DE29519838U1

DE29519838U1 - Actuator for on-off regulation of a valve

Info

Publication number: DE29519838U1
Application number: DE29519838U
Authority: DE
Original assignee: Ostaco AG
Current assignee: Ostaco AG
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2005-12-15

Description

Stellantrieb für eine Auf-Zu-Regulierung eines VentilsActuator for open-close control of a valve

Die Neuerung betrifft einen Stellantrieb für eine Auf-Zu-Regulierung eines Ventils für ein Strömungsmedium, mit einem federbelasteten Ventilschliesskörper, einem temperaturabhängigen, durch ein elektrisches Heizelement beheizbaren Dehnkörper, der einerends an einem Gehäuse abgestützt ist, und mit einem zwischen Ventilschliesskörper und dem anderen Ende des Dehnkörpers liegendem,federbelasteten Druckelement, wobei die Federn für den Ventilschliesskörper und das Druckelement anderenends am Gehäuse abgestützt sind und die Federkraft der Druckelement-Feder grosser ist als die Federkraft der Ventilschliesskörper-Feder und die Druckelement-Feder das Druckelement an den Dehnkörper andrückt.The innovation relates to an actuator for an open-close regulation of a valve for a flow medium, with a spring-loaded valve closing body, a temperature-dependent expansion body that can be heated by an electric heating element and is supported at one end on a housing, and with a spring-loaded pressure element located between the valve closing body and the other end of the expansion body, whereby the springs for the valve closing body and the pressure element are supported at the other end on the housing and the spring force of the pressure element spring is greater than the spring force of the valve closing body spring and the pressure element spring presses the pressure element against the expansion body.

Ein solcher Stellantrieb ist durch die DE-Patentschriften 16 00 713 und 31 40 442 bekannt.Such an actuator is known from the DE patents 16 00 713 and 31 40 442.

Aus diesen Dokumenten gehen die allgemein geltenden, gewünschten Eigenschaften des Stellantriebs hervor, wie z.B. Umkehr der Bewegungsrichtung des Ventilschliesskörpers beim Beheizen des Dehnkörpers, weiterhin möglichst wenig Einzelteile des Stellantriebes und seine möglichst geringe Bauhöhe. Der zu schaffende Stellantrieb soll den vorerwähnten Bedingungen noch besser genügen.These documents show the generally applicable, desired properties of the actuator, such as reversing the direction of movement of the valve closing body when heating the expansion body, as well as having as few individual parts of the actuator as possible and having as low an overall height as possible. The actuator to be created should meet the aforementioned conditions even better.

Daneben wird aber noch bezweckt, dass mit ein und demselben Aufbau des Stellantriebs durch einfaches Umstellen der Bauteile die Bewegungsrichtung des Ventilschliesskörpers beim Arbeiten des Heizelementes umkehrbar ist. Es müssen dadurch also nicht mehr verschiedene Ausbildungen des Stellantriebes vorgesehen werden, wie bei den bekannten Stellantrieben. Es wird also nur noch eine Ausbildung des Stellantriebs hergestellt und ausgeliefert; und erst an der Baustelle kann der Stellantrieb in der einen oder anderen Arbeitsweise umgestellt werden, also in die Stellungen "Ventil stromlos geschlossen" oder "Ventil stromlos geöffnet". Je nach Verwendungszweck kann diejenigeIn addition, the aim is that with one and the same actuator design, the direction of movement of the valve closing body can be reversed when the heating element is working by simply changing the components. This means that different actuator designs no longer have to be provided, as is the case with the known actuators. Only one actuator design is therefore manufactured and delivered; and only at the construction site can the actuator be switched to one or the other mode of operation, i.e. to the positions "valve closed when de-energized" or "valve open when de-energized". Depending on the intended use, the

