DE102017209459A1

DE102017209459A1 - System zur werkzeuglosen Befestigung eines Stellantriebs an einem Ventilflansch sowie geeigneter Stellantrieb

Info

Publication number: DE102017209459A1
Application number: DE102017209459.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Bellmont; Tobias Fässler; Martina Willi
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: CH713884B1; CH713884A2; DE102017209459B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur insbesondere werkzeuglosen Befestigung eines Stellantriebs (SA) an einem Flansch (F) eines Ventils (V). Das System umfasst zur Befestigung den Stellantrieb sowie einen Splint (SP). Der Flansch weist vier in einem Quadrat angeordnete Durchgangsöffnungen (OF) auf. Der Stellantrieb weist ein Gehäuse (G) sowie einen am Gehäuse ausgebildeten Absatz (AB) auf. Letzterer umgibt einen Stellanschluss (ST) des Stellantriebs koaxial zu seiner Stellachse. Am Absatz sind vier Bolzen (BO) in einem Quadrat angeordnet, welche vom Absatz (AB) wegzeigen und konstruktiv derart auf die vier Öffnungen im Flansch abgestimmt sind, dass die vier Bolzen bei Anbringung des Stellantriebs durch die Öffnungen im Flansch hindurchragen. Die Bolzen weisen jeweils an ihrem hindurchragenden Endstück eine umlaufende Ringnut (RN) mit einer im Bezug auf die Stellachse axialen Nuttiefe auf. Der Splint ist gabelförmig ausgestaltet. Er umfasst zwei Außenzinken (AZ) mit einer Gabelweite (GW) und einer Gabeldicke. Die Gabelweite und die Gabeldicke sind derart auf den Abstand und auf die Nuttiefe der Bolzen abgestimmt, dass die beiden Außenzinken nach einem seitlichen Aufschieben des Splints auf die vier hindurchragenden Endstücke der Bolzen jeweils die Ringnut zweier Endstücke seitlich von außen umfassen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stellantrieb mit dem zuvor beschriebenen Absatz (AB).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Befestigung eines Stellantriebs an einem Flansch eines Ventils. Der Flansch weist vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Durchgangsöffnungen bzw. Bohrungen zur möglichen Befestigung auf.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen geeigneten Stellantrieb zur Befestigung an einem Flansch eines Ventils.
Bisher erfolge die Befestigung üblicherweise mit vier Schrauben, wie z.B. mit Innensechskantschrauben, und mit einem geeigneten Werkzeug wie Schraubendreher oder Imbusschlüssel.
Eine solche Befestigung ist zeitaufwändig und bedarf eines geeigneten Werkzeugs.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Befestigungssystem anzugeben, mit dem ein Stellantrieb schnell und einfach an einem Ventilflansch angebracht werden kann.
Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß umfasst das System zur Befestigung des Stellantriebs an dem Ventilflansch den Stellantrieb sowie einen Splint. Der Stellantrieb weist ein Gehäuse sowie einen am Gehäuse ausgebildeten Absatz auf. Der Absatz kann auch Teil einer Gehäuseunterseite mit einem Stellanschluss des Stellantriebs sein. Der Absatz umgibt den Stellanschluss des Stellantriebs koaxial zu einer Stellachse des Stellanschlusses. Es sind am Absatz vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Bolzen angeordnet, welche in paralleler Richtung zur Stellachse weg vom Absatz zeigen. Die Bolzen können alternativ auch in einem Rechteck angeordnet sein. Die Bolzen sind konstruktiv derart auf die vier Öffnungen im Flansch abgestimmt, dass die vier Bolzen bei Anbringung des Stellantriebs am Flansch durch die Öffnungen im Flansch hindurchragen. Die Bolzen weisen jeweils an ihrem hindurchragenden Endstück eine vorzugsweise vollständig umlaufende Ringnut auf mit einer im Bezug auf die Stellachse axialen Nuttiefe.
Der Splint ist gabelförmig ausgestaltet und weist zwei Außenzinken auf. Die Außenzinken weisen eine Gabelweite zueinander sowie eine vorzugsweise einheitliche Gabeldicke auf. Die Gabelweite und die Gabeldicke sind hinsichtlich ihrer Abmessungen derart auf den Abstand und auf die Nuttiefe der Bolzen abgestimmt, dass die beiden Außenzinken nach einem seitlichen Aufschieben des Splints auf die vier hindurchragenden Endstücke der Bolzen jeweils die Ringnut zweier Endstücke seitlich von außen umfassen.
