ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПРИВОД С ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ДЛЯ АРМАТУРЫ
ACTUATING DRIVE WITH PLANETARY GEAR FOR ACCESSORIES

Изобретение относится к исполнительному приводу с планетарной передачей для арматуры.
В общем является известным, что для исполнительных приводов среди прочего применяются планетарные передачи, так что число оборотов привода снижается с помощью этой планетарной передачи до желаемого более низкого числа оборотов исполнительного привода.
При в общем известном исполнительном приводе двигатель приводит через контрпривод расположенное эксцентрически зубчатое колесо. С расположенным концентрически зубчатым колесом связана планетарная шестерня, которая зацепляется за внутренее зубчатое зацепление солнечного колеса. Вследствие различного числа зубьев обоих зубчатых колес образуется относительное число оборотов, которое через монтированные на планетарной шестерне поводковые пальцы передается на ведущий диск. Ведущий диск связан с геометрическим замыканием с валом через мелкошлицевое соединение. Таким образом образуется сравнительно компактная передача, которая однако вследствие размещения двигателя и других компонентов требует сранительно большого пространства радиально к оси вращения планетарной передачи. К тому же вследствие выбранной конструкции такого исполнительного привода сильно ограничивается вид соединения с подлежащей приведению арматурой.
Кроме того, из US 3391583 известен также исполнительный привод с планетарной передачей для управления клапанами, причем предусмотрен привод, который через соответствующий контрпривод приводит в действие приводной вал планетарной передачи с водилами планетарной передачи и с планетарными шестернями. При этом приводной вал, вплоть до зоны внутреннего зубчатого зацепления, которую образует часть контрпривода, почти полностью заключен и закапсюлирован корпусным элементом и ведомым валом с приформовкой. Движение вращения привода передается через контрпривод с соответствующим передаточным отношением на ведущий вал и планетарные шестерни, которые в свою очередь приводят ведомый вал. Привод, ведущий вал и ведомый вал не имеют общей оси вращения. Вышеприведенный исполнительный привод обуславливает пространственно расширенное плоскостное размещение привода и планетарной передачи. Компактная конструкция исполнительного привода вследствие этого не возможна.
Исходя из известного уровня техники, задача изобретения заключается в разработке исполнительного привода с планетарной передачей, который выполнен по возможности компактным, имеет по возможности стабильную конструкцию и к тому же обеспечивает по возможности большое разнообразие в размещении отдельных элементов исполнительного привода.
Эта задача решается исполнительным приводом для арматуры с признаками по п.1 формулы изобретения.
Исполнительный привод согласно изобретению для арматуры включает планетарную передачу, в частности планетарную дифференциальную передачу, радиально внутренняя область которой выполнена в качестве полого вала и имеет ведомый вал, который взаимодействует с подлежащей приведению в действие арматурой. Исполнительный привод согласно изобретению далее снабжен приводом. Планетарная передача имеет ведущий вал, который связан с приводом и приводится им, причем ведущий вал выполнен в качестве первого полого вала и ведомый вал выполнен в качестве второго полого вала. Исполнительный привод согласно изобретению отличается тем, что предусмотрено водило, которое связано с первым полым валом таким образом или своей радиальной полой областью в качестве первого полого вала выполнено так, что при вращении первого полого вала водило также выполняет вращательное движение, и что привод, а также первый и второй полые валы расположены так, что они имеют общую ось вращения и, по крайней мере, меньший из обоих диаметров в свету полых валов подогнан под размер в поперечном направлении простирающегося в основном продольно приводного стержня связываемой с ведомым валом арматуры.
Таким образом, исполнительным приводом согласно изобретению предотвращается то, что приводной стержень, часто приводной шпиндель арматуры, требует тот же пространственный диапазон общей оси вращения, что и сама планетарная передача. В частности, вследствие этого имеется возможность размещения исполнительного привода в общем вблизи подлежащей приведению в действие арматуры, без того, чтобы при этом ход исполнительного элемента арматуры и этим ход соответствующего приводного стержня был препятствующим признаком. Вследствие этого, с одной стороны, исполнительный привод сам становится компактнее, а, с другой стороны, повышаются конструктивные возможности для размещения исполнительного привода с арматурой.
Преимущество исполнительного привода согласно изобретению следует также видеть в том, что становится возможным пропускание конструктивной детали арматуры через пространственную зону исполнительного привода, а именно через первый и второй полые валы.
