ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ И СБОРОЧНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2024 года по МПК F16K31/04 F16K31/53 F16K31/56 

Настоящее изобретение относится к отказоустойчивому исполнительному механизму для перемещения детали между двумя конечными положениями и сборочному узлу с таким исполнительным механизмом и деталью, перемещаемой исполнительным механизмом.

В частности, настоящее изобретение относится к исполнительному механизму, который приводит в действие клапаны или вентиляционные заслонки. Исполнительный механизм согласно настоящему изобретению может быть использован для управления потоками текучей среды. Такие используемые в промышленности исполнительные механизмы применяются в широком разнообразии отраслей, например, в нефтегазовой отрасли, в компаниях, производящих питьевую воду и занятых в обработке сточных вод, энергетических установках, морском транспорте, шахтах, технологические установках для приготовления пищи, а также в фармацевтических и химических компаниях. Такие отказоустойчивые исполнительные механизмы также используются в зданиях, туннелях и т.п. Задача состоит в обеспечении указанного положения ведомой детали в случае отказа привода, чтобы иметь возможность проверить фактическое положение детали, перемещенной исполнительным механизмом, в случае крайней необходимости. В большей части случаев это фактическое положение является положением, в котором вся система, в которую встроена перемещаемая деталь, (согласно примеру вентиляционная система или технологическая установка) находится в безопасном состоянии.

Отказоустойчивые исполнительные механизмы, например, используются в системах HVAC, которые являются системами для нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, для приведения в действие заслонок клапанов или вентиляционных заслонок и управления температурой или потоком воздуха в конкретных местоположениях, например, в туннелях. В туннелях, например, в случае пожара соответствующая система вентиляционных заслонок должна быть переведена в заданное положение, независимо оттого, происходит это в автодорожном туннеле, железнодорожном туннеле или туннеле шахты.

Задача настоящего изобретения состоит в создании отказоустойчивого исполнительного механизма для перемещения детали между двумя конечными положениями, который является компактным по конструкции и гибким в использовании.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечен отказоустойчивый исполнительный механизм для перемещения детали между двумя конечными положениями, содержащий:

первый привод,

первую силовую передачу, которая выполнена с возможностью приведения в движение первым приводом, имеющим первый выходной вал, который передает перемещение исполнительного механизма наружу в направлении детали;

второй привод,

вторую силовую передачу, которая выполнена с возможностью приведения в движение вторым приводом, имеющим второй выходной вал, который проходит соосно с первым выходным валом,

причем первый и/или второй привод выполнены с возможностью выборочного активирования для приведения первого и/или второго выходного вала в движение;

накапливающее энергию устройство, которое связано с второй силовой передачей;

по меньшей мере одно выполненное с возможностью внешнего приведения в действие удерживающее устройство, которое выборочно обеспечивает то, что энергия, накопленная в накапливающем энергию устройстве, остается в накапливающем энергию устройстве или высвобождается во вторую силовую передачу;

механическое вовлекающее во вращение устройство между вторым выходным валом и первым выходным валом, выполненное таким образом, что

обеспечивает возможность вращения первого выходного вала относительно второго выходного вала по меньшей мере на один угол вращения, который соотносим с расстоянием между конечными положениями, если накапливающее энергию устройство не освобождено, и если привод перемещает первый выходной вал между конечными положениями, и

обеспечивает вовлечение во вращение первого выходного вала вторым выходным валом при освобожденном накапливающем энергию устройстве и неисправном приводе в первом из указанных двух конечных положений.

Исполнительный механизм согласно настоящему изобретению может быть выполнен с возможностью достижения различных состояний посредством двух отдельных приводов. Первая силовая передача может быть перемещена непосредственно относящимся к ней первым приводом. Альтернативно вторая силовая передача может быть перемещена относящимся к ней вторым приводом, в результате чего накапливающее энергию устройство может поглощать энергию. Альтернативно обе силовые передачи могут быть перемещены их соответствующими приводами, так что деталь, которая должна быть перемещена, например заслонка клапана или вентиляционная заслонка, может быть перемещена посредством первой силовой передачи, а накапливающее энергию устройство также может быть загружено в это же самое время. Это может обеспечить возможность очень гибкого использования исполнительного механизма.

Соосное расположение первого выходного вала и второго выходного вала может обеспечить возможность создания компактного устройства, которое также может иметь простую конструкцию. Таким образом, расположение указанного механического вовлекающего во вращение устройства между этими двумя выходными валами является важным. С одной стороны, это вовлекающее во вращение устройство может обеспечить возможность перемещения детали исключительно посредством первой силовой передачи, а с другой стороны, может обеспечить возможность вовлечения во вращение в случае критической в отношении безопасности аварийной ситуации, если привод вышел из строя, а деталь, подлежащая перемещению, должна быть перемещена в указанное конечное положение путем высвобождения энергии из накапливающего энергию устройства. Таким образом, можно отказаться от переключаемых муфт.

Зубья на каждом из зубчатых колес, посредством которых энергия поступает в направлении выходных валов, могут быть обеспечены поверх относительно большой секции окружности. Когда заслонки должны быть перемещены только на 90°, чтобы перейти из закрытого состояния в полностью открытое состояние, перенастройка исполнительного механизма позволяет реверсировать направление перемещения второй силовой передачи. Это означает, что освобожденное накапливающее энергию устройство может обеспечить возможность перемещения первого выходного вала в противоположном направлении, приведенного в действие вторым выходным валом. Это может быть достигнуто простыми мерами по перенастройке, например, установкой реверсивно действующего накапливающего энергию устройства или выполненного с возможностью реверсирования накапливающего энергию устройства, как описано более подробно ниже.

Эти два привода могут быть электродвигателями.

