閥致動器的驅動機構的制作方法

專利名稱：閥致動器的驅動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及將驅動力從一個驅動部件傳輸至一個被驅動部件所用的一種驅動機構，本發明特別涉及但并不僅限于對閥、閘閥、閥門等進行操作所用的機構以控制流體的流動。本申請中的術語“流體”涵蓋液體、氣體和蒸汽及多態流體，例如在懸浮液中包含有固體的液體。
背景技術：
在致動器的一個典型例子中，致動器驅動機構被設計來操縱機械閥，驅動部件是一個電動馬達，而連接至被驅動軸的減速驅動機構是以蝸桿和蝸輪的形式出現的，蝸輪被鍵聯或以其他方式固定到致動器輸出軸或“輸出柱”上，該輸出軸操縱閥的運動元件。
在閥致動技術領域中，通常的實踐作法是布置驅動系統，這樣，只有由致動器的驅動旋轉部件產生的力和轉矩才可通過傳動裝置傳輸至被驅動部件上；這是為了消除在沒有動力提供給驅動部件時引起的問題，但在動力作用的閥運動部件上時，由閥內的壓力流體產生的不平衡力太大而使致動器齒輪輪系“反向驅動”，從而導致閥運動部件從其座中脫離，或者從其在由閥致動器的最后運行所確定的流體路徑內的最后位置中脫離出來。
消除致動器齒輪輪系中產生反向驅動的可能性所用的一種常用方法是利用蝸輪/蝸桿嚙合件上的一個相當大的減速比，這樣，在將轉矩施加到驅動裝置的蝸輪側上時，嚙合表面上的正常摩擦系數與蝸桿導角的較小值相結合而將驅動轉矩鎖定。
在一個機械閥中，該“鎖定”轉矩在一個動力循環操作之后變得非常大，特別是在一些閥中，運動部件被強壓到基座上以消除流體在上游閥口和下游閥口之間的泄漏。
為了在動力故障或在安裝或維修管線設備時能夠操縱閥而提供了一個雙位置離合器和一個手操縱輪。這些部件通常布置在帶有蝸輪的致動器輸出軸上。離合器是通過一個人工操縱桿操縱的。該操縱桿被彈簧偏壓至一個停止位置，驅動機構的通常狀態是被鎖定在動力驅動模式下。在操縱桿的整個運行弧形路徑上對其進行操縱以將離合器運動元件從動力驅動位置處解脫出來，并將其移入人工驅動位置中。同時，操縱桿操縱一個鎖栓機構，在操縱桿被釋放及時回復至其停止位置時，該鎖栓機構可確保離合處于人工驅動模式下。這樣設計的鎖栓機構將致動器保持在手驅動狀態下直至再次啟動動力驅動。驅動組件的離合釋放部件的轉動可自動釋放鎖栓機構，并可使離合器運動部件在彈簧的載荷下回復至其動力驅動位置。
離合器運動部件向動力驅動模式的自動回復是閥操縱領域的一種公知特征，這種特征可消除將操縱柄送至(有時是長距離的)無人操縱位置的需要以維護在維修服務等之后不經意處于人工驅動模式下的閥致動器。
當離合器部件被安裝在輸出軸上時，在致動器輸出軸中產生的高轉矩以及由非反向驅動蝸桿/蝸輪嚙合件鎖止在軸中的其他轉矩對離合器接合部件產生較大的力的作用，所述離合器接合部件成為被定位的閥和蝸輪上的鎖定嚙合齒之間的作用力/轉矩路徑的一部分。在使離合器從動力驅動位置中脫離出來時，這些較高的轉矩和作用力將使所述脫離變得困難。
此外，在大型的芯閥上需要較大的作用力來定位及卸下該芯閥，安裝在手輪上的輸出軸及被用于將離合器從動力模式下釋放出來且移動入手驅動模式所用的操縱桿需要全部為金屬結構，這樣就顯著增大了致動器的尺寸和重量。
在美國專利U.S.4370902中披露了一種可部分解決該問題的方案，在該方案中將一個附加的正齒齒輪減速輪系插入蝸輪軸和致動器輸出軸或輸出柱之間。這樣就以與附加的嚙合正齒齒輪上的相應齒數基本成正比而降低蝸輪軸上的轉矩，但由定位的閥軸產生的且以鎖定在致動離合器的動力驅動側中的齒輪驅動比所降低的轉矩仍遺留下來。
