnja ploskev oblikovne gredi (9) v skrajni spodnji legi prijemališča sile, ki jo predstavlja imaginarna ravnina (IR-2); da omenjena platforma naprave po izumu v prednostni izvedbi obsega tri, plošči podobne konstrukcijske elemente, ki so v tej patentni prijavi označeni z zgornja plošča (1), sredinska plošča (2) in spodnja plošča (3) ter so med seboj povezani s tremi nesamozapornimi navojnimi vreteni (4, 4', 4'), ki so v razmiku 120° okoli središčne osi (S) pritrjena na zgornjo ploščo (1) in spodnjo ploščo (3), pri čemer je sredinska plošča (2) vzdolž središčne osi (S) pomična med zgornjo ploščo (1) in med spodnjo ploščo (3); da sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile obsega omenjena navojna vretena (4, 4', 4) in nadalje tudi matice (10, 10', 10), ki so montirane na navojna vretena (4, 4', 4), s čimer se aksialna sila, ki deluje vzdolž središčne osi (S) transformira v vrtilni moment matic (10, 10', 10), ki se sinhrono vrtijo okoli pripadajočih navojnih vreten (4, 4', 4); da pomožni pogon (8) ob koncu faze kalibriranja naprave blokira vrtenje matic (10, 10', 10), s čimer se do sprožitve varnostne funkcije ohrani konstantna sila prednapetega elastičnega elementa.

3. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilna po tem, da je varnostna funkcija sprožena, če naprava po izumu ni priključena na električno energijo, kar nadalje pomeni, da je po izvršeni varnostni funkciji prijemališče sile v spodnji skrajni legi, oziroma leži spodnja ploskev oblikovne gredi (9) v imaginarni ravnini (IR-2); da se ob delovanju linearnega aktuatorja oblikovna gred premika vzdolž središčne osi (S); da se po priključitvi naprave na vir električne energije in po vklopu naprave za pozicioniranje z varnostno funkcijo izvede kalibracija naprave, kar pomeni, da se z delovanjem linearnega aktuatorja elastični element dodatno napne na silo prednapetja, ki zagotavlja izvršbo varnostne funkcije z zahtevano silo; da se v fazi kalibracije oblikovna gred (9) s spodnjo ploskvijo upre v segment za montažo naprave (3B), pri čemer se zaradi nadaljnjega delovanja pogona (6) in reakcijske sile začne vzdolž središčne osi (S) sredinska plošča (2) skupaj z vsemi pripadajočimi oziroma pritrjenimi elementi odmikati od spodnje plošče (3); da se omenjena kalibracija naprave konča v položaju, ko spodnji rob oblikovne puše (2A) leži v imaginarni ravnini (IR-1), s čimer je zagotovljen zahtevan • · hod naprave oziroma razmik med spodnjo in zgornjo skrajno lego; da ob koncu kalibracije naprave pomožni pogon (8) blokira sistem za transformacijo in zmanjšanje sile v položaju, ko je elastični element napet na zahtevano silo prednapetja, s čimer se do sprožitve varnostne funkcije ohrani razmik med sredinsko ploščo (2) in med spodnjo ploščo (3), s tem pa tudi potencial energije shranjene v elastičnem elementu; da naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo premika prijemališče sile z oblikovno gredjo (9), ki jo linearni aktuator pozicionira med dvema omenjenima skrajnima legama vzdolž središčne osi (S); da se ob izpadu, odklopu ali odvzemu električne energije sproži varnostna funkcija; da po sprožitvi varnostne funkcije pomožni pogon (8) preneha blokirati sistem za transformacijo in zmanjšanje sile, s čimer se sprosti potencial energije, ki je shranjen v elastičnem elementu, zaradi česar se prijemališče sile oziroma spodnja ploskev oblikovne gredi (9) pomakne v spodnjo imaginarno ravnino (IR-2); da se z omenjenim pomikom po sprožitvi varnostne funkcije skupaj z oblikovno gredjo (9) pomaknejo v najnižjo možno lego tudi vsi ostali pripadajoči elementi, ki so povezani z oblikovno gredjo (9) oziroma pritrjeni na sredinsko ploščo (2); da se po izvršbi varnostne funkcije s katero se drog ventila pomakne v skrajno spodnjo lego, pretok skozi ventil popolnoma zapre.

4. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilna po tem, da je varnostna funkcija sprožena, če naprava po izumu ni priključena na električno energijo, kar nadalje pomeni, da je po izvršeni varnostni funkciji prijemališče sile v zgornji skrajni legi, oziroma leži spodnja ploskev oblikovne gredi (9) v imaginarni ravnini (IR-1); da se ob delovanju linearnega aktuatorja oblikovna gred premika vzdolž središčne osi (S); da se po priključitvi naprave na vir električne energije in po vklopu naprave za pozicioniranje z varnostno funkcijo izvede kalibracija naprave, kar pomeni, da se z delovanjem linearnega aktuatorja elastični element dodatno napne na silo prednapetja, ki zagotavlja izvršbo varnostne funkcije z zahtevano silo; da se v fazi kalibracije začne zaradi zveze med oblikovno gredjo (9) in drogom ventila ob nadaljnjem delovanju pogona (6) in reakcijske sile vzdolž središčne osi (S) sredinska plošča (2) skupaj z vsemi pripadajočimi oziroma pritrjenimi elementi primikati k spodnji plošči (3); da se omenjena kalibracija naprave konča v položaju, ko spodnji rob oblikovne puše (2A) leži v imaginarni ravnini (IR-2), s čimer je zagotovljen zahtevan hod naprave oziroma razmik med spodnjo in zgornjo skrajno lego; da ob koncu kalibracije naprave pomožni pogon (8) blokira sistem za transformacijo in zmanjšanje sile v položaju, ko je elastični element napet na zahtevano silo prednapetja, s čimer se do sprožitve varnostne funkcije ohrani razmik med sredinsko ploščo (2) in med spodnjo ploščo (3), s tem pa tudi potencial energije shranjene v elastičnem elementu; da naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo premika prijemališče sile z oblikovno gredjo (9), ki jo linearni aktuator pozicionira med dvema omenjenima skrajnima legama vzdolž središčne osi (S); da se ob izpadu, odklopu ali odvzemu električne energije sproži varnostna funkcija; da po sprožitvi varnostne funkcije pomožni pogon (8) preneha blokirati sistem za transformacijo in zmanjšanje sile, s čimer se sprosti potencial energije, ki je shranjen v elastičnem elementu, zaradi česar se prijemališče sile oziroma spodnja ploskev oblikovne gredi (9) pomakne v zgornjo imaginarno ravnino (IR1); da se z omenjenim pomikom po sprožitvi varnostne funkcije skupaj z oblikovno gredjo (9) pomaknejo v najvišjo možno lego tudi vsi ostali pripadajoči elementi, ki so povezani z oblikovno gredjo (9) oziroma pritrjeni na sredinsko ploščo (2); da se po izvršbi varnostne funkcije s katero se drog ventila pomakne v skrajno zgornjo lego, pretok skozi ventil popolnoma odpre.

5. Linearni aktuator naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da pogon (6) v prednostni izvedbi obsega elektromotor s planetnim reduktorjem, ki je montiran na nosilno ploščo (2B); da linearni aktuator nadalje obsega vležajenje, ki ga predstavlja zgornji aksialni ležaj (16), gnani zobnik (14) in spodnji aksialni ležaj (17), pri čemer je omenjeno vležajenje montirano med sredinsko ploščo (2) in nosilno ploščo (2B), zato je pogon (6) obremenjen le na vrtilni moment, saj se z vležajenjem aksialna sila vzdolž središčne osi (S) prenaša iz oblikovne gredi (9) na platformo naprave; da je oblikovna gred na spodnji strani oblikovana tako, da predstavlja prijemališče sile, ki se vzdolž središčne osi (S) premika med dvema skrajnima legama, kateri sta na slikah te patentne prijave glede na spodnji rob oblikovne gredi (9) definirani z zgornjo imaginarno ravnino (IR-1) in spodnjo imaginarno ravnino (IR-2); da se ob delovanju elektromotorja vrtilni moment okoli središčne osi (S) z oblikovno zvezo prenaša iz izstopne gredi reduktorja na gnani zobnik (14); da je gnani zobnik (14) pritrjen na glavno vreteno (15), ki po principu navojne zveze transformira rotacijsko gibanje v linearni premik prijemališča sile na oblikovni gredi (9); da linearni pogon nadalje obsega vreteno (7), na katero je z oblikovno zvezo montiran pogonski zobnik (12), ki je z distančnikom (13) vpet med sredinsko ploščo (2) in med nosilno ploščo (2B); da sta pogonski zobnik (12) in distančnik (13) premična vzdolž vretena (7) oziroma vzdolž središčne osi (S), s čimer je zagotovljeno pravilno naleganje in delovanje omenjene zobniške dvojice, kar omogoča ročni pogon naprave po izumu in delovanje linearnega aktuatorja v smislu pozicioniranja prijemališča sile med dvema skrajnima legama ne glede na položaj sredinske plošče (2), tudi ob izpadu priključne električne energije.