Эти два привода, вовлекающее во вращение устройство и удерживающее устройство при необходимости выполнены с возможностью скоординированного управления таким образом, что

в первом состоянии второй привод может перемещать второй выходной вал в направлении ко второму из указанных двух конечных положений, а энергия, таким образом, может быть введена в накапливающее энергию устройство, в частности, при этом первый выходной вал при этом не перемещается,

в последующем втором состоянии по меньшей мере одно удерживающее устройство может удерживать энергию в накапливающем энергию устройстве, а первый привод может затем перемещать деталь между ее конечными положениями,

в последующем третьем состоянии, в котором оба привода повреждены, удерживающее устройство может высвободить энергию из накапливающего энергию устройства, в результате чего второй выходной вал может быть перемещен в направлении первого конечного положения и обеспечивается возможность вовлечения во вращение первой силовой передачи для перемещения в направлении первого конечного положения.

В этом варианте реализации настоящего изобретения энергия в накапливающем энергию устройстве может быть введена исключительно путем перемещения второй силовой передачи, в то время как первая силовая передача остается пассивной.

Альтернативно в первом состоянии оба привода могут быть приведены в действие, т.е. активированы и могут перемещаться таким образом, что оба выходных вала перемещаются в направлении ко второму из указанных двух конечных положений, в результате чего энергия может быть введена в накапливающее энергию устройство. Преимущество этого варианта реализации может состоять в том, что способ введения энергии осуществляется очень быстро, поскольку отсутствует необходимость выполнять любой обратный ход для одной только второй силовой передачи. При введении энергии деталь может быть одновременно перемещена в ее открытое или закрытое положение, в зависимости от того, является ли второе конечное положение открытым или закрытым положением.

В еще одном варианте реализации в первом состоянии при перемещении первого выходного вала в направлении ко второму из указанных двух конечных положений, при разряженном накапливающем энергию устройстве и задействованном удерживающем устройстве, первый выходной вал может нести с собой второй выходной вал таким образом, что выходные валы связаны друг с другом. Таким образом, энергия из первого выходного вала может быть введена во второй выходной вал и передана в накапливающее энергию устройство.

Кроме того, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения удерживающее устройство может удерживать второй выходной вал во втором состоянии и, таким образом, удерживать накапливающее энергию устройство в состоянии, в котором энергия остается в накапливающем энергию устройстве. Если, например, накапливающее энергию устройство содержит пружину, пружина может быть растянута во втором состоянии, а удерживающее устройство затем может удерживать второй выходной вал в положении, в котором пружина не может быть освобождена. Таким образом, накапливающее энергию устройство и второй выходной вал могут находиться в указанном однозначном состоянии одновременно.

Если каждая силовая передача относится к ее собственному удерживающему устройству, эти силовые передачи могут быть задействованы независимо друг от друга. Например удерживающее устройство первой силовой передачи может обеспечить возможность того, что перемещаемая деталь также удерживается в указанном положении, противостоя влиянию внешних факторов, так что достигнута фиксация положения. Однако для препятствованию работе одного привода против удерживающего устройства другого привода, если один привод непреднамеренно действует через удерживающее устройство другого привода, оба удерживающих устройства должны быть открыты.

Для обеспечения как можно меньшего размера удерживающих устройств согласно одному варианту реализации настоящего изобретения удерживающее устройство может действовать непосредственно на ведущий вал привода или вал, соединенный непосредственно с ведущим валом, или вал, который находится в непосредственной близости к нему и опирается на него.

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения удерживающее устройство или удерживающие устройства могут быть электромагнитным тормозом.

Накапливающее энергию устройство может быть связано прямо или косвенно со вторым выходным валом, выполненным с возможностью отсоединения неразрушающим способом, для обеспечения возможности его заменены или реверсирования. В зависимости от конструкции исполнительного механизма и его целевого использования, различные накапливающие энергию устройства с большей или меньшей энергоемкостью, таким образом, могут использоваться, или может быть изменено направление вращения, в котором действует накапливающее энергию устройство.

В этом отношении оптимальным является вариант реализации, в котором при одном и том же вовлекающем во вращение устройстве второй выходной вал может увлекать за собой первый выходной вал в противоположных направлениях вращения, при этом направление вращения зависит от направления вращательного эффекта накапливающего энергию устройства. Следовательно, вовлекающее во вращение устройство может использоваться независимо от того, реверсировано или не реверсировано направление вращательного эффекта. Это может обеспечить высокую гибкость использования исполнительного механизма согласно настоящему изобретению.

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения накапливающее энергию устройство может быть связано со вторым выходным валом в двух различных положениях, и в первом положении может быть обеспечена возможность того, что первый выходной вал может быть прижат к одному конечному положению, а во втором положении он может быть прижат к противоположному конечному положению. Следовательно, пользователь исполнительного механизма не нуждается в различных накапливающих энергию устройствах для изменения направления вращательного эффекта накапливающего энергию устройства, но может использовать одно и то же накапливающее энергию устройство, которое он удаляет из исполнительного механизма и устанавливает в отличающемся положении. Таким образом, исполнительный механизм согласно настоящему изобретению может быть совершенно универсальным в использовании.

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения первое положение накапливающего энергию устройства отличается от второго положения, в котором накапливающее энергию устройство может быть перевернуто на 180° и, таким образом, связано со вторым выходным валом не на передней стороне, а на задней стороне. Это может обеспечить простое крепление накапливающего энергию устройства, которое, например, имеет гнездо для вала на своих противоположных сторонах, посредством которого оно, например, согласуется непосредственно со вторым выходным валом.

