DE19543897A1 - Stellantrieb für ein Stellglied eines Regel- oder Steuerventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein Stellglied gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Derartige Stellantriebe sind schon seit längerem bekannt und werden elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben. Sie betätigen jeweils ein Stellglied eines Regel- oder Steuerventils mittels einer an das Stellglied ankoppelbaren Antriebsspindel. Die Antriebsbauteile sind in einem Gehäuse des Stellantriebs gelagert, das mit dem Ventilgehäuse über ein Verbindungsglied, beispielsweise ein Joch, auch Laterne genannt, verbunden ist. Dabei soll das Joch auf der einen Seite eine zu hohe Erwärmung des Stellantriebes verhindern, und zwar durch einen ausreichenden Abstand zum Ventilgehäuse und durch entsprechend schlechte Wärmeleiteigenschaften des Werkstoffes des Joches. Auf der anderen Seite soll eine ausreichende Stabilität des Joches und der Verbindung zwischen Stellantrieb und Stellglied gewährleistet sein.

Die Verbindungsglieder werden für einen Einsatz bei hohen Temperaturen aus Gußmaterial, Schmiedematerial oder Profilrohr ausgebildet und mit dem Gehäuse des Stellantriebes verschraubt. Dafür ist eine aufwendige Bearbeitung der aneinander liegenden Flächen des Gehäuses des Stellantriebes als auch des Verbindungsgliedes erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellantrieb zur Betätigung eines Stellgliedes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß eine vereinfachte Herstellung insbesondere für Stellantriebe zur Betätigung eines Stellgliedes gerade auch bei hohen Temperaturen, ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Mit der Erfindung ergeben sich nunmehr eine Reihe vereinfachter und damit kostengünstigerer Herstellungsmöglichkeiten des Gehäuses und des mit dem Gehäuse verbundenen Joches des Stellantriebes, vor allem aufgrund der durch die Verbundkonstruktion des Verbindungsgliedes aus Metall und aus Kunststoff sich ergebenden freieren und kostengünstigeren Gestaltungsmöglichkeiten. Die Verbundkonstruktion gewährleistet zudem eine ausreichende Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet dabei Kunststoff zumindest bereichsweise die Außenschicht des Verbindungsgliedes.

Zweckmäßig ist auch ein sandwichartiger Aufbau des Verbindungsgliedes aus einem oder mehreren tragenden Metallteilen mit die Metallteile zumindest teilweise überdeckenden Kunststoff.

Eine noch einfachere Montage wird beispielsweise auch dadurch ermöglicht, daß das Metallteil mit Ausnehmungen versehen ist, in denen der Kunststoff kraft- und/oder formschlüssig verankert ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Metallteil mit Ausnehmungen versehen, in die ein Kunststoffeinsatz eingeklipst wird. Dieser Kunststoffeinsatz trägt beispielsweise Stellgeräteinformationen, wie Beschriftungen und/oder Markierungen.

Im allgemeinen sind Kunststoffgehäuse günstiger in der Herstellung als beispielsweise Schmiede- oder Gußgehäuse. Daher ist es von Vorteil, das Gehäuse des Stellantriebes aus Kunststoff herzustellen.

Weiter vereinfacht wird die Herstellung des Stellantriebes noch dadurch, wenn das Kunststoffgehäuse des Stellantriebes und der Kunststoff des Verbindungsgliedes einstückig ausgebildet sind.

Aufwendig vorbereitende Bearbeitungen von aneinander grenzenden Flächen des Verbindungsgliedes und des Gehäuses des Stellantriebes entfallen vor allem dann, wenn das Metall des Verbindungsgliedes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zunächst mit dem Gehäuse des Stellantriebes verbunden und anschließend Kunststoff auf das Metall aufgebracht wird. Insbesondere wird der Kunststoff dabei sowohl bereichsweise auf das Gehäuse als auch auf das Metallteil aufgebracht. Dadurch kann das Metallteil mittels des aufgebrachten Kunststoffs auf einfache Weise im Gehäuse des Stellantriebes fixiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann es ausreichend sein, das Metall lediglich im Verbindungsbereich mit dem Gehäuse mit Kunststoff zu beschichten.

