燃氣截止閥的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種安裝在燃氣計量表中的燃氣截止閥，包括一個相對閥座能夠在縱向上運動的閥盤，所述閥盤安裝在一個調節桿上，所述調節桿在一個閥殼中保持縱向設置，所述截止閥還包括一個通過減速齒輪裝置受到電機驅動的線性單元，a)所述閥座包括一個邊緣密封件(6)；b)所述電機為微型直流電機(11)；c)所述減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)設置在所述線性單元的側部；d)所述線性單元為齒條齒輪傳動裝置或滑道螺旋傳動裝置，包括調節螺母件(17、17’)和集成在閥殼(1、3、4、10)的板體(3)上的調節桿(18、18’)。
【專利說明】燃氣截止閥
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種安裝在家用或工業用燃氣計量表上的燃氣截止閥。
【背景技術】
[0002]燃氣計量表通常包括計量裝置和兩個交替填充的彈性測量腔及其控制系統。燃氣計量表越來越多地配置一些組件以進行遠程計量表查閱和遠程燃氣切斷操作。遠程切斷操作對于預付費系統或獨立于客戶的遠離燃氣設施公司的計量表失效時是非常重要的。通過執行器操作的截止閥即用于此目的。燃氣計量表將截止閥及其電源供應單元包覆在其內部，其設計盡可能的簡潔，同時降低運行噪音和增加操作安全。對于小尺寸的截止閥也要求較高的運行可靠性，執行器良好的燃氣密封性和盡可能長的運行壽命，同時還包括由此需要的長期的電源供應運行。后者尤其要求在截止閥進行開閉時消耗盡可能少的電能。在運行時，不允許出現濺入截止閥內部點燃燃氣的火花。
[0003]執行器基于對顛簸、振動或其它操作的敏感性略遲鈍電機進行運轉，這種執行器基于螺線管控制單元改良了相對執行器的操作安全，在市場上受到廣泛青睞。
[0004]2？083670181揭示了一種燃氣控制閥，它對應的專利026960150612中，截止閥直接設置在燃氣計量表中的燃氣供應連接器上，因此與本發明揭示的技術方案最為接近。該燃氣截止閥包括一個閥元件，閥元件能夠相對閥座縱向運動，其中閥元件與一個縱向對齊的閥柄連接，其中閥柄的至少一部分包括一個外螺紋，與一個圍繞閥柄該部分的元件連接并形成螺母，其中閥柄由此以螺旋方式運動。閥元件自身貼附在閥柄上，閥柄隨著步進電機轉動并通過機械驅動單元傳輸轉動。閥柄為此支撐一個設置在閥元件和螺母之間的軸上的齒輪環，齒輪環與步進電機驅動的馬達小齒輪嚙合，圍繞著與閥柄平行的第二軸旋轉。
[0005]發明人參考了其它一些燃氣截止閥的相關專利，其中包I舌 2？083670281 (026960142812) , 2？0987477八2， 2？1482224八1，2？160108481(0260200500157912), 0219716377^1, 02102011110379^1,⑶201397166口，⑶2017237311，⑶2022809211 ⑶202646861[和⑶ 102818062八。
【發明內容】
[0006]待解決的技術問題
[0007]現有技術中的燃氣截止閥需要在尺寸、安全性、可靠性和使用壽命上進行優化。這些通過步進電機進行調節的截止閥結構復雜，因而需要昂貴的電子控制元件。確定的調距距離通過步進電機每一步的規格來實現，基于這種設計，除去了火花的形成，但是這樣產品相對直流電機在同等性能時尺寸更大，價格更高。
[0008]當使用微型直流電機以預定的運行時間控制來使用時，經濟性得到優化，但是當直流電機改變其根據負載改變運行點時，實際的閥門斷開/閉合時間由于燃氣壓力的波動而在運行中進行改變。為了保證徹底的斷開/閉合，直流電機不得不裝備有比實際需要更多的電源以持續更長時間的運行；閥盤在運行中通往閥座時遇到的阻力很大。在截止過程中，能量消耗較高，這使得電池維持不必要的負載，同時由于電流最大值通過電刷，電機的壽命降低。
[0009]現有燃氣截止閥還有一個缺陷是它們均設置扁平的閥盤。在打開狀態下，燃氣垂直于閥盤側向地流動，由此產生不必要的湍流，尤其是在閥殼設置為盡可能小而閥內流體阻力沒有進行優化的情況下。還有，設置為扁平密封的閥盤需要更多的壓力與閥座相抵以得到緊固地密封，從而在環境條件變化時保持密封，例如溫度和燃氣壓力的改變。電機在相應更大輸出功率時需要產生更高的密封力。
