阀或者阀装置的操作装置的制作方法

专利名称：阀或者阀装置的操作装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作阀或者阀装置(Armatur)的操作装置，其包 括蜗轮蜗杆传动装置，该蜗轮蜗杆传动装置具有蜗轮以及设置在蜗杆轴上 的蜗杆，其中，蜗杆轴以可从静止位置开始在轴向抵抗弹簧系统移动的方 式安装，并且其中设置机械操作的制动装置，该制动装置具有固定在蜗杆 轴上的制动盘， 一旦蜗杆轴的轴向移动相对于静止位置超过了预定值，所 述制动盘就制动或者阻止蜗杆轴的旋转。
背景技术：
DE 24 37 778 Al公开了 一种用于阀的马达驱动式的操作装置。在该操 作装置中，由马达来驱动蜗轮蜗杆传动装置的蜗杆轴。具有一个或者多个 螺距的蜗杆设置在蜗杆轴上，以倾斜方式制齿的齿轮(所谓的蜗轮)啮合 在蜗杆上。蜗轮位于垂直于蜗杆轴取向的轴上，并且该轴其自身例如与主 轴、阀或者阀装置的可转动的操作元件连接。蜗杆轴以可从静止位置开始 在其轴向抵抗弹簧系统移动的方式安装。因而在操作阀或者阀装置时，蜗 杆轴与传递至蜗轮上的扭矩有关地移动。以这种方式，通过由蜗杆轴的轴
向偏移控制的终端开关可以实现与扭矩有关地关断驱动马达。
针对驱动马达的这样触发的关断出现失灵的情况，根据DE 24 37 778 Al的操作装置具有在需要情况下影响蜗杆轴并且阻止蜗杆轴旋转的制动装 置。为此在蜗杆轴的两个端部之一上设有与蜗杆轴一起旋转的制动盘，在 扭矩反作用导致蜗杆轴轴向偏移的情况下，该制动盘首先移向与其相对置 并且固定地安放的制动止挡，并且最后接合至制动止挡内。通过存在的摩 擦配合阻止蜗杆轴的进一步旋转。因此在驱动装置关断失灵的情况下，引 入阀装置内的扭矩也全部限于尤其是由系统组件的尺寸和材料特性预定的 最大值。
然而，上述操作装置在实际中的连续使用中具有显著缺点在达到预 先设定的额定扭矩时，固定在蜗杆轴上的制动盘不是仅在转动方向上被固
3定和阻止，而且该制动盘同时也在轴向上比较强烈地止挡在其配属的制动 止挡上。因此在操作时，在制动盘和制动止挡之间出现必须要以很大的力
才能重新释放的"夹紧"。为解决该问题在DE 24 37 778 Al中建议借助自由 转动角将制动盘这样固定在蜗杆轴上，即，制动盘相对于蜗杆轴围绕其自 身轴线具有例如限于四分之一圈的运动自由度。为此，在释放先前操作的 制动装置时，应该首先释放驱动马达并且使其无障碍地起动并且在一定程 度上"获得摇动"，然后再由马达带动制动盘并从制动止挡释放该制动盘。因 为制动盘和蜗杆轴之间的"自由运动"并不是通过相应的轴向轴承来保证的， 所以这种想得到的功能原理也不能得到保证。
此外，该制动装置的直接作用原理要求比较高的制动力，该制动力受 结构的限制可能导致不均勻的制动效果、对扭矩限制不充分、调节精度不 够并且处于力线和扭力线中的部件将出现较高的磨损。因为针对扭矩限制 装置而使用的部件的支承是不足的，所以不能防止由于扭矩限制装置对驱 动功能的反作用而妨碍对阀装置操作。