Demgegenüber ist gemäß einer anderen Ausführungsform das Metallteil bis auf den Verbindungsbereich des Verbindungsgliedes mit dem Ventilgehäuse mit Kunststoff überzogen. Dadurch wird gewährleistet, daß der Stellantrieb nach der Erfindung in herkömmlicher Weise mit dem Ventilgehäuse verbunden werden kann, ohne daß der Kunststoffüberzug den Verbindungsbereich beeinträchtigt.

Aufgrund der vereinfachten Herstellung durch die Verbundkonstruktion aus Metall und Kunststoff ist es nunmehr einfach und somit kostengünstig möglich, den Kunststoff profiliert und/oder zur Aufnahme von weiteren Bauteilen an diese angepaßt auszubilden. Weiterhin ist es auch möglich den Kunststoff bereichsweise als optische Markierung auszuformen und/oder zur Aufnahme von optischen Markierungen auszubilden.

Damit das Gehäuse des Stellantriebes noch besser vor Erwärmung geschützt ist, besteht das Metall des Metallteiles aus einem schlecht wärmeleitenden Metallwerkstoff, wie beispielsweise nichtrostendem Stahl.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Stellantriebes mit einem Verbindungsglied gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Stellantriebes mit Verbindungsglied gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Stellantrieb 10 weist ein Kunststoffgehäuse 12 sowie ein mit dem Kunststoffgehäuse 12 verbundenes Joch 14 auf, das als Verbindungsglied zwischen dem Kunststoffgehäuse des Stellantriebs 10 und dem Gehäuse eines Regel- oder Steuerventils - hier nicht dargestellt - dient.

In dem Kunststoffgehäuse 12 des Stellantriebes 10 ist ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb untergebracht. Der Antrieb ist mit einer Membran 16, einem Membranteller 18, Federn 20 und einer konzentrisch mit dem Membranteller 18 endseitig verschraubten Antriebsspindel 22 versehen.

Im rechten oberen Bereich der Fig. 1 ist der Stellantrieb als ventilschließend und im linken Bereich als ventilöffnend dargestellt.

Das Kunststoffgehäuse 12 besteht aus einer Oberschale 24 und einer Unterschale 26, die miteinander verschraubt sind. Dafür sind die beiden Schalen 24 und 26 außen jeweils mit Flanschen versehen.

Zwischen der Oberschale 24 und der Unterschale 26 ist die mit dem Membranteller 18 verbundene Membran 16 klemmend fixiert.

Die Membran 16 und der Membranteller 18 teilen den vom Kunststoffgehäuse 12 begrenzten Raum in eine obere Kammer 28 und eine untere Kammer 30.

Die obere Kammer 28 ist mit einem oberen Ein/Auslaß 32 für das Hydraulik- bzw. Pneumatikfluid versehen. Der obere Ein/Auslaß 32 ist mit einer hier nicht dargestellten Leitung und einer Steuervorrichtung verbunden.

In entsprechender Weise ist die untere Kammer 30 mit einem Ein/Auslaß 34 versehen, der ebenfalls mit einer hier nicht dargestellten Leitung und der Steuervorrichtung verbunden ist.

Konzentrisch zu dem Membranteller 18 ist die Antriebsspindel 22 mit diesem verschraubt und erstreckt sich durch die Unterschale 26 des Kunststoffgehäuses 12 hindurch in den vom Joch 14 begrenzten Raum. Die Antriebsspindel 22 wird durch die Unterschale 26 des Kunststoffgehäuses 12 geführt.

Zur Abdichtung der unteren Kammer 30 ist eine Dichtung 36 für die Antriebsspindel 22 in der Unterschale 26 des Kunststoffgehäuses 12 vorgesehen.