本發明的目的即為消除由離合器組件的動力驅動側產生的轉矩的鎖定情況且進一步降低在手輪處所需的操縱轉矩，這樣，除了利用較小的人力即可操作操縱桿和手輪之外，還可減小組成離合器、操縱桿和手輪組件的部件的尺寸，如果需要的話，可利用由塑料或加強的塑性材料制作的模件來生產所述部件。
在閥致動領域(Valve Actuation Technology)中應用的一種典型的現有方法是通過在蝸輪的一面和離合器運動部件之間布置一個驅動機構來實現的，該典型的現有方法用于在操作操縱桿之后將致動器的驅動保持在手動模式下，但只要驅動馬達一開始轉動，則可自動轉變為動力驅動模式。所述驅動機構將離合器運動部件保持在其手驅動位置中且壓縮彈簧裝置，而彈簧裝置則將離合器運動部件壓入其動力驅動位置中。驅動機構的必要特征是一個可轉動的栓部件，該栓部件形成與蝸輪相鄰的驅動機構的端部。栓部件布置有一個較輕的中心彈簧，在選擇手操縱模式的情況下，該中心彈簧使栓部件與蝸輪保持垂直。
只要蝸輪在動力驅動下開始轉動，蝸輪運動表面和栓部件的底腳之間的摩擦力就克服較輕的中心彈簧裝置的作用力而使栓部件轉動約90度以達到蝸輪表面上的一個后續的平行位置。這樣，栓部件在相對于蝸輪軸的軸向中產生的運動足可使離合器運動部件與動力驅動裝置相配合。
同時，這種現存的、與動力驅動裝置自動重新結合方式是令人滿意的，但該方式依賴于較小的線形中心彈簧，而該中心彈簧在維修中可能失效。
另外，依賴栓部件和蝸輪表面之間的表面摩擦來操縱所述機構會使栓部件不能被“確定地”鎖定在手驅動模式下。
本發明的另一個目的是提供一個鎖栓機構以進行自動的離合器再接合操作，這樣就不依賴所述的摩擦力來釋放栓部件且提供有一種機構，在該機構中，在離合器處于動力驅動模式中時，栓部件不與驅動機構的轉動部件相接觸。

發明內容
根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種機械閥致動器，其中自馬達至致動器輸出軸的驅動是通過齒輪嚙合件進行的，該齒輪嚙合件不能被反向驅動，致動器具有一個可選擇的人工驅動機構，人工驅動機構包括手輪、離合器和操縱桿以從馬達驅動模式轉變為手驅動模式，致動器還具有布置在馬達和輸出軸之間的中間軸，手輪由中間軸攜帶或至少可操縱性地與中間軸相連以驅動中間軸。
其特征在于中間軸布置在馬達和齒輪嚙合件之間，在操作操縱桿而使致動器進入手驅動模式時，離合機構完全自由操縱，由前述馬達運行產生且被非回轉驅動齒輪嚙合件鎖定在輸出軸中的輸出軸轉矩就不再被鎖定在離合器機構中。
適當的非反轉可驅動齒輪嚙合件包括蝸桿和蝸輪組件，優選的情況為離合器機構與中間軸相關聯/或安裝在中間軸上。
致動器還優選包括與中間軸相關聯的齒輪減速驅動裝置以進一步增大裝置的輕便性，這樣就可容易地人工驅動致動器的輸出軸。
由于本發明的致動器在離合器處不存在需要克服的被鎖定轉矩以使離合器與馬達分離，從而與手工驅動裝置相結合，且由于通過在中間軸和蝸桿之間布置附加的減速驅動機構來降低所需的手工驅動輸入轉矩，這樣，至少手輪、操縱桿和特定的離合部件之一、優選為其中的每一個均可由模制的塑性材料制成。
由于本發明具有獨特的驅動機構，因此，與現有的致動器相比，本發明的致動器可被構造的更便宜、更緊湊、輕便且更易于使用。
對致動器的其他改進之處包括形成可運動的離合部件且使離合器操縱器與協作的錐形表面相結合，這樣就可更容易地將離合器從馬達驅動配合轉變為手工驅動配合。運動的離合器部件和離合器操縱器上的滑動錐形表面最好被構造得使離合器操縱器的錐形表面圍繞運動的離合部件的錐形表面至少部分卷繞，這樣，在離合脫開操作的起始階段整個區域相接觸，隨著離合器運動部件提升至手工驅動位置，所述區域迅速減小至線性接觸。離合器操縱器的錐形表面圍繞運動離合部件的錐形表面向上卷繞180度。
