DE69917612T2

DE69917612T2 - Justierbarer signalgeber

Info

Publication number: DE69917612T2
Application number: DE69917612T
Authority: DE
Inventors: Holger Listl
Original assignee: Foxboro Eckardt GmbH
Current assignee: Foxboro Eckardt GmbH
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: US6314994B1; EP1062448B1; DE69917612D1; EP1062448A1; WO1999047841A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Verifizieren des korrekten Betriebs einer Ventilpositioniereinrichtung in einem Verfahrensregelungssystem, und insbesondere auf einen Signaltransmitter, der justierbare Grenzwertschalter aufweist, die sich auf die Bewegung einer Ventilpositioniereinrichtung ansprechend bewegen.
Hintergrund
In einem Feedbackregelungssystem erhält eine Regelung den Wert einer geregelten Variable, vergleicht diesen Wert mit einem Setzpunkt und justiert den Wert einer manipulierten Variable, um die geregelte Variable in Richtung auf den Setzpunkt zu bewegen. Im Zusammenhang mit einem Verfahrensregelungssystem beinhaltet die Justierung der manipulierten Variablen im Allgemeinen die Justierung eines Ventils. Wenn beispielsweise die geregelte Variable das Niveau einer Flüssigkeit in einem Behälter ist, der ein Einlass- und ein Auslassventil aufweist, kann die manipulierte Variable die Volumenrate der Strömung in oder aus dem Tank sein. Beide dieser Variablen werden letztlich durch die Justierung der Position eines Ventils eingestellt. Ein Ventil zum Regeln der Strömung von Fluid ist somit eine kritische Komponente bei der Regelung einer Verfahrensanlage.
Zum Regeln eines Ventils sendet der Regler ein Signal an eine Positioniereinrichtung, die eine mechanische Einrichtung ist, die unmittelbar zu dem Ventil gehört, das sich ansprechend auf das Signal bewegt. Wenn sich die Positioniereinrichtung bewegt, verändert sie die Position des Ventils und somit den Wert der manipulierten Variable, die durch dieses Ventil geregelt wird. Diese Änderung in der manipulierten Variable führt zu einer entsprechenden Änderung in der geregelten Variable. Die Regelung misst dann den Wert der geregelten Variable und sendet nach Bedarf ein weiteres Signal an die Positioniereinrichtung, um den Wert der manipulierten Variable zu korrigieren. Dieser Vorgang der Messung, gefolgt von einer Korrektur auf der Grundlage der Messung, ist das Herz eines Feedbackregelungssystems.
Leider ist es möglich, dass die Regelung der Positioniereinrichtung ein Signal sendet und die Positioniereinrichtung nichts macht, sich eine falsche Strecke bewegt oder im schlimmsten Fall sich in der falschen Richtung bewegt. Das Versagen einer Positioniereinrichtung kann selbstverständlich durch das Messen des Werts der geregelten Variable und durch Beobachten, ob dieser Wert mit dem erwarteten Wert der manipulierten Variable inkonsistent ist, erfasst werden. In vielen Verfahren kann jedoch ein signifikanter Zeitverzug oder eine Totzeit auftreten. Bei solchen Vorgängen kann einige Zeit ablaufen, ehe die Regelung realisiert, dass die geregelte Variable sich nicht wie erwartet ändert. Während dieser Verzugszeit kann ein beträchtlicher Schaden auftreten. Wenn beispielsweise das Ventil die Strömung eines Kühlmittels in einem Kernkraftwerk regelt, kann während der Zeit, in der die Temperatur des Kühlmittels ansteigt, die Kerntemperatur bereits gefährlich hoch werden.
Es ist daher wünschenswert, das Versagen einer Positioniereinrichtung sobald als möglich zu erfassen. Da die Positioniereinrichtung typischerweise von einer Sicht von außen verborgen ist, wird dies am leichtesten dadurch bewerkstelligt, dass die Positioniereinrichtung ein Signal überträgt, das verifiziert, dass sie sich tatsächlich in die durch die Regelung spezifizierte Position bewegt hat. Dies erfordert im Allgemeinen einen Signaltransmitter, der mechanisch mit der Positioniereinrichtung derart verbunden ist, dass ein elektrisches Signal an die Regelung übertragen wird, wenn die Positioniereinrichtung in der gewünschten Position ist, an eine Alarmtafel oder an einen anderen geeigneten Ort. Bei einem typischen Signaltransmitter dieser Art bewegt sich ein vorspringender Signalgeber, der mit der Positioniereinrichtung verbunden ist, in einen Eingriff mit einem elektromagnetischen Schalter, wenn die Positioniereinrichtung eine gewünschte Position erreicht.
Ein Nachteil von bekannten Signaltransmittern ist die Schwierigkeit, die beim Justieren der Position des Signalgebers auftritt, um Variationen bei den Ventilpositioniereinrichtungen zu kompensieren. Bei bekannten Signaltransmittern erfordert die Justierung der Geberposition im Allgemeinen einen Zugang zur Oberseite und den Seiten des Signaltransmitters. Wenn die Geber zur Justierung gelockert sind, bewegen sie sich zusätzlich verhältnismäßig frei und sind daher schwierig unabhängig voneinander genau zu justieren.
