JPH04500996A - 制御部を備えた制御可能駆動装置及びこのような駆動装置用シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 制御部を備えた制御可能駆動装置及びこのような駆動装置用シール 従来の技術 本発明は添付の請求範囲の第１項の上位概念に記載の制御部を備えた制御可能駆 動装置に関する。このような駆動装置は広範囲の用途を有し、たとえば工業プロ セス技術、パワープラント技術又は暖房用混合装置などに使用されている。多く の設備がきわめて多数のこのような駆動装置を装備しており、しかもこれらの駆 動装置は個々に相互に独立して制御されなければならない。これらの既知の駆動 装置は外部エネルギーの供給を受けるモータたとえば電動モータを装備し、この モータを用いてたとえば制御弁が駆動される。多数の駆動装置を有する設備の場 合、その設備費及びエネルギー消費はきわめて多額となる。既知の駆動装置はさ らに比較的大きなヒステリシスを伴なって作動し、このヒステリシスは他の伝達 要素によってさらに増幅される。これらの駆動装置は比較的大きな外部エネルギ ーを必要とするので、この結果例えば制御器がパワー出力段を必要とするか又は リレーを介して高いパワーをスイッチによりオンオフされなければならない。調 節及び制御のためにディジタルシステムが使用されるときは、駆動装置の動力需 要を示すために適応要素としてディジタル−アナログ変換器が使用さなければな らない。

ベルギー特許明細書第Ａ３２３６２６号により、外部エネルギーをほとんど必要 としｔい駆動装置が既知である。しかしながら、これは周辺への出口を必要とす るので、液状媒体を通す配管には適さない。

本発明は、上記の欠点を排除し、しかも構造が簡単であって機能が確実でありか つ特に液状媒体を通す配管に適するこの種の駆動装置を提供するという課題を基 礎と本発明は、エネルギー源として、例えば弁の場合に配管内の弁の前後に存在 するような差圧を利用する。外部エネルギーを使用するモータ及びそれに必要な 設備は本発明による駆動装置の場合は必要ではない。弁は例えばコンピュータの ディジタルパルスを用いて簡単に希望する方向に駆動可能である。制御命令は特 に磁束を介して駆動装置に伝達される。特に制御命令は、外部から正又は負の直 流パルスの形で与えることができる。無線、重畳高周波信号又は光ケーブルによ る信号伝達もまた可能である。３種類のパルスのみを用いて駆動装置をそれぞれ の任意の位置に移動させることができる。この駆動装置の原理は存在する差圧と その差圧によって形成可能な媒体流量変化とに基づくので、１／１００乃至１／ １０００ｍｍの範囲の精度が可能である。精度は、片方のシリンダ室から他方の シリンダ室へ流れる単位時間当りの媒体流量を正確に供給することによって達成 される。

この駆動装置はきわめて小型にかつ外部とのホース接続なしに製作できるので装 着及び分解を迅速に行うことができることは重要である。この駆動装置は、例え ば差圧調節器、流ｆｆｉ調節器又は流量測定器及び定量調節器として多方面に使 用できる。この駆動装置は静かに作動するので、これは特に水洗便所設備のボタ ン式作動装置に適している。場合によっては特殊な測定器も必要としない。シリ ンダ内にストッパを用いることによって簡単に、この装置はストロークを設定可 能なように形成できる。

請求項２記載の変更態様により、ピストンとシリンダハウジングとの間に摩擦力 を特に小さくすることがでできる。シリンダハウジングの内側を表面処理する必 要性は少ないので、シリンダハウジングの製作の際シリンダハウジングは鋳造し たままで使用できることがコスト的に有利である。ころがり隔膜はゴムで製作可 能であり、差圧が大きいときは、織物で補強される。

変更態様によればスイッチ乃至油圧式リレーはシリンダの圧力室内に配置され、 従ってリレーのハウジングには比較的小さな差圧しかかからないのでプラスチッ クで製作できてコスト的に有利である。