優選的情況為致動器具有一個可轉動的凸輪部件，該凸輪部件由操縱桿驅動，該凸輪部件與離合器操縱器相配合以通過滑動錐形表面來改變操縱桿運動機構和運動的離合器部件之間的機械利益。該凸輪部件在離合脫開操作開始時適當地提供了較大的機械利益以克服較高的靜態摩擦系數，而在相對于較低的動態摩擦系數操作時，則為操縱桿的剩余動作提供較低的機械利益比率，該較低的機械利益比率使操縱桿產生總量較小的角運動。
特別優選的情況為將操縱桿的轉動軸線與手輪的轉動軸線平行且相鄰布置，該操縱桿具有彎曲形狀且在手輪的圓周之下擺動并部分圍繞手輪凸出。在將致動器安裝到閥上時，這些特征被用來減少容納致動器所需的空間。
優選的情況為致動器還包括一個栓部件以將離合器鎖定在手工驅動所需的結合狀態，該栓部件適當地布置有齒，所述齒與致動器驅動輪系的齒輪齒相嚙合以將致動器鎖定在手驅動狀態，從而在處于手驅動模式時進行主動配合，而在回復至動力驅動模式時處于確定的被驅動分離操作。
優選的情況為齒輪由馬達驅動且齒輪與中間軸相關聯/或安裝在中間軸上，該齒輪通過離合器的操作而與中間軸可選擇地配合以驅動中間軸。
栓部件優選可被驅動旋轉且具有一個與其相鄰的扁彈簧裝置，栓部件與該扁彈簧裝置相配合，該扁彈簧裝置偏壓栓部件而使其朝著手驅動接合的鎖止位置進行轉動。
優選的情況為栓部件布置有一個平面凸起，該凸起與扁彈簧裝置相配合，這樣，在“后續”的分離位置中該栓部件與前述部件脫離接觸，從而使其配合在手驅動接合的鎖止位置中。
栓部件適當地與扁彈簧相配合而為栓部件提供三個停靠位置，其中兩個位置是根據齒輪29的轉動方向確定的“后續”位置，另一個位置是將所述機構鎖止在手驅動模式中時的中心結合位置。
所述平面凸起優選為矩形/大體上為正方形。
栓部件優選是可轉動的，致動器的鎖止機構還包括至少一個靜態的柱銷裝置以使栓部件轉動而從一個分離的“后續”位置主動旋轉至鎖止位置，優選布置一對相互間隔的這種靜態柱銷裝置，在操作操縱桿而使栓部件從兩個后續位置之一處移開時，栓部件即在所述的一對靜態柱銷裝置之間運動。
離合器具有一個運動的離合器部件，所述中間軸優選具有小齒輪齒以與一個軸上的協作齒輪操作配合，從而驅動蝸桿/蝸輪，中間軸還包括與運動的離合器部件相結合的鍵部件，運動的離合器部件可沿著中間軸的縱向滑動但不可與其一起轉動，所述小齒輪齒特別優選沿著中間軸的縱向延伸，所述鍵部件即是由小齒輪齒的這些縱向延伸部形成的。
中間軸上的小齒輪齒的縱向延伸部優選被剪切而具有減小的直徑。延伸部的減小的直徑在中間軸上提供了一個位置，由驅動馬達驅動的齒輪可圍繞所述位置自由轉動，延伸部的減小的直徑還提供了一個跨靠臺階而作為馬達驅動齒輪或中置式墊圈的軸向位置。
在本發明的另一個方面中提供了一種類型的機械閥致動器，該致動器具有一個可選擇的人工驅動裝置，該人工驅動裝置包括手輪、離合器和操縱桿以從馬達動力驅動模式轉變為手驅動模式，其中致動器包括栓部件以將離合器鎖止配合而進行手驅動或馬達驅動，栓部件布置有齒，該齒與致動器的驅動輪系的齒輪齒相嚙合以在手工驅動模式時進行主動配合，且在回復至動力驅動模式時進行確定的被驅動分離操作。


下面將參考附圖并以例子的形式對本發明的背景技術和優選實施例進行描述，其中
圖1所示為利用現有技術的一種機械閥致動器的驅動裝置的必要外形特征。
圖2所示為U.S.4370902中的閥致動器的驅動裝置外形特征。該圖也簡單地顯示了利用現有技術的自動再配合離合機構。
圖3所示為機械閥致動器的一個剖視圖。根據本發明的目的，圖中顯示的主要驅動外形部件包括離合器和離合器操縱機構。為進行清楚顯示的目的，圖中只在單個平面中顯示了一些可轉動部件。
圖4所示為一個部分分解立視圖，圖中顯示了一些部件，這些部件包括具有相鄰離合器操縱機構的中間軸。
圖5顯示了致動器部件，這些部件具有離合器的鎖止和自動釋放特征，所述部件的相對位置與處于動力驅動模式中的致動器相對應。