Aufgrund der Schwierigkeit beim Justieren der Signalgeber mit Genauigkeit muss die mechanische Bewegung der Positioniereinrichtung verstärkt werden, so dass kleine Fehler beim Positionieren der Geber nicht zu großen Fehlern in der wahrgenommenen Position des Ventils führen. Dies wiederum erfordert, dass ein System von Zahnrädern, die ein Übersetzungsverhältnis aufweisen, das derart gewählt ist, dass die mechanische Bewegung der Positioniereinrichtung verstärkt wird, zwischen der Positioniereinrichtung an sich und dem Signaltransmitter eingebracht wird. Dieses Zahnradsystem sieht noch eine andere Quelle für ein mögliches Versagen vor, erhöht die Kosten des Signaltransmitters und verringert die Gesamtauflösung des Signaltransmitters, da die mechanische Auflösung des Systems durch den Abstand zwischen den Zahnradzähnen eingeschränkt ist.
Ein zusätzlicher Nachteil von bekannten Signaltransmittern ist, dass die Signalgeber in einer solchen Weise montiert sind, dass sie bezüglich Vibrationen anfällig sind. Wenn sie solchen Vibrationen ausgesetzt sind, kann dies möglicherweise bewirken, dass die Signalgeber fehlausgerichtet werden. Folglich erfordern solche Signaltransmitter häufige Wartung.
Eine Positionsanzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der GB 2 265 204 A bekannt.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Signaltransmitter vorzusehen, bei dem die Signalgeber unabhängig voneinander mit ausreichender Präzision justiert werden können, so dass die Notwendigkeit für ein Verstärken des Getriebes zwischen der Positioniereinrichtung und dem Signaltransmitter entfällt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeit der Signalgeber bezüglich Vibrationen beträchtlich zu verringern.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Weitere Entwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Signaltransmitter enthält einen Signalgeber, der an einer Welle montiert ist, die sich in einen azimutalen Winkel dreht, der die Ventilposition angibt. Der Signalgeber ist in entweder einem Betriebszustand, in dem sich der Signalgeber nur dreht, wenn sich die Welle dreht, oder einem Kalibrierzustand, in dem der Signalgeber unabhängig von der Welle und den anderen darauf montierten Signalgebern gedreht werden kann, montiert.
Der Signalgeber weist einen Schaltereingriffsbereich auf, der in Eingriff mit einem Schalter gelangt, wenn der Signalgeber auf einen vorgegebenen azimutalen Winkel gedreht wird, wodurch bewirkt wird, dass der Schalter ein Signal erzeugt, das den azimutalen Winkel des Schaltereingriffsbereichs angibt. Dieser azimutale Winkel gibt wiederum eine spezielle Ventilposition an.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Signalgeber eine ringförmige Scheibe, die koaxial zu der Welle ist und zwischen einer ersten und einer zweiten Oberfläche durch eine variable kompressive Kraft gehalten wird. Die ringförmige Scheibe weist einen inneren Rand mit Zähnen auf, die dazu angepasst sind, mit einem Zahnrad in Eingriff zu gelangen, das darauf geformt ist, und einen äußeren Rand, der einen Vorsprung aufweist, der sich radial nach außen von dem Schaltereingriffsbereich erstreckt.
Zum Spezifizieren, welche Ventilposition einem speziellen azimutalen Winkel zuzurechnen ist, enthält eine Vorrichtung, die die Erfindung ausführt, eine Signalgeberjustiereinrichtung, die fest an dem Schaft montiert ist und mit dem Signalgeber verbunden ist. Wenn der Signalgeber in seinem Kalibrierzustand montiert ist, dreht die Signalgeberjustiereinrichtung selektiv den Signalgeber, unabhängig von der Rotation der Welle und unabhängig von der Rotation von irgendwelchen anderen Signalgebern, die an der Welle montiert sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält der Signalgeber ein drehbares Zahnrad, um mit den Zähnen auf dem inneren Rand der ringförmigen Scheibe, die den Signalgeber bildet, in Eingriff zu gelangen. Wenn der Signalgeber in seinem Kalibrierzustand montiert ist, dreht eine Rotation dieses Zahnrads den Schaltereingriffsbereich des Signalgebers unabhängig von der Welle. Typischerweise ist das sich drehende Zahnrad ein sich radial erstreckender Bereich des Schafts einer Schraube, die sich parallel zu der Wellenachse erstreckt und einen Schraubenkopf aufweist, der von der Außenseite her zugänglich ist. Wartungspersonal kann daher die notwendige Kalibrierung durchführen, ohne dass der Signaltransmitter merklich abgedeckt werden müsste.
Der Durchmesser des Zahnrads, das sich von der Schraube aus erstreckt, ist typischerweise kleiner als der innere Durchmesser der ringförmigen Scheibe, auf der die Zahnradzähne gebildet sind. Folglich führt eine vollständige Rotation der Schraube (und somit des Zahnrads) zu einer nur kleinen Änderung im azimutalen Winkel des Schaltereingriffsbereichs der Signalgebers. Dies ermöglicht, dass der azimutale Winkel des Signalgebers mit großer Präzision justiert werden kann.
Um zwischen dem Kalibrierzustand und dem Betriebszustand zu schalten, enthält eine Vorrichtung, die die Erfindung ausführt, einen Mechanismus zum Aufbringen einer variablen kompressiven Kraft zwischen zwei Oberflächen, die diesen Signalgeber stützen. Um den Signalgeber in seinem Betriebszustand zu montieren, wird die Schraube in einer ersten Richtung gedreht, die die zwei Oberflächen näher zusammenzieht, wodurch die kompressive Kraft auf den Signalgeber erhöht wird und er an einer Rotation relativ zu der Welle gehindert wird. Um den Signalgeber in seinem Kalibrierzustand zu montieren, wird die Schraube in eine zweite Richtung gedreht, wodurch die zwei Oberflächen voneinander weggezogen werden können und die kompressive Kraft verringert werden kann, die auf den Signalgeber aufgebracht wird. Dies ermöglicht, dass sich der Signalgeber relativ zu der Welle dreht und dies unabhängig von anderen Signalgebern macht, die ebenfalls an der Welle montiert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorher beschriebene und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen entsprechende Bezugszeichen sich auf die gleichen Bauteile in allen verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen stellen Prinzipien der Erfindung dar und zeigen Relativabmessungen, wenn auch nicht im Maßstab.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Signaltransmitters, der die Erfindung ausführt; und
2 ist eine Explosionsansicht des Signaltransmitters aus 1.