有利なシールが請求項１０の対象物である。これは本発明による駆動装置に対し て特に適している。

図面の簡単な説明 本発明の実施例を以下に図を用いてさらに詳細に説明する。

第１図は本発明による駆動装置の断面図；第２図は切替部分の断面図； 第３図は切替部分を第２図の矢印■の方向から見た矢視図； 第４図はパイロット弁の弁体の部分図；第５図は駆動装置の平面図； 第６図は駆動装置の変更態様の断面図；第７ａ図及び第７ｂ図は第６図の実施態 様の弁座の図；及び 第８図はピストンが他の終端位置にあるところの第６図に対応する駆動装置を示 す。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図に示した駆動装置は２つの継手２７及び２８を備え、これらの継手によっ て駆動装置は配管３８に接続されている。液体又は気体を通す配管３８の流路３ ７内に、弁座２６と弁円錐要部２４とを備えた弁が設けられている。流動方向３ ７から見て、弁座２６の手前の圧力Ｐ１は弁座の後方の圧力Ｐ２より大きい。

弁座２６の上方に継手２３が設けられていて、継手２３は配管３８の内部にのみ に開放しているシリンダ室に通じている。この室は接続部分１８と、円筒状ハウ ジング８と及びカバー５とで構成される。これらの部分は相互にねじ込み接続さ れかつシールリング６．１７及び２２により相互にシールされている。シリンダ ハウジング８は袋ナツト２０により接続部分１８に接続されている。

シリンダハウジング８内には、室を上部室３０と下部室４０とに分割するピスト ン２５が配置されている。ピストン２５はその周囲においてホース状のころがり 隔膜を用いてハウジングに対してシールされている。ピストン２５には下方に突 出するピストン棒１６が装着されていて、このピストン棒１６の中を通路３３及 び通路３９が貫通している。通路３３は流動方向３７から見て弁座２６の手前側 で配管３８の内部に突出し、ここでより高い方の圧力Ｐ、を受取る。通路３３か らは、ころがり隔膜１５乃至はピストン棒に設けられたころがり隔膜１９へ半径 方向接続内孔３１及び３２が通じている。ころがり隔膜の内部に支配しているよ り高い方の圧力Ｐ、はころがり隔膜１５乃至１９をシリンダハウジング８の内側 乃至は接続部分１８の内側に対して圧着する。密閉ころがり隔Ｈ１５及び１つは それぞれころがり隔膜の前方の室をころがり隔膜の後方に対してシールする。こ ろがり隔膜１５及び１９は、最少の従って最高の差圧感受性の利点と、物質と及 びシリンダ壁、ピストン壁及びピストン棒壁の品質とに対する高い感受性とを兼 ね備えている。

この用途においてはそれが絶対圧力に依存しないこともまた有利である。さらに 、フランジ接続などに対して場所的に依存しないことが有利である。

通路３３は下部開口２９から継手１３へ通じ、継手１３においてここには図示さ れていない可撓性ホースが接続され、可撓性ホースは弁円錐要部９と切換部品１ １とを有する水力式リレー７０の入口Ｅ、に通じている。入口Ｅ１はハウジング １２内の内孔を通過して弁円錐要部９の円錐要部９ａと協働する弁座４１へ通じ ている。この円錐要部９ａは、着磁可能ではあるが事前には着磁されてない金属 からなる制御板９ｂに固定接続されている。

ここで、磁石１内に電流パルスの形の制御信号が伝送されると磁界が形成されて 制御板９ｂは磁界の極性とは無関係に上方へ吸引される。制御板９ｂと共に弁円 錐要部９ａもまた上方へ移動され、これにより入口Ｅ１を経由する媒体流れが開 始される。弁が開くと室３４内に貫通流れが形成され、貫通流れは出口Ａ１を経 由して上部シリンダ室３０内へ流入し、この室内に下部シリンダ室４０内の圧力 よりも高い圧力を形成する。この結果ピストン２５は移動し、これと共に弁円錐 要部２４もまた下方へ移動する。この位置変化によりそれに応じて弁座２６にお ける流量が変化する。室４０から排除される液体は、出口Ａ、においてリレー７ ０に接続されていて、ここでは一部分のみが図示されている可撓ホース５３を通 過して流れる。第４図から明らかなように、出口Ａ、は室３６を経由して入口Ｅ 、へ通じており、入口Ｅ、はここでは図示されてないホースを経由して開口部材 １４において通路３９に接続されている。この通路３９は同時に配管３８を開放 している。