Таким образом, оси вращения первого и второго полых валов, а также привода совпадают с общей осью вращения, причем далее остается преимуществом то, что через пространство в свету полых валов может пропускаться приводной элемент для арматуры. Вследствие этого конструкция исполнительного привода становится еще компактнее. Необходимая потребность в радиальном пространстве вокруг общей оси вращения соответствующим образом небольшая.
К тому же возможно то, что первый полый вал приводится непосредственно приводом или при одном конструктивном варианте исполнительного привода согласно изобретению образует часть привода, в частности сердечник электродвигателя или турбину или лопастное колесо гидравлического или пневматического привода, соответственно двигателя, или первый и второй полые валы выполнены в качестве общего полого вала, причем также и общий полый вал в другом варианте выполнения может быть выполнен как часть привода, в частности как сердечник или ротор электродвигателя или как турбина, ротор или лопастное колесо гидравлического или пневматического привода.
В альтернативной форме выполнения исполнительного привода согласно изобретению в качестве привода используется электродвигатель, гидравлический или пневматический привод, который в качестве ведущего вала имеет еще один полый вал, который связан с первым полым валом или выполнен как первый полый вал, и еще один полый вал выполнен в качестве сердечника или ротора электропривода или турбины, ротора или лопастного колеса гидравлического или пневматического привода.
Выполненный в качестве первого полого вала ведущий вал и сердечник или ротор применяемого в качестве привода электродвигателя, соответственно, турбина, ротор или лопастное колесо применяемого в качестве привода гидравлического или пневматического двигателя при этом выполнены за одно целое.
Также и при этой форме выполнения оси вращения первого полого вала, второго полого вала, а также еще одного полого вала привода совпадают с одной общей осью вращения, причем имеется и далее то преимущество, что через зону в свету полых валов может пропускаться приводной элемент для арматуры.
Вследствие этого снижается число конструктивных элементов и исполнительный привод становится еще более компактным.
Согласно предпочтительной форме выполнения исполнительный привод включает планетарную передачу, в частности дифференциальную планетарную передачу, с водилом, имеющим по меньшей мере одну планетарную шестерню, ведущим валом, который выполнен в качестве первого полого вала, ведомым валом, который выполнен в качестве второго полого вала и имеет первое внутреннее зубчатое зацепление, которое находится в зацеплении с зубчатым зацеплением по меньшей мере одной планетарной шестерни, и опорное колесо, которое имеет второе внутреннее зубчатое зацепление, которое также находится в зацеплении с зубчатым зацеплением по меньшей мере одной планетарной шестерни и которое выполнено с возможностью передачи усилия и крутящих моментов на взаимодействующий с ним корпус, причем рабочие усилия передаваемы первым полым валом на по меньшей мере одну планетарную шестерню или на водило и причем воображаемая ось вращения по меньшей мере одной планетарной шестерни лежит всегда вне диаметра в свету первого полого вала.
Благодаря тому, что как ведущий, так и ведомый вал выполнены в качестве полых валов, в зоне оси вращения полых валов возникает свободное пространство, которое образуется диаметром в свету полых валов. Это свободное пространство пригодно для исполнительного привода, так как приводимые обычным образом арматуры, как правило, требуют определенный установочный ход, который обычно обеспечивается посредством шпинделя с приводной гайкой, которая приводится исполнительным приводом. Установочный ход сам может быть сравнительно большим относительно размеров исполнительного привода.
Существенное преимущество планетарной передачи, а также соответствующего исполнительного привода заключается в том, что минимальный диаметр в свету первого и второго полых валов может быть заранее задан, а именно в зависимости от диаметра вышеописанного приводного шпинделя арматуры. Таким образом, особенно простым путем можно пропускать такой приводной шпиндель через полый вал, соответственно, полые валы планетарной передачи и/или исполнительного привода. Конструкция является соответствующим образом компактной и образуются полностью новые возможности размещения планетарной передачи и/или исполнительного привода по отношению к подлежащей приведению в действие арматуре.
К тому же благодаря вращающимся вокруг первого полого вала планетарным шестерням обеспечивается особенно благоприятное относительно колебаний выполнение планетарной передачи и, следовательно, также и исполнительного привода. Вращающиеся массы являются сравнительно небольшими. Оптимальное решение достигается тремя вращающимися планетарными шестернями.
Согласно еще одной форме выполнения планетарной передачи свободный, удаленный от второго полого вала конец первого полого вала может быть снабжен соединительным элементом, в частности муфтой для размещения на приводе.