Detaillierte Beschreibung
Ein justierbarer Signaltransmitter 10, der die Erfindung ausführt, enthält, wie es im Querschnitt in 1 dargestellt ist und in einer Explosionsansicht in 2 dargestellt ist, eine Welle 100, die eine Wellenachse X aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zu der oberen Oberfläche einer stationären Montageplattform 160 erstreckt. Die Welle 100 ist eine im Wesentlichen zylindrische Struktur, die einen äußeren Durchmesser aufweist, der diskontinuierlich entlang ihrer Länge variiert. Insbesondere enthält die Welle 100 einen Eingriffsabschnitt 110 für eine Positioniereinrichtung an ihrem unteren Ende, einen Lagerabschnitt 120 für eine Positioniereinrichtung angrenzend an den Eingriffsabschnitt 110, einen Eingriffsabschnitt 130 für einen Stift angrenzend an den Lagerabschnitt 120 und einen Signallagerabschnitt 140 an ihrem obersten Ende und angrenzend an den Eingriffsabschnitt 130 für den Stift.
Die stationäre Montageplattform 160 weist eine obere Oberfläche 162 auf, von der ein erster Schaltermontageträger 163, der integral mit der Montageplattform 160 ist und an einem ersten Rand der Montageplattform 160 angeordnet ist, sich nach oben erstreckt. Ein zweiter Schaltermontageträger 164, der ebenfalls integral mit der Montageplattform 160 ist, erstreckt nach oben von der oberen Fläche 162 an einem zweiten Rand gegenüber dem ersten Rand der stationären Montageplattform 160. Der erste Schaltermontageträger 163 stützt einen ersten induktiven Schalter 410, der eine Nut 420 aufweist, die in einer Richtung tangential zu einem Kreis geformt ist, der auf der Wellenachse X sein Zentrum aufweist. In ähnlicher Weise stützt der zweite Schaltermontageträger 164 einen zweiten induktiven Schalter 430, der ebenfalls eine Nut 440 aufweist, die in einer Richtung tangential zu einem Kreis geformt ist, der auf der Wellenachse X sein Zentrum aufweist. Der zweite induktive Schalter 430 ist axial relativ zu dem ersten induktiven Schalter 410 derart versetzt, dass eine Ebene, die durch die Nut 420 in dem ersten induktiven Schalter 410 führt, parallel zu einer Ebene ist, die durch die Nut 440 in dem zweiten induktiven Schalter 430 führt, jedoch nicht koplanar dazu ist.
Eine Befestigungsöffnung 165, die in der oberen Fläche 162 zwischen dem ersten und dem zweiten Schalterbefestigungsträger 163, 164 geformt ist, erstreckt durch die stationäre Plattform 160 und verbindet die obere Fläche 165 mit einer unteren Fläche 166, die der oberen Fläche 165 gegenüber liegt. Der Lagerabschnitt 120 der Welle passt in diese Befestigungsöffnung 165, wodurch die Welle 100 an der stationären Plattform 160 in Eingriff gelangt.
Der Lagerabschnitt 120 der Welle 100 weist einen äußeren Durchmesser auf, der derart gewählt ist, dass er groß genug ist, damit er gemütlich in die Montageöffnung 165 passt, wodurch sichergestellt wird, dass die Wellenachse X senkrecht zur oberen Oberfläche 162 der Montageplattform 160 bleibt. Der äußere Durchmesser des Lagerabschnitts 120 ist ebenfalls derart gewählt, dass er klein genug ist, damit der Lagerabschnitt 120 sich frei um die Wellenachse X relativ zu der Plattform 160 drehen kann.
Als Konsequenz seiner Position unter dem Lagerabschnitt 120 erstreckt sich der Eingriffsabschnitt 110 für die Positioniereinrichtung der Welle 100 nach unten von dem Lagerabschnitt 160, durch die untere Fläche 166 der Plattform 160, zu einem freien Ende. Der Durchmesser des Eingriffsabschnitts 110 für die Positioniereinrichtung ist somit derart gewählt, dass er kleiner oder gleich zu demjenigen des Lagerabschnitts 120 ist, damit der Eingriffsabschnitt 110 für die Positioniereinrichtung durch die Montageöffnung 165 passieren kann.
Der Eingriffsabschnitt 110 für die Positioniereinrichtung ist mechanisch mit einer Ventilpositioniereinrichtung 20 verbunden, so dass eine Bewegung der Ventilpositioniereinrichtung 20 zu einer Rotation führt oder zu einer Änderung in dem azimutalen Winkel des Eingriffsabschnitts 110 für die Positioniereinrichtung. Dies wiederum führt zu einer Rotation, oder einer Änderung im azimutalen Winkel, der gesamten Welle 100.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das freie Ende des Eingriffsabschnitts 110 für die Positioniereinrichtung gegabelt oder geschlitzt, und die Ventilpositioniereinrichtung 20 weist einen entsprechenden Vorsprung auf, um den Schlitz in Eingriff zu nehmen. Folglich bewirkt eine Rotation der Ventilpositioniereinrichtung 20 eine entsprechende Rotation der gesamten Wellen 100 relativ zu der Plattform 160.