[0010]⑶201723731口或⑶102818062八揭示了較為復雜的設計，其中涉及的運行包括棘輪運動和凸輪軸驅動，這樣不得不克服閥桿端部的兩個死點處的扭矩。電機由此需要更大的尺寸和更高的電流，這就增加了電池蓄電量成本。
[0011]⑶202646861揭示的燃氣計量表中的控制閥包括扁平閥盤、電機和蝸輪驅動。電機不存在機械扭矩限制。
[0012]2？083670181和2？086370281揭示了閥盤設計，其中出于安全和功能性的原因對結構要求較高并要求精確的控制以得到密封元件中的優質的閥座。
[0013]發明目的
[0014]本發明的目的基于所知的現有技術，提供一種解決上述缺陷的電機驅動的燃氣截止閥，該設計簡單并能容易地與慣常使用的燃氣計量表集成。
[0015]出于在燃氣計量表內的安裝，該燃氣截止閥應該設置作為執行器的小型電機并整體微型化設計使得它在狹小的燃氣計量表中的空間內仍然得到更方便地安裝。當閥門以簡單的機械運動達到截止位置時，電輸出應該是比較小的，以此節約電能，這將增加電池的使用壽命，也就是所謂的“智能測量表”。閥門的流體阻力應盡可能的低，以此減少計量表中的壓強降。此外，密封系統應該裝備有利用燃氣壓力進行密封的密封件，以保證在失去電機的高度壓力下依然保持可靠的密封緊密度。該密封件的使用壽命應盡可能的長。最后，燃氣截止閥應能夠以最簡單方便的方式安裝，并出于經濟目的由最少的組件組成。
[0016]技術方案
[0017]根據本發明，安裝在燃氣計量表中的燃氣截止閥包括一個閥盤，該閥盤相對于它的閥座能夠縱向運動并安裝在調節桿上，該調節桿控制在閥殼內的縱向方向內。該閥盤通過調節桿與一個線性單元結合，線性單元通過減速齒輪機構受到電機驅動。閥座中設置一個唇型密封。小型直流電機做為新型燃氣截止閥的驅動元件設置在獨立腔殼內。電機通過減速齒輪驅動線性單元。減速齒輪緊挨著設置于線性單元側邊。齒條齒輪傳動裝置或滑動螺釘傳動裝置均可選擇設置于線性單元，包括調節螺母元件和集成于閥殼中的板調節桿18和 18，。
[0018]發明效果
[0019]本發明使得燃氣截止閥的結構更小，流動效率更高，在操作時更加安全，僅需要較少的維護，安裝更方便，成本效率更高，在迄今通常使用的燃機計量表或新型更小型的燃氣計量表中能夠進行安裝，兼容適用于遠程切斷系統或預付費系統。使用小型直流電機(對于絕大多數的微型電機)的能量消耗小于現有技術設計，其在閥盤至少一個端部的機械功率消耗限度/扭矩限度使得在執行部分和開關部分處大幅降低功耗。所安裝的電池僅在若干年后才需進行更換。電子控制元件的損耗控制在最小，因為小型電機僅需要固定的打開時間控制。做為進一步的優勢，爆炸方面的安全性能(電機的電子元件中可能有火花出現)得到提高，這是由于電流很小。這種新型設計使得電子元件能夠完全填充絕緣材料或以簡單的方式將其與燃氣運輸部件隔離開。另一個優點是這中燃氣截止閥由于設計精簡，大多數部件相配通過自動化的簡單步驟即可安裝，故能進行大批量自動化生產，由此形成成本優勢。借助特別地邊緣密封設計和曲面流場優化的閥盤，在閉合狀態下的密封方式和燃氣在接通時的流動方式的性能均得到提高。
[0020]本發明中，上述優選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發明各較佳實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是根據本發明第一個實施例下的閥門的立體示意圖。
[0022]圖2是根據本發明第一個實施例下的閥門的剖視圖，其中閥門處于閉合狀態。
[0023]圖3是根據本發明第一個實施例下的閥門的剖視圖，其中閥門處于接通狀態。
[0024]圖4是根據本發明第二個實施例下的閥門的剖視圖。
[0025]圖5是根據本發明第三個實施例下的閥門的剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]本發明將參照附圖以各種實施例的方式進行說明。在說明書附圖中，具有類似結構或功能的元件將用相同的元件符號表示。附圖中的部件大小和特點只是為了便于說明和揭示本發明的各個實施例，并不是要對本發明進行窮盡性的說明，也不是對本發明的范圍進行限制。
