具有位置检测装置的旋转驱动部及校准方法与流程

本发明涉及一种用于促动阀配件的阀元件的旋转驱动部，其具有壳体，壳体具有驱动装置和可由驱动装置驱动且可联接至阀元件的枢转安装的从动轴，以及用于检测从动轴的位置的位置检测装置，其中位置检测装置具有以抗扭的方式附接至从动轴的磁体模块，以及配合到壳体上或壳体中且适配用于根据由磁体模块生成的磁场检测磁场测量值的传感器模块。

背景技术：

此类旋转驱动部可附接至阀配件或过程阀，以便促动阀配件的阀元件，阀元件位于过程流体中，且以此方式操纵和/或阻挡流体流动。旋转驱动部的从动轴机械地联接至阀配件的心轴。心轴继而又机械地联接至阀配件的阀元件，使得阀元件经由心轴的促动而促动。例如，阀配件的阀元件形成为节气阀、蝶形阀、旋塞阀、球形阀或球阀。

由文件us6,135,147a已知一种旋转驱动部，其具有监控组件，监控组件附接至旋转驱动部的壳体的顶部，且其用于检测从动轴的位置。出于此目的，设有磁体的指示装置紧固至从壳体的顶部突出的从动轴，该指示装置与从动轴一起旋转。此外，取决于磁体的位置而致使发光二极管供以电流的磁性开关设在监控组件中，监控组件布置在指示装置旁边在壳体的顶部上。

技术实现要素：

本发明的目的在于向开头提到的类型的旋转驱动部提供输入选择，借助于其，用户可以简单且实用的方式将旋转驱动部置于预先限定的操作状态中，如，校准状态。

对于开头所述类型的流体促动的旋转驱动部而言，该目的借助于权利要求1的特征来实现。

在根据本发明的旋转驱动部的情况中，磁体模块和/或传感器模块附接成，使得其可从旋转驱动部除去，且旋转驱动部包括控制装置，其设计成根据磁场测量值确定磁体模块或传感器模块正从旋转驱动部除去或已经从旋转驱动部除去，或正附接至旋转驱动部或已经附接至旋转驱动部，且取决于作出的确定，致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中。

因此，根据本发明，磁体模块和/或传感器模块用作输入装置，借助于其，用户可致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中。用户输入由用户从旋转驱动部除去磁体模块或传感器模块来实现，或在其中磁体模块或传感器模块已经除去的状态中，由用户将磁体模块或传感器模块附接至旋转驱动部来实现。

磁体模块和传感器模块形成已经设在旋转驱动部上以便检测从动轴的位置的位置检测装置的一部分。因此，不必提供附加的输入装置如特殊开关来使输入选择可供使用。作为替代，有利地使用已经存在于旋转驱动部上的模块，以便于提供另一功能，即，用户的输入选择。

磁体模块或传感器模块的除去由控制装置根据由传感器模块检测到的磁场测量值来确定或识别。具体而言，使用了传感器模块的磁场测量功能，其已经用于检测从动轴的位置，且因此在任何情况下都已经存在。因此，不必提供附加的传感器装置来检测磁体模块或传感器模块的除去或附接。

优选地，本发明可根据以下两个变型来实施。

根据第一变型，磁体模块如此附接或布置在从动轴上，使得其可被除去，同时传感器模块紧固至壳体，以便其优选不可在不松开紧固器件如螺钉的情况下从壳体除去。例如，磁体模块附接到从动轴的轴向端部上，以便其可在紧固器件如螺钉不必出于此目的松开的情况下除去。传感器模块适配用于根据由磁体模块生成的磁场来检测磁场测量值。只要磁体模块附接至从动轴，则由传感器模块检测到的磁场测量值位于特定的值范围内。如果除去磁体模块，则磁体模块与传感器模块之间的距离增大，且检测到的磁场测量值离开特定值范围。因此，可根据磁场测量值确定磁性模块已被除去，且基于该确定可致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中。确定是否已由控制装置执行磁体模块的除去或者确定了模块的除去已由控制装置所执行。控制装置优选设在传感器模块中。