Es ist zu erkennen, dass die Verbindung zwischen der Positioniereinrichtung 20 und der Welle 100 eine direkte Verbindung ohne dazwischenliegende Zahnräder, die zur Verstärkung der Rotation der Positioniereinrichtung 20 benötigt werden, ist. Dieses Merkmal der Erfindung hält die Konstruktion einfach und verbessert die Zuverlässigkeit im Betrieb des Signaltransmitters 10.
Es ist ferner zu erkennen, dass abhängig von den Einzelheiten der Gestaltung des Ventils, mit dem er zu verwenden ist, der Signaltransmitter 10 mechanisch direkt mit dem Ventil verbunden sein kann, wodurch die Ventilpositioniereinrichtung 20 umgangen wird.
Der Stifteingriffsabschnitt 130 erstreckt sich nach oben von dem Lagerabschnitt 120 in der Richtung weg von der Montageöffnung 165. Der Durchmesser des Stifteingriffsabschnitts 130 ist vorzugsweise größer als derjenige der Montageöffnung 165, um sicherzustellen, dass nur der Lagerabschnitt 120 und der Eingriffsabschnitt 110 für die Positioniereinrichtung unter der oberen Oberfläche 162 der Plattform 160 angebracht sind und dass der Rest der Welle 100 über der oberen Oberfläche 162 liegt.
Eine erste radiale Öffnung 132, die auf einer äußeren Wand 134 des Eingriffsabschnitts 130 für den Stift geformt ist, verbindet einen sich axial erstreckenden hohlen Kern 131 mit der Umgebung der Welle 100. In ähnlicher Weise sieht eine zweite radiale Öffnung 133, die auf der äußeren Wand 134 des Stifteingriffsabschnitts 130 diametral gegenüber zu der ersten radialen Öffnung 132 geformt ist, eine Öffnung von dem sich axial erstreckenden hohlen Kern 131 zur Umgebung der Welle 100 vor.
Die erste und die zweite radiale Öffnung 132, 133 in der äußeren Wand des Stifteingriffsabschnitts 130 sind zu diametral gegenüber liegenden ersten und zweiten Randöffnungen 210, 220 mit ähnlichem Durchmesser ausgerichtet, die in einer Stifteingriffsmanschette 200 geformt sind, die koaxial zu dem Stifteingriffsabschnitt 130 der Welle 100 ist. Die Manschette 200 bildet einen ringförmigen Raum 240 zwischen der äußeren Wand 134 des Stifteingriffsabschnitts 130 und einer inneren Wand 230 der Stifteingriffsmanschette 200.
Der oberste Abschnitt der Welle 100, insbesondere der Signalgeberlagerabschnitt 140, weist einen Durchmesser auf, der zumindest so groß wie der Durchmesser des Stifteingriffsabschnitts 130 angrenzend an ihn ist. Der Signalgeberlagerabschnitt weist eine obere Fläche 141 auf, die eine zentrale Öffnung 143 in einen sich axial erstreckenden hohlen Kern 146 aufweist. Der hohle Kern 146 des Signalgeberlagerabschnitts 140 ist ausgerichtet zu dem hohlen Kern 131 des Stifteingriffsabschnitts 130 und weist den gleichen Durchmesser wie dieser auf. Der hohle Kern 131 des Stifteingriffsabschnitts 130 und der hohle Kern 146 des Signalgeberlagerabschnitts 140 bilden somit einen kontinuierlichen hohlen Kern, in den eine zylindrische Hülse 600 eingesetzt ist.
Die Hülse 600 weist eine obere Fläche 605 auf, in der eine sich axial erstreckende Gewindebohrung 610 geformt ist. Die Gewindebohrung 610 kreuzt einen zylindrischen Durchlass 612, der sich entlang eines Durchmessers der Hülse 600 und senkrecht zu der sich axial erstreckenden Bohrung 610 erstreckt. Der Durchmesser des Durchlasses 612 ist der selbe wie der Durchmesser der ersten und der zweiten Manschettenöffnung 210, 220 in der Stifteingriffsmanschette 200 und der selbe wie der Durchmesser der ersten und der zweiten radialen Öffnung 132, 133 in dem Stifteingriffsabschnitt 130 der Welle 100.
Die Hülse 600 wird durch die Öffnung in die obere Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 derart eingesetzt, dass die obere Fläche 605 der Hülse 600 koplanar zu der oberen Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 ist. Wenn sie auf diese Weise eingeführt ist, erstreckt sich die Hülse 600 durch den Signalgeberlagerabschnitt 140 und in den Stifteingriffsabschnitt 130. Die Hülse 600 wird dann um die Wellenachse X derart gedreht, dass sich der zylindrische Durchlass 612 mit der ersten und der zweiten radialen Öffnung 132, 133 in dem Stifteingriffsabschnitt 130 ausrichtet. Bei einem derart ausgerichteten zylindrischen Durchlass 612 wird ein Arretierstift 80 durch die erste und die zweite Manschettenöffnung 210, 220 in der Manschette 200, die erste und die zweite radiale Öffnung 132, 133 in dem Stifteingriffsabschnitt 130 der Welle 100 und durch den Durchlass 612 in der Hülse 600 eingeführt. Somit erstreckt sich der arretierende Stift 80 in Durchmesserrichtung über die Welle 100 und arretiert die Welle 100 und die Manschette 200 zusammen.