6. Linearni aktuator naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da obsega hidravlični linearni pogon, ki je montiran na sredinsko ploščo (2) in premika drog ventila med zgornjo in spodnjo skrajno lego, pri čemer v fazi kalibracije naprave napne elastični element na silo prednapetja, kar pomeni, da po končani fazi kalibracije s pozicioniranjem prijemališča sile premaguje le silo na drogu ventila.

7. Linearni aktuator naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da obsega pnevmatski linearni pogon, ki je montiran na sredinsko ploščo (2) in premika drog ventila med zgornjo in spodnjo skrajno lego, pri čemer v fazi kalibracije naprave napne elastični element na silo prednapetja, kar pomeni, da po končani fazi kalibracije s pozicioniranjem prijemališča sile premaguje le silo na drogu ventila.

8. Sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da obsega nesamozaporno navojno zvezo, ki s pomočjo zapornega mehanizma in pomožnega pogona (8) zadržuje relacije med elementi naprave, s čimer se zmanjša sila potrebna za zadrževanje sile prednapetja.

9. Sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilen po tem, da poleg navojnih vreten (4, 4', 4) in matic (10,10', 10) nadalje obsega jermen (11), ki zagotavlja sinhrono vrtenje matic (10, 10', 10) okoli navojnih vreten (4, 4’, 4) in zaporni mehanizem, ki glede na fiksni del mehanizma za blokado jermena (8B) s pomožnim pogonom (8) premika premični del mehanizma za blokado jermena (8A), s čimer pomožni pogon (8) manipulira z blokado sistema elementov za transformacijo in zmanjšanje sile.

10. Sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 9, značilen po tem, da so navojna vretena (4, 4', 4) nesamozaporna in imajo v prednostni izvedi trapezni profil, pri čemer je kot vzpona vijačnice večji od 7°; da so matice (10, 10', 10) oblikovane tako, da imajo na zunanji strani profil, ki ustreza profilu jermena (11), kar zagotavlja natančno pozicioniranje in zahtevano sinhronost vrtenja matic (10,10', 10); da je jermen (11) speljan okoli matic (10, 10', 10) in tvori poligonsko zvezo, pri čemer sta premični del za blokado jermena (8A) in fiksni del za blokado jermena (8B), oblikovana v skladu s profilom jermena (11), kar zagotavlja zanesljivo blokado jermena (11), s katero manipulira pomožni pogon (8).

11. Sistem elementov za transformacijo in zmanjšanje sile naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da obsega sistem strojnih elementov, kot sta recimo zobata letev in zobnik, ki ju pomožni pogon (8) z zapornim mehanizmom ob koncu kalibracije blokira, s čimer se do sprožitve varnostne funkcije ohrani potencial energije shranjene v prednapetem elastičnem elementu.

12. Pomožni pogon (8) naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilen po tem, da obsega elektromotor z reduktorjem; da je na izstopni gredi reduktorja ekscentrično montiran element, ki je vpet med premični del za blokado jermena (8A) in med fiksni del za blokado jermena (8B), s čimer se ob delovanju pomožnega pogona (8) zaradi omenjenega ekscentrično montiranega elementa rotacijsko gibanje spremeni v linearni pomik, kar pomeni, da se z rotacijo tega ekscentrično montiranega elementa ustrezno spreminja razmik med premičnim delom za blokado jermena (8A) in med fiksnim delom za blokado jermena (8B), kar nadalje pomeni, da položaj ekscentrično montiranega elementa manipulira z blokado jermena (11); da je ekscentrično montiran element oblikovan tako, da oblika tega elementa, tudi ob izklopu pomožnega pogona (8), zadržuje vrtilni moment okoli izstopne gredi pomožnega pogona (8), ki nastane zaradi delovanja nasprotnih sil med premičnim delom za blokado jermena (8A) in med fiksnim delom za blokado jermena (8B), kar napravi po izumu omogoča, da silo za izvršbo varnostne funkcije shranjeno v elastičnem elementu zadržuje z mehanizmom, ki za svoje delovanje ne porablja električne energije.