Первый и второй выходные валы могут быть выполнены с возможностью соединения в направлении вращения посредством упорных поверхностей, которые входят в контакт друг с другом. Это обеспечивает возможность очень простого способа достижения вовлечения во вращение.

Таким образом, упорные поверхности могут быть обеспечены на противоположных торцевых поверхностях зубчатых колес или первого и второго выходных валов. Такая передача крутящего момента через торцевые поверхности может привести к уменьшению требуемого радиального пространства.

Наиболее экономичный вариант реализации для конфигурации вовлекающего во вращение устройства может включать в себя обеспечение упорных поверхностей в виде выступов или штифтов на зубчатых колесах или выходных валах. В частности, вариант реализации, включающий в себя соединительные штифты на торцевых поверхностях зубчатых колес, может быть предпочтительным в отношении стоимости, поскольку в этом случае необходимо только обеспечить соответствующие отверстия в зубчатых колесах, что приводит к высокой гибкости в отношении расположения штифтов. Для других исполнительных механизмов, которые предназначены для покрытия других угловых диапазонов, штифты могут использоваться на одних и тех же зубчатых колесах, только с иным расположением отверстий.

Если упорные поверхности первой и второй силовых передач входят в контакт друг с другом, т.е. если конечное положение достигнуто, упорные поверхности, которые не находятся в контакте друг с другом, должны быть отдалены друг от друга на угловое расстояние по меньшей мере 180°, чтобы обеспечить указанную выше гибкость использования исполнительного механизма согласно настоящему изобретению. Угловое расстояние по меньшей мере 180° позволяет разделить теоретический полный диапазон перемещения на две секции, каждая из которых составляет по меньшей мере 90°, что, например, обеспечивает возможность перемещения заслонок в угловом пространстве между 0° и 90° и вариативного перемещения либо в одном, либо в другом направлениях посредством накапливающего энергию устройства.

Как уже кратко указано выше, накапливающее энергию устройство может содержать по меньшей мере один упругий пружинный элемент; альтернативно могут быть обеспечены несколько пружинных элементов, в частности, пружин сжатия, расположенных симметрично вокруг второго выходного вала. Второй выходной вал также может быть симметрично нагружен благодаря симметричному расположению, что, кроме того, может увеличить срок службы исполнительного механизма согласно настоящему изобретению.

Пружины сжатия также могут быть связаны со вторым выходным валом попарно посредством общего элемента таким образом, что несколько пружин сжатия могут действовать одновременно.

Если элементом является зубчатая рейка, которая имеет зубья для зубчатой передачи, она может регулироваться в осевом направлении таким образом, что второй выходной вал может быть соединен с накапливающим энергию устройством посредством зубчатого колеса, которое зацепляется с указанной зубчатой рейкой.

Гибкость использования и компактность исполнительного механизма согласно настоящему изобретению могут быть увеличены за счет того, что накапливающее энергию устройство может быть спроектировано в виде отдельного, закрытого снаружи сборочного узла. В этом сборочном узле могут быть размещены несколько пружинных элементов. Точка сцепки, посредством которой накапливающее энергию устройство связано рассоединяемым способом со вторым выходным валом, может быть доступна с противоположных сторон, т.е. с передней и задней стороны. Одним примером такой точки сцепки является втулка, обеспеченная в накапливающем энергию устройстве, которая может быть доступна с обеих сторон, и посредством который крутящий момент может быть введен в накапливающее энергию устройство, независимо от того, связано ли накапливающее энергию устройство со вторым выходным валом на передней стороне или задней стороне.

Выходные валы с их зубчатыми колесами могут быть спроектированы за одно целое или как отдельные детали, и в каждом случае только для секций выходного вала могут быть образованы зубчатые колеса, к которым, в свою очередь, могут быть прикреплены другие секции выходного вала для того, чтобы вместе образовать весь выходной вал. Таким образом, термин "выходной вал" не требует, чтобы он был встроенной частью, которая спроектирована отдельно от соответствующего зубчатого колеса.

Для достижения желательного времени возврата при возвращении детали в ее желательное первое конечное положение и, таким образом, чтобы все части не подвергались чрезмерному напряжению из-за резкого высвобождения энергии при ударе концевого упора, один или оба из приводов, которые могут быть электроприводами, могут использоваться в качестве генераторов, в которые они превращаются. В результате, указанные генераторы могут использоваться в качестве гибких, вариативно регулируемых тормозов или демпферов, посредством которых можно регулировать скорость перемещений и полного времени возврата при высвобождении накапливающего энергию устройства.

Электроэнергия, генерируемая в генераторе, может использоваться для питания управляющих электронных средств. Это означает, что в первый момент времени после отказа системы питания средства управления "обесточены", в результате чего удерживающее устройство может быть открыто. Затем накапливающее энергию устройство может снова привести в действие выходной вал и, таким образом, также привести в действие генератор. Электроэнергия, генерируемая генератором, может "оживить" средства управления, которые, в свою очередь, могут обнаружить возврат пружины и "регулировать" скорость указанного возврата.

Однако выходная энергия, обеспеченная накапливающим энергию устройством, может быть значительно выше, чем это требуется для электронных средств, и может привести к выбросам напряжения, которые, в свою очередь, могут повредить управляющую электронику.

Часть избыточной энергии может быть автоматически преобразована в тепло в обмотках двигателя. Большая часть избыточной электроэнергии может быть преобразована в тепло в тормозном сопротивлении.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен сборочный узел с исполнительным механизмом согласно первому аспекту настоящего изобретения и деталью, перемещаемой этим механизмом, которая является, например, заслонкой клапана или вентиляционной заслонкой.