Die obere Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 enthält ferner eine erste Justierschraubenbohrung 142, die sich durch den Signalgeberlagerabschnitt 140 erstreckt und sich in den ringförmigen Raum 240 zwischen der äußeren Wand 134 des Stifteingriffsabschnitts 130 und der inneren Wand 230 der Stifteingriffsmanschette 200 öffnet. Die obere Fläche des Signalgeberlagerabschnitts enthält ferner eine zweite Justierschraubenbohrung 144, die der ersten Justierschraubenbohrung 142 diametral gegenüber liegt und sich in ähnlicher Weise durch den Signalgeberlagerabschnitt 140 erstreckt und in den ringförmigen Raum 240 öffnet.
Ein Deckel 300, der die obere Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 bedeckt, enthält ein zentrales Bohrloch 305, das am besten in 1 zu erkennen ist, das koaxial zu der Wellenachse X ist. Das zentrale Bohrloch 305 weist einen Bohrlochgrund 307 auf, durch den eine zentrale Schraubenbohrung 309 geformt ist. Eine Kompressionsfeder 310, die koaxial zu einer sich axial erstreckenden Manschette 312, die ein Ende 312 mit Flansch aufweist, ist und diese umfasst, ist in das zentrale Bohrloch 305 eingesetzt, wobei das Ende 312 mit Flansch der Manschette 313 nach oben gerichtet und weg von der zentralen Schraubenbohrung 309 angebracht ist. Folglich wird die Kompressionsfeder 310 zwischen dem Bohrlochgrund 307 und dem Ende 312 mit Flansch der Manschette 313 gehalten.
Der Deckel 300 ist über der oberen Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 derart angebracht, dass die zentrale Schraubenbohrung 309 in dem Bohrlochgrund 307 mit der Gewindebohrung 610 in dem Signalgeberlagerabschnitt 140 ausgerichtet ist. Eine Verankerungsschraube 320, die Gewinde aufweist, die dazu angepasst sind, mit der Gewindebohrung 610 zu kämmen, wird dann durch die zentrale Schraubenbohrung 309 eingeführt und in die Gewindebohrung 610 geschraubt.
Der Deckel 300 enthält ferner eine erste Justierschraubenbohrung 342, die sich axial durch den Deckel 300 erstreckt, und eine zweite Justierschraubenbohrung 344, die der ersten Justierschraubenbohrung 342 diametral gegenüber liegt und sich in ähnlicher Weise axial durch den Deckel 300 erstreckt. Die erste und die zweite Justierschraubenbohrung 342, 344 sind derart positioniert, dass sie mit der ersten und der zweiten Justierschraubenbohrung 142, 144 in dem Signalgeberlagerabschnitt 140 ausgerichtet sind.
Eine erste Justierschraube 510 erstreckt sich axial mit ihrem Basisabschnitt 512, der in dem ringförmigen Raum 240 angeordnet ist, ihrem Schaft 513, der durch die erste Justierschraubenbohrung 142 passiert, einem Zahnabschnitt 515 zwischen dem Schaft 513 und dem Basisabschnitt 512 und ihrem Kopf 514, der über die obere Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 vorsteht und in die erste Justierschraubenbohrung 342 in dem Deckel 300. Der Schaft 513 und ein Basisabschnitt 515 sind zylindrische Abschnitte, die den gleichen Durchmesser aufweisen. Der Zahnabschnitt 515 ist ein zylindrischer Abschnitt, der einen Durchmesser größer als denjenigen des Schafts 513 aufweist und Zähne, die in seiner äußeren Wand geformt sind. Seine axiale Position auf der ersten Justierschraube 510 ist derart gewählt, dass eine Ebene, die durch die Nut 420 in dem ersten induktiven Schalter 410 läuft, den Zahnabschnitt 515 kreuzt.
In ähnlicher Weise erstreckt sich eine zweite Justierschraube 520, die der ersten Justierschraube 510 diametral gegenüber liegt, axial mit ihrem Schaft 523, der durch sowohl den ringförmigen Raum 240 als auch durch die zweite Justierschraubenöffnung 144 führt, ihrem Kopf 524, der über die obere Fläche 141 des Signalgeberlagerabschnitts 140 und in die zweite Justierschraubenöffnung 342 in dem Deckel 300 vorspringt, und einem Zahnabschnitt 525 zwischen dem Kopf 524 und dem Schaft 523. Der Zahnabschnitt 525 ist ein zylindrischer Abschnitt, der axial relativ zu dem Zahnabschnitt 525 der ersten Justierschraube 510 versetzt ist, der einen Durchmesser aufweist, der größer als derjenige des Schafts 523 ist, und der Zähne in seiner Außenwand geformt hat. Seine axiale Position auf der zweiten Justierschraube 520 ist derart gewählt, dass eine Ebene, die durch die Nut 440 in dem zweiten induktiven Schalter 430 führt, den Zahnabschnitt 525 kreuzt.