[0027]圖1根據本發明一個實施例示出了閥門的立體示意圖。燃氣截止閥的筒狀塑料殼體從上到下包括上殼體1，其包括燃氣入口 2，板體3和下殼體4。一個具有立體曲面并經過優化過流場設計的閥盤5密封閥門的燃氣入口 2，唇形密封件(或邊緣密封件)6(111)86^1)設置在上殼體1處與閥盤相對。板體3固定設置在間隔上殼體1的位置。側向燃氣出口 7由此設計在這里。板體3上設置的墊片8保持著上述的間隔。連接螺釘9保持著殼體并穿過墊片。板體3的外周邊垂直地設置有小而獨立的殼腔10，用以放置微型直流電機11以抵制轉矩。微型直流電機11的連接件12伸出殼腔10頂部。下殼體4在底部封住殼腔10。借助獨立的殼腔10，微型電機可以完全密封設計，以某種封裝的方式(圖未示出)使得爆炸相關的安全性能夠在此類閥門整個使用周期內得到可靠的保證。
[0028]圖2是根據圖1所示的第一個實施例下的閥門的剖視圖，其中閥門處于閉合狀態。需要注意的是在說明書附圖中，同樣的元件用相同的元件符號表示。殼體由上殼體1、板體3和下殼體4組成。殼體通過連接螺釘9進行連接，連接螺釘9穿過板體3上的墊片8并緊固地將殼體的三個部件保持為一體。微型直流電機11及其上部的電機連接件以自鎖的方式設置在板體3上的獨立殼腔10中。伸出獨立殼腔10的微型直流電機11的輸出軸在下殼體4中支撐驅動齒輪13。環狀邊緣密封件6嵌入上殼體1中環繞燃氣入口 2設置。流線型的漸細狀閥盤5與燃氣入口 2深處位置之間形成氣密性密封，與燃氣出口 7相對的內向邊緣密封件6相抵。唇型密封件6的邊緣借助持續的燃氣壓力壓著處于閉合位置的閥盤5，這樣密封能夠在關閉時保持持續的緊湊，從而燃氣無法流過。
[0029]減速齒輪裝置由直齒輪組成，這些功能將進行進一步的解釋。減速齒輪裝置設置在板體3和下殼體4之間的空間內。驅動齒輪13作用在安裝在下殼體4上的大中間齒輪14上，小中間齒輪15與大中間齒輪同軸固定設置。小中間齒輪15驅動大輸出齒輪16，大輸出齒輪16以抗扭方式安裝在調節螺母件17上。輸出齒輪16和調節螺母件17可以組成一個獨立部件。輸出齒輪16和調節螺母件17均安裝在下殼體4中和板體3的通孔中。當圍繞軸部轉動時，它驅使調節桿18沿著滑動螺釘齒輪(螺母-螺紋柄系統)線性運動。調節桿18在下端包括一個外螺紋18對應于調節螺母件17的內螺紋173，并安裝在調節螺母件17的內螺紋173上。一方面，通過固定在板體3上的軸套19以轉矩不變的方式進行運動，另一方面調節桿18的上端設置為扁平狀或某個角度方式與軸套19的輪廓對應，從而提供抗扭力。軸套19可以是一個獨立的部件，也可以與板體3制成一體。調節桿18根據調節螺母件17的旋轉方向可以向上或向下運動。閥盤5根據閥門閉合或打開。調節桿18和閥盤5可以是兩個獨立的部件，也可以是通過注塑工藝制成一體。設置在軸套19和閥盤5之間的軟性螺旋彈簧26使調節桿18可靠地嵌入調節螺母件17，從而保證閥盤5穩定運行。
[0030]內部燃氣壓力借助邊緣密封件6增加了閥的密封性。這使得借助驅動形成的密封力減小。結合電機轉速經過驅動齒輪13、調節螺母17和調節桿18的減速比，微型直流電機11的功耗變得很小。微型直流電機11設置在嵌套件20處。板體3與下殼體4同樣進行密封(圖未示出)。還有，設置在板體3上的軸密封件21將調節螺母件17與輸送燃氣的空間隔離。
[0031]當閥門接通狀態下微型直流電機11接通直流電，前述減速齒輪裝置驅動調節桿18使得閥盤5抵住邊緣密封件6。閉合路徑并不由固定阻擋件或微型直流電機11的停止來進行限制，而是根據經驗以機械方式進行位置控制。調節桿-調節螺母件18/17確定調節桿18沿著制動裝置直線運動的行程終點，或借助調節螺母件17的內螺紋173和調節桿18的外螺紋183之間在預定形成后脫開的方式實現自動脫開/契合，以此達到可靠的閥門閉合狀態。在這個時候，微型直流電機11旋轉而減速齒輪裝置13、14、15、16和調節螺母件17處于怠速模式，直至電機關閉。電機通電的時長可以預設程序使得調節桿18在電機停止前完全達到端部位置，而不受外部影響。可以多預留幾秒鐘來達到這個安全余量。這并不會顯著增加微型直流電機11的負載或電源負載。