Дополнительное преимущество получается тогда, когда диаметр в свету первого и второго полых валов и/или еще одного полого вала привода подогнаны друг к другу.
Таким образом достигается то, что зона в свету полого вала в основном не имеет ступеней или уступов с кромками и этим конструктивно предотвращаются возможные механические препятствия для проходящего через зону в свету приводного шпинделя.
Еще одно преимущество исполнительного привода согласно изобретению достигается за счет того, что опорное колесо планетарной передачи имеет внешнее зубчатое зацепление, которое находится в зацеплении с зубчатым зацеплением измерительного вала, что переданные на измерительный вал усилия и моменты воспринимаются связанным с измерительным валом пружинным узлом, и что отклонение пружинного узла является мерой для величины переданных усилий или переданных моментов.
Таким образом усилия и моменты не просто направляются в корпус и там поддерживаются, но и возникает возможность, например, соответствующим индикаторным устройством непосредственно регистрировать или индицировать подлежащие передаче усилия и моменты. Кроме того, создается элегантная возможность, например, с помощью соответствующего ручного маховика, который расположен на этом измерительном валу, поворачивать опорное колесо вручную. Потом происходит вращение второго полого вала непосредственно, без того, что при этом имела место полная редукция планетарной передачи.
Дальнейшие преимущества предмета изобретения можно подчерпнуть из зависимых пунктов формулы изобретения.
С помощью показанных на чертежах примеров выполнения изобретение поясняется ниже более подробно.
На фиг.1 показана первая форма исполнительного привода и
На фиг.2 - вторая форма исполнительного привода для арматуры с планетарной передачей.
Фиг.1 показывает исполнительный привод 10, который имеет первый серводвигатель 12, а также первую, выполненную в качестве дифференциальной планетарной передачи планетарную передачу 14. При этом показаны только существенные механические детали, которые необходимы для пояснения планетарной передачи согласно изобретению, соответственно исполнительного привода согласно изобретению. Так, например, не показан корпус. Дополнить им чертеж находится в рамках возможного для специалиста в данной области техники, так что комплектование исполнительного привода непоказанными деталями может быть без проблем произведено специалистом.
Первый серводвигатель 12 имеет в качестве ведущего вала первый полый вал 16, на одном конце которого расположен первый подшипник вала 18 с первым уплотнением вала 20, причем конструкция в зоне первого полого вала 16 имеет выемку 22, которая нигде не перекрывает зону в свету 24 первого полого вала 16. При этом зона в свету 24 на всей своей протяженности имеет единый диаметр.
Первый полый вал 16 простирается на своем другом свободном конце еще на определенную длину за пространственный конец продольной протяженности статора 26 первого серводвигателя 12, а именно на длину, которая обеспечивает то, что существенные механические детали первой планетарной передачи 14 могут быть расположены на этом конце вала. При таком выполнении первый полый вал 16 выполнен как вал ротора или сердечника первого серводвигателя 12, так и как ведущий вал для первой планетарной передачи 14.
Свободный конец первого полого вала включает при этом удаленную от водила планетарной передачи, а также от второго полого вала конечную зону первого полого вала.
К внешней оболочке только что описанного другого конца вала первого полого вала 16 приформован уступ, на котором расположено водило 28 планетарной передачи. Соединение между водилом 28 планетарной передачи и первым полым валом 16 может быть выполнено с геометрическим замыканием, например пружинным соединением, или же с кинематическим замыканием, например горячим прессовым соединением, или же другой известной специалисту техникой соединения. Здесь обеспечивается то, что приводные усилия попадают через первый полый вал 16 на водило 28 планетарной передачи, так что при вращении первого полого вала 16 движение вращения также выполняется водилом 28 планетарной передачи.
В выбранном примере выполнения водило 28 планетарной передачи несет три планетарные шестерни, причем в показанном сечении исполнительного привода 10 показана только первая планетарная шестерня 30. Она расположена с возможностью вращения вокруг опорного болта 32, который удерживается в соответствующей выемке водила 28 планетарной передачи. При этом согласно изобретению достаточна одна планетарная шестерня. Из соображений техники колебаний повышенное количество планетарных шестерен имеет преимущества. Предпочтительное количество при этом составляет три планетарные шестерни.