13. Pomožni pogon (8) naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilen po tem, da obsega elektromagnet, ki blokira in deblokira sistem za transformacijo in zmanjšanje sile.

14. Platforma naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevkih 2 in 5, značilna po tem, da ima zgornja plošča (1) na sredini skoznjo luknjo za prehod pogona (6) in nadalje še skoznje luknje za montažo navojnih vreten (4, 4', 4), ki so razporejene okoli središčne osi (S) v razmiku 120°, kar omogoča optimalno razporeditev sil okoli središčne osi (S); da je sredinska plošča (2) oblikovana tako, da ima skoznje luknje za prehod navojnih vreten (4 4', 4), ki so analogne tistim na zgornji plošči (1); da se sredinska plošča (2) na spodnji strani nadaljuje v oblikovno pušo (2A), ki ob delovanju pogona (6) izniči vrtilni moment, s čimer se rotacijsko gibanje pogona (6) transformira v linearni pomik oblikovne gredi (9); da je notranji profil oblikovne puše (2A) v ozki toleranci skladen z zunanjim profilom oblikovne gredi (9) in hkrati predstavlja vodilo za premikanje oblikovne gredi (9) znotraj oblikovne puše (2A) vzdolž središčne osi (S); da je sredinska plošča (2) na zgornji strani oblikovana tako, da predstavlja osnovo za montažo vležajenja oziroma sedež za montažo spodnjega aksialnega ležaja (17); da je sredinska plošča (2) nadalje oblikovana tako, da se med nosilno ploščo (2B) montira omenjeno vležajenje in matice (10, 10', 10); da je nosilna plošča (2B) oblikovna tako, da zapolnjuje vrzel med maticami (10, 10', 10) z distančnikom; da je med matice (10, 10', 10) in omenjeni distančnik nosilne plošče (2B) nadalje vstavljena vzmetna podložka, ki s položajem matice na distančniku nosilne plošče (2B) regulira s pritisno silo nosilne plošče (2B) na matice (10, 10', 10), kar omogoča nastavljanje sile trenja med maticami (10, 10', 10) in nosilno ploščo (2B); da ima nosilna plošča (2B) na sredini skoznjo luknjo za prehod izstopne gredi reduktorja pogona (6), pri čemer je pogon (6) pritrjen na nosilno ploščo (2B) tako, da ob delovanju elektromotorja pogona (6) zveza izniči oziroma prenaša vrtilni moment okoli središčne osi (S) na sredinsko ploščo (2); da je oblikovna puša (2A) z zunanjim profilom, ki je v prednostni obliki lik šest-kotne oblike, skladna s skoznjo luknjo v spodnji plošči, s čimer se vrtilni moment ob delovanju pogona (6) preko elementov sredinske plošče (2) prenaša na spodnjo ploščo (3); da je spodnja plošča (3) oblikovana tako, da ima skoznje luknje za montažo navojnih vreten (4, 4', 4), ki so analogne tistim na zgornji plošči (1) in sredinski plošči (2), da je spodnja plošča (3) nadalje oblikovana tako, da se na spodnji strani s tremi nosilci (3A) steka v segment za montažo naprave (3B), ki je oblikovan tako, da ima na spodnji strani odprtino za montažo na ventil (3D) ter na zgornji strani skoznjo luknjo za drog ventila (3C), skozi katero se drog ventila pritrdi na mesto vpetja na oblikovni gredi (9), ki predstavlja prijemališče sile.

15. Platforma naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilna po tem, da je elastični element montiran na/med zgornjo ploščo (1) in na/med sredinsko ploščo (2).

16. Platforma naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 2, značilna po tem, da je elastični element montiran na/med sredinsko ploščo (2) in na/med spodnjo ploščo (3).

17. Elastični element naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da je ta element tlačna vzmet.

18. Elastični element naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da je ta element natezna vzmet.

19. Elastični element naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilen po tem, da je ta element iz elastične umetne mase, ki ima gumi podobne lastnosti.