圖6顯示了與圖5所示相同的部件，但它們的相對位置與處于手驅動模式中的致動器相對應。
圖7所示為手輪的正視圖，其中，相鄰的離合器操縱桿處于其停止位置及操縱位置。
圖8所示的實施例具有一根中間軸，其中，該軸上的整體式驅動小齒輪被加長且被加工而形成鍵部件，該鍵部件徑向定位運動的離合其部件。
具體實施例方式
首先參考圖1而對現有技術進行描述，圖1中顯示了現有閥致動器的驅動裝置外形的一個簡化視圖，電動馬達1通過蝸桿3驅動蝸輪2。蝸輪2在致動器輸出軸4上自由轉動。一個運動的離合器部件5在輸出軸4上軸向自由運動，但卻由鍵部件6徑向定位在中間軸上。
手輪7也安裝在輸出軸4上且可相對于軸獨立轉動。離合器運動部件5可運動而通過擋塊8和槽9與蝸輪2配合或通過擋塊10和槽11而與手輪7相配合。
與蝸輪齒相配合的蝸桿3的導角通常足夠小以在向軸4施加轉矩時阻止該機構的反向驅動。在該非驅動模式下，離合器運動部件5仍與蝸輪2上的擋塊8配合，被鎖定在輸出軸4上的轉矩通過擋塊8和槽9而被傳輸至蝸輪和蝸桿的鎖定配合組件上。這樣就需要一個較大的軸向力使離合器從動力驅動模式中脫離出來。
離合器隨后從動力驅動模式中分離出來并運動入手驅動模式中，然后，手輪7就可通過致動器輸出軸4操縱該閥，所需的手輪轉矩等于由動力驅動裝置供應的轉矩。為此原因，在中間物和較大尺寸的機械閥安裝機構上，手輪布置有延伸的軛件12以使操作者產生所需的較大人工轉矩，從而對閥進行人工操作。
圖2顯示了用于降低手輪轉矩而部分解決該問題的一種技術方案，該方案是通過將具有相關離合機構和蝸輪的手輪驅動裝置放置在帶有小齒輪14的一根中間軸13上來實現的，小齒輪14與安裝在致動器輸出軸16上的齒輪15相嚙合。圖2還顯示了已知機構的一種形式，在馬達1被啟動時，該已知機構用于與動力驅動裝置再次自動接合。
在該機構中，通過操縱桿18抬升可軸向運動的軸17以推動離合運動部件19而使其與蝸輪2脫離配合，并使其與手輪20相結合而壓縮彈簧21。
在軸17的下端布置有一個可樞轉的栓部件22，圖中的栓部件處于一種后續的姿勢，而離合器仍與蝸輪相配合。該栓部件在包圍樞軸23的一根自對中線形扭簧(圖中未顯示)的作用下而從左手后續位置或右手后續位置(根據蝸輪的轉動方向來判斷)被壓入垂直位置。
在電動馬達1靜止并操作操縱桿18而使致動器進入人工驅動模式的情況下，軸17被抬高而使栓部件22轉入其與軸17軸向對準的中間位置。在這種狀態下，栓部件22作為一個“驅動件”而通過軸17將離合運動部件19保持在手驅動模式中。
在重新啟動馬達1時，栓部件22的遠端和蝸輪2的轉動表面之間的摩擦力足夠大以克服由自對中彈簧在樞軸23處產生的對中轉矩，所述轉矩使栓部件轉動入其兩個后續位置之一(根據蝸輪的轉動方向來確定)中，從而可使軸17和離合運動部件19在彈簧21的作用下下降至動力驅動位置。
在圖3和圖4中顯示了對致動器驅動組件的不同改進之處。圖3所示為通過驅動裝置的主軸中心所作的一個半示意性剖視圖。圖4所示為組成離合器機構的一些部件的垂直分解立視圖，這些部件需要進一步的清楚顯示。在圖示的剖視圖中，中間軸帶有離合器部件25且布置有一個整體式的小齒輪26。馬達軸27具有一個整體式布置的小齒輪28，該小齒輪28驅動位于中間軸24上但可相對于中間軸24獨立轉動的齒輪29。
運動的離合部件25布置有鍵部件30，該鍵部件30與鍵部件31相配合而使運動的離合器部件在軸24上自由滑動但相對于軸可轉動性地安裝。在該剖視圖中，如圖3所示，運動的離合器部件25處于其下降的動力驅動位置，其中的一個突出銷子32與在齒輪29中形成的一個圓孔或弧形盲槽33相配合。在這種模式下。馬達1就可通過嚙合的小齒輪28和齒輪29來驅動中間軸24，從而通過與孔或盲槽33相配合的突出銷子32及運動的離合器部件25上的鍵部件31將轉矩傳送到軸24上，所述鍵部件30與軸24上延伸的長鍵部件31相配合。