ピストン２５を上方へ移動すべきときは、切換部品１１によって径路が切換えら れる。切換部品１１は極性化された永久磁石１０を有し、永久磁石１０は、それ に対向して制御命令によって発生されたＮ極乃至Ｓ極のいずれかが存在するかに 応じてそれぞれ吸引されたり反発されたりする。ピストンを上方へ移動するため に、切換部品１１は同時に上方に引上げられ、ここには図示されてない位置へ移 動される。この位置においては入口Ｅ１は出口Ａ１と接続されている。出口Ａ、 は既に述べたようにホース５３を経由して下部室４０へ通じている。従ってこの 場合は、下部ピストン側４２により高い方の圧力Ｐ、が加えられる。同時に入口 Ｅ、は出口Ａ１にも接続されている。従って室３０から排除された液体はこれに より通路３９を経由して配管３８内へ導かれる。しかしながら切換部品１１の位 置は、駆動装置がいずれの方向へ移動するかを決定する。方向変更は切換部品１ １の切換によってのみ達成可能である。制御命令は正又は負の直流パルスの形で 外から到着して駆動装置の外側に装着されている電磁石１に入り、一方電磁石１ は電流パルスによって発生された極性化磁束を形成する。カバー５を貫通するコ ア３を経由して磁束が駆動装置内部の水力式リレー内に導入され、このときこの 水力式リレー内で上述の切換機能が行われる。信号が存在していないときはこれ は「停止」を意味する。停止信号がセットされると、ピストン２５は、ちょうど それが今存在する位置に停止した状態を維持する。この停止信号のほかにさらに ２つの他の信号がセット可能であり、これらの信号は確定されたＮ極乃至Ｓ極を 有する磁界によって同時に磁気的に伝達される。これらの確定された磁界は、極 性化永久磁石１０を備えた切換部品１１を磁界に応じて上方又は下方へ移動する 。磁石１内の電流パルスが遮断されると磁界は消滅し、弁円錐要部９ａは圧縮ば ね７により閉止位置へ圧着される。これにより入口Ｅ１を経由する貫通流れは水 力式パイロット弁において遮断されて室３０及び４０内に圧力均衡が形成され、 この結果ピストンはただちに停止状態となる。従って３種類のパルスを用いて駆 動装置をそれぞれの任意の位置へ移動させることができる。要望によっては本発 明による駆動装置を多段式にすること、すなわち本発明による駆動装置に多数の ピストンを装備させることが可能である。しかしながらこの実施例においてもま た、制御機能のために水力式リレー７０だけは必要である。第５図に記載の手動 設定装置を備えた実施例もまた考えられる。これは、カバー５上で中心ピン６６ のまわりに回転運動可能に配置されたディスク６５を備えている。ディスク６５ 上には中心ピン６６に対して間隔をおいて２つの磁石６３及び６４が装着され、 磁石６３及び６４はディスク６５の回転により磁石６３乃至６４のいずれかが水 力式リレー７０の上方にくるように移動可能である。図示のディスク６５によれ ば、リレー７０は、磁石のＮ極からも、磁石のＳ極からも、又は影響を与えない 磁界からもオフセットされている。

第６図乃至第８図は構造がさらに簡単な駆動装置の変更態様を示す。この場合も また、弁体１０５内において弁座１２０の絞り部１３０の前後の媒体のより高い 方の圧力Ｐ、とより低い方の圧力Ｐ２とがピストン１０３の移動のために利用さ れることが重要である。この実施例においては開放室１２３が設けられ、開放室 １２３は通路１２２を経由してより高い方の圧力Ｐ１を有する媒体に常時接続さ れている。密閉室１２４はこの場合、通路１２１を経由して圧力Ｐ２を有する媒 体領域と又は通路１２２を経由して圧力Ｐ１を有する媒体領域と選択的に接続可 能である。

この駆動装置は２つの制御弁Ａ及びＢで制御され、制御弁Ａ及びＢはそれぞれ、 電気コイル１０６と、磁心ｌ＼ウジング１０８と、圧縮ばね１１２と、ゴム座１ １３を備えた磁心と並びに第７ａ図及び第７ｂ図に尺度を拡大して示した座１０ ９とを備えている。両方の座１０はそれぞれ上端部においてばねリング１１５に よりハウジング上部部分１０２に固定接続されている。下端部によって座１０９ はピストン１０３の内孔１２７及び１２８内に係合し、０リング１１６を用いて 座１０９はピストンに対してシールを形成しながら移動可能である。