Die Federn 20 liegen sowohl am Membranteller 18 an als auch an der Oberschale 24 - auf der rechten Seite der Fig. 1 - bzw. an der Unterschale 26 - auf der linken Seite der Fig. 1 - und belasten den Membranteller 18 somit in Richtung der Unterschale 26 bzw. in Richtung der Oberschale 24.

In Abhängigkeit des sich in der oberen Kammer 28 und der unteren Kammer 30 einstellenden Steuerdrucks bewegt sich der Membranteller 18 mit der Antriebsspindel 22 in bezug auf Fig. 1 nach oben oder unten und betätigt somit das Stellglied, beispielsweise ein Regel- oder ein Steuerventil.

Die Federn 20 garantieren eine Sicherheitsstellung, die z. B. bei Ausfall der Pneumatik/Hydraulik-Versorgung über die Ein/Auslässe 32 und 34 mit den Leitungen eingenommen wird.

Das Joch 14 wird durch eine Verbundkonstruktion aus einem mit seinem Verbindungsbereich in das Kunststoffgehäuse 12 eingreifenden Metallteil 38 gebildet. Das Metallteil 38 ist in seinem Verbindungsbereich - der Bereich, der in das Kunststoffgehäuse 12 eingreift, - Kunststoff beschichtet und besteht aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitung, beispielsweise nichtrostendem Stahl.

Das als Verbindungsteil dienende Joch 14 zwischen dem Kunststoffgehäuse 12 des Stellantriebes 10 und dem hier nicht dargestellten Gehäuse des Regel- oder Steuerventils garantiert einen gewissen Mindestabstand, der notwendig ist, um das Kunststoffgehäuse 12 vor unerwünschter Erwärmung zu schützen.

Das Metallteil 38 besteht daher, wie erwähnt, aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitung. Damit soll auf der einen Seite die Erwärmung möglichst verringert und auf der anderen Seite der Abstand zwischen dem Kunststoffgehäuse 12 und dem Ventilgehäuse so gering wie möglich gehalten werden.

In dem Verbindungsbereich des Joches 14 sind Ausnehmungen 39 vorgesehen, in die teilweise der Kunststoff eingreift. Dadurch ist das Metallteil 38 in dem Kunststoffgehäuse stabil festgeklammert und somit darin fixiert.

An das Metallteil 38 wurde der Kunststoff im Verbindungsbereich des Metallteils 38 sowie die Unterschale 26 des Kunststoffgehäuses 12 des Stellantriebes 10 in einem Arbeitsgang einstückig hergestellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, daß zunächst das Kunststoffgehäuse 12 hergestellt, das Metallteil 38 in im Kunststoffgehäuse 12 vorgesehene Ausnehmungen angeordnet und anschließend auf die Unterschale 26 und den Verbindungsbereich des Metallteils 38 Kunststoff aufgebracht wird. Auf diese Weise wird dann das Metallteil 38 in dem Kunststoffgehäuse 12 fixiert und der Verbindungsbereich des Metallteiles 38 weiter mit Kunststoff beschichtet.

Das freie Ende der Antriebspindel 22, das in den von dem Joch 14 begrenzten Raum hineinragt, ist mit einem Kupplungsanschluß 40 versehen. Über diesen Kupplungsanschluß 40 ist die Antriebsspindel 22 mit dem nicht dargestellten Stellglied des Regel- oder Steuerventils verbindbar.

Eine Ventilspindel des Stellgliedes wird daher bis zum Kupplungsanschluß 40 der Antriebsspindel 22 koaxial zum Stellantrieb 10 geführt. Zur Führung dieser Ventilspindel des Stellgliedes ist eine Gewindebuchse 42 vorgesehen, die an dem unten sich verengenden Joch 14 anliegt und über eine Mutter 44 mit dem Joch 14 fest verbunden ist.

Die Gewindebuchse 42 ist mit dem Ventilgehäuse in bekannter Weise fest verbunden - hier nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit dem Kunststoffgehäuse 12, das jedoch einen bekannten elektrischen Antrieb umfaßt.

Diese Ausführungsform weist ergänzend zur ersten Ausführungsform einen Staubschutz 46 auf, der die Antriebsspindel 22 und das Kunststoffgehäuse 12 abdichtet.