Die Manschette 200 und der Signalgeberlagerabschnitt 140 nehmen fest zwischen ihnen einen ersten Signalgeber 710 in Eingriff, der konzentrisch zu der Welle 100 ist. Der erste Signalgeber 710 ist eine ringförmige Scheibe, die zwischen einer stützenden Oberfläche 202 auf der Manschette 200 und einer Eingriffsoberfläche 145 auf dem Signalgeberlagerabschnitt 140 gehalten wird. Die axiale Position und die Ausrichtung der ringförmigen Scheibe sind derart, dass eine Ebene, die durch die ringförmige Scheibe definiert wird, durch die Nut 420 in dem ersten induktiven Schalter 410 passiert, und so dass Zähne, die entlang des inneren Umfangs der ringförmigen Scheibe geformt sind, mit entsprechenden Zähnen auf dem Zahnabschnitt 525 der zweiten Justierschraube 520 in Eingriff sind. Die ringförmige Scheibe, die den ersten Signalgeber 710 definiert, ist in zwei bogenförmige Abschnitte geteilt: Einen Schaltereingriffsabschnitt 714, der einen Außendurchmesser mit ausreichender Größe aufweist, dass er sich zu dem Schaltereingriffsabschnitt 714 in der Nut 420 des ersten induktiven Schalters 410 erstreckt, und einen Schalterumgehungsabschnitt 712, der einen Außendurchmesser aufweist, der nicht ausreicht, dass er sich in die Nut 420 erstreckt, unabhängig vom azimutalen Winkel des Signalgebers 710.
In ähnlicher Weise nehmen der Signalgeberlagerabschnitt 140 und der Deckel 300 zwischen ihnen einen zweiten Signalgeber 720, der konzentrisch zu der Welle 100 ist, in Eingriff. Der zweite Signalgeber 720 ist eine ringförmige Scheibe, die zwischen einer Stützfläche 149 auf dem Signalgeberlagerabschnitt 140 und einer Eingriffsfläche 349 auf dem Deckel 300 gehalten wird. Die ringförmige Scheibe weist eine axiale Position und eine Ausrichtung derart auf, dass eine durch die ringförmige Scheibe definierte Ebene durch die Nut 440 in dem zweiten induktiven Schalter 430 passiert, und derart, dass entlang des inneren Umfangs der ringförmigen Scheibe geformte Zähne mit entsprechenden Zähnen auf dem Zahnabschnitt 515 der ersten Justierschraube 510 in Eingriff sind. Die ringförmige Scheibe, die den zweiten Signalgeber 720 definiert, ist in zwei bogenförmige Abschnitte geteilt: Einen Schaltereingriffsabschnitt 724, der einen äußeren Durchmesser mit ausreichender Größe aufweist, dass sich der Schaltereingriffsabschnitt 724 in die Nut 440 des zweiten induktiven Schalters 430 erstreckt (wie in 1 dargestellt), und einen Schalterumgehungsabschnitt 722, der einen äußeren Durchmesser aufweist, der nicht ausreicht, dass er sich in die Nut 440 erstreckt, unabhängig vom azimutalen Winkel des Signalgebers 720.
Als Folge der Verbindung zwischen der Positioniereinrichtung 20 und dem Eingriffsabschnitt 110 der Positioniereinrichtung der Welle 100 dreht sich die Welle 100 um die Wellenachse X, wenn die Positioniereinrichtung 20 die Position eines Ventils verändert. Der erste Signalgeber 710 dreht sich ebenfalls um die Wellenachse X, da er fest an der Welle 100 angebracht ist.
Es ist aus 2 offensichtlich, dass sich der azimutale Winkel des Schaltereingriffsabschnitt 714 des ersten Signalgebers 710 ändert, wenn sich die Welle 100 dreht. Folglich gelangt der Schaltereingriffsabschnitt 714 in die Nut 420 in dem ersten induktiven Schalter 410. Dies führt zu einer Veränderung in der Induktivität, was wiederum zur Erzeugung eines elektrischen Signals führt. Da dieses elektrische Signal erzeugt wird, wenn die Welle 100 in einer ausgewählten Winkelposition ist, und da die ausgewählte Winkelposition von der Bewegung der Ventilpositioniereinrichtung abhängt, stellt das somit erzeugte Signal eine spezielle Ventilposition dar.
Wenn sich die Welle 100 weiter dreht, verändert sich der azimutale Winkel des ersten Signalgebers weiter, bis der Schaltereingriffsabschnitt 714 aus der Nut 420 gelangt. Dies führt zu einer anderen Veränderung in der Induktivität, was wiederum zur Erzeugung eines anderen elektrischen Signals führt, das die Position des Ventils darstellt.
Auf die oben beschriebene Weise erzeugt der justierbare Signaltransmitter 10, der die Erfindung ausführt, elektrische Signale, die verifizieren, dass die Ventilpositioniereinrichtung 20 das Ventil in eine von zwei Positionen platziert hat: Eine erste Position, die dem Eindringen des Schaltereingriffsabschnitt 714 in die Nut 420 entspricht, und eine zweite Position, die dem Austreten des Schaltereingriffsabschnitt 714 aus der Nut 420 entspricht.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass der zweite Signalgeber 720 mit dem zweiten induktiven Schalter 430 auf eine Weise ähnlich zu der oben in Verbindung mit dem ersten Signalgeber 710 beschriebenen Weise zusammenwirkt. Wenn sich der azimutale Winkel des zweiten Signalgebers 720 ändert, gelangt der Schaltereingriffsabschnitt 724 des zweiten Signalgebers 720 in den Kanal 440 in dem zweiten induktiven Schalter 430. Dies führt zu einer Veränderung in der Induktivität, was wiederum zum Erzeugen eines elektrischen Signals führt. Da dieses elektrische Signal erzeugt wird, wenn die Welle 100 in einer ausgewählten Winkelposition ist, und da die ausgewählte Winkelposition von der Bewegung der Ventilpositioniereinrichtung 20 abhängt, stellt das somit erzeugte Signal eine spezielle Ventilposition dar.