中間軸24通過小齒輪26與致動器輸出軸4永久性地驅動耦合，小齒輪26與齒輪34嚙合，而齒輪34再被鍵接到其上加工有蝸桿3的軸35上。蝸桿與蝸輪2相配合，蝸輪2則被鍵接或永久性地附加到致動器輸出軸4上。
從下面的內容、即從離合器組件與蝸桿或蝸輪軸相分離至中間軸通過中間齒輪減速輪系(小齒輪26和齒輪34)驅動所述蝸桿軸35則可得到圖3中所披露的致動器驅動裝置的一個顯著優點。與圖1和圖2所示的致動器驅動裝置不同，由非反向驅動蝸桿和蝸輪嚙合件所鎖定的轉矩不再通過離合器凸起和槽來傳輸。此外，由于從馬達至中間軸的減速驅動是通過漸開線齒輪齒(小齒輪28和齒輪29上的齒)來實現的，所述漸開線齒輪齒可被反向驅動來驅動馬達1的電樞，這樣，在切斷傳輸至馬達的動力時，在動力驅動模式下傳輸的轉矩就不會被遺留而鎖定在離合器凸起和槽中。
因此，在不必克服由前述動力運行周期而在齒輪系中產生的較大鎖定力的情況下就可在從動力驅動模式至手工驅動模式時使離合器分離。這樣，則可將離合器組件和相關的操縱桿36制作成較輕的結構，特別是可利用塑料模件來取代在圖1和圖2所示設計中的較重金屬部件。通過中間軸所進行的附加齒輪減速驅動可使手輪組件的結構比圖1所示設計中所需的結構要輕，這樣就可利用適當尺寸的模制輪37和轉動手柄38取代延伸的軛件12和較大的手輪7。
為使致動器殼體具有最小的尺寸且通過手輪和操縱桿來實現尺寸的減小，在圖3和圖4中顯示了離合器和操縱桿的一種新穎的緊湊設計方案。在實現該緊湊設計方案中的一個重要步驟是使操縱桿36的轉動軸線與手輪37的軸線平行且相鄰。如果需要的話，軸中心之間的距離可如圖7所示的那樣，即可將操縱桿軸線定位在手輪的圓周直徑之內。操縱桿的彎曲形狀是這種緊湊設計的另一個特征，處于停止位置中的操縱桿的輪廓圍繞手輪凸起而彎曲，這樣，操縱桿就部分隱藏在手輪的后面。
操縱桿36的轉動將離合器部件25從其彈簧加載的動力驅動位置向上抬起所用裝置將在下文中進行描述。
運動的離合器部件25布置有一個錐形外表面39，該外表面39與離合操縱器41的一個延伸的內錐形表面40相配合。如圖3所示，該錐形的半角約為45度。如圖4所示，將離合器操縱器錐形內表面40周圍的部分切除掉，運動離合部件25周圍的“彎曲”角度等于或小于180度以使離合器操縱器41在水平方向中向圖3中右側運動。
離合器操縱器受到包圍它的殼體的限制而只能在一個單個平面中運動，其向右的運動通過延伸的錐形表面40在表面39上的滑動作用而轉變為同等意義上的垂直提升動作，該垂直運動脫離動力驅動且使運動的離合器部件25上的成套徑向面齒42與手輪軸組件上的成套齒43相配合。
操縱桿36從其停止位置向操縱位置44的運動(在圖7中為順時針運動)使離合器操縱器41在成形槽45的作用下在其受限制的水平方向中運動，所述成形槽45位于模制在離合器操縱器41上的整體式柱件47上的可轉動凸輪部件46中。凸輪部件46被鍵接或附加在操縱桿36的軸48上。成形槽45這樣定形而使操縱桿36的大部分運動從其停止位置開始即被用于使柱件47產生較小的初始偏轉以增大操縱桿/凸輪外形的機械利益，從而在開始離合器分離操作時可克服運行的錐形表面39、40之間較高的靜摩擦力。
該運動一旦開始，被潤滑的錐形表面之間的摩擦系數即被降低至某一個值，特別地，該值約為靜摩擦系數的一半大小，從而使操縱桿36的其余運動只利用較低的機械利益。