Weiterhin ist der Antrieb mit einem Handrad 48 zur manuellen Verstellung der Antriebsspindel 22 versehen.

Das Joch 14 besteht aus einem tragenden Metallteil 50 und ist bis auf den Verbindungsbereich des Joches 14 mit der hier nicht dargestellten Gewindebuchse 42 des Ventilgehäuses des Regel- oder Steuerventils innerhalb und außerhalb des Joches 14 sandwichartig mit Kunststoff 52 überzogen. Dadurch wird eine temperaturstabile feste Verbindung von Stellantrieb und Stellglied sichergestellt. Durch eine entsprechende Anordnung von Schiebern während des Spritzvorgangs läßt sich im Verbindungsbereich mit dem Stellglied ein kunststoffreier Bereich in einfacher Weise realisieren. In dem Bereich der Auflagefläche des Joches 14 auf dem Stellglied muß sowieso in jedem Fall eine genügende Gratfreiheit und Planheit gewährleistet sein. Die Abdichtung des Kunststoffes beim Spritzen ist daher ohne Zusatzaufwand für die Metallbearbeitung möglich.

Der Kunststoff 52 des Joches 14 ist mit dem Kunststoffgehäuse 12 des Stellantriebes 10 ebenfalls einstückig ausgeführt. Damit wird das Metallteil 50 durch den nachträglich aufgebrachten Kunststoff 52 fest mit dem Kunststoffgehäuse 12 verbunden.

Auf der der Antriebsspindel 22 zugewandten Seite des Joches 14 ist der Kunststoff 52 profiliert ausgebildet. Beispielsweise sind zur Erhöhung der Festigkeit im vorliegenden Fall Rippen 54 vorgesehen.

Das Metallteil 50 weist Ausnehmungen 56 auf, wodurch zum einen die Wärmeleitung sowie das Gewicht des Joches 14 vermindert und auf der anderen Seite die Versteifung bei geringerer Materialstärke des Metallteils 50 erhöht wird. Zudem greift der Kunststoff 52 teilweise in diese Ausnehmungen ein, so daß eine ausreichend feste Verbindung zwischen Kunststoff 52 und Metallteil 50 gewährleistet ist.

Der Kunststoff 52 ist zudem mit Markierungen 58 versehen, die durch entsprechende Formgebung und Farbbeschichtung gebildet sind. Über die Markierung 58 können Zusatzinformationen zum Stellantrieb und/oder zur Position der Antriebsspindel 22 geliefert werden.

Das Metallteil 50 wird entsprechend der ersten Ausführungsform aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitung gebildet.

Gemäß einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Metallteil 50 zur Erhöhung der Festigkeit durch ein mit Sicken versehenes Blech gebildet.

Es ist bekannt, Stellantriebe mit zusätzlichen Regelgeräten, wie beispielsweise Grenzsignalgebern oder auch Stellungsreglern, auszurüsten. In einer alternativen Ausführungsform ist daher die Profilierung bzw. die Ausformung des Kunststoffes, z. B. als NAMUR-Rippe, an die Außenkontur dieser Regelgeräte angepaßt.

In einer weiteren Ausführungsform sind in dem Metallteil 38 Ausnehmungen 60 vorgesehen, in die ein Kunststoffeinsatz 62 eingeklipst wird. Dieser Kunststoffeinsatz trägt beispielsweise Stellgeräteinformationen wie Beschriftungen und/oder Markierungen 58.

Durch die Verbundkonstruktion nach der Erfindung ist ein Verschrauben des Joches 14 mit dem Kunststoffgehäuse 12 nicht mehr nötig. Weiterhin ist durch die Erfindung eine temperaturstabile Verbindung des Stellantriebes mit dem Ventilgehäuse über das als Verbundkonstruktion ausgebildete Joch 14 geschaffen.