Wenn sich die Welle 100 weiter dreht, verändert sich der azimutale Winkel des zweiten Signalgebers 720 weiter, bis der Schaltereingriffsabschnitt 724 aus der Nut 440 austritt. Dies führt zu einer anderen Veränderung in der Induktivität, was wiederum zum Erzeugen eines anderen elektrischen Signals führt, das die Position des Ventils darstellt.
Auf die oben beschriebene Weise erzeugt der justierbare Signaltransmitter 10, der die Erfindung ausführt, zwei zusätzliche elektrische Signale, die verifizieren, dass die Ventilpositioniereinrichtung 20 das Ventil in eine von zwei zusätzlichen Positionen platziert hat: Eine erste Position, die dem Eintreten des Schaltereingriffsabschnitts 724 in die Nut 440 entspricht, und eine zweite Position, die dem Austreten den Schaltereingriffsabschnitts 724 aus der Nut 440 entspricht.
Die Ventilposition, die eines der erwähnten Signale erzeugt, wird durch den azimutalen Winkel, oder den Umfangswinkel, der Schaltereingriffsabschnitte 714, 724 relativ zu der Welle 100 bestimmt. Beispielsweise wird angenommen, dass man sicherstellen möchte, dass der erste induktive Schalter 410 ein Signal erzeugt, wenn das Ventil in einer vollständig offenen Position ist. Unter diesen Umständen ist es erforderlich sicherzustellen, dass der Schaltereingriffsabschnitt 714 des ersten Signalgebers 710 in die Nut 420 in Eingriff gelangt. Dies kann unter Verwendung eines Kalibriervorgangs erzielt werden, bei dem man das Ventil in die offene Position platziert und dann den azimutalen Winkel des ersten Signalgebers 710 derart justiert, dass das Schaltereingriffselement 714 in der Nut 420 in dem ersten induktiven Schalter 410 in Eingriff ist, wobei das Ventil in der offenen Position ist. Die Einfachheit, mit der der azimutale Winkel des ersten und des zweiten Signalgebers 710, 730 justiert wird, wie unten ausgeführt, ist ein beträchtlicher Vorteil der Erfindung.
Der erste Schritt beim Justieren des azimutalen Winkels von entweder einem oder beiden der Signalgeber ist es, die Verankerungsschraube 320 zu lockern. Dies bewegt die zylindrische Hülse 600 nach unten und entlastet dabei den Druck, der den ersten Signalgeber 710 zwischen der Manschette 200 und dem Signalgeberlagerabschnitt 140 hält, und den Druck, der den zweiten Signalgeber 720 zwischen dem Deckel 300 und dem Signalgeberlagerabschnitt 140 hält. Selbst mit der gelockerten Verankerungsschraube 320 übt jedoch die Kompressionsfeder 310 noch eine Kraft nach unten auf den Bohrlochboden 307 aus. Als Folge dieser nach unten gerichteten Kraft wird die azimutale Bewegung des ersten und des zweiten Signalgebers 710, 720 beschränkt.
Mit der derart gelockerten Verankerungsschraube 320 ist es der nächste Schritt beim Justieren des azimutalen Winkels des ersten Signalgebers 710, den Kopf 524 der zweiten Justierschraube 520 durch Einführen eines Schraubendrehers oder eines ähnlichen Werkzeugs in die zweite Justierschraubenbohrung 344 in dem Deckel 300 in Eingriff zu bringen. Man dreht dann den Kopf 524, so dass die zweite Justierschraube 524 in einer Richtung rotiert, die der gewünschten Änderung im azimutalen Winkel entspricht. Wenn sich die zweite Justierschraube dreht, nehmen die Zähne auf dem Zahnabschnitt 525 die Zähne auf dem ersten Signalgeber 710 in Eingriff, wodurch der erste Signalgeber 710 gedreht wird und somit sein azimutaler Winkel verändert wird. Da der Zahnabschnitt 525 einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des ersten Signalgebers aufweist, verändert eine vollständige Umdrehung des Zahnabschnitts 525 den azimutalen Winkel des Signalgebers 710 nur um eine kleine Menge. Folglich ist es verhältnismäßig einfach, den azimutalen Winkel um sehr kleine Mengen zu verändern.
Das vorhergehende Verfahren zum Justieren des azimutalen Winkels des ersten Signalgebers durch Drehen einer Justierschraube erlaubt eine große Präzision in der Wahl des azimutalen Winkels. Da zusätzlich die Wirkung der durch die komprimierte Feder 310 ausgeübten Kraft die Rotation des ersten Signalgebers einschränkt, dreht sich der Signalgeber nur, wenn die Justierschraube gedreht wird; es gibt keinen Rücksprung oder eine Reständerung im azimutalen Winkel, welche durch entweder Lösen des Schraubendrehers vom Kopf 524 oder durch erneutes Anziehen der Verankerungsschraube 320 am Ende des Kalibriervorgangs hervorgerufen wird.
Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist es deutlich, dass man zum Justieren des azimutalen Winkels des zweiten Signalgebers 720, und dieses unabhängig vom azimutalen Winkel des ersten Signalgebers 710, so vorgeht, wie es oben in Verbindung mit dem ersten Signalgeber 710 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass man den Kopf 514 der ersten Justierschraube 510 statt der zweiten Justierschraube 520 dreht.