Dadurch ist eine einfache Befestigung eines Stellantriebs ohne Werkzeug möglich. Die Bolzen am Stellantrieb ersetzen dabei die bisherigen Schrauben bei der Verbindung vom Stellantrieb zum Ventil.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gabelweite der beiden Außenzinken zueinander derart bemessen, dass diese die jeweiligen Ringnuten nach dem Aufschieben des Splints, d.h. nach dem Einfahren der beiden Außenzinken in die Ringnut, mit einer Vorspannung seitlich umfassen und fixieren. Dadurch ist der Stellantrieb formschlüssig axial zum Ventil fixiert.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weisen die beiden Außenzinken im Bereich der Zinkenspitze eine seitliche Ausbuchtung im Bereich der seitlichen Umfassung der jeweiligen Ringnut auf. Die seitlichen Ausbuchtungen sind zur möglichen Verrastung mit der jeweiligen Ringnut geometrisch auf die Außenkontur der Ringnut abgestimmt. Durch die Verrastung ist eine besonders feste Fixierung des Stellantriebs am Ventil möglich. Zugleich erhält die Person, die den Stellantrieb montiert, eine taktile Rückmeldung, wenn die Ringnuten der Bolzen in die Ausbuchtungen einrasten bzw. einschnappen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die beiden Außenzinken des Splints im Bereich ihrer halben Zinkenlänge eine im Bezug auf die Stellachse axiale Verformung auf. Die Verformung ist insbesondere bogenförmig im Splint ausgeformt bzw. eingebracht. Die Verformungen sind dergestalt, dass diese nach dem seitlichen Aufschieben des Splints eine Vorspannung und somit eine Kraft auf eine Unterseite des Flansches bewirken und somit den Stellantrieb mit dem Ventilflansch verspannen und fixieren. Dadurch ist der Stellantrieb auch bei Erschütterungen und dergleichen gegen ein Sich-Lösen vom Ventilflansch gesichert.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist der Splint zwei Innenzinken auf, die sich in etwa bis zur halben Zinkenlänge der beiden Außenzinken unter Ausbildung einer zwischen den Zinken verlaufenden Nut erstrecken. Die Nut ist insbesondere eine Längsnut. Die Nutbreite dieser beiden Längsnuten ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser eines Bolzens im Bereich der Ringnut. Die beiden Außenzinken weisen im Bereich ihrer halben Zinkenlänge eine weitere seitliche Ausbuchtung auf, die so bemessen ist, dass der Splint nun über die Endstücke zweier Bolzen hinweg und dann weiter in die beiden Nuten zwischen den Außen- und Innenzinken eingefädelt werden kann. Dadurch ist der Stellantrieb zusätzlich gegen Drehbewegungen zwischen Stellantrieb und Ventil gesichert.
Zusätzlich ist dadurch gewährleistet, dass der Splint beim Herausziehen des Splints zum Lösen des Stellantriebs nicht herunterfällt und verloren geht.
Nach einer Ausführungsform weist der Splint einen Griff für das Aufschieben auf die Endstücke der Bolzen und für das Herausziehen des Splints von den Endstücken der Bolzen auf.
Der Griff ist vorzugsweise ergonomisch ausgestaltet, sodass dieser mittels Zeigefinger und Daumen gegriffen werden kann.
Schließlich ist der Splint aus Metall gefertigt und insbesondere aus einem Stahl. Letztere weist federnde Eigenschaften bei zugleich hohen Kräften auf. Der Splint kann ein Stanzteil sein oder Stanz-/Biegeteil sein.
Die Aufgabe der Erfindung weiterhin durch einen Stellantrieb im Allgemeinen gelöst, der ein Gehäuse sowie einen am Gehäuse ausgebildeten Absatz aufweist. Der Absatz umgibt bzw. umschließt einen Stellanschluss des Stellantriebs koaxial zu einer Stellachse des Stellanschlusses.
Der Stellanschluss kann derart ausgebildet sein, dass dieser eine lineare Stellbewegung in Richtung der Stellachse oder eine Drehbewegung, wie z.B. von 0° bis 90°, als Drehanschluss ausführt.