Дополнительно признаки и преимущества настоящего изобретения объяснены в следующем ниже описании и сопроводительных чертежах, на которые сделана ссылка. На чертежах:

на ФИГ. 1 показан вид в перспективе одного варианта реализации исполнительного механизма согласно настоящему изобретению и сборочного узла согласно настоящему изобретению;

на ФИГ. 2 схематично показан вид части исполнительного механизма вместе с накапливающим энергию устройством, без наружного корпуса;

на ФИГ. 3 показан вид в перспективе исполнительного механизма согласно настоящему изобретению с видом в разрезе, показывающим накапливающее энергию устройство;

на ФИГ. 4 схематически показан частично прозрачный вид в перспективе с вовлекающем во вращение устройством, используемым вместе с исполнительным механизмом согласно настоящему изобретению;

на ФИГ. 5 схематически показан вид вовлекающего во вращение устройства, в котором первый выходной вал находится в первом конечном положении или близок к нему, а накапливающее энергию устройство нагружено;

на ФИГ. 6 показан вид вовлекающего во вращение устройства по ФИГ. 5, на котором первый выходной вал находится в противоположном, т.е. втором конечном положении;

на ФИГ. 7 показан вид вовлекающего во вращение устройства по ФИГ. 5 с накапливающим энергию устройством, действующим в противоположном направлении относительно варианта реализации по ФИГ. 5, перед нагрузкой накапливающего энергию устройства;

на ФИГ. 8 показан вид вовлекающего во вращение устройства по ФИГ. 7 с нагруженным накапливающим энергию устройством; и

на ФИГ. 9 показан вид вовлекающего во вращение устройства по ФИГ. 7 с первым выходным валом в первом конечном положении.

На ФИГ. 1 показан узел с отказоустойчивым исполнительным механизмом 10, который может перемещать деталь 12, например клапан или вентиляционную заслонку, между двумя конечными положениями.

Исполнительный механизм имеет составной наружный корпус 14 и накапливающее энергию устройство 16, имеющее фланец, или, в более широком смысле, прикрепленное к наружному корпусу 14, которое спроектировано в виде отдельного закрытого снаружи сборочного узла.

Первый и второй электрические приводы 18, 118, показанные на ФИГ. 2, размещены в наружном корпусе 14.

Трансмиссия 22, содержащая первую силовую передачу 24 и вторую силовую передачу 26, приводится в действие посредством приводов 18, 118, причем первая силовая передача 24 относится к приводу 18, а вторая силовая передача 26 относится к приводу 118.

Силовые передачи 24, 26 содержат зубчатые колеса, которые преобразуют крутящий момент, генерируемый приводом 18, 118, и передают его в свою силовую передачу.

Каждая силовая передача 24, 26 может быть зафиксирована отдельным удерживающим устройством, относящимся к ней. Силовая передача 24 имеет удерживающее устройство 82, которое спроектировано в виде электромагнитного тормоза и действует на зубчатое колесо, приводимое в действие непосредственно шестерней привода 18. Это означает, что удерживающее устройство 82 должно удерживать только очень малый крутящий момент и потребляет небольшую подводимую мощность, так что оно может иметь компактную конструкцию и отличается очень низким собственным нагревом. То же самое также относится к удерживающему устройству 182, которое обеспечено для второй силовой передачи 26 и аналогично действует непосредственно на зубчатое колесо, которое также приводится в действие непосредственно шестерней привода 118.

Первая силовая передача 24 имеет первое зубчатое колесо 32, которое связано с первым выходным валом 34 или закреплено на нем. Второе зубчатое колесо 36, расположенное параллельно первому зубчатому колесу 32, относится ко второй силовой передачи 26 и также связано со вторым выходным валом 38 или образует его часть.

Выходные валы 34, 38 расположены соосно друг с другом и завершаются в зубчатых колесах 32, 36.

Первый выходной вал 34 ведет непосредственно или через другие механические передающие крутящий момент части к ведомой детали 12.

На ФИГ. 4 показано механическое вовлекающее во вращение устройство 40 между первым выходным валом 34 и вторым выходным валом 38. Вовлекающее во вращение устройство 40 реализовано посредством противоположных торцевых поверхностей 42, 44 зубчатых колес 32, 36, причем в данном случае обеспечены упорные поверхности, посредством которых выходные валы 34, 38 могут быть связаны в направлении вращения.

В показанном примере упорные поверхности образованы выступами, точнее штифтами, которые прикреплены к зубчатым колесам 32, 36 и проходят в осевом направлении относительно них.

В частности, на зубчатом колесе 36 штифт 46 и штифт 48 введены в соответствующие осевые отверстия.

Эти штифты 46, 48 расположены на одном и том же круговом диаметре вокруг воображаемой центральной оси выходных валов 34, 38. Штифт 50 прикреплен к зубчатому колесу 32, подобным образом он введен, предпочтительно запрессован, в соответствующее осевое отверстие. Оно также расположено на том же самом круговом диаметре, как штифты 46, 48.

При необходимости, штифт 50 имеет на противоположных сторонах в периферийном направлении в каждом случае углубление 52, которое является комплементарным наружному диаметру или наружной геометрии штифтов 46, 48, так что когда штифт 50 входит в контакт со штифтом 46 и штифтом 48, в каждом случае имеет место не только линейный контакт, но и плоский контакт.

На ФИГ. 4 также может быть видно, что второй выходной вал 38 является относительно длинным и имеет согласующий паз 54 для пружины, посредством которого он связывается с накапливающим энергию устройством 16.

Это накапливающее энергию устройство 16 показано в разрезанном состоянии на ФИГ. 3.

Накапливающее энергию устройство 16 имеет так называемую точку 60 сцепки, также показанную на ФИГ. 1, которая спроектирована в виде втулки. Второй выходной вал 38 может быть введен в эту втулку.