发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于给出一种按照前言部分所述的类型 的操作装置，在假定驱动马达的关断失灵的情况下，借助该操作装置可靠 地避免了处于力线和扭转力线中的驱动装置部件和阀装置部件承受超出设 计参数的过负荷，并且该操作装置在具有较高调节精度情况下同时设计用 于具有特别微小磨损的运行。尤其是在正常运行条件下和沿反方向操作驱 动装置时，在前述的关断失灵之后，功能性应该不会受到损害。
根据本发明这样解决该技术问题，即，所述制动盘沿轴向相对于所述 蜗杆轴移动地并且能够与其一起旋转地设置在所述蜗杆轴上，其中，所述 制动盘通过与其相对置的不旋转的且通过操作至少一个摇臂而抵靠在制动 盘上的摩擦体而被制动，并且所述摇臂本身通过设置在所述蜗杆轴上的凸 轮来控制。
本发明基于这样的考虑，即，用于限制扭矩的摩擦制动器的根据现有 技术已知的应用应该被保留与通过摩擦耦合或者打滑耦合(其中，由于 耦合的提前响应而导致出现调节驱动装置的功能性损失的危险)进行扭矩 限制相比，在使用摩擦制动器情况下，通过结构性措施极大地保证了在求时在对限制扭矩做出响应之前，调节驱动装置首先完全并且可靠地提供 其真正的功能任务——"打开或者关闭阀，，。
而且，为了在此避免现有技术中已知的缺点而规定，将作用于重要构
件上的推动作用和扭转作用进行结构性的分离 一如既往，制动过程的触
发是与蜗杆轴的轴向偏移有关的。然而在响应情况下作用于制动盘的摩擦 体或者制动片将被间接铰接，并且通过本身由设置在蜗杆轴上的操作凸轮 操作的摇臂，主动地压靠在制动盘上，以便造成所期望的摩擦配合。因为 制动盘尽管以连同蜗杆轴一起旋转的方式安装在该蜗杆轴上，但是可以在 轴向上在蜗杆轴上自由移动一定的行程路径，所以避免了根据现有技术已 知的止挡效果。在此，制动盘承载装置在空转中沿反方向无摩擦的可转动 性，在制动器执行了前述的对制动的响应之后阀装置沿反方向运动时，保 证了自动地释放制动器，进而保证了其无磨损的操作。
适当的是，制动盘在两个摩擦体之间运行，这两个摩擦体在出现制动 要求之前分别在蜗杆轴的轴向上通过间隙与制动盘分离开。安装在蜗杆轴 上与其一起旋转的制动盘，以层状结构的形式定位在在两个壳体上安装的
不旋转的摩擦体之间。在要求情况下，两个摩擦体通过被蜗杆轴上的操作 凸轮偏置的摇臂共同夹紧。在此，全部有效的接触压力优选均匀地分布于 两个摩擦体上，进而摩擦作用对称分布于所夹紧的制动盘的两侧。
间，即，仅当蜗杆轴的轴向移动相对于静止位置超过预定值时才出现明显 的制动或者阻止效果。仅当凸轮在止挡之一上止挡并且凸轮不再沿轴向移 动时，凸轮就通过其造型挤压摇臂至制动位置。如果蜗杆轴在其轴承中沿 轴向移动，则在第一运动阶段(其中，作用于阀装置的扭矩仍然低于制动 装置的触发值)，制动盘最多在两个与其相对置的摩擦体或者制动片之一上 轻微地摩擦。基于其自身的可移动性，制动盘通过比较微小的、相对于制 动过程中的接触压力微不足道的推力以空间固定的方式保持定位，并且因 此补偿了蜗杆轴的偏移。因此适当的是，制动盘在蜗杆轴上的可能的移动 行程至少等于蜗杆轴在其轴承内(也就是相对于操作装置的固定的部件、 尤其是其壳体)的最大轴向移动行程。
只要蜗杆轴的移动超过预定的触发值，那么通过凸轮的相应造型翻转 或者摆动摇臂，摇臂本身将一个或者多个摩擦体挤压到制动盘上，进而限制将其他扭矩引入阀装置。有利的是，在超过阈值或者触发值的情况下， 相应的摩擦体抵靠制动盘的接触压力随着蜗杆轴的轴向移动单调地、尤其 是准确单调地增加。在一项优选的扩展设计中，在蜗杆轴的后来的运动阶 段中，在其制动造成的停止状态之前，还保证了制动盘在蜗杆轴上的轴向 可移动性。