Feu/dp 46 016 aFeu/dp 46 016 a

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Stellung genommen werden, bei der pro Zeiteinheit der grösste Anteil stromlos ist. Das ergibt eine möglichst geringe Einschaltdauer des elektrischen Heizelementes. Hierdurch ergibt sich ein möglichst niedriger Energieverbrauch und weiterhin wird die Lebensdauer des Stellantriebs erhöht. Weiterhin kann die jeweilige Stellung des Stellantriebes nach der Eigensicherheit gewählt werden, d.h. beim Versagen eines Bauteils des Stellantriebes befindet sich das Ventil in einer solchen Stellung, bei der der Schaden am geringsten ist. Diese vorerwähnte Ueberlegung, welche Stellung der Stellantrieb haben soll, wird z.B. getroffen, wenn in einem Fall der Stellantrieb für eine Heizungsanlage und in einem anderen Fall für eine Kühlanlage verwendet werden soll.A position can be chosen in which the largest proportion is without current per unit of time. This results in the electrical heating element being switched on for as short a time as possible. This results in the lowest possible energy consumption and also increases the service life of the actuator. Furthermore, the respective position of the actuator can be selected according to its intrinsic safety, i.e. if a component of the actuator fails, the valve is in a position in which the damage is the least. This aforementioned consideration of which position the actuator should have is made, for example, if in one case the actuator is to be used for a heating system and in another case for a cooling system.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Neuerung dargestellt. Es zeigen:The drawing shows an embodiment of the subject of the innovation. It shows:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Stellantrieb in seiner Stellung "Ventil stromlos geschlossen",Figure 1 shows a schematic longitudinal section through the actuator in its "valve closed without current" position,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Figur 1,Figure 2 shows a section along the line II-II in Figure 1,

Figur 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Figur 1,Figure 3 is a section along the line IH-III in Figure 1,

Figur 4 eine gleiche Darstellung des Stellantriebes wie in Figur 1, aber in seiner Stellung "Ventil stromlos geöffnet", undFigure 4 is a similar representation of the actuator as in Figure 1, but in its "valve open without current" position, and

Figur 5 eine gleiche Darstellung wie in Figur 3, bei geringerer Breite des Gehäuses.Figure 5 is the same representation as in Figure 3, with a smaller width of the housing.

Der Stellantrieb nach Figur 1 hat ein mehrteiliges Gehäuse 1-6, wobei der Gehäuseteil 5 Teil eines Leitungsabschnittes ist, in dem ein gasförmiges oder flüssiges Strömungsmedium durch einen Ventilsitz 7 strömen kann. Ein Ventil 8 hat weiterhin einen Ventilschliesskörper 9 mit einem Schaft 10. Der Schaft 10 ist mehrteilig ausgebildet und besteht aus Abschnitten 11, 12 und 13. Zwischen den beiden starren Abschnitten 11 und 13 liegt ein federelastischer Abschnitt 12. Beim gezeigtenThe actuator according to Figure 1 has a multi-part housing 1-6, whereby the housing part 5 is part of a line section in which a gaseous or liquid flow medium can flow through a valve seat 7. A valve 8 also has a valve closing body 9 with a shaft 10. The shaft 10 is multi-part and consists of sections 11, 12 and 13. Between the two rigid sections 11 and 13 is a spring-elastic section 12. In the illustrated

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Beispiel ist der federelastische Abschnitt als Druckfeder ausgebildet. Am Schaftabschnitt 13 ist eine Scheibe 14 befestigt, an der sich eine Ventilschliesskörper-Feder abstützt. Letzter ist mit ihrem anderen Ende am Gehäuse abgestützt. Die Bewegungsrichtung des Ventilschliesskörpers. 9 ist in Figur 4 mit einem Doppelpfeil A angegeben. Die Federkraft der Druckfeder 12 ist grosser als die der Druckfeder 15. Der Schaft 10 des Ventilschliesskörpers 9 durchragt eine Durchbrechung 16 des Gehäuseteils 2, zurFor example, the spring-elastic section is designed as a compression spring. A disk 14 is attached to the shaft section 13, on which a valve closing body spring is supported. The other end of the latter is supported on the housing. The direction of movement of the valve closing body 9 is indicated in Figure 4 with a double arrow A. The spring force of the compression spring 12 is greater than that of the compression spring 15. The shaft 10 of the valve closing body 9 extends through an opening 16 in the housing part 2, for