Втулка связана с возможностью передачи крутящего момента с зубчатым колесом 62, которое показано на ФИГ. 3.

Это зубчатое колесо зацепляется с двумя диаметрально противоположными зубчатыми рейками 64. Каждая зубчатая рейка 64 имеет пару пружин 66, 68 или 70, 72 сжатия, относящихся к ней, посредством которых может быть сохранена энергия возврата, которая в случае отказа привода 18 обеспечивает перемещение детали 12 в указанное конечное положение, даже если деталь 12 расположена на расстоянии от него.

Верхняя зубчатая рейка 64, показанная на ФИГ. 3, имеет на своем правом конце пластину 74 пружины, прикрепленную к нему, которая упирается в правый конец пружины 68 сжатия. Левый конец пружины 68 сжатия опирается на стенку корпуса.

Левый конец верхней зубчатой рейки 64 аналогично несет пластину 76 пружины, которая упирается в правый конец пружины 66 сжатия, причем в данном случае также левый конец пружины 66 сжатия опирается на стенку корпуса.

Нижняя зубчатая рейка 64, как показано на ФИГ. 3, содержит относящиеся к ней пружины 70, 72 сжатия, нагруженные в противоположном направлении. Узел подпружиненных реек в целом является точечно симметричным относительно центральной оси выходных валов 34, 38. Это означает, что нижняя зубчатая рейка 64 имеет пластину 78 пружины, которая прикреплена к ней, и которая опирается на левый конец пружины 70 сжатия, в то время как правый конец пружины 70 сжатия опирается на стенку корпуса. Правый конец нижней зубчатой рейки 64 связан с пластиной 80 пружины, которая опирается на левый конец пружины 72 сжатия, причем правый конец пружины 72 сжатия, в свою очередь, опирается на стенку корпуса.

Если второй выходной вал 38 перемещается в направлении против часовой стрелки, в результате чего зубчатое колесо 62 аналогично перемещается в направлении против часовой стрелки, верхняя зубчатая рейка 64 перемещается влево и растягивает свои пружины 66, 68 сжатия, а нижняя зубчатая рейка 64 перемещается вправо и растягивает свои пружины 70, 72 сжатия.

Накапливающее энергию устройство 16 действует только в одном направлении, т.е. в этом случае, установленном на возвращение в исходное состояние пружин сжатия, это вызывает вращение второго выходного вала 38 в направлении по часовой стрелке.

Точка 60 сцепки, образованная втулкой, может быть связана со вторым выходным валом 38 с двух противоположных сторон. Если нижняя сторона накапливающего энергию устройства 16, как показано на ФИГ. 1, является передней стороной, то верхняя сторона, показанная на ФИГ. 1, является задней стороной. Если накапливающее энергию устройство 16 снять вверх со второго выходного вала 38 и перевернуть на 180°, его можно надеть назад на выходной вал 38 его задней стороной. Однако в результате этого переворота накапливающего энергию устройства 16 направление вращения, в котором накапливающее энергию устройство 16 действует на второй выходной вал 38, реверсируется. Затем накапливающее энергию устройство 16 пытается вращать выходной вал 38 в направлении против часовой стрелки.

Если связь накапливающего энергию устройства 18 с выходным валом 38 осуществлена посредством согласующей пружины, в этом случае накапливающее энергию устройство 16 просто должно быть дополнительно повернуто на 180° вокруг центральной оси выходного вала 38, поскольку в результате переворота паз для согласующей пружины перейдет на диаметрально противоположную сторону.

Чтобы удерживать энергию в накапливающем энергию устройстве 16 и, таким образом, сохранять ее, обеспечено так называемое удерживающее устройство 182, выполненное с возможностью приведения в действие снаружи посредством органа управления (см. ФИГ. 2), которое является альтернативным указанному выше электромагнитному тормозу, например, магнитному пружинному стопору или удерживающему, или геометрически замыкающему соединению некоторого вида. В приведенном в действие состоянии это удерживающее устройство 182 предотвращает поворот второго выходного вала 38 таким образом, что пружины 66, 68, 70, 72 сжатия остаются в их растянутом положении.

Предварительное напряжение пружин сжатия может быть изменено посредством регулировочных винтов 86, показанных на ФИГ. 3, так как пластины 74, 76, 78, 80 пружин могут регулироваться в осевом направлении относительно зубчатых реек 64 посредством этих регулировочных винтов 86, поскольку посредством этих регулировочных винтов 86, которые ввинчиваются более или менее глубоко в торцевую поверхность зубчатых реек 64, они раздвигаются на большее или меньшее расстояние в направлении от них. Гайки 88 обеспечены на регулировочных винтах 86 в качестве ограничителей для пластин 74, 78 пружин. Для пластин 76, 80 пружин в качестве ограничителей действуют головки самих винтов.

Регулировка посредством регулировочных винтов 86 также важна, поскольку выходной вал 34 не всегда может находиться в соответствующем конечном положении точно в конце своего максимального перемещения; в ином случае небольшие зазоры могут возникать из-за допусков или влияния внешних факторов. Скорее даже теоретически может потребоваться, чтобы выходной вал 34 имел возможность при своем повороте проходить дальше за соответствующее конечное положение на пару градусов, чтобы, например, заслонка клапана с небольшим предварительным напряжением плотно ложилась на седло клапана. Эти соответствующие конечные положения могут быть различными. Например, шаровые клапаны не нуждаются в таком превышающем вращении, в отличие от заслонок.

На ФИГ. 5 показано второе зубчатое колесо 36 и согласующий паз 54 для пружины, который обычно смещен в осевом направлении относительно зубчатого колеса 36, и только нарисован в данном положении для ясности понимания положения второго выходного вала 38.