在一个特别优选的实施方式中，相应的摩擦体是平行于轴上的制动盘 定向的盘或者环。多个与蜗杆轴一起旋转的制动盘以及不旋转的在壳体上 固定的尤其是环或者盘的摩擦体，尤其是能够以交替的设置方式在轴向相 继排列，制动盘与摩擦体共同构成也被称为多盘式制动器的片式制动器。 在此有利的是，构成片式制动器的内摩擦片的轴侧制动盘刚性地固定在共 同的内部片式承载装置上，该片式承载装置抗转动地以外部套筒或者轮毂 的形式(也就是，以与蜗杆轴一起旋转的方式)，但是以可以在轴向上相对 于蜗杆轴移动的方式设置在蜗杆轴上。因此，所有的内部片式承载装置可 以优选作为 一个单元在蜗杆轴上沿轴向移动。
适当的是，为了关于其圆周对称地将力引入到相应的摩擦盘或者摩擦 环以及外部摩擦片内，设有多个、优选是三个均匀分布在其圓周上的通过 凸轮同时操作的摇臂。
与可在纵向上移动的轮毂连接的轴-轮毅-连接方式根据现有技术是已 知的，该连接方式例如可以实现为所谓的键轴连接或者通过使用具有多边 形轮廓的轴来实现。另选地也可以采用棱键连接，其中，凸出于轴的长条
形的平行于轴向的棱4定或者其它的凸出部以预先配合的方式(vorschliissig ) 啮合到附近轮毂的相对应的槽内，并且对于该轮毂起传动器的作用。
根据本发明得到的优点尤其在于，在用于阀装置的马达驱动的操作装 置中，通过摇臂(其自身通过可在轴向移动的驱动轴上的操作凸轮控制) 来间接操作优选被实施为片式制动器的且设有可运动地支承的制动片的摩 擦制动器，可以实现对作用于需要加载的构件的推动效果和扭转效果的必 然的分离。这种结构导致可重现的可调节性以及可靠的制动效果，同时可 以关于设计扭矩对过高扭矩进行精确限定。在此，尤其是通过在负载的作 用下转动的部件的滚动轴承以及通过内部片式承载装置和蜗杆轴的渐开线 啮合，即使是频繁地操作也能够避免过早出现磨损并且避免制动效果的改 变。在一个特别优选的方式中，这种操作装置被应用在核技术设备中，以 操作那里存在的阀装置和阀。尤其是能够在该领域中，借助新颖的设计能 够比迄今更轻易地满足对"阀装置的电子调节驱动装置的关断失灵"所提出 的愈发严格的完整性和功能性，在此同时可以应对相对大的马达电压允差。 在此，尤其可以改装具有迄今为止常见的驱动装置的阀装置，基于该操作 装置的与真正的阀装置分离的模块化构造可以简单且廉价地实现这些阀装 置。


结合附图进一步描述本发明的实施例。
附图中
图1以非常简化的原理草图示出具有限定扭矩的制动装置的用于阀或 者阀装置的操作装置；以及
图2示出这种制动装置的纵剖图。 相同部分在两个附图中具有同样的附图标记。
具体实施例方式