&iacgr;&ogr; optischen Anzeige des geöffneten oder geschlossenen Ventils 8. Der Schaft 10 hat beim gezeigten Beispiel eine Anschlagschulter 17, die gemäss Figur 1 am Gehäuseteil 6 abgestützt werden kann. Der Schaft 10 ragt auch noch durch die Gehäuseabschnitte 4 und 6. Das freie Ende 18 des Schaftes 10 ragt bei geöffnetem Ventil gemäss Figur 4 über den Gehäuseteil 2 hinaus und bei geschlossenem Ventil nach Figur 1 überragt das Ende 18 den Gehäuseteil 2 nicht. Das Ende 18 kann z.B. eine auffällige Farbe haben, so dass optisch die offene Stellung des Ventils angezeigt wird. Der Schaftabschnitt 13 ist gegen die Kraft der Feder 12 ins Innere des Schaftabschnittes 11 verschiebbar. Der Schaftabschnitt 11 ist mit einer Durchbrechung 19 versehen, die bei einer ersten Ausfuhrungsform kreisrund und bei einer zweiten Ausführungsform z.B. rechteckig sein kann.&iacgr;&ogr; optical display of the open or closed valve 8. In the example shown, the shaft 10 has a stop shoulder 17, which can be supported on the housing part 6 according to Figure 1. The shaft 10 also protrudes through the housing sections 4 and 6. The free end 18 of the shaft 10 protrudes beyond the housing part 2 when the valve is open according to Figure 4 and when the valve is closed according to Figure 1, the end 18 does not protrude beyond the housing part 2. The end 18 can, for example, have a conspicuous color, so that the open position of the valve is visually indicated. The shaft section 13 can be moved against the force of the spring 12 into the interior of the shaft section 11. The shaft section 11 is provided with an opening 19, which in a first embodiment can be circular and in a second embodiment can be rectangular, for example.

Der Stellantrieb hat einen Dehnkörper 21, der durch ein elektrisches Heizelement 22 beheizbar ist. Hierfür dient ein elektrisches Kabel 23. Der Stellantrieb hat weiterhin ein grosses L-förmiges Druckelement 24 sowie eine Druckelement-Feder 25. Die Gehäuseteile 2 und 6 nehmen einen Käfig 2 6 auf, der bei der erwähnten ersten Ausführungsform eine kreisförmige äussere Mantelfläche hat, so dass der Käfig 2 6 innerhalb einer kreisförmigen Innenwandung 27 des Gehäuses zwischen der Stellung nach Figur 1 und der Stellung nach Figur 4 drehbar ist. Der Käfig 26 hat eine Durchbrechung 28. Der Käfig 26 hat eine Schienenführung 29 und 30, entlang der das DruckelementThe actuator has an expansion body 21 which can be heated by an electric heating element 22. An electric cable 23 is used for this. The actuator also has a large L-shaped pressure element 24 and a pressure element spring 25. The housing parts 2 and 6 accommodate a cage 26 which, in the first embodiment mentioned, has a circular outer surface, so that the cage 26 can be rotated within a circular inner wall 27 of the housing between the position according to Figure 1 and the position according to Figure 4. The cage 26 has an opening 28. The cage 26 has a rail guide 29 and 30 along which the pressure element

24 geradlinig verschiebbar geführt ist, und zwar ebenfalls in Richtung des Doppelpfeils A (Figur 4). Der Dehnkörper 21 mit Heizelement 22 ist ebenfalls im Käfig 26 gelagert. Der Käfig 2 6 ist somit im Gehäuse 1-6 um die Drehachse 20 drehbar gelagert, wobei die Drehachse 20 rechtwinklig zum Schaft 10 des Ventilkörpers 9 liegt. Das Zentrum der Kreisbahn 27 ist also die Drehachse 20. In den Figuren 1 und 4 ist der Käfig 26 mit seinen darin montierten Bauteilen 21, 22, 24 und 25 in zwei um 180° verdrehte Stellungen dargestellt. Die Druckelement-Feder24 is guided so that it can be moved in a straight line, also in the direction of the double arrow A (Figure 4). The expansion body 21 with heating element 22 is also mounted in the cage 26. The cage 26 is thus mounted in the housing 1-6 so that it can rotate about the axis of rotation 20, whereby the axis of rotation 20 is at right angles to the shaft 10 of the valve body 9. The center of the circular path 27 is therefore the axis of rotation 20. In Figures 1 and 4, the cage 26 with its components 21, 22, 24 and 25 mounted therein is shown in two positions rotated by 180°. The pressure element spring