[0032]如果需要閥門打開，微型直流電機仍然通電，但是此時電源電極相反。調節桿18契入調節螺母件17并較佳地通過邊緣密封件6的彈簧效果帶著閥盤向下殼體4的方向移動。調節螺母件17借助內螺紋173使調節桿18旋轉至閥門打開，直到外螺紋的端部到達調節桿18。此刻，微型直流電機11隨后旋轉減速齒輪裝置至空轉狀態直至電機關閉。微型直流電機11通電的安全時長可以由此確定。當閥門再次關閉，調節桿18的外螺紋受到壓力彈簧26的支撐，再一次旋入調節桿17的內螺紋173內。
[0033]在一個實施例中，微型直流電機11在空轉狀態下旋轉直至關閉，這適用于調節桿18達到行程頂端以上和行程底端以下。本發明的部分目的在于使微型直流電機11在閥門閉合時保持空轉狀態直至調節桿18達到確切閉合點，同時在閥門打開時在調節桿18下殼體的止動件還有輕微間隙時關閉電機。微型直流電機和電源從而減輕負載。
[0034]在圖3中，相關的實施方式已經在圖2中得到敘述。
[0035]圖4根據本發明第二個實施例示出了閥門的結構。微型直流電機11的轉矩限制并不基于位置距離，而是基于執行時的施力狀態。在此實施例中，一個在多級減速齒輪裝置中的摩擦保持件限制著驅動力，從而影響著微型直流電機11直至行程終點的最大轉矩。在一個特別簡單的實施例中，小齒輪15’設置狹縫自身保持彈力或通過摩擦保持彈簧22向小齒輪15’徑向施力，同時摩擦保持彈簧22與大中間齒輪14同軸。現在在端部位置當調節桿18以足夠的力將閥盤5壓向邊緣密封件6，調節螺母件17與其輸出齒輪16和小齒輪15’形成障礙。微型直流電機11帶著齒輪13和大中間齒輪14在小齒輪15’和它的軸之間抵著徑向摩擦力進行空轉。由于在過程中需要克服摩擦力，微型直流電機11的運行點和電流消耗發生輕微變化，這種變化不會發生在微型直流電機11的停止點處。這樣就阻止了流過微型直流電機電刷的可能引起火花的最大電流值。當調節桿18在接通狀態運行至下殼體4的下止點時同樣發生該過程。
[0036]各種實施方式可以是前述的是否使用摩擦保持件和/或將摩擦保持件設置在不同位置，這些不同技術特征的組合都屬于本領域的技術人員可以預見到的范圍。調節螺母件17完全可以看作安裝有被驅動齒輪(圖未示出)減速齒輪裝置。
[0037]更進一步地，在一個實施例中，小中間齒輪15可以設置一個摩擦保持件，摩擦保持件通過摩擦保持彈簧22’將保持件軸向施壓使其軸向施力。大中間齒輪14和小中間齒輪15之間的摩擦保持件連接只有在軸向摩擦力被克服后才會停止。
[0038]圖5根據本發明另一個實施例示出了閥門的結構。該實施例基于微型直流電機11的機械能限制使用的楔狀傳動裝置。具有立體曲面的閥盤5以抗扭的方式與調節桿18’連接。閥盤5和調節桿18’可以由單一塑料件注塑形成，當然它們也可以分體制成。一個塑料螺紋楔狀件23朝頂部逐漸減小并設置在閥盤5內部的調節桿18’上。與前一實施例相比，調節桿18’自身沒有外螺紋，調節螺母17’也沒有內螺紋。調節螺母件17’的頂部以抗扭的方式連接至螺紋楔狀件23，所以某種意義上講它有外螺紋。一個彈性負載的，可縱向放置的座體24在閥盤5的扁平底部交叉嵌入調節桿18’，閥盤底面與螺紋楔狀件23位置相對。當調節螺母件17’在減速齒輪裝置驅動下轉動而同時燃氣入口 2打開且微型直流電機11運行，螺紋楔狀件23也隨之旋轉。由調節桿18’和閥盤5組成的扭鎖單元螺旋以此向上運動至螺紋楔狀件23的螺旋圈末端，直至燃氣入口 2與邊緣密封件6閉合。座體24上的彈簧25的壓力確使座體24能夠與螺紋楔狀件23上的螺旋圈保持接觸。設置在調節桿18’底端和螺紋楔狀件23之間的柔性螺旋彈簧26確使閥盤5穩定運行。在閥門的閉合端位置，座體24在塑料螺紋楔狀件23的扁平面233上運轉，楔狀件23垂直于調節桿18。微型直流電機11由此受到阻止。在閥門開啟時同理運行，座體24在塑料螺紋楔狀件23的扁平面236上運轉，楔狀件23垂直于調節桿18。