为了致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中，控制装置采用该操作状态自身，和/或将一个或多个对应命令发出至旋转驱动部的其它单元或发出至连接至旋转驱动部的单元。

根据第一变型，还可检测磁体模块至从动轴的附接。只要磁体模块未附接至从动轴上或保持从旋转驱动部除去，则由传感器模块检测到的磁场测量值位于上文提到的特定值范围外。如果磁体模块现在附接至从动轴，则磁场测量值又移入上文提到的值范围中。该变化可借助于控制装置检测到，且基于此，如上文已经描述那样，可致使旋转驱动部采用预先限定的操作状态。

优选地，旋转驱动部或控制装置适配成使得通过除去磁体模块来采用第一操作状态，且通过附接磁体模块来采用不同于第一操作状态的第二操作状态。

备选或附加于上述第一变型，旋转驱动部还可根据第二变型来实施。

根据第二变型，具体而言，传感器模块例如通过插入固定至壳体的插头连接中来可除去地附接至旋转驱动部的壳体。根据第二变型，传感器模块因此是可由用户从旋转驱动部除去或附接至旋转驱动部以致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中的元件。

根据第二变型，控制装置优选布置成与传感器模块分开或在旋转驱动部的壳体中，以便即使在传感器模块被除去时，控制装置的功能仍可用。如果控制装置布置成与传感器模块分开，则检测到的磁场测量值从传感器模块输出至控制装置。控制装置优选适配用于当其不再从控制装置接收到任何有效磁场测量值时确定或识别出传感器模块已经除去。此外，控制装置适配用于当其开始接收有效磁场测量值时识别出传感器模块的附接。

备选或附加于此，传感器模块还可通过线缆保持与旋转驱动部接触，即使其已经从旋转驱动部除去。在此情况下，控制装置可集成在传感器模块中，且磁场测量值的检测甚至可在传感器模块被除去的情况下发生。如上文结合第一变型已经描述的那样，传感器从旋转驱动部的除去或附接然后可通过检测到离开特定值范围或移入特定值范围的磁场测量值来确定或识别。

优选地，旋转驱动部或控制装置适配用于使得通过除去传感器模块来采用第一操作状态，且通过附接传感器模块来采用不同于第一操作状态的第二操作状态。

有利地，旋转驱动部或控制装置适配用于基于磁体模块或传感器模块的除去和/或附接的确定来执行至少一个预先限定的操作。

磁体模块以抗扭的方式附接至从动轴，且因此从从动轴接收旋转移动。这意味着磁体模块与从动轴一起旋转或由其枢转。对应地，磁体模块的位置由从动轴的位置确定。磁体模块可出于此目的直接地紧固至从动轴。

磁体模块优选包括磁体组件，其具体适配和/或布置成使得传感器模块针对从动轴的不同位置检测不同的磁场测量值。出于此目的，磁体组件可设有空间上变化的磁化强度。备选或附加于此，磁体组件可关于从动轴布置成，使得由磁体组件生成的磁场并未关于从动轴的轴向方向在至少一个空间方向上成圆对称。

传感器模块适配用于根据由磁体组件生成的磁场来检测磁场测量值。出于此目的，例如，传感器模块具有霍尔传感器，具体是3d霍尔传感器，其适配用于检测一个或多个空间方向上的磁场强度。

位置检测单元用于检测从动轴的位置。优选地，位置检测单元适配用于取决于磁场测量值来提供对应于从动轴的位置或角位置的位置信号。优选地，位置检测单元包括用于此目的的评估电子设备，其将检测到的磁场测量值转换成代表从动轴的角位置的位置信号。评估电子设备具体可设在传感器模块中。优选地，控制装置包括评估电子设备。

位置监测单元优选适配用于检测从动轴的一个或多个角位置，如，从动轴的两个端部位置，且以位置信号表示它们。在此背景下，端部位置具体是在其中由旋转驱动部促动的阀配件的阀元件完全开启或闭合的从动轴的位置。除此之外，位置检测单元还可设计成检测从动轴在端部位置之间的任何角位置，且以位置信号表示它们。