При этом зубья внешнего зубчатого зацепления планетарных шестерен, т.е. также и первой планетарной шестерни 30, входят в зацепление с внутренним зубчатым зацеплением первого 34, а также второго зубчатого колеса 36, и обкатывают их в соответствие с соотношением зацепления. При этом первое зубчатое колесо 34 связано посредством соединительного штифта 38 со вторым полым валом 40, в то время как второе зубчатое колесо 36 связано посредством второго соединительного штифта 42 с опорной шестерней 44. Соединительные штифты 38, 42 представляют собой при этом надежное соединение между соответствующими зубчатыми колесами 34, 36 и их водилами, т.е. вторым полым валом 40, а также опорной шестерней 44.
Опорная шестерня 44 имеет к тому же еще внешнее зубчатое зацепление 46, которое находится в зацеплении с измерительным валом 48. Для этого измерительный вал 48 имеет подогнанную к внешнему зубчатому зацеплению 46 (зубчатому венцу) спирализацию на его внешней боковой поверхности. Измерительный вал 48 расположен тогда в не показанном корпусе, так что, возможно, возникающие усилия и моменты могут надежно отводиться через измерительный вал в этот корпус.
Такие усилия могут воникать следующим образом: первым серводвигателем 12 приводится во вращение первый полый вал 16 и, следовательно, водило 28 планетарной шестерни. При благоприятном с точки зрения техники колебаний выполнении планетарной передачи предусмотрено три планетарные шестерни, которые принудительно приводятся в движение вращением водила 28. Обкатыванием планетарных шестерен внутреннего зубчатого зацепления второго зубчатого колеса 36 усилия и моменты передаются на опорную шестерню 44, которая передает их на измерительный вал 48. В выбранном на фиг.1 изображении измерительного вала как сечение через него только что описанные усилия и моменты действуют в его продольном направлении, так что соответствующее расположение пружин в этом продольном направлении было бы предпочтительной возможностью воспринимать эти усилия. Предпочтительно тогда достигается возможность измерять усилия измерением отклонения пружин. К тому же фиксированием измерительного вала 48 в корпусе достигается то, что опорная шестерня 44 под действием усилий и моментов выдвигается только в минимальном размере из своего углового положения. Введенная планетарными шестернями во внутреннее зубчатое зацепление зубчатых колес 34, 36 мощность приводит только первое зубчатое колесо 34 во вращательное движение. Оно расположено с возможностью вращения вместе со вторым полым валом 40 посредством второго подшипника 50 вала. Таким образом обеспечивается передача усилий и моментов от ведущего вала, а именно первого полого вала 16, на ведомый вал, а именно второй полый вал 40.
Разница числа зубьев внутреннего зубчатого зацепления между первым 34 и вторым 36 зубчатым колесом из механических соображений должна составлять целое кратное число имеющихся планетарных шестерен. Таким образом, числом планетарных шестерен и выполнением внутреннего зубчатого зацепления зубчатых колес 34, 36 можно конструктивно легко установить понижающее соотношение первой планетарной передачи 14.
Сравнительно с ситуацией на первом подшипнике 18 вала также и на втором подшипнике 50 вала расположено второе уплотнение 52 вала, которое, с одной стороны, обеспечивает то, что, возможно, имеющиеся в окружении первого установочного привода 10 загрязняющие частицы не могут попадать в направлении планетарной передачи. Также и второй подшипник 50 вала в своей радиально внешней зоне опирается на корпус планетарной передачи, что не показано на чертеже. Пригодное опирание узла из первого полого вала 16 и второго полого вала 40 обеспечивается тем, что предусмотрен еще третий подшипниковый узел 54 с третьим уплотнением 56 в подходящем месте между серводвигателем 12 и первой планетарной передачей 14 на первом полом валу 16.
Второй полый вал 40 имеет в соответствии со своей функцией вдоль своей продольной оси различные диаметры в свету, из которых наименьший диаметр в свету 58 соответствует диаметру пространства 24 в свету. Эти диаметры подогнаны друг к другу. Таким образом обеспечивается то, что, например, ходовой шпиндель подлежащего приведению в действие шпиндельного привода арматуры вполне может быть приведен с помощью обоих полых валов 16, 40, без наличия возможного места механических помех. Подсоединение показанной первой исполнительной передачи к подлежащей приводу арматуре, соответственно ее ходовому приводу, соответственно ходовой передаче, здесь показано только схематически. В этом выполнении на удаленной от первого серводвигателя 12 стороне второго полого вала 40 показаны пазы 60, которые представляют собой передачу усилий с геометрическим замыканием направляемых вторым полым валом усилий, например, на приводную гайку, которая входит в эти пазы 60. Таким образом, приводная гайка приводится во вращательное движение, однако предотвращается ее пространственное движение в продольном направлении оси вращения второго полого вала 40. Таким образом направляемый в приводной гайке приводной шпиндель вынужден выполнять движение, которое направлено вдоль оси вращения второго полого вала. И, наконец, этим осуществляется движение вращения второго полого вала 40 в продольном направлении приводного шпинделя арматуры.