[0039]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定。說明書和權利要求書中的用詞，如“包括”、“包含”、“具備”等具有非排它性的含義，僅出于陳述內容的目的進行描述，并不排斥其它附加的涵義。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種安裝在燃氣計量表中的燃氣截止閥，包括一個相對閥座能夠在縱向上運動的閥盤，所述閥盤安裝在一個調節桿上，所述調節桿在一個閥殼中保持縱向設置，所述截止閥還包括一個通過減速齒輪裝置受到電機驅動的線性單元，其特征在于: a)所述閥座包括一個唇形密封件(6)； b)所述電機為微型直流電機(11)； c)所述減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)設置在所述線性單元的側部； d)所述線性單元為齒條齒輪傳動裝置或滑動螺旋傳動裝置，包括安裝于閥殼(1、3、4、10)的板體(3)上的調節螺母件(17、17’ )和調節桿(18、18’)。
2.如權利要求1所述的燃氣截止閥，其特征在于，還包括一個機械裝置，在截止閥打開或閉合中至少一個位置時對所述微型直流電機(11)的轉矩進行限制。
3.如權利要求2所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述限制電機轉矩的機械裝置設置在所述滑道螺旋傳動裝置(18、17)中。
4.如權利要求3所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述滑動螺旋傳動裝置(18、17)中的調節桿(18)在閥門閉合或打開位置與調節螺母件(17)脫離后在一預設位置自由旋轉。
5.如權利要求2所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述限制電機轉矩的設備設置在所述減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)中。
6.如權利要求5所述的燃氣截止閥，其特征在于，一個徑向或軸向的摩擦保持件(22、22’ )作用在至少一個減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)的齒輪軸和它的齒輪(13、14、15、15’、16)之間。
7.如權利要求2所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述限制電機轉矩的設備設置在所述閥盤(5)中。
8.如權利要求7所述的燃氣截止閥，其特征在于，一個座體(24)可移動地設置在閥盤(5)內，以直徑方向與一錐形塑料螺紋件(23)相抵，所述塑料螺紋件以抗扭方式與所述調節螺母件(17’)連接。
9.如權利要求1所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述閥盤為立體曲面形狀與燃氣入口⑵相對。
10.如權利要求1至9任一項所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)設置為多級直齒輪。
11.如權利要求1至9任一項所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述板體(3)形成一個用以設置微型直流電機(11)的獨立殼腔(10)和側向燃氣出口(7)。
12.如權利要求1至9任一項所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述受減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)驅動的調節螺母件(17、17’)可轉動地設置在下殼體(4)處，所述調節桿(18、18’ )包括一個以縱向可移動方式設置在板體(3)上的扭矩鎖。
13.如權利要求1至9任一項所述的燃氣截止閥，其特征在于，所述調節螺母件(17)以抗扭方式設置在下殼體(4)位置，所述受減速齒輪裝置(13、14、15、15’、16)驅動的調節桿(18)以可轉動并縱向移動方式設置在板體(3)區域。
【文檔編號】F16K31/04GK104421480SQ201410440800
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】斯特恩·瓦里施, 約爾格·格斯曼, 塞巴斯蒂安·弗拉勞勃 申請人:德昌電機(深圳)有限公司