應認識到突出的錐形表面39及與其相配合的半圓圓形表面40只是在動力離合器分離操作時進行整個表面接觸。這樣就可利用最大的接觸表面積，而在克服由較高靜摩擦力產生的作用力時，則使用最小的表面接觸面積。離合器操縱器41一旦開始運動，運動的離合器部件就開始抬升，相接觸的表面積開始迅速減小，這是因為通過接觸的錐形部分所作的水平剖面(如圖3所示)在理論上顯示為具有不同線性接觸直徑的圓。在實際應用中，由操縱力產生的表面偏移將產生一個較窄的接觸區以取代兩個運動的錐形表面在理論上的線性接觸。
操縱桿36受到彈簧的偏壓，這樣，在釋放時，它就回復至由外伸的手輪37部分遮蔽的停止位置。參考圖4，所述的回復通常是通過一根螺旋牽引彈簧49來實現的。該螺旋牽引彈簧49的一端安裝在致動器殼體上，而其另一端在一個位置處附加在凸輪部件46上，這樣，彈簧的張緊力在凸輪部件46上產生回復運行轉矩，然后通過操縱桿軸48作用在操縱桿36上。
在圖3和圖4中也顯示了新設計的鎖栓系統的主要部件，圖5和圖6顯示了鎖栓部件分別處于其脫開狀態(動力驅動)和鎖止狀態(手工驅動)中時的相應位置。
柱件47的基座中具有一個孔，一根較小的軸50插入該孔中并作為新設計的栓部件51的一個樞軸，栓部件51以與圖2中的已知部件22相同的方式運行，但本發明對栓部件51進行了明顯的改進。
在非鎖止型動力驅動模式(參見圖5)中，栓部件51在板簧52的作用下與齒輪29保持間隙，板簧52通過與樞軸中心周圍的一個正方形凸起53的側面相配合而將栓部件保持在相間隔90度的三個角位置之一中。這種布置以90度的間隔提供了三個確定的停止位置，中間的位置則為“鎖止”狀態。
板簧的端部通過槽或其他裝置定位在離合器操縱器41中，這樣，在離合器分離操作中，板簧的端部相對于樞軸50而保持在同樣的位置中。在該操作中，栓部件51受到位于致動器殼體中的兩個柱件54之間的拉伸而被迫轉動接近90度。如圖5中的虛線所示，栓部件朝著鎖止位置的最終角運動是通過板簧在可轉動的正方形凸起53的拐角的作用下首先產生偏轉來實現的，然后，板簧回復至其初始平坦位置而迫使栓部件以非常小的最終角度進入圖6所示的位置。為到達所述最終的鎖止位置，水平運動就比鎖止位置和釋放位置之間的距離稍長一些。這是為了使栓部件上的齒在與齒輪29上的齒結合之前從其上經過。
齒輪29在馬達1的驅動下的轉動使機構回復至動力驅動模式。現在，與齒輪齒相配合的栓部件進行轉動，從而使離合操縱器41朝著動力驅動模式位置回轉。轉動的最后較小角度使栓部件51被“回彈”至圖5所示的位置，而所有的鎖止齒55與齒輪齒之間保持間隔。
在閥致動器技術中所用的已知機構相比，具有相應的自動釋放特征的本發明鎖止機構設計具有顯著的優點，在下面的內容中列舉了所述的優點1)在鎖止狀態(手工驅動)下，栓部件51與齒輪29相對主動定位，而在齒輪開始轉動時，該栓部件則被驅動以進入非鎖止位置。因此，本發明不依賴摩擦部件來保證從手工驅動至動力驅動的變化。
2)在動力驅動和馬達操縱系統中，栓部件51與轉動的齒輪29保持間隙。這對已知的機構是一種顯著的改進，在已知的機構中，后續的鎖止操縱桿與蝸輪連續彈性接觸，并對驅動驅動裝置施加輕微的摩擦；但更重要的是，在已知的機構中產生摩擦碎片，這些碎片最終將在較長的運行過程中對潤滑油造成污染。
3)栓部件51從動力驅動模式轉動(接合)至手驅動模式主要是通過一種結構來實現的，在這種結構中，栓部件從兩個柱件54之間經過且產生偏轉。與依靠已知的方法相比這是一種更主動性的操作，已知的方法是利用一根自對中線彈簧來實現至鎖止位置的改變。利用彈簧52來完成栓部件90度轉動的最后較小角度來實現主動的鎖止操作，同時安全地消除了由柱件54將栓部件51鎖止在手驅動模式中的危險。
圖8中顯示了本發明的另一個實施例，該實施例的目的在于降低中間軸24的制造成本。