Die Verbundkonstruktion des Joches 14 ermöglicht auch den Einsatz bei hohen Temperaturen, die zwar den Kunststoff nahe dem Ventilgehäuse bei hohen Temperaturen schwächen. Durch das Metallteil 50 bleibt die mechanische Festigkeit jedoch erhalten. Zudem ist infolge der schlechten Wärmeleitung des Joches 14 dieses in der Nähe des Kunststoffgehäuses 12 bereits soweit abgekühlt, daß der Kunststoff des Kunststoffgehäuses 12 eine ausreichend hohe Festigkeit und eine ausreichend feste Verbindung des Joches 14 mit dem Kunststoffgehäuse 12 behält.

Unabhängig von den eben beschriebenen Ausführungsformen kann die beschriebene Anbindung des Joches 14 an das Stellglied oder an das Gehäuse 12 des Stellantriebes auch mit anderen nach dem Stand der Technik üblichen Verbindungen erfolgen.

Bezugszeichenliste

10 Stellantrieb
12 Kunststoffgehäuse
14 Joch
16 Membran
18 Membranteller
20 Federn
22 Antriebsspindel
24 Oberschale
26 Unterschale
28 Obere Kammer
30 Untere Kammer
32 Oberer Ein/Auslaß
34 Unterer Ein/Auslaß
36 Dichtung
38 Metallteil
39 Ausnehmung
40 Kupplungsanschluß
42 Gewindebuchse
44 Mutter
46 Staubschutz
48 Handrad
50 Metallteil
52 Kunststoff
54 Rippen
56 Ausnehmung
58 Markierung
60 Ausnehmung
62 Kunststoffeinsatz

Claims (15)

1. Stellantrieb (10) für ein Stellglied eines Regel- oder Steuerventils mit einer an das Stellglied ankoppelbaren Antriebsspindel (22) und einem Gehäuse (12), das mit einem an das Ventilgehäuse des Stellgliedes anschließbaren Verbindungsglied (14), beispielsweise einem Joch, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (14) zumindest bereichsweise als Verbundkonstruktion aus Metall (38, 50) und aus Kunststoff (52) aufgebaut ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (52) zumindest bereichsweise die Außenschicht des Verbindungsglieds (14) bildet.

3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen sandwichartigen Aufbau des Verbindungsglieds (14) aus einem oder mehreren tragenden Metallteilen (38, 50) und diese(s) zumindest teilweise überdeckenden Kunststoff (52).

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (38, 50) jeweils mit Ausnehmungen versehen ist, in denen der Kunststoff (52) kraft- und/oder formschlüssig verankert ist.

5. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) aus Kunststoff.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus Kunststoff und der Kunststoff (52) des Verbindungsglieds (14) einstückig ausgebildet sind.

7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (38, 50) des Verbindungsglieds (14) zunächst in dem Gehäuse (12) angeordnet ist und anschließend Kunststoff (52) auf das Metall (38, 50) aufgebracht wird.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (52) sowohl bereichsweise auf das Gehäuse (12) als auch auf das Metallteil (38, 50) aufgebracht ist, so daß das Metallteil (38, 50) durch den aufgebrachten Kunststoff (52) im Gehäuse (12) fixiert ist.

9. Stellantrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (50) lediglich im Verbindungsbereich des Metallteiles mit dem Gehäuse (12) mit Kunststoff beschichtet ist.

10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (38, 50) bis auf den Verbindungsbereich des Verbindungsglieds (14) mit dem Ventilgehäuse mit Kunststoff (52) überzogen ist.

11. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (52) bereichsweise profiliert ausgebildet ist.

12. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (52) zur Aufnahme von weiteren Bauteilen an diese angepaßt ausgebildet ist.

13. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (52) bereichsweise als optische Markierung ausgeformt und/oder zur Aufnahme von optischen Markierungen ausgebildet ist.

14. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (38, 50) durch einen schlecht wärmeleitenden Metallwerkstoff, wie beispielsweise nichtrostenden Stahl, gebildet ist.

15. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Metallteil (38) Ausnehmungen (60) vorgesehen sind, in die ein Kunststoffeinsatz (62) eingeklipst wird.