图1所示的操作装置2使得以马达驱动的方式打开和关闭这里未示出 的阀装置或者阀成为可能。为此，操作装置2包括电动马达4，电动马达4 驱动蜗轮蜗杆传动装置8的蜗杆轴6。借助设置在蜗杆轴6上并与其固定连 接的蜗杆10的帮助，蜗杆轴6围绕其轴线A的旋转将被传递到配属的蜗轮 12上，蜗轮12本身设置在以垂直于蜗杆轴6的方式取向的轴14上，并且 在此围绕轴线B旋转。设计为以倾斜方式制齿的齿轮的蜗轮12的啮合至蜗 杆10螺紋16内的齿，在以非常简化地图示的附图1中未示出。借助蜗轮 蜗杆传动装置8在使得旋转运动的方向被改变的同时，产生了传动装置传 动比，该传动装置传动比尤其是与螺紋16的螺距或者导程有关并且与蜗轮 12的半径和设置在蜗轮12上的齿的数量有关。轴14与阀装置的这里不可 见的主轴连接。视电动马达的转动方向而定，或者打开或者关闭该阀装置。 在该实施例中，蜗轮12沿顺时针方向转动促使阀装置关闭，在沿逆时针方 向转动时，阀装置打开。显而易见的是，在一个另选实施方式中也可以规 定相反的情况。为了免受环境影响，尤其是污染的影响，壳体18包围蜗轮蜗杆传动装置8。
例如如果要关闭阀装置，典型情况是在最初可以轻松地转动阀装置的 主轴，之后越来越难以转动，直至达到关闭位置。这意味着，在关闭过程 中，对于操作所必须的扭矩将增大。在此， 一定的最小扭矩是必不可少的， 以保证可靠且完全地关闭阀装置。另一方面也不应该超过确定的扭矩最大 值，以避免对处于力线和扭力线中的构件造成永久损伤。因而在操作装置2 的情况下，规定了电动马达4的一种控制扭矩的关断，该关断与阀装置或 者其主轴驱动装置的设计扭矩有关。
为此目的，蜗杆轴6以可在轴向20上从静止位置开始抵抗弹簧系统22、 例如盘簧组地朝向两侧移动的方式安装。弹簧力分别随着蜗杆轴6离开静 止位置的偏移或者说移动而增加。蜗轮10的长度是如此设定的，即，在轴 向移动行程达到最大并且被相应的止挡限定的情况下，蜗轮12也始终与蜗 杆IO保持啮合。因此，蜗杆轴6的轴向偏移是通过轴14引入阀装置内的 扭矩的衡量尺度。尤其可以实现按经验例如通过测量扭矩移动行程特征曲 线(Drehmoment-Verschiebeweg-Kennlinie )来确定虫呙杆轴6的与阀装置的设 计扭矩相对应的移动或者绝对位置。通过适当地布置在蜗杆轴6上的开关 凸轮(其通过对应的开关或者按钮来中断马达电路)，或者例如还可以通过 可适当地调节的光栅开关，能够实现与蜗杆轴6的轴向移动行程有关地、 进而与所期望的扭矩有关地，自动关断电动马达4。
当然在不利状况下，借助配属的终端开关自动关断阀装置调节驱动装 置可能会失灵。为了在这种驱动单元关断失灵的情况下将作用于阀装置的 扭矩可靠地限定于最大值(例如正常运行的设计扭矩的130%)，操作装置2 具有相应设计并且设定的制动装置24，该制动装置24在这种要求的情况下 对蜗杆轴6产生作用，并且蜗杆轴6由于该制动装置24的制动转矩而^L制 动到停止状态并且最终被阻止。由此避免了，将超过最大值的扭矩引入阀 装置内部。
制动装置24包括所谓的片式制动器26。制动装置24也被封装在壳体 28内部以免受环境的影响，壳体28连接到包围蜗轮蜗杆传动装置8的壳体 18上。片式制动器26包括多个制动盘30，制动盘30沿轴向相继固定在蜗 杆轴6上，并沿径向离开蜗杆轴6并且与蜗杆轴6 —起旋转，制动盘30也 被称为内部摩擦片。如图2所示的那样，制动盘30分别牢固地固定在也被