首先再次參考圖3，圖3中所示的軸24帶有一個整體嚙合的小齒輪26，如圖所示，該小齒輪26具有標準的漸開線形式的齒，軸24還帶有一個上突出的鍵部分31，該鍵部分31與運動的離合器部件25的鍵接孔相配合。圖3中除了加工不同套的齒(小齒輪和鍵部件)增加加工成本之外，軸24上相對于齒輪29進行轉動(在手驅動模式下)的較大中心直徑也在形成齒時不適于利用拉削操作。
參考圖8，中間軸56只帶有一套齒輪齒，如圖所示，該齒輪齒延伸而在軸的下端形成驅動小齒輪。在軸上通過將齒加工掉而形成一個跨靠臺階58，特別是將齒加工掉而使直徑59約等于漸開線齒輪的節圓直徑，即將齒輪齒的持頂部分加工掉。
現在可將運動的離合器部件25的芯部加工掉而形成一個配合鍵孔以在圖中的上部橫截面中的軸56的切齒上滑動。齒輪29可在圖8中的中間部分的切齒上進行轉動。在跨靠臺階58和運動的離合器部件25之間可布置一個墊圈60。在致動器處于手工驅動模式中時，軸56只能在齒輪29中以較低的速度進行轉動而不向輪29傳輸任何轉矩，這樣就不會由于在齒輪和軸之間進行間斷性的環形接觸而產生較大的摩擦。
權利要求
1.一種機械閥致動器，其中從馬達至致動器輸出軸的驅動是通過齒輪嚙合件進行的，所述齒輪嚙合件不能被反向驅動，致動器具有一個可選擇的人工驅動裝置，該人工驅動裝置包括手輪、離合器和操縱桿以從馬達動力驅動模式轉變為手工驅動模式，致動器還具有處于馬達和輸出軸之間的中間軸，手輪布置在中間軸上或至少可操作性地與中間軸相連以驅動中間軸，其特征在于中間軸布置在馬達和齒輪嚙合件之間，在操作操縱桿而使致動器進入手驅動模式時，離合機構完全自由操縱，由前述馬達運行產生且被非回轉驅動齒輪嚙合件鎖定在輸出軸中的輸出軸轉矩就不再被鎖定在離合器機構中。
2.根據權利要求1所述的機械閥致動器，其中非反向驅動的齒輪嚙合件包括蝸桿和蝸輪組件。
3.根據權利要求1或2所述的機械閥致動器，其中離合器機構與中間軸相關聯/或安裝在中間軸上。
4.根據權利要求1、2或3所述的機械閥致動器，其中致動器具有與中間軸相關聯的齒輪減速驅動裝置。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的機械閥致動器，其中至少所述手輪、操縱桿和一個或多個離合器部件之一是由塑料模件形成的。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的機械閥致動器，其中離合器包括可運動的離合器部件和配合運行的離合器操縱件，該操縱件具有配合操作的錐形表面。
7.根據權利要求6所述的機械閥致動器，其中可運動的離合器部件和離合器操縱件上的可滑動錐形表面這樣構造，即離合器操縱件的錐形表面圍繞可運動離合器部件的錐形表面至少部分卷繞，從而在離合器分離操作開始時進行全區域接觸，隨著離合器運動部件提升至手驅動位置，所述區域迅速減小為線接觸。
8.根據權利要求6或7所述的機械閥致動器，其中致動器具有可轉動的凸輪部件，該凸輪部件由操縱桿驅動且與離合器操縱件相配合以通過所述滑動錐形表面來改變操縱桿運動和可運動離合器部件之間的機械利益。
9.根據上述任一權利要求所述的機械閥致動器，其中操縱桿的轉動軸線與手輪的轉動軸線平行且相鄰定位。
10.根據權利要求9所述的機械閥致動器，其中操縱桿具有彎曲的形狀且被構造得可在手輪的圓周后面擺動，并部分包圍手輪的軸線。
11.根據上述任一權利要求所述的機械閥致動器，其中該致動器還包括一個栓部件以將離合器鎖止在配合狀態而進行手工驅動。
12.根據權利要求11所述的機械閥致動器，其中栓部件布置有齒，所述齒與致動器的驅動輪系的齒輪齒相配合而將致動器鎖止在手驅動狀態，從而在手驅動模式下進行主動配合，而在回復至動力驅動模式時，提供一種主動的被驅動分離操作。