С одной стороны, важным являются положения штифтов 46, 48, 50 относительно друг друга, а также тот факт, что указанные два зубчатых колеса 32, 36 в каждом случае имеют зубья, проходящие в угловом пространстве на более чем 180° наружной окружности, такие как зубья зубчатого колеса, проходящие по всей окружности, т.е. более 360°.

Штифты 46, 48 зубчатого колеса 36 разделены относительно центральной оси большим углом а, который является настолько большим, что упорные поверхности 90, 92 штифтов 48 или 46, которые обращены друг к другу по окружности, разнесены на угловое расстояние по меньшей мере 220°. Это угол β. На ФИГ. 5 показано, имеется ли возможность вращения перемещаемой детали до максимальной степени вокруг центральной оси относительно штифтов 46, 48 без ограничения; таким образом, штифт 50 может перемещаться в пределах углового диапазона больше чем 180° относительно штифтов 46, 48, в этом случае в направлении по часовой стрелке и в направлении против часовой стрелки, как показано на ФИГ. 5.

В положении штифта 48, представленном на ФИГ. 5 пунктирными линиями, второй выходной вал 38 вращается на 90° или несколько больше чем 90° в направлении по часовой стрелке относительно положения, не представленного с пунктирными линиями. В этом положении накапливающее энергию устройство 16 почти пустое и в данное время имеет только низкий крутящий момент, который может быть приложен к первому выходному валу 34.

Принцип действия исполнительного механизма объясняется следующим образом, исходя из этого исходного положения, указанного пунктирными линиями.

В первом состоянии привод 18 задействован, причем в то же самое время его удерживающее устройство 82 и удерживающее устройство 182, которые были предварительно закрыты, открываются, так что при последующем приведении в действие привода 18 завершенная вторая силовая передача 26 активирована. Второй выходной вал 38 перемещается в направлении против часовой стрелки от первого конечного положения, представленного пунктирными линиями (см. штифт 48 с пунктирными линиями на ФИГ. 5), в противоположное второе конечное положение согласно стрелке на ФИГ. 5, в котором ведомый штифт 50 увлекает штифт 48 в направлении против часовой стрелки. Это означает, что зубчатое колесо 32 перемещает зубчатое колесо 36 и, таким образом, выходной вал 38 вместе с ним. Таким образом, зубчатое колесо 62, а также зубчатые рейки 64 перемещаются в направлении против часовой стрелки таким образом, что пружины сжатия растягиваются. Затем активируется удерживающее устройство 182, чтобы блокировать вторую силовую передачу 26 и, таким образом, второй выходной вал 38. Таким образом, штифты 46, 48 остаются в положении, показанном на ФИГ. 5.

Во время этих перемещений первый привод 18 может оставаться пассивным, а его удерживающее устройство 82 остается закрытым.

В последующем втором состоянии, в котором удерживающее устройство 82 активируется как прежде, первый привод 18 активируется, и с ним также первая силовая передача 24. Таким образом, зубчатое колесо 32 приводится в действие, так что первый выходной вал 34 может быть перемещен между первым конечным положением и вторым конечным положением, которое представлено на ФИГ. 6. В результате, один или более клапанов или заслонок, например, вентиляционных заслонок в туннеле, открываются и закрываются. Первое конечное положение может быть положением, которое представлено на ФИГ. 5, или может находиться даже дальше в направлении по часовой стрелке, например, в положении трех или примерно четырех часов. В этом втором состоянии освобождается связь 30, т.е. перемещение зубчатого колеса 36 и, таким образом, выходного вала 38 отсутствует во второй силовой передачи. Следовательно, силовые передачи 24, 26 отсоединены друг от друга.

Если в третьем состоянии приводы 18, 118 неработоспособны, например, из-за отказа или повреждения системы питания, должно быть обеспечено заданное положение детали 12. В этом случае удерживающие устройства 82, 182 освобождаются автоматически, поскольку в этом случае, например, нагруженный пружиной магнит больше не снабжается энергией, так что пружина удаляет и освобождает соответствующую часть из взаимодействия в относящейся к ней силовой передачи 24, 26. Затем энергия резко высвобождается из накапливающего энергию устройства 16. Другими словами, когда, как показано на ФИГ. 6, например, деталь 12 находится в закрытом состоянии, а штифт 50 расположен между своим вторым конечным положением и, таким образом, опирается на штифт 48, зубчатое колесо 36 вращается в направлении по часовой стрелке, в результате чего штифт 48 увлекает штифт 50 и, таким образом, первый выходной вал 34, и перемещает деталь 12 в ее первое конечное положение.

Нагрузка накапливающего энергию устройства 16 или, в более широком смысле, ввод энергии в накапливающее энергию устройство 16 в первом состоянии также могут быть достигнуты иначе, чем это объяснено выше. Для этой цели приводы 18, 118 просто приводятся в действие иным способом.

Например, в первом состоянии оба привода 18, 118 приводятся в действие, так что обе силовой передачи 24, 26 активируются, и оба выходных вала 34, 38 приходят во вращение отдельно друг от друга. Таким образом, оба удерживающих устройства 82, 182, естественно, открыты. Таким образом, штифт 50 больше не вынужден перемещаться с указанным штифтом 48, как объяснено выше со ссылкой на ФИГ. 5. Таким образом, штифты 48, 50 могут быть расположены на расстоянии друг друга в первом состоянии на угол вращения, но тем не менее штифт 48 перемещается в положение, показанное на ФИГ. 6, и в то же время энергия передается в накапливающее энергию устройство 16.