25 ist mit ihrem einen Ende am Druckelement 24 und mit ihrem anderen Ende am Käfig 26 abgestützt. Beim Beispiel ist diese Feder 25 als Zugfeder ausgebildet und drückt somit das Druckelement 24 immer gegen den Dehnkörper Das Druckelement 24 hat einen kreisförmigen Ansatz 31 mit dem Zentrum 32. Das Zentrum 32 liegt nicht in der Drehachse 20 der Kreisbahn 27, sondern exzentrisch dazu versetzt. In der gedrehten Stellung des Käfigs 26 mit Druckelement 24 nach Figur 1 liegt das Zentrum 32 unterhalb der Drehachse 20, und in der gedrehten Stellung des Käfigs 2 6 mit Druckelement 24 in die Stellung nach Figur 4 liegt das Zentrum 32 oberhalb der Drehachse 20. Zwischen der Drehachse 20 und dem Zentrum 32 liegt also die Exzentrizität B.25 is supported with one end on the pressure element 24 and with the other end on the cage 26. In the example, this spring 25 is designed as a tension spring and thus always presses the pressure element 24 against the expansion body. The pressure element 24 has a circular extension 31 with the center 32. The center 32 is not located on the axis of rotation 20 of the circular path 27, but eccentrically offset from it. In the rotated position of the cage 26 with pressure element 24 according to Figure 1, the center 32 is below the axis of rotation 20, and in the rotated position of the cage 26 with pressure element 24 in the position according to Figure 4, the center 32 is above the axis of rotation 20. The eccentricity B is therefore between the axis of rotation 20 and the center 32.

Die um 18 0° gedrehte Stellung des Käfigs 26 mit seinen darin montierten Bauteilen 21, 22, 24 und 25 von der Stellung nach Figur 1 in die Stellung nach Figur 4 kann auf zweierlei Art erfolgen. Bei der erwähnten ersten Ausführungsform werden diese vorerwähnten Bauteile um die Drehachse 20 der Kreisbahn 27 gedreht, wobei das Gehäuse einen vertikalen Querschnitt nach Figur 3 aufweist. Anstelle dieser Drehbewegung kann der Käfig 26 mit seinen darin montierten Bauteilen aber auch schubladenartig ausgebildet sein und wird nach Entfernung des Gehäuseteils 1 schubladenartig aus dem Gehäuse herausgezogen, um 180° gedreht und dann wieder schubladenartig in das Gehäuse eingeschoben, so dass dann also anstelle derThe position of the cage 26 with its components 21, 22, 24 and 25 mounted therein, rotated by 180°, from the position according to Figure 1 to the position according to Figure 4, can be achieved in two ways. In the first embodiment mentioned, these aforementioned components are rotated about the axis of rotation 20 of the circular path 27, whereby the housing has a vertical cross-section according to Figure 3. Instead of this rotational movement, the cage 26 with its components mounted therein can also be designed like a drawer and, after removing the housing part 1, is pulled out of the housing like a drawer, rotated by 180° and then pushed back into the housing like a drawer, so that instead of the

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Kreisbahn 27 rechteckige Einschubflächen 27' vorhanden sind (Figur 5). Bei dieser Ausbildung wird also eine geringere Gehäusebreite erreicht.Rectangular insertion surfaces 27' are present on the circular path 27 (Figure 5). This design therefore achieves a smaller housing width.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Ventils 8 könnte anstelle der Druckfeder 12 der Schaft 10 selbst aus einem elastisch stauchbaren Material bestehen, so dass dann also der Schaft in seiner Länge begrenzt zusammendrückbar ist.In a further embodiment of the valve 8, instead of the compression spring 12, the shaft 10 itself could consist of an elastically compressible material, so that the shaft can then be compressed to a limited extent in its length.