Конечно, возможно также и такое решение, при котором подобный привод должен выполнять только минимальное движение вращения, как например, при открывании или закрывании шаровых кранов, а именно выполнять поворот на четверть круга.
Вращательное движение первого полого вала 16 обеспечивается одним первым серводвигателем 12. Например, соответствующая регулировка числа оборотов первого серводвигателя 12 может использоваться для того, чтобы изменять или регулировать скорость открывания, соответственно закрывания подлежащей приведению в действие арматуры. Таким образом любые профили открывания, соответственно закрывания, могут выполняться с изменяющимися скоростями. Обычным случаем является также то, что первый серводвигатель 12 приводится в действие с постоянной скоростью.
Передача приводной мощности первого полого вала 16 в отношении мощности и моментов вращения обеспечивается соответствующим выбором передаточного соотношения планетарной передачи, а именно соответствующим выбором числа зубьев планетарных шестерен, а также зубчатых колес 34, 36. В простом случае число зубьев внутреннего зацепления первого 34, а также второго зубчатого кольца 36 отличается только на небольшое число зубьев, например при планетарной передаче с тремя зубчатыми колесами - на три зуба, в частности с общим числом зубьев зубчатых колес 72 и 75 зубьев. При этом возможна также и большая разница числа зубьев.
Следует указать на то, что второй полый вал 40 вращается только тогда, когда число зубьев между зубчатыми колесами 34 и 36 различно.
Передаточное соотношение передачи получается при этом из числа зубьев планетарных шестерен и первого 34, а также второго зубчатого колеса 36, причем первое 34 и второе зубчатое колесо 36 должны иметь различное число зубьев, как указано выше.
Описанная форма выполнения исполнительного привода согласно изобретению имеет то преимущество, что достигается особенно малый конструктивный объем, в особенности в радиальном направлении оси вращения первого 16 и второго 40 полых валов. Применяемая согласно изобретению планетарная передача к тому же обеспечивает особенно высокий коэффициент полезного действия и отличается особенного тихим ходом вращающихся вокруг первого полого вала планетарных шестерен. Оптимально тихий ход достигается тогда, когда применяются три планетарные шестерни.
Фиг.2 показывает второй исполнительный привод 70, который имеет второй серводвигатель 72, а также вторую планетарную передачу 74. Многие существенные элементы второй планетарной передачи 14 выполнены так же, как и соответствующие элементы первой планетарной передачи, так что для этих элементов применяют ссылочные номера из фиг.1. Ниже описывается различие между первым 10 и вторым 70 исполнительным приводом.
В отличие от первого исполнительного привода 10 при втором исполнительном приводе 70 третий полый вал 76 вместо первого полого вала 16 является тем валом, который несет водило 28 и связан с ним. Третий полый вал 76 имеет сравнительную область в свету 24, которая имеет диаметр, соответствующий минимальному диаметру в свету 58. Третий полый вал 76 на удаленном от второго полого вала 40 конце имеет третье зубчатое колесо 78 с внешним зубчатым зацеплением. Оно входит в зацепление с зубьями четвертого зубчатого колеса 80, которое связано с концом вала приводного ротора 82 второго серводвигателя 72. При этом размеры третьего 78, а также четвертого 80 зубчатого колеса выбраны так, что передаточное отношение соответственно числу зубьев зубчатых колес 78, 80 пригодно для решения поставленной технической задачи второго исполнительного привода 70, а также второй серводвигатель 72 находится вне воображаемой области, которая получается удлинением продольного распространения внутренней зоны третьего полого вала 76. Таким образом обеспечивается то, что пропускаемый через второй полый вал 40, а также через третий полый вал 76 приводной шпиндель не может сталкиваться с другими элементами второго исполнительного привода 70.
Такими мерами достигается то, что второй серводвигатель 72 может быть особенно недорогим стандартным двигателем. К тому же вследствие различных возможностей выбора третьего зубчатого колеса 78, а также четвертого зубчатого колеса 80 получаются гибкость параметров передачных отношений между вторым сервоприводом 72 и вторым полым валом 40.