20. Električno vezje naprave za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo za proženje zapornega mehanizma, ki ob izpadu električne energije s shranjeno elektrino deblokira oziroma sprosti sistem za transformacijo in zmanjševanje sile, značilno po tem, da obsega modul, ki napravi omogoča, da za ohranjanje potenciala energije in izvršbo varnostne funkcije ne porablja električne energije, razen za delovanje električnega vezja samega, obenem pa zagotavlja zadostno količino shranjene elektrine, ki zagotavlja sprožitev varnostne funkcije; da je za sprožitev varnostne funkcije v prednostni izvedbi uporabljen servo pogon z elektromotorjem; da omenjeni modul za proženje varnostne funkcije skladno s sliko 8 obsega elektromotor (M), ki je vezan v dva tokokroga, katera sta med sabo ločena s stikalom oziroma z DPDT relejem (E); da prvi, primarni tokokrog elektromotorja (M) obsega preklopno stikalo oziroma DPDT rele (E), ki ob priključitvi naprave oziroma ob priključitvi prvega tokokroga na vir električne energije razklene prvi tokokrog in sklene drugi, sekundarni tokokrog; da pri tem ostane del primarnega tokokroga pod napetostjo, pri čemer se kondenzator (C), ki je namenjen shranjevanju elektrine za sprožitev varnostne funkcije, napolni; da prvi tokokrog nadalje obsega primarno diodo (Dl), ki preprečuje kratek stik in zagotavlja praznjenje kondenzatorja (C) na elektromotorju (M), pri čemer primarni upor (Rl) zmanjša tokovne sunke na kondenzator (C) pri polnjenju le tega; da nadalje prvi tokokrog obsega sekundarno diodo (D2), ki skupaj z sekundarnim uporom (R2), kateri kot breme na tuljavi DPDT releja omogoča hitrejše preklapljanje DPDT releja (E); da je drugi, sekundarni tokokrog elektromotorja (M) pomožnega pogona (8) priključen na izhode integriranega vezja oziroma mikrokrmilnika, ki s polariteto in s pulzno širinsko modulacijo manipulira s položajem izstopne gredi servo pogona, kar pomeni, da kadar je naprava, s tem pa tudi električno vezje in drugi tokokrog, priključena na vir električne energije, se servo pogon pozicionira glede na obliko PWM signala, ki določa tokovne in napetostne razmere v drugem tokokrogu; da ob izpadu električne energije oziroma ob odvzemu priklopne napetosti, ki služi za normalno delovanje naprave po izumu, DPDT rele (E) preklopi med opisanima tokokrogoma, to pomeni, da razklene sekundarni tokokrog in sklene primarni tokokrog, pri čemer se v kondenzatorju (C) shranjena elektrina izprazni na elektromotorju (M) pomožnega pogona (8), kar se nadalje odraža kot zasuk izstopne gredi servo pogona in odklop zapornega mehanizma oziroma kot sprožitev varnostne funkcije.

21. Električno vezje za proženje zapornega mehanizma po zahtevku 20, značilno po tem, da je namesto elektromotorja (M) uporabljen elektromagnet, pri čemer za krmiljenje elektromagneta namesto PWM modulacije zadostuje že potencial električne napetosti z ustreznim električnim tokom.

22. Električno vezje za proženje zapornega mehanizma po zahtevku 20 in 21, značilno po tem, da je vezje uporabljeno za proženje varnostne funkcije na pogonu za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo.

23. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo po zahtevku 1, značilna po tem, da v prednostni izvedbi nadalje obsega elemente, ki zaradi jasnosti na slikah te patentne prijave niso prikazani; da je v tem smislu naprava zaprta z ohišjem, cilindrične oblike, ki je na vsaj eni, prednostno zgornji strani zaprto in se po obodu tesno prilega zgornji plošči (1), sredinski plošči (2) in spodnji plošči (3); da omenjeno ohišje obsega prostor za vgradnjo električnega vezja, pri čemer je ohišje fiksno pritrjeno na zgornjo ploščo (1) in na spodnjo ploščo (3); nadalje naprava po izumu obsega tesnilni element, vstavljen med oblikovno gred (9) in med oblikovno pušo (2A), ter tesnilni element, vstavljen med oblikovno pušo (2A) in med spodnjo ploščo (3), kar zagotavlja visoko stopnjo zaščite pred vdorom vlage in umazanije; da je podobno vstavljen tesnilni element tudi med vreteno (7) in med ohišje naprave ter med zgornjo ploščo (1), ki hkrati fiksira vreteno (7) vzdolž središčne osi (S).

24. Naprava za pozicioniranje z integrirano varnostno funkcijo, značilna po tem, da so konstrukcijski elementi naprave po izumu oblikovani kot mehanizem potopnega stebra, pri čemer varnostna funkcija smiselno postavi potopni steber v eno izmed skrajnih leg.