本发明的有利的进一步的实施例是从属权利要求的主题。

在本发明的一实施例中，如果确定了磁体模块或传感器模块的附接，则控制装置适配用于将旋转驱动部置于校准状态中。

在开头提到的类型的旋转驱动部的情况中，可能需要校准位置检测装置，以实现从动轴的一个或多个特定位置(如，从动轴的两个端部位置)分配给传感器模块在从动轴处于该或这些限定的位置中时所检测到的磁场测量值。如果这样的分配储存在控制装置中，则控制装置然后可从检测到的磁场测量值推导出从动轴的特定位置，且提供对应的位置信号。

优选地，如果控制装置确定磁体模块附接至从动轴，则旋转驱动部或控制装置适配用于采用校准状态。

这是特别有利的，因为在一些情形中，当附接新磁体模块时，上述校准必须在任何情况下执行。因此，特别实际的是直接通过磁体模块的附接来触发校准过程。

在本发明的另一实施例中，控制装置在校准状态中适配用于储存分配给从动轴的至少一个预先限定的位置(优选端部位置)的至少一个检测到的磁场测量值。

如上文已经描述那样，在校准状态中检测，哪个磁场测量值对应于从动轴的预先限定的位置。具体而言，这针对从动轴的两个端部位置来执行。

这具体可在端部位置已经通过定位元件重设之后而被要求。

在本发明的另一实施例中，如果经预先限定的时间段，由传感器模块检测到的磁场测量值在预先限定的容限范围内是恒定的，则控制装置适配用于储存分配给从动轴的预先限定的位置的检测到的磁场测量值。

在校准状态中，移向预先限定的位置、优选从动轴的一个或多个端部位置。这可通过将对应的控制命令发出至驱动装置的控制装置来发生。备选地，还可通过连接至旋转驱动部的外部控制单元来指示或引起至预先限定的位置的移动。如果移向端部位置，则从动轴不可再进一步旋转。在此情况下，由传感器模块检测到的磁场测量值也保持恒定。控制装置对应地适配用于在校准状态中检测到，所检测到的磁场测量值在预先限定的时间内在预先限定的容限范围内是恒定的，且在此情况下，将检测到的磁场测量值储存为指示端部位置或分配给端部位置的磁场测量值。优选地，控制装置适配用于针对从动轴的一个或两个端部位置执行所述程序。

在本发明的另一实施例中，控制装置适配用于当确定了磁体模块或传感器模块已被除去时将旋转驱动部置于误差状态，在误差状态中，控制装置提供误差信号，且/或删除与至少一个位置相关联地储存的至少一个磁场测量值。

优选地，如果确定磁体模块已被除去，则控制装置适配用于将旋转驱动部置于误差状态。

在本发明的另一实施例中，旋转驱动部是流体促动的，且驱动装置包括活塞空间；布置在活塞空间中的驱动活塞组件，其机械地联接至从动轴且将活塞空间细分成多个室；以及适配用于给至少一个室供应以加压流体的控制阀组件。

优选地，壳体具有活塞空间设在其中的管状本体。有利地，驱动活塞组件包括将活塞空间细分成至少两个室的第一驱动活塞和第二驱动活塞。有利地，两个室可具有施加至它们的不同压力，以引起驱动活塞的线性移动，且因此从动轴的旋转移动。

在本发明的另一个实施例中，控制装置适配用于当确定了磁体模块或传感器模块已被除去时，将旋转驱动部置于在其中至少一个室通风的通风状态中。

优选地，如果确定了磁体模块已被除去，则控制装置适配用于将旋转驱动部置于通风状态。

有利地，在通风状态中，控制装置设计成将对应的信号输出至控制阀组件，以便通过控制阀组件引起室的通风。

在本发明的另一实施例中，控制装置适配用于当确定了磁体模块或传感器模块已被除去时，将旋转驱动部置于维护状态中，在维护状态中，控制阀组件停用，使得从动轴不可由驱动装置驱动。

优选地，控制装置适配用于当确定了磁体模块已被除去时将旋转驱动部置于维护状态中。

有利地，在维护状态中，控制装置适配用于将对应的信号输出至驱动装置，例如，至控制阀组件，以便致使驱动装置停用。

在本发明的另一实施例中，控制装置适配用于当确定了磁体模块或传感器模块被除去时，将旋转驱动部置于紧急停机状态中，在紧急停机状态中，从动轴移动到预先限定的紧急停机位置，且/或由驱动装置施加至从动轴的转矩减小。