Es sind am Absatz vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Bolzen angeordnet, welche in paralleler Richtung zur Stellachse weg vom Absatz zeigen. Die Bolzen weisen jeweils an ihrem Endstück eine vorzugsweise vollständig umlaufende Ringnut mit einer im Bezug auf die Stellachse axialen Nuttiefe auf. Die Bolzen sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, Die axiale Nuttiefe liegt dabei im Bereich von 0,5 bis 3 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm. Eine radiale Nutweite, bezogen auf eine Rotationssymmetrieachse eines Bolzens, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,5 mm.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch einen Stellantrieb für das eingangs beschriebene erfindungsgemäße Befestigungssystem gelöst.
Nach einer Ausführungsform weist der am Gehäuse des Stellantriebs ausgebildete Absatz eine im Bezug auf die Stellachse des Stellantriebs axiale Bautiefe im Bereich von 0 bis 30 mm, insbesondere im Bereich von 5 bis 10 mm. Durch den Absatz ist ein gewisser Abstand zwischen Stellantrieb und Ventil gewährleistet, sodass auf besonders einfache Weise der Splint auf die durch den Flansch hindurchragenden Endstücke der Bolzen aufgeschoben werden kann.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 ein beispielhaftes System zur Befestigung eines Stellantriebs an einem Ventilflansch kurz vor dem Einfahren von stellantriebsseitigen Bolzen in gegenüberliegende Durchgangsöffnungen (Bohrungen) im Ventilflansch gemäß der Erfindung,
2 das Beispiel gemäß 1 in vergrößerter Ansicht im eingefahrenen Zustand und mit bereits aufgeschobenem Splint gemäß der Erfindung,
3 ein durchkonstruiertes Beispiel für ein Befestigungssystem in einer Überkopfdarstellung, mit einem Absatz und mit einem Splint, und ohne Ventilflansch zum besseren Verständnis der Erfindung, und
4 eine perspektivische Ansicht eines an einem Ventilflansch befestigten Stellantriebs mittels eines Splints gemäß der Erfindung.

1 zeigt ein beispielhaftes System zur Befestigung eines Stellantriebs SA an einem Ventilflansch F kurz vor dem Einfahren von stellantriebsseitigen Bolzen BO in gegenüberliegende Durchgangsöffnungen BO in Form von Bohrungen im Ventilflansch F gemäß der Erfindung.
In der gezeigten Seitenansicht sind zwei von insgesamt vier Bolzen BO zu sehen, die an einem Absatz AB bzw. Gehäuseflansch des Stellantriebs SA angebracht sind. Die Bolzen BO können auch als Stifte betrachtet werden. Sie zeigen in paralleler Richtung zu einer punktgestrichelten Stellachse eines Stellantriebs ST weg vom Absatz AB. Die Bolzen BO weisen eine Bolzenlänge im Bereich von 1 bis 5 cm, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 3 cm, auf. Im vorliegenden Beispiel ist der Stellanschluss ST ein Drehanschluss, welcher eine Ventilkugel KG im Inneren des gezeigten Ventils V im Bereich von 0° bis 90° verdrehen kann, um einen Volumenstrom durch das Ventil V einzustellen. Die Durchgangsöffnungen OF im Flansch F sind vorzugsweise Bohrungen mit einem Durchmesser im Bereich von 2 bis 10 mm. Die Bohrungen OF sind üblicherweise geringfügig größer als der Außendurchmesser der Bolzen BO.
Mit NA ist ein Nutabstand zwischen zwei Ringnuten RN zweier sich gegenüberliegender Bolzen BO bezeichnet. Der Abstand der Bolzen BO zueinander, gemessen zwischen den jeweiligen Rotationssymmetrieachsen der Bolzen BO, ist dabei so groß wie der Nutabstand plus das Doppelte der radialen Nutweite der Bolzen BO.
2 zeigt das Beispiel gemäß 1 in vergrößerter Ansicht im eingefahrenen Zustand und mit bereits aufgeschobenem Splint SP gemäß der Erfindung. Die Figur zeigt, wie die Endstücke der vier Bolzen BO durch die Durchgangsöffnungen OF hindurchragen, sodass die gesamte Ringnut RN der Bolzen BO mit hindurchragt. Gestrichelt ist der Splint SP gemäß der Erfindung zu sehen, der zur Befestigung des Stellantriebs SA am Ventil V gerade auf die Endstücke der Bolzen BO aufgeschoben wird. Im durchgezogenen Zustand ist der Stellantrieb SA fest und unter einer Vorspannung mit dem Ventilflansch V verspannt und fixiert. Erreicht wird dies durch einen axial verbogenen Bereich SP im Bereich der halben Zinkenlänge der beiden Außenzinken AZ. Dieser Bereich mit Vorspannung bringt nach dem Einschieben des Splints SP in seine Endposition eine dauerhafte Spannkraft gegen die gezeigte Flanschunterseite FU am Ventilflansch F auf, indem sich der Bereich mit Vorspannung VS gegen die Endstücke der Bolzen (BO) abstützt.