8称为内部片式承载装置的共同的承载元件32上，该承载元件32以套筒的 样式包围蜗杆轴6。承载元件32在蜗杆轴6上的固定是这样设计的，即， 尽管承载元件32带动制动盘30 —起以与蜗杆轴6保持无间隙的方式旋转， 然而承载元件32在轴向20上可借助较小的力自由移动。该移动行程就其 长度而言，大约相当于蜗杆轴6在其轴承内的移动行程。因此，虽然在操 作过程中由于扭矩反作用力使蜗杆轴6发生轴向移动，但是制动盘30仍保 持空间固定地定位，也就是说，制动盘30的位置在轴向20上相对于壳体 28未发生改变。
位于轴上的制动盘30的轴向取向是由与制动盘30相对置的摩擦盘34 或者摩擦环促成的，摩擦盘34以交替布置方式接合在制动盘30之间的间 隙内，并且基本位置固定地或者尤其是以不旋转的方式悬挂在壳体28上。 该固定在也被描述为外部片式承载装置的壳体上的承载元件35上实现。然 而在此对于也被称为外部摩擦片的摩擦盘34来说，与调整机构有关地在轴 向20上具有微小的运动自由度在正常情况下，也就是说，要求制动之前， 在相应的制动盘30 (内部摩擦片)和两个与其相对置的摩擦盘34 (外部摩 擦片)之间存在较小的间隙，从而在摩擦盘34之间没有明显的摩擦，制动 盘30能够旋转。在要求制动的情况下，摩擦盘34被调整机构挤压在制动 盘30上，并且进而"压紧"片式制动器26。内部摩擦片和外部摩擦片之间存 在的摩擦配合将造成相应的制动转矩，该制动转矩反作用于电动马达4的 驱动力矩，并且在尺度合适的情况下阻止蜗杆轴6。
在操作装置2的情况下，通过三个同类的摇臂38实现对片式制动器26 与扭矩有关的操作，这些摇臂38以120。的均匀角距围绕蜗杆轴6设置，在 图1和图2中仅可见其一。另选的是，例如也可以以180。的角距仅设置两 个摇臂或者也可以设置三个以上的摇臂。相应的摇臂38以可围绕支点36 转动的方式安装。摇臂38包括第一杠杆臂40和第二杠杆臂42,第一杠杆 臂40作用于外部摩擦片，通过设置在蜗杆轴6上的凸轮44控制第二杠杆 臂42。两个杠杆臂40、 42位于径向朝向蜗杆轴6定向的平面内。支点36 关于壳体28是位置固定的。通过蜗杆轴6推动呈对称圓柱形套筒形式的凸 轮44，并且凸轮44可以在该蜗杆轴6上在两个可调节的止挡60、 62之间 移动。根据图1，通过中间的圓柱形外外表面和两个端侧的锥形外表面来界 定凸轮44的外部轮廓。因而凸轮44具有外部半径恒定的圆柱形中间部分46，在所述中间部分46上分别连接有"外部半径朝两端方向随着轴向坐标线 性增大"的外侧区域48。
在制动操作之前，摇臂38的面对凸轮44的杠杆臂42,以安装在其端 部上的导轮50 (另选地以滑动体)，紧贴在凸轮44的中间部分46上。摇臂 38的该位置需要时将得到作用于摇臂38的这里未示出的压簧或者拉簧的支 持。如果蜗杆轴6由于增大的扭矩反作用力而在轴向上移动，则自身可在 蜗杆轴6上移动的凸轮44首先保持位置固定，直至它(视蜗杆轴6的运动 方向而定)被止挡在止挡60、 62之一上为止。如果蜗杆轴6仍然继续移动， 那么杠杆臂42通过凸轮44的相应的调节斜面54被沿径向向外压。蜗杆轴 6移动得越远，摇臂38的偏移就越大并且进而借助另 一杠杆臂40通过挺杆 52施加到片式制动器26的外部摩擦片上的制动力就越大。
通过例如借助夹紧螺栓或者这类可调节的止挡60、 62能够，与蜗杆轴 6的轴向偏移有关地，调节凸轮44在蜗杆轴6上的运动自由度，进而能够 调节片式制动器26的响应时刻。锥形调节斜面54的斜度决定制动效果(较 为柔和或者更为猛烈的制动)。