第７ａ図及び第７ｂ図が示すように座１０９はそれぞれ貫通孔１０９ａを有し、 コイル１０６が励磁されてないときは貫通孔１０９ａはゴム座１１３によって閉 鎖されまたコイル１０６が励磁されてゴム座１１３が持上げられたときは貫通孔 １０９は媒体を通過させることが可能である。ゴム座１１３が持上げられたとき 、媒体は、通路１２１乃至１２２を通過し、内孔１２７乃至１２８及び孔１０９ ａを通過し並びに座１０９の上部部分内の側切込部１０９Ｃを通過して閉鎖室１ ２４内に流入可能である。

第６図及び第８図が示すように、弁体１０５はアダプタ１０４を介してハウジン グ本体１０１にねじ込まれている。ピストン１０３は軸部１１９を有し、軸部１ １９は通路１２１の下部開口１２５をピストン１０３の各位置において弁座１２ ０を貫通してより低い方の圧力Ｐ２を有する媒体内へ突出している。

ピストン１０３はころがり間隔１１０によりハウジング本体１０１に対してシー ルされている。ころがり間隔１１０は第１の実施例の間隔とは異なり開放してい る。

鋼ばねリング１２６によりホース状間隔１１０はその周縁でピストン１０３及び ハウジング本体１０１に接続されている。ピストン１０３においては間隔１１０ は溝内に埋込まれ、隔膜１１０は組込まれた鋼ばね１２６によって溝内に保持さ れている。隔膜１１０は第６図及び第８図から明らかなようにシステム圧力Ｐ１ に開放している。この場合、隔膜１１０は広い圧着面１１０ａによってハウジン グ本体１０１の壁に押付けながらその位置で隔膜１１０自体を保持していること が重要である。このシールは特に取付けが簡単でありかつピストンが運動すると きも抵抗をきわめて小さくしている。

以下に、第６図及び第８図による駆動装置の作動方法を説明する。

上の実施例からすでに明らかなように、本発明による駆動装置は弁座１２０内の 絞り部１３０の前後の媒体の差圧の利用に依存している。

ピストン１０３を第６図に示す位置から上方に移動させて弁を開くためには、制 御弁Ａが開かれこれにより閉鎖室１２４はより低い方の圧力Ｐ２を有する媒体と 接続される。開放室１２３内ではより高い方の圧力Ｐ１が支配しているので、ピ ストン１０３は圧縮ばね１１１の力に対抗して上方に移動される。制御弁Ａを閉 じることにより、ピスト１０３は各中間位置に保持可能である。制御弁Ａを開い た状態のままにしておくと、ピストン１０３は第８図に示す終端位置へ移動する 。この終端位置へ到達しないうちは、Ｐ２は密閉室１２４に接続されかつＰ２は ピストン１０３の内部通路を通過し、座１０９内の貫通孔１０９ａを通過しかつ 座１０９の側部を通過して室１２４に到達する。終端位置においては、この場合 この接続はピストン１０３のゴム被覆１１７によって遮断される。密閉室１２４ 内にはこの場合圧力均衡が形成され、これにより隔膜１１０は高すぎる差圧から 保護される。この安全機能により、隔膜１１０は両方の室内の高い差圧による損 傷から保護される。

ピストン１０３を第８図に示す終端位置から移動するためには、制御弁Ａが閉じ ている状態で制御弁Ｂが開かれる。このとき開放室と同様に密閉室１２４も圧力 Ｐ。

に接続されている。従って両方の室では同一圧力が支配しているので、ピストン １０３は第８図における圧縮ばね１１１によって下方に移動される。

本発明による駆動装置は多くの利点を備えているわりにはきわめて簡単でかつ丈 夫な構造として実現可能である。従って本発明によれば、制御技術的仕様をすぐ れた方法で達成するだけでなくエネルギー消費量が少ないことにより運転上きわ れで好ましくかつ多方面に使用可能であるところの駆動装置が提供される。