优选地，当确定了磁体模块已被除去时，控制装置适配用于将旋转驱动部置于紧急停机状态中。

有利地，在紧急停机状态中，控制装置设计成将对应的信号输出至驱动装置，例如，至控制阀组件，以便致使从动轴移动到紧急停机位置和/或转矩减小。

在本发明的另一实施例中，从动轴的轴向端部从壳体的壁区段取出，且将磁体模块安装到从动轴的轴向端部上。

因此，磁体模块布置在壳体的外侧上，且因此可由用户以特定简单的方式除去或附接。

在本发明的另一实施例中，磁体模块适配成位置指示器，其具有指示元件，优选标记，以用于视觉地指出从动轴和磁体组件的位置。

位置指示器具体可为圆柱形或盘形，且关于从动轴同轴地布置。具体而言，位置指示器是冰球形(shapeofpuck)。优选地，磁体组件布置在位置指示器的下或上段中，使得其布置成接近传感器模块。具体而言，传感器模块和位置指示器布置或适配成使得传感器模块延伸至位置指示器下方或上方。

优选地，指示元件或标记不是关于从动轴的轴向方向成圆对称的，使得可在视觉上从指示元件或标记的调准来推断从动轴的当前角位置。

因此，位置指示器用于三个不同目的。首先，其允许用户借助于指示元件视觉地确定从动轴的当前角位置，且因此还确定由从动轴促动的阀配件的阀元件的角位置。位置指示器还用于容纳磁体组件，且根据从动轴的旋转移动关于传感器模块旋转或枢转，从而在传感器模块处，旋转移动或由此引起的从动轴的角位置的变化导致了改变的磁场，且因此可被检测到。最后，位置指示器还用作输入装置，借助于其，用户可通过使位置指示器在从动轴上的除去或附接来致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态。

优选地，适配成位置指示器的磁体模块包括具有永磁体的磁体组件，永磁体优选为环形，具体形成为环段。

具体而言，环形或形成为环段的永磁体关于从动轴同心地布置，使得永磁体与传感器模块之间的距离在从动轴在从动轴的两个端部位置之间旋转期间保持恒定。永磁体具体可具有沿其圆周变化的磁化强度。

在本发明的另一实施例中，磁体组件包括一个或多个磁棒。一个或多个磁棒优选不关于从动轴同轴地布置。

在本发明的另一个实施例中，传感器模块布置在壳体的壁区段中的容纳室中。

由于传感器模块设在壳体中且并未布置在磁体模块旁边在壳体上，故磁体模块露出，且因此在用户容易触及的范围内，且可容易从从动轴的轴向端部除去或附接到其上。

传感器模块布置在壳体的壁内侧。因此得到的实用且紧凑的设计，其中传感器模块难以使用于旋转驱动部的安装空间增大或完全不使其增大。此外，传感器模块因此针对机械破坏和有害的环境影响最佳地受保护。

传感器模块还布置在壳体的相同壁区段中，从动轴的轴向端部被带出壁区段该壁区段外。这是有利的，因为由于磁体组件与传感器模块之间的距离减小，所以可更好检测磁体组件的磁场，且对磁体组件和传感器模块的要求更低。

具体而言，容纳室是长形的，且沿从动轴的轴向端部的方向对准。传感器模块可以该方式被带到特别接近布置在从动轴的轴向端部上的磁体模块。

在本发明的另一实施例中，传感器模块如此附接至壁区段，使得其可被除去且优选在磁体模块上延伸。

具体而言，传感器模块是盒形，且具有中空空间，在传感器模块附接至旋转驱动部的壳体时，磁体模块容纳在该中空空间中。

此外，根据本发明，提供了用于旋转驱动部的校准方法，旋转驱动部具有壳体，壳体具有驱动装置和可由驱动装置驱动的枢转安装的从动轴，该方法包括以下步骤；借助于布置在壳体上或中的传感器模块，根据由磁体模块生成的磁场检测磁场测量值，根据磁场测量值确定磁体模块附接至从动轴，将从动轴移动至预先限定的位置，以及储存分配给预先限定的位置的由磁体模块检测到的磁场测量值。