总而言之，凸轮44、摇臂38以及以轴向可移动的方式悬挂在内部片式 承载装置上的内部制动片的结合，产生了特别好的可重现的可调节性以及 可以良好地限定扭矩过高的可靠制动效果。
权利要求
1.一种用于阀或者阀装置的操作装置(2)，所述操作装置包括蜗轮蜗杆传动装置(8)，所述蜗轮蜗杆传动装置具有蜗轮(12)以及设置在蜗杆轴(6)上的蜗杆(10)，其中，所述蜗杆轴(6)以可从静止位置开始在轴向抵抗弹簧系统(22)地移动的方式安装，并且设置机械操作的制动装置(24)，所述制动装置具有固定在所述蜗杆轴(6)上的制动盘(30)，一旦所述蜗杆轴(6)的轴向移动相对于静止位置超过了预定值，所述制动盘就制动或者阻止所述蜗杆轴(6)的旋转，其特征在于，所述制动盘(30)沿轴向相对于所述蜗杆轴(6)移动地并且能够与其一起旋转地设置在所述蜗杆轴(6)上，其中，所述制动盘(30)通过与其相对置的不旋转的且通过操作至少一个摇臂(38)而抵靠在制动盘(30)上的摩擦体(34)而被制动，并且所述摇臂(38)本身通过设置在所述蜗杆轴(6)上的凸轮(44)来控制。
2. 根据权利要求1所述的操作装置(2)，其特征在于，所述凸轮(44) 以可沿轴向移动的方式这样安装在两个被设置在所述蜗杆轴(6)上的止挡 (60、 62)之间，即，仅当所述蜗杆轴(6)的轴向移动相对于所述静止位 置超过了预定值时才出现明显的制动或者阻止效果。
3. 根据权利要求1或2所述的操作装置(2)，其特征在于，所述凸轮 (44)这样成形，即，所述摩擦体(34)抵靠到所述制动盘(30)上的接触 压力随着所述蜗杆轴(6)的轴向移动而单调上升。
4. 根据权利要求1至3之一所述的操作装置(2)，其特征在于，所述 摩擦体(34)是平行于所述制动盘(30)定向的盘或者环。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的具有多个制动盘(30)和摩擦 体(34)的操作装置(2),所述制动盘和摩擦体在轴向(20)上相继排列 并且共同构成片式制动器(26)。
6. 根据权利要求5所述的操作装置(2),其特征在于，通过设置多个、 优选是三个均匀分布在所述片式制动器(26)的圓周上的摇臂(38)来操 作所述片式制动器(26)。
全文摘要
本发明涉及一种用于阀或者阀装置的操作装置(2)，其包括蜗轮蜗杆传动装置(8)，该传动装置具有蜗轮(12)以及设置在蜗杆轴(6)上的蜗杆(10)，其中蜗杆轴以可从静止位置开始在轴向抵抗弹簧系统(22)地移动的方式安装，并且设置机械操作的制动装置(24)，制动装置具有固定在蜗杆轴上的制动盘(30)。为了实现制动装置的较高的效率和可靠性，尤其为了实现少摩擦且高调节精度，本发明规定，制动盘沿轴向相对于蜗杆轴移动地并且能够与其一起旋转地设置在蜗杆轴上，制动盘通过与其相对置的不旋转的且通过操作至少一个摇臂(38)而抵靠在制动盘上的摩擦体(34)而被制动，并且摇臂本身通过设置在蜗杆轴上的凸轮(44)来控制。
文档编号F16K31/53GK101514765SQ200910130749
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月11日
发明者保罗·克拉德波尔 申请人:阿雷瓦Np有限责任公司