国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　８９０１３１８ ＳＡ　３２３８１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．媒体を導通する配管（３８）に接続されている制御部（２４，２６，１１４ ，１２０）と、シリンダ（５，８，１０１）と、及び制御部（２４，２６，１１ ４，１２０）と作動接合されかつシリンダ室を第１のシリンダ室（３０，１２４ ）と及び第２のシリンダ室（４０，１２３）とに分割してしかもシリンダ内を移 動可能に配置されたピストン（２５，１０３）とを備えた制御可能駆動装置にお いて、 ２つの通路（３３，３９，１２１，１２２）が設けられ、ピストン（２５，１０ ３）を移動させるために絞り部（１３０）の前後における制御部（２４，２６， １１４，１２０）の領域内の異なる圧力（Ｐ１，Ｐ２）がこれら２つの通路（３ ３，３９，１２１，１２２）を介して室（３０，１２４；４０，１２３）ヘ伝達 可能であることを特徴とする制御可能駆動装置。
2. ２．ピストン（２５）がころがり隔膜（１５，１９）を用いてシリンダハウジン グに対してシールされ、この場合にころがり隔膜（１５，１９）がピストン（２ ５）又はシリンダハウジング（８）に固定されかつころがり隔膜（１５，１９） がそれぞれ媒体を充満可能なリング室を包囲して形成することを特徴とする請求 の範囲１記載の駆動装置。
3. ３．ピストン（２５）が接続通路（３１，３２）を備え、接続通路（３１，３２ ）を介してころがり隔膜（１５，１９）の内面により高い方の媒体圧力（Ｐ１） が付加可能であることを特徴とする請求の範囲２記載の駆動装置。
4. ４．スイッチ（７０）が弁円錐要部（９）を備え、弁円錐要部が外部から来る制 御命令により電磁石（１）を介して切換可能であることを特徴とする請求の範囲 １乃至３のいずれかに記載の駆動装置。
5. ５．制御命令が正又は負の直流パルス又は脈動直流パルスの形で現れることと、 切換部品（１１）が設けられ、切換部品（１１）は極性化永久磁石（１０）を備 え、永久磁石（１０）はそれに対向して制御命令によって発生されたＮ極乃至Ｓ 極のいずれが存在するかに応じてそれぞれ吸引されたり反発されたりすることと を特徴とする請求の範囲４記載の駆動装置。
6. ６．スイッチ（１−１２，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２）がシリンダの圧力室内に存 在することを特徴とする請求の範囲４又は５記載の駆動装置。
7. ７．切換部品（１１）が２つの位置を備え、ここで第１の位置においては入口（ Ｅ１）が出口（Ａ１）に接続され及び第２の位置においては入口（Ｅ２）が第２ の出口（Ａ２）に接続されていることと、 第１の入口（Ｅ１）とまったく逆にスイッチが入れられるところの第２の入口（ Ｅ２）が設けられ、これにより第１の入口（Ｅ１）が第２の出口（Ａ１）に接続 されているときは常に第２の入口（Ｅ２）が第１の出口（Ａ１）に接続されかつ 第１の入口（Ｅ１）が第１の出口（Ａ１）に接続されているときはそれに並列に 第２の入口（Ｅ２）が第２の出口（Ａ２）に接続され、ここで第１の入口（Ｅ１ ）は通路（３３）に接続されかつ第２の入口（Ｅ２）は他の通路（３９）に接続 され及び第１の出口がシリンダ室（３０）に接続されかつ第２の出口（Ａ２）が 他のシリンダ室（４０）に接続されていることと、 を特徴とする請求の範囲５記載の駆動装置。
8. ８．駆動装置が水力式駆動装置であり及びスイッチが水力式リレーであることを 特徴とする請求の範囲１乃至７のいずれかに記載の駆動装置。
9. ９．通路（２２）を介して常に媒体のより低い方の圧力範囲に接続されている開 放室（１２３）と、通路（１２２，１２１）及び制御弁（Ａ，Ｂ）を介して媒体 のより低い方又はより高い方の圧力範囲と選択的に接続可能である密閉室（１２ ４）とを特徴とする請求の範囲１記載の駆動装置。
10. １０．特に請求の範囲１記載の駆動装置のためのころがり隔膜において、 これが開放しておりかつ圧着面を有し、圧着面は常時加えられるより高い方の圧 力によってシリンダハウジングの壁又はピストンの壁に対して圧着されることを 特徴とするころがり隔膜。