优选地，校准方法可借助于上述旋转驱动部来执行。

关于校准方法，具体而言，只有确定磁体模块正在或已经附接至从动轴，才执行移动至预先限定的位置和储存检测到的磁场测量值的步骤。

附图说明

附图中示出了本发明的示例性实施例。

图1示出了根据第一实施例的旋转驱动部的透视图。

图2示出了根据第一实施例的旋转驱动部的透视截面图。

图3示出了根据第一实施例的旋转驱动部的分解图示。

图4示出了根据第二实施例的旋转驱动部的透视图。

图5示出了根据第二实施例的旋转驱动部的分解图示。

图6示出了根据第一实施例和第二实施例的旋转驱动部的磁体模块的透视图。

图7示出了从根据第一实施例和第二实施例的旋转驱动部的磁体模块下方看的视图，以及

图8示出了根据第三实施例的过程阀组件的透视图。

具体实施方式

在以下附图描述中，相同的名称用于具有相同功能的所示实施例中构件，其中省略了具有相同功能的构件的重复描述。

图1至3示出了根据第一实施例的旋转驱动部40的透视图。

第一实施例的旋转驱动部40适用于附接至阀配件24，以便促动阀配件24的阀元件，且因此操纵流体流动。

如图1至3中所示，旋转驱动部40包括壳体1，其具有驱动装置和可由驱动装置驱动的枢转安装的从动轴6。在图2中所示的实例中，驱动装置具体包括活塞空间11和驱动活塞组件19。旋转驱动部40因此在所示实例中是流体促动的。备选地，根据本发明的旋转驱动部还可设计为电磁旋转驱动部。

旋转驱动部40包括用于检测从动轴6的位置的位置检查装置。位置检测装置具体包括磁体模块23，其适配成位置指示器，且可除去地附接或配合到带出壳体1的从动轴6的轴向端部上。磁体模块23以抗扭的方式连接至从动轴6。

位置检测装置还包括传感器模块36，其布置在壳体1的壁区段35的容纳室中。壁区段35是从动轴6的轴向端部被从其带出的相同壁区段。

磁体模块23包括生成磁场的磁体组件34。传感器模块36适配用于根据由磁体模块23生成的磁场来检测磁场测量值。

旋转驱动部40还包括控制装置，其在所示实例中集成到传感器模块36中，且形成位置检测装置的一部分。控制装置适配用于根据由传感器模块36检测到的磁场测量值来确定磁体模块23是否已从旋转驱动部40或从动轴6除去，且取决于作出的确定，致使旋转驱动部置于预先限定的操作状态中。

在这里所述的实例中，控制装置适配用于当确定了磁体模块23已被除去时采用误差状态，且提供对应的误差信号，其在此时刻示出位置检测是不可能的。优选地，控制装置还适配用于在误差状态中删除储存且分配给两个端部位置的磁场测量值。

备选或附加于此，控制装置可适配用于当检测到或确定了磁体模块已被除去时，采用上述操作状态、具体是通风状态、维护状态或紧急停机状态中的一个。

控制装置还适配用于根据由传感器模块36检测到的磁场测量值来确定或识别出磁体模块23正安装到从动轴6的轴向端部上。在此情况下，控制装置采用校准状态。具体而言，如果经预先限定的时间段，磁场测量值在预先限定的容限范围内是恒定的，则控制装置适配用于在校准状态中储存分配给从动轴的端部部位置的磁场测量值。

从动轴的端部位置可由用户通过定位器件33a和33b机械地设置。从动轴6可通过将对应的控制命令发出至分配给旋转驱动部的控制阀组件来移动至端部位置。控制命令可由控制装置或由外部控制单元发出至控制阀组件。