Soll der Stellantrieb so verwendet werden, dass bei seiner Ruhestellung (stromlos) das Ventil 8 geschlossen ist wird die Stellung des Käfigs 26 mit seinen darin montierten Bauteilen 21, 22, 24 und 25 in die Stellung nach Figur 1 innerhalb des Gehäuses 1-6 gedreht. Soll nunmehr das Ventil 8 geöffnet werden, so beheizt der eingschaltete Strom den Heizkörper 22. Der Dehnkörper 21 dehnt sich aus und das Druckelement wird gegen die Kraft der Feder 25 entlang der Schlittenführung 29, 30 in Figur : 1 nach oben bewegt (deshalb ist die Durchbrechung 28 im Käfig 26 vorhanden), und über den Ansatz 31 wird der Schaft 10 des Ventilschliesskörpers 9 in Richtung des Pfeiles A in Figur 1 nach oben bewegt und das Ventil 8 wird geöffnet. Soll das Ventil in Figur 1 geschlossen werden, wird die Stromzufuhr abgestellt, der Dehnkörper 21 zieht sich zurück und die Zugfeder 25 drückt das Druckelement 24 mit Schaft 10 und Ventilschliesskörper 9 gegen die Kraft der Feder 15 nach unten und schliesst das Ventil. Die Federkraft der Feder 25 ist grosser als die der Feder 15.If the actuator is to be used in such a way that the valve 8 is closed in its rest position (currentless), the position of the cage 26 with its components 21, 22, 24 and 25 mounted therein is rotated to the position according to Figure 1 within the housing 1-6. If the valve 8 is now to be opened, the switched-on current heats the heating element 22. The expansion body 21 expands and the pressure element is moved upwards against the force of the spring 25 along the slide guide 29, 30 in Figure 1 (this is why the opening 28 is present in the cage 26), and the shaft 10 of the valve closing body 9 is moved upwards in the direction of the arrow A in Figure 1 via the projection 31 and the valve 8 is opened. If the valve in Figure 1 is to be closed, the power supply is switched off, the expansion body 21 retracts and the tension spring 25 presses the pressure element 24 with shaft 10 and valve closing body 9 downwards against the force of the spring 15 and closes the valve. The spring force of the spring 25 is greater than that of the spring 15.

Soll der Stellantrieb so montiert werden, dass in seiner Ruhestellung (stromlos) das Ventil 8 geöffnet ist, wird der Käfig 26 mit seinen darin montierten Bauteilen in die Stellung nach Figur 4 gedreht (Figur 3) oder umgesteckt (Figur 5), wobei durch die Exzentrizität B der Schaft 10 mit Ventilschliesskörper 9 um den Weg C in Figur 4 nach obe*n bewegt wurden. Der Weg C entspricht dem zweifachen Wert der Exzentrizität B. Um diesen Weg C ist also auch das obere Ende 18 des Schaftes aus dem Ge-If the actuator is to be mounted so that the valve 8 is open in its rest position (de-energized), the cage 26 with its components mounted therein is rotated into the position shown in Figure 4 (Figure 3) or repositioned (Figure 5), whereby the shaft 10 with the valve closing body 9 is moved upwards by the distance C in Figure 4 due to the eccentricity B. The distance C corresponds to twice the value of the eccentricity B. The upper end 18 of the shaft is therefore also moved out of the housing by this distance C.