13.根據權利要求12所述的機械閥致動器，其中齒輪由馬達驅動且與中間軸相關聯/安裝在中間軸上，所述齒輪通過離合器的操作而與中間軸可選擇性地配合與驅動中間軸。
14.根據權利要求11、12或13所述的機械閥致動器，其中栓部件可轉動且與其相鄰布置有扁彈簧裝置，栓部件即與該扁彈簧裝置相配合，扁彈簧裝置處于一種狀態中以使栓部件朝著其手驅動配合的鎖止位置轉動。
15.根據權利要求14所述的機械閥致動器，其中栓部件布置有一個平面凸起，該凸起與扁彈簧裝置相配合，這樣，在一個“后續”的分離位置中該栓部件與前述部件脫離接觸，從而使其配合在手驅動接合的鎖止位置中。
16.根據權利要求11、12、13、14或15所述的機械閥致動器，其中致動器的鎖止機構還包括至少一個靜止的柱件，在操作操縱桿以使栓部件主動從所述“后續”位置轉動至鎖止位置中時，栓部件相對于靜止的柱件運動。
17.根據權利要求16所述的機械閥致動器，其中鎖止機構具有一對相間隔的靜止銷子，在操作操縱桿而使栓部件主動從兩個“后續”位置之一轉動至一個中心鎖止位置中時，栓部件在所述的一對靜止銷子之間運動。
18.根據上述任一權利要求所述的機械閥致動器，其中離合器包括可運動的離合器部件，中間軸所具有的小齒輪齒與中間軸的配合齒輪相嚙合以驅動蝸桿/蝸輪，中間軸還具有與可運動的離合器部件相配合的鍵部件，這樣，可運動的離合器部件就沿著中間軸的縱向滑動而不與其一起轉動，其中小齒輪齒沿著中間軸的縱向延伸，鍵部件即是由小齒輪齒的縱向延伸部形成的。
19.根據權利要求16所述的機械閥致動器，其中中間軸上的小齒輪齒的縱向延伸部被切掉而具有一個減小的直徑。
20.具有可選擇的手工驅動裝置的一種機械閥致動器，該手工驅動裝置包括一個手輪、一個離合器和操縱桿以從馬達動力驅動模式轉變為手驅動模式，其中，該致動器包括一個栓部件以使離合器處于接合狀態而進行手驅動或馬達驅動，栓部件具有齒，該齒與致動器的驅動系的齒輪齒相嚙合，從而在手工驅動模式下進行主動配合，而在回復至動力驅動模式時則進行主動的被驅動分離操作。
21.具有可選擇的手工驅動裝置的一種機械閥致動器，該手工驅動裝置包括一個手輪、一個離合器和操縱桿以從馬達動力驅動模式轉變為手驅動模式，其中，該致動器包括一個栓部件以使離合器處于接合狀態而進行手驅動或馬達驅動，栓部件通過一個固定的柱件的作用而被偏轉至其鎖止的手驅動位置，操縱桿即相對于固定的柱件運動，致動器還包括一個彈簧裝置，該彈簧裝置與栓部件相鄰來偏壓栓部件而使其更完全地進入手驅動配合的鎖止位置。
全文摘要
本發明提供了一種機械閥致動器，其中從馬達(1)至致動器輸出軸(4)的驅動是通過蝸輪(2)和蝸桿(3)或其他齒輪嚙合件進行的，所述齒輪嚙合件不能被反向驅動，致動器具有可選擇的人工驅動裝置，該人工驅動裝置包括手輪(37)、離合器(25)和操縱桿(44)以從馬達動力驅動模式轉變為手工驅動模式，致動器還具有處于馬達(1)和輸出軸(4)之間的中間軸(24)，手輪(37)布置在中間軸(24)上或至少可操作性地與中間軸(24)相連以驅動中間軸(24)，離合器機構與中間軸(24)相關聯/安裝在中間軸(24)上。中間軸(24)布置在馬達(1)和蝸桿(3)/蝸輪(2)驅動件之間，這樣，在操作操縱桿(44)而將致動器置于手工驅動模式時，與中間軸(24)相關聯/安裝在中間軸上的離合器機構可基本自由地運行，由前述的馬達驅動產生的輸出軸轉矩由非反向驅動的蝸桿(3)/蝸輪(2)嚙合件鎖定在輸出軸(4)上而非鎖定在離合器機構中。
文檔編號F16D11/00GK1802531SQ200480015678
公開日2006年7月12日 申請日期2004年7月14日 優先權日2003年7月17日
發明者斯圖爾特·梅斯菲爾德·萊 申請人:羅托克控制有限公司