Согласно еще одному варианту реализации в первом состоянии приводится в действие только вторая силовая передача 26, т.е. привод 118 перемещает второй выходной вал 38 в направлении против часовой стрелки, как показано на ФИГ. 5 и 6, и, таким образом, вводит энергию в накапливающее энергию устройство 16. В этом состоянии положение штифта 50 остается неизменным.

Если необходимо изменить направление вращения накапливающего энергию устройства 16, например, поскольку в случае отказа системы питания деталь 12 больше не должна находиться в открытом положении, а, скорее, в закрытом положении, накапливающее энергию устройство 16 снимают после того, как оно полностью или фактически полностью разряжено, а, после того, как оно перевернуто и затем повернуто на 180° вокруг центральной оси точки 60 сцепки, надевают назад на второй выходной вал 38.

Однако перед согласованием перевернутого накапливающего энергию устройства 16 второе зубчатое колесо 36 поворачивается на 180° в направлении против часовой стрелки. Затем штифт 46 опирается на штифт 50. Этот поворот второго зубчатого колеса 36 на 180° может быть замечен по положению согласующего паза 54 для пружины на ФИГ. 7.

Для перезарядки накапливающего энергию устройства 16 зубчатое колесо 36 должно быть перемещено в направлении по часовой стрелке, поскольку накапливающее энергию устройство 16 теперь действует в направлении против часовой стрелки. Это перемещение в направлении по часовой стрелке опять же может быть достигнуто тремя различными способами, объясненными выше: либо вращением только зубчатого колеса 36; либо одновременным вращением зубчатых колес 32, 36; либо вращением зубчатого колеса 32 и пассивным вовлечением зубчатого колеса 36 посредством контакта между штифтами 46, 50.

Напряженное состояние накапливающего энергию устройства 16 показано на ФИГ. 8. После ввода энергии в накапливающее энергию устройство 16 и активации удерживающего устройства 182, путем приведения в действие связи 28 деталь 12 опять может быть перемещена между ее двумя конечными положениями, причем это перемещение отображено в символической форме на ФИГ. 9 измененным положением штифта 50 по сравнению с его положением, показанным на ФИГ. 8.

Таким образом, одно из конечных положений может быть осуществлено таким образом, что штифт 50 входит в контакт с одним из этих двух штифтов 46, 48 в зависимости от направления действия накапливающего энергию устройства 16.

Естественно, вместо пружин сжатия могут быть обеспечены другие хранящие энергию элементы, например, другие пружины или также гидравлические или пневматические накапливающие энергию устройства.

Теоретическая максимальная вращательная подвижность первого выходного вала 34 относительно второго выходного вала 38 также может быть описана таким образом, что, например, если упорная поверхность 90 находится в контакте с упорной поверхностью 94 штифта 50, между противоположной упорной поверхностью 96 штифта 50 и упорной поверхностью 92 существует угловое расстояние по меньшей мере 180°. Естественно, как указано выше, эта подвижность является теоретической подвижностью, если на исполнительный механизм 10 не воздействует деталь 12, т.е. если деталь 12 не имеет никаких ограничителей, которые ограничивают эту максимальную вращательную подвижность.

Естественно, штифты 46, 48, 50 также могут быть образованы другими выступами или также могут быть обеспечены непосредственно на выходных валах 34, 38. Кроме того, зубчатые колеса 32, 36 также могут быть выполнены за одно целое с их выходными валами.

Электродвигатели приводов 18, 118 могут действовать в качестве генераторов как во время перемещения детали 12 при нормальной работе, так и с активированным накапливающим энергию устройством.

В частности, при нормальной работе орган управления может использоваться для регулировки времени обратного хода, необходимого для перемещения детали 12.

Настоящее изобретение относится к исполнительному механизму, который приводит в действие клапаны или вентиляционные заслонки. Отказоустойчивый исполнительный механизм для перемещения детали между двумя конечными положениями имеет в каждом случае привод (18, 118), посредством которого могут быть перемещены первая или вторая силовая передача (24, 26). Силовые передачи (24, 26) в каждом случае имеют свой собственный выходной вал (34, 38) и могут быть приведены в действие независимо друг от друга. Накапливающее энергию устройство связано со вторым выходным валом (38), причем удерживающее устройство выборочно удерживает энергию или высвобождает ее из накапливающего энергию устройства таким образом, что второй выходной вал (38) может быть перемещен. Вовлечение во вращение первого выходного вала (34) гарантирует, что в случае отказа привода (18) он переместится в указанное конечное положение. Эти два выходных вала (34, 38) приводятся в движение посредством зубчатых колес (32, 36), если силовые передачи приведены в действие. Также описан сборочный узел, состоящий из исполнительного механизма и перемещаемой детали. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) для перемещения детали (12) между двумя конечными положениями, содержащий:

первый привод (18);

первую силовую передачу (24), которая выполнена с возможностью приведения в движение первым приводом (18), имеющим первый выходной вал (34), который передает перемещение исполнительного механизма наружу в направлении детали (12);

второй привод (118);

вторую силовую передачу (26), которая выполнена с возможностью приведения в движение вторым приводом (118), имеющим второй выходной вал (38), который проходит соосно с первым выходным валом (34),

причем первый и/или второй привод (18, 118) выполнены с возможностью выборочного активирования для приведения первого и/или второго выходного вала (34, 38) в движение;

накапливающее энергию устройство (16), которое связано со второй силовой передачей (26);

по меньшей мере одно выполненное с возможностью внешнего приведения в действие удерживающее устройство (182), которое выборочно обеспечивает то, что энергия, накопленная в накапливающем энергию устройстве (16), остается в накапливающем энергию устройстве (16) или высвобождается во вторую силовую передачу (26);

механическое вовлекающее во вращение устройство (40) между вторым выходным валом (38) и первым выходным валом (34), выполненное таким образом, что оно

обеспечивает возможность вращения первого выходного вала (34) относительно второго выходного вала (38) по меньшей мере на один угол вращения, который соотносим с расстоянием между конечными положениями, если накапливающее энергию устройство (16) не освобождено и если привод перемещает первый выходной вал (34) между конечными положениями, и

обеспечивает вовлечение во вращение первого выходного вала (34) вторым выходным валом (38) при освобожденном накапливающем энергию устройстве (16) и неисправном приводе (18) в первом из указанных двух конечных положений,

причем первый и второй выходные валы (34, 38) выполнены с возможностью связи в направлении вращения посредством упорных поверхностей (90, 92, 94, 96), которые входят в контакт друг с другом.

2. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 1, в котором оба привода (18, 118), вовлекающее во вращение устройство (40) и по меньшей мере одно удерживающее устройство (182) выполнены с возможностью скоординированного управления таким образом, что в первом состоянии второй привод (118) перемещает второй выходной вал (38) в направлении второго из указанных двух конечных положений, и, таким образом, энергия вводится в накапливающее энергию устройство (16), причем, в частности, первый выходной вал (34) при этом не перемещается,

в последующем втором состоянии по меньшей мере одно удерживающее устройство (182) удерживает энергию в накапливающем энергию устройстве (16), а первый привод (18) выполнен с возможностью перемещения детали (12) между ее конечными положениями,

в последующем третьем состоянии, в котором оба привода (18, 118) повреждены, удерживающее устройство (182) высвобождает энергию в накапливающем энергию устройстве (16), и, в результате, второй выходной вал (38) перемещается в направлении первого конечного положения и обеспечивается возможность вовлечения во вращение первого выходного вала (34) в направлении первого положения.

3. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 2, в котором в первом состоянии оба привода (18, 118) действуют, и оба выходных вала (34, 38) перемещаются в направлении второго из указанных двух конечных положений, а энергия, таким образом, вводится в накапливающее энергию устройство (16), или в первом состоянии первый выходной вал (34), приведенный в действие в направлении второго из указанных двух конечных положений первым приводом (18) при бездействующем втором приводе (118), разряженном накапливающем энергию устройстве (16) и задействованном удерживающем устройстве (182), несет с собой второй выходной вал (38).

4. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому предшествующему пункту, в котором удерживающее устройство (182) удерживает второй выходной вал (38) во втором состоянии и, таким образом, удерживает накапливающее энергию устройство (16) в состоянии, в котором энергия остается в накапливающем энергию устройстве (16).

5. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому предшествующему пункту, в котором каждая силовая передача относится к ее собственному удерживающему устройству (82, 182), при этом удерживающее устройство первой силовой передачи активировано, если деталь (12) должна быть удержана в положении.

6. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому предшествующему пункту, в котором накапливающее энергию устройство (16) прямо или косвенно связано со вторым выходным валом и выполнено с возможностью отсоединения от него неразрушающим способом.

7. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 6, в котором вовлекающее во вращение устройство (40) выполнено таким образом, что второй выходной вал (38) выполнен с возможностью увлекать за собой первый выходной вал (34) в противоположных направлениях вращения, при этом направление вращения зависит от направления вращательного эффекта накапливающего энергию устройства (16).

8. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 7, в котором накапливающее энергию устройство (16) выполнено с возможностью связи со вторым выходным валом (38) в двух различных положениях, при этом в первом положении обеспечена возможность прижатия первого выходного вала (34) в одно конечное положение, а во втором положении обеспечена возможность прижатия его в противоположное конечное положение.

9. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 8, в котором первое положение отличается от второго положения тем, что накапливающее энергию устройство (16) перевернуто на 180° и, таким образом, связано со вторым выходным валом (38) на своей задней стороне.

10. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 1, в котором упорные поверхности (90, 92, 94, 96) образованы на противоположных торцевых поверхностях (42, 44) зубчатых колес (32, 36) или выходных валов (34, 38).

11. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 10, в котором, если упорные поверхности (90, 94; 92, 96) как первой, так и второй силовых передач (24, 26) находятся в контакте друг с другом, упорные поверхности, которые не находятся в контакте друг с другом, отдалены друг от друга на угловое расстояние по меньшей мере 180°.

12. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому предшествующему пункту, в котором накапливающее энергию устройство (16) содержит по меньшей мере один упругий пружинный элемент.

13. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 12, в котором обеспечены несколько пружинных элементов, в частности, пружин (66, 68, 70, 72) сжатия, расположенных симметрично вокруг второго выходного вала.

14. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 13, в котором пружины (66, 68, 70, 72) сжатия механически связаны со вторым выходным валом (38) попарно посредством одной и той же зубчатой рейки (64).

15. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по п. 14, в котором второй выходной вал (38) соединен с накапливающим энергию устройством (16) посредством зубчатого колеса (62), которое, в свою очередь, зацепляется с зубьями зубчатой рейки (64).

16. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому из пп. 12-15, в котором накапливающее энергию устройство (16) выполнено в виде отдельного, закрытого снаружи сборочного узла, в котором размещены несколько пружинных элементов, и который имеет точку (60) сцепки со вторым выходным валом (38), который доступен с противоположных сторон.

17. Отказоустойчивый исполнительный механизм (10) по любому предшествующему пункту, в котором оба привода (18, 118) выполнены с возможностью работы в качестве генераторов для торможения перемещения по меньшей мере одной из силовых передач (24, 26), в частности, осуществления демпфирования перед достижением конечного положения.

18. Сборочный узел с исполнительным механизмом (10) по любому предшествующему пункту и деталью (12), перемещаемой исполнительным механизмом (10), которая, в частности, является заслонкой клапана или вентиляционной заслонкой.