3 zeigt ein durchkonstruiertes Beispiel für ein Befestigungssystem in einer Überkopfdarstellung, mit einem Absatz AB und mit einem Splint SP, und ohne Ventilflansch F zum besseren Verständnis der Erfindung. In der Figur ist eine zentrale Öffnung ZO zu sehen, die den Stellanschluss ST des Stellantriebs SA koaxial umgibt. Der Splint SP ist in seiner Befestigungsendposition gezeigt, in welcher der Stellantrieb SA fest mit dem Ventilflansch F verbunden ist. Alle Ringnuten RN der Bolzen BO sind durch die Außenzinken AZ sowie durch zwei Innenzinken IZ seitlich umfasst. Erkennbar sind auch die Ausbuchtungen AU2, die zur Verrastung der Zinkenspitzen der beiden Außenzinken AZ mit den Endstücken der Bolzen BO im Bereich der Ringnuten RN vorgesehen sind. Zur Befestigung des Stellantriebs SA mit dem Ventilflansch F wird der Splint SP mit den zwei eingebrachten weiteren Ausbuchtungen AU in den Außenzinken AU über die Endstücke der zwei linken Bolzen BO eingefädelt. Danach wird der gesamte Splint SP nach rechts geschoben, so dass die beiden linken Bolzen BO entlang der zwischen den beiden Außenzinken AZ und den beide dazu innenliegenden Innenzinken IZ ausgebildeten Nuten N verlaufen. Am Ende des Einschiebevorgangs umfassen die beiden Außenzinken AZ die beiden rechten Bolzen BO im Bereich der Ringnuten RN von außen und verrasten dann mit ihren beiden Ausbuchtungen AU2.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines an einem Ventilflansch F befestigten Stellantriebs SA mittels eines Splints SP gemäß der Erfindung. Im unteren Teil der 4 ist der Griff GR bzw. das Griffstück des Splints SP erkennbar, der zum manuellen Verschieben des Splints SP dient. Mit MAN ist ein manuelles Betätigungselement für den Stellantrieb SA bezeichnet. Durch diesen ist ein manuelles Verfahren des Stellanschlusses ST des Stellantriebs SA möglich.
Bezugszeichenliste

AB: Absatz
AN: Anschlag
AU: weitere Aussparung, halbkreisförmige Aussparung
AU2: Aussparung, Rastelement
AZ: Außenzinken
B: Bolzen, genuteter Bolzen
EA: Ende des Außenzinkens
EI: Ende des Innenzinkens
F: Flansch, Ventilflansch
G: Gehäuse
GR: Griff
GW: Gabelweite
IZ: Innenzinken
MAN: Manuelles Betätigungselement für den Stellanschluss
N: Nut, Längsnut
NA: Nutabstand, Ringnutabstand
OF: Öffnung, Bohrung, Loch
RN: Ringnut
SA: Stellantrieb, Aktor
SP: Splint
ST: Stellanschluss
V: Ventil
VS: gebogener Splintbereich für Vorspannung
ZO: Zentrale Öffnung

Claims

System zur Befestigung eines Stellantriebs (SA) an einem Flansch (F) eines Ventils (V), wobei das System den Stellantrieb (SA) und einen Splint (SP) umfasst sowie zur Befestigung des Stellantriebs (SA) am Flansch (F) vorgesehen ist, - wobei der Flansch vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Durchgangsöffnungen (OF) zur Befestigung aufweist, - wobei der Stellantrieb (SA) ein Gehäuse (G) sowie einen am Gehäuse (G) ausgebildeten Absatz (AB) aufweist, wobei der Absatz (AB) einen Stellanschluss (ST) des Stellantriebs (SA) koaxial zu einer Stellachse des Stellanschlusses (SA) umgibt, wobei am Absatz (AB) vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Bolzen (BO) angeordnet sind, welche in paralleler Richtung zur Stellachse weg vom Absatz (AB) zeigen und konstruktiv derart auf die vier Öffnungen (OF) im Flansch (F) abgestimmt sind, dass die vier Bolzen (BO) bei Anbringung des Stellantriebs (SA) am Flansch (F) durch die Öffnungen (OF) im Flansch (F) hindurchragen, und wobei die Bolzen (BO) jeweils an ihrem hindurchragenden Endstück eine vorzugsweise vollständig umlaufende Ringnut (RN) mit einer im Bezug auf die Stellachse axialen Nuttiefe aufweisen, und - wobei der Splint (SP) gabelförmig ausgestaltet ist und zwei Außenzinken (AZ) aufweist, wobei die Außenzinken (AZ) eine Gabelweite (GW) zueinander sowie eine Gabeldicke aufweisen, und wobei die Gabelweite (GW) und die Gabeldicke derart auf den Abstand der Bolzen (BO) und auf die Nuttiefe der Bolzen (BO) abgestimmt sind, dass die beiden Außenzinken (AZ) nach einem seitlichen Aufschieben des Splints (SP) auf die vier hindurchragenden Endstücke der Bolzen (BO) jeweils die Ringnut (RN) zweier Endstücke seitlich von außen umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Gabelweite (GW) der beiden Außenzinken (AZ) zueinander derart bemessen ist, dass die beiden Außenzinken (AZ) nach dem Aufschieben des Splints (SP) die jeweiligen Ringnuten (RN) der Bolzen (BO) mit einer Vorspannung seitlich umfassen und fixieren.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Außenzinken (AZ) im Bereich der Zinkenspitze (EA) eine seitliche Ausbuchtung (AU2) im Bereich der seitlichen Umfassung der jeweiligen Ringnut (RN) aufweisen, wobei die seitlichen Ausbuchtungen (AU2) zur möglichen Verrastung mit der jeweiligen Ringnut (RN) geometrisch auf die Außenkontur der Ringnut (RN) abgestimmt sind.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Außenzinken (AZ) des Splints (SP) im Bereich ihrer halben Zinkenlänge eine im Bezug auf die Stellachse axiale Verformung (VS) aufweisen, wobei die Verformungen (VS) dergestalt sind, dass diese nach dem seitlichen Aufschieben des Splints (SP) eine Vorspannung auf eine Unterseite (FU) des Flansches (F) bewirken und somit den Stellantrieb (SA) mit dem Flansch (F) des Ventils (V) verspannen und fixieren.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Splint (SP) zwei Innenzinken (IZ) aufweist, die sich in etwa bis zur halben Zinkenlänge der beiden Außenzinken (AZ) unter Ausbildung einer zwischen den Zinken (AZ, IZ) verlaufenden Nut (N) erstrecken, wobei die Nutbreite geringfügig größer ist als der Außendurchmesser eines Bolzens (BO) im Bereich der Ringnut (RN), und wobei die beiden Außenzinken (AZ) im Bereich ihrer halben Zinkenlänge eine weitere seitliche Ausbuchtung (AU) aufweisen, die so bemessen ist, dass der Splint (SP) über die Endstücke zweier Bolzen (BO) hinweg und weiter in die beiden Nuten (N) zwischen den Außen- und Innenzinken (AZ, IZ) eingefädelt werden kann.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Splint (SP) einen Griff (GR) für das Aufschieben auf die Endstücke der Bolzen (BO) und für das Herausziehen des Splints (SP) von den Endstücken der Bolzen (BO) aufweist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Splint (SP) aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt ist.
Stellantrieb (SA), mit einem Gehäuse (G) sowie mit einen am Gehäuse (G9 ausgebildeten Absatz (AB), wobei der Absatz (AB) einen Stellanschluss (ST) des Stellantriebs (SA) koaxial zu einer Stellachse des Stellanschlusses (SA) umgibt, wobei am Absatz (AB) vier, vorzugsweise in einem Quadrat angeordnete Bolzen (BO) angeordnet sind, welche in paralleler Richtung zur Stellachse weg vom Absatz (AB) zeigen und welche jeweils an ihrem Endstück eine vorzugsweise vollständig umlaufende Ringnut (RN) mit einer im Bezug auf die Stellachse axialen Nuttiefe aufweisen.
Stellantrieb (SA) für ein System nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8.
Stellantrieb (SA) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der am Gehäuse des Stellantriebs (SA) ausgebildete Absatz (AB) eine im Bezug auf die Stellachse des Stellantriebs (SA) axiale Bautiefe im Bereich von 0 bis 30 mm, insbesondere im Bereich von 5 bis 10 mm, aufweist.