häuse getreten und zeigt die Offenstellung des Ventils an. Auch der Anschlag 17 des Schaftes 10 ist um den Weg C vom Gehäuseteil 6 abgehoben worden. Soll nunmehr das Ventil bei der Stellung nach Figur 4 geschlossen werden, wird der Strom eingeschaltet und der Heizkörper heizt den Dehnkörper 21 und dieser drückt gegen die Kraft der Feder 25 das Druckelement 24 mit Schaft 10 und Ventilschliesskörper 9 nach unten. Sitzt der Ventilschliesskörper 9 am Ventilsitz 7 an, ist das Ventil geschlossen. Zur Vermeidung von Doppelfixierung arbeitet nunmehr der federelastische Abschnitt 12, so dass eine weitere Ausdehnung des Dehnkörpers 21 und damit ein weiteres Nachuntenbewegen des Druckelementes 24 durch Zusammendrückung des federelastischen Abschnittes 12 aufgenommen wird, Bei der erläuterten Ausführungsform des Stellantriebs, bei der der ganze Schaft 10 aus einem elastisch stauchbaren Material besteht, braucht es weder die Feder 12 noch die Feder 15.housing and indicates the open position of the valve. The stop 17 of the shaft 10 has also been lifted off the housing part 6 by the distance C. If the valve is now to be closed in the position shown in Figure 4, the current is switched on and the heating element heats the expansion body 21 and this presses the pressure element 24 with shaft 10 and valve closing body 9 downwards against the force of the spring 25. If the valve closing body 9 is seated on the valve seat 7, the valve is closed. To avoid double fixation, the spring-elastic section 12 now works so that further expansion of the expansion body 21 and thus further downward movement of the pressure element 24 is absorbed by compression of the spring-elastic section 12. In the embodiment of the actuator explained, in which the entire shaft 10 consists of an elastically compressible material, neither the spring 12 nor the spring 15 are required.

Claims

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SchutzansprücheProtection claims

1. Actuator for an open-close regulation of a valve (8) for a flow medium, with a spring-loaded valve closing body (9), a temperature-dependent expansion body (21) that can be heated by an electric heating element (22), which is supported at one end on a housing (1-6), and with a valve closing body (9) and the other end of the expansion body

(21) lying, spring-loaded pressure element (24), whereby the springs (15 and 25) for the valve closing body (9) and the pressure element (24) are supported at the other end on the housing (1-6) and the spring force of the pressure element spring (25) is greater than the spring force of the valve closing body spring (15), and the pressure element spring (25) presses the pressure element (24) against the expansion body (21), characterized in that the pressure element (24) can be moved relative to the valve closing body (9) in its direction of movement (A) into different positions (Fig. 1, Fig.

4) is adjustable and that the valve closing body (9) has in its direction of movement (A) at least one spring-elastic section (12) whose spring force is greater than that of the valve closing body spring (15).

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the spring-elastic section (12) of the valve closing body (9) is a compression spring which lies between two rigid sections (11, 13) of the shaft (10) of the valve closing body (9).

3. Actuator according to claim 1, characterized in

indicates that the spring-elastic section of the valve closing body (9) is an elastically compressible shaft section of the valve closing body.

4. Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure element (24) is mounted with an eccentric *(31) in the shaft (10) of the valve closing body (9).

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5. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure element (24) is rotatably mounted in the shaft (10) of the valve closing body (9), wherein the axis of rotation (20) is perpendicular to the shaft (10) of the valve closing body (9) (Fig. 3).

6. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure element (24) can be inserted in a form-fitting manner into the shaft (10) of the valve closing body (9) in two positions offset by 180° from one another (Fig. 1, Fig. 4), specifically with respect to an axis (20) which is perpendicular to the shaft (10) of the valve closing body (9) (Fig. 5).

7. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shaft (10) of the valve closing body (9) extends through an opening (16) of the housing (1-6) for optically indicating the open or closed valve (8).

8. Actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pressure element (24) is guided in a straight line (A) by means of a rail guide (29, 30) in a cage (26) supported on the housing (1-6), and that the expansion body (21) with heating element (22) is also mounted in the cage (26).

9. Actuator according to claim 8, characterized in that the cage (26) in the housing (1-6) is rotatable about an axis of rotation (20) which is perpendicular to the shaft (10) of the valve closing body (9).

10. Actuator according to claim 8, characterized in that the cage (26) can be inserted into the housing (1-6) in a form-fitting manner in two positions offset by 180° from one another, specifically with respect to an axis (20) which is perpendicular to the shaft (10) of the valve closing body (9).