在图1中所示的实例中，磁体模块23设计为位置指示器，其包括指示元件39，经由其，从动轴的位置可由用户视觉地确定。

图2示出了旋转驱动部40的截面图。这里，具体而言，可看到布置在活塞空间11中且由两个驱动活塞构成的驱动活塞组件19。两个驱动活塞包括相应的齿条(这里未示出)，其在轴向方向上对准，且与布置在从动轴6上的从动小齿轮相互啮合接合，以便将驱动活塞的线性移动转换成从动轴6的旋转移动。具体而言，齿条布置在从动轴6的相对两侧上，以便将驱动活塞的相反线性移动转换成从动轴6的相应旋转移动。以此方式，从动轴6在当驱动活塞朝彼此移动时沿第一旋转方向旋转，且在当驱动活塞移离彼此时沿第二旋转方向旋转。作为由齿条和从动小齿轮传动装置构成的布置的备选方案，转臂轭(tumbleryoke)(挡车轭)也可用于将驱动活塞组件19的线性移动转换成从动轴6的旋转移动。

图3示出了旋转驱动部40的分解图。如图3中所示，容纳室38设在壳体1的壁区段35中，传感器模块36插入其中。容纳室38朝向壳体1的面侧3打开。在插入状态中，传感器模块36可由壳体盖覆盖，且保持在容纳室38中。

图4和5示出了根据第二实施例的旋转驱动部50的透视图。

第二实施例与第一实施例的差别具体在于，在第二实施例中，提供了传感器模块37，其如此布置在壳体1上，使得其可除去，且不是如第一实施例中那样布置在壳体的壁区段中。

此外，在第二实施例中，控制装置优选与壳体1中或上的传感器模块37分开提供。例如，控制装置可布置在附接到壳体1的面侧3上的功能模块组件中。

在第二实施例中，控制装置设计成基于是否确实在控制装置处接收到有效磁场测量值或是否从控制装置处的传感器元件接收到任何磁场测量值来确定传感器模块37是否正从壳体1除去或正附接至其。

以上述实施例类推，控制装置适配用于如果确定除去传感器模块37则采用误差状态，且如果确定附接传感器模块37则采用校准状态。

如图5中所示，传感器模块37优选为盒形，且具有中空空间，在传感器模块附接到壳体1上时，磁体模块23容纳在中空空间中。

图6和7示出了适配成位置指示器的磁体模块23。如上文所述，位置指示器包括支架形指示元件39和成型成环段的磁体组件34。优选地，磁体组件34的磁化强度沿环段的周缘变化。

图8示出了根据第三实施例的过程阀组件60。在所示实例中，过程阀组件60包括根据第一实施例的旋转驱动部40。作为对此的备选方案，过程阀组件60还可包括根据第二实施例的旋转驱动部50。

旋转驱动部40位于具有心轴和阀元件的阀配件24上。从动轴6以抗扭的方式经由心轴连接至阀配件24的阀元件。阀元件的角位置从从动轴6的角位置对应地确定。结果，阀元件的位置可从由传感器模块36或控制装置提的供且对应于从动轴6的位置的位置信号推导出。

在操作中，过程阀组件60设有来自连接至旋转驱动部40的外部压力连接部的管线的压缩空气。例如，压缩空气被吸入穿过控制阀组件(这里未示出)，控制阀组件优选设在附接至壳体1的面侧3的功能模块组件中，且具体设计为5端口/3向阀。控制阀组件的输出经由对应的工作通道连接至活塞空间11的室。控制阀组件的输出根据控制命令切换至压力状态或通风状态，以便将驱动活塞阀组件19的驱动活塞保持在其当前位置或限定位置中，或使它们朝彼此移动或移离彼此。例如，控制命令由控制装置或分配给旋转驱动部的另一个控制单元发出。从动轴6由驱动活塞组件19的驱动活塞的移动来旋转，由此，阀配件24的心轴且最终阀配件24的阀元件继而又旋转或促动。

以抗扭的方式连接至从动轴6的磁体模块接收从动轴6的旋转移动，使得磁体组件34关于传感器模块36的位置和方位改变。对应地，由传感器模块检测到的磁场传感器值也改变。从动轴6的位置基于检测到的磁场传感器值来确定。此外，根据磁场传感器值，控制装置确定磁体模块23是从从动轴6除去还是附接至其，且对应地采用误差状态或校准状态。