Der letzte Schritt im Kalibriervorgang ist es, die Verankerungsschraube 320 wieder anzuziehen. Dies hat die Wirkung, dass die Hülse 600 nach oben zum Deckel 300 gezogen wird. Da der arretierende Stift 80 durch die Hülse 600 passiert, hat dies auch die Wirkung, dass der arretierende Stift 80 nach oben gezogen wird. Dies wiederum bewirkt, dass die Manschette 200 eng anliegend gegen den Signalgeberlagerabschnitt 140 der Welle 100 gezogen wird, wodurch der erste Signalgeber 710 fest zwischen der Manschette und dem Signalgeberlagerabschnitt 140 befestigt wird. Auf eine ähnliche Weise bewirkt ein erneutes Anziehen der Verankerungsschraube 320, dass der Signalgeberlagerabschnitt 140 eng anliegend nach oben gegen den Deckel 300 gezogen wird, wodurch der zweite Signalgeber 720 sicher zwischen dem Deckel 300 und dem Signalgeberlagerabschnitt 140 befestigt wird.
Es ist somit zu erkennen, dass die Erfindung effizient die oben ausgeführten Ausgaben erzielt. Da bestimmte Veränderungen an den obenstehenden Konstruktionen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, soll es beabsichtigt sein, dass alle in der obenstehenden Beschreibung enthaltenen Darstellungen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Darstellungen als veranschaulichend und nicht in einem limitierenden Sinn verstanden werden.

Claims

Positionsanzeigevorrichtung zum Erzeugen eines Anzeigesignals, das die Position eines Ventils angibt, enthaltend: eine mit dem Ventil verbundene Welle (100), wobei die Welle in einen azimuthalen Winkel drehbar ist, der die Ventilposition angibt; einen Schalter (410, 430) zum Erzeugen eines Schaltsignals; einen Signalgeber (710, 720), der mit der Welle (100) drehbar ist; wobei der Signalgeber (710, 720) einen Schaltereingriffsbereich (714, 724) aufweist, der zum Eingriff mit dem Schalter (410, 430) gestaltet ist, wenn die Welle in den azimuthalen Winkel gedreht ist, und dabei das Schaltsignal als Anzeigesignal erzeugt; und eine Signalgeberjustierung (510, 520), die fest an der Welle montiert ist und mit dem Signalgeber verbunden ist, um den Signalgeber unabhängig von der Drehung der Welle zum Justieren des Eingriffs zwischen dem Schalteingriffsbereich (714, 724) und dem Schalter (410, 430) zu einer Drehung der Welle (100) in den azimuthalen Winkel zu drehen; dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber dazu angepasst ist, auf der Welle (100) in jedem von zwei unterschiedlichen Befestigungszuständen montiert zu werden, und zwar in einem Betriebszustand, in dem der Signalgeber (710, 720) fest an der Welle (100) derart montiert ist, dass sich der Signalgeber nur dreht, wenn sich die Welle dreht, oder in einem Kalibrierzustand, in dem sich der Signalgeber unabhängig von der Welle dreht, und die Signalgeberjustierung (510, 520) dazu angepasst ist, den Signalgeber unabhängig von der Drehung der Welle zu drehen, wenn der Signalgeber im Kalibrierzustand montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schaltereingriffsbereich (714, 724) einen Vorsprung enthält, der sich radial nach außen von einem äußeren Rand einer ringförmigen Scheibe erstreckt, die koaxial zu der Welle (100) ist, wobei die ringförmige Scheibe einen inneren Rand aufweist, auf dem Zähne ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalgeberjustierung (510, 520) ein Eingriffsmittel zum drehbaren Eingriff mit dem Signalgeber (710, 720) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Eingriffsmittel ein drehbares Zahnrad (515, 525) enthält, das für den Eingriff mit den Zähnen auf dem inneren Rand zum Drehen des Signalgebers angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Signalgeberjustierung (510, 520) eine sich axial erstreckende Justierschraube enthält, die einen sich radial erstreckenden Zahnradabschnitt (515, 525) aufweist, der sich von ihrem Schaft (513, 523) aus erstreckt, und einen Schraubenkopf (514, 524), wobei die Justierschraube derart angebracht ist, dass der Zahnradabschnitt mit den Zähnen in Eingriff ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter enthaltend ein Auswahlmittel (310, 320) zum Wählen zwischen dem Kalibrierzustand und dem Betriebszustand.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Auswahlmittel (310, 320) ein Mittel zum Aufbringen einer variablen Kraft auf den Signalgeber enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Auswahlmittel enthält: eine erste Oberfläche (202), die den Signalgeber stützt; eine zweite Oberfläche (145), die derart angebracht ist, dass sie den Signalgeber zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche platziert; und ein Mittel zum Aufbringen einer variablen kompressiven Kraft, die die erste und die zweite Oberfläche zueinander hinzieht, wodurch der Signalgeber zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche mit einer variablen kompressiven Kraft gesichert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Aufbringen einer variablen kompressiven Kraft auf den Signalgeber (710) eine Schraube (320) enthält, die dazu gestaltet ist, die erste (202) und die zweite (145) Oberfläche zueinander zu ziehen, wenn sie in einer ersten Richtung gedreht wird, wodurch die kompressive Kraft erhöht wird und der Signalgeber in dem Betriebszustand platziert wird, und dazu gestaltet ist, die zwei Oberflächen zu lockern, wenn sie in einer zweiten Richtung gedreht wird, wodurch die kompressive Kraft verringert wird und der Signalgeber in dem Kalibrierzustand platziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Mittel zum Aufbringen einer variablen Kraft weiter ein Vorbelastungsmittel (310) zum Aufbringen einer zusammendrückenden Kraft auf die zwei Oberflächen enthält, wenn der Signalgeber (710) in dem Kalibrierzustand ist, wobei die zusammendrückende Kraft eine Größe aufweist, die dazu ausgewählt ist, eine Justierung des Signalgebers durch die Signalgeberjustierung (520) zu ermöglichen.