DE3215435C2

DE3215435C2 -

Info

Publication number: DE3215435C2
Application number: DE19823215435
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Gulde (Fh), 6520 Worms, De
Original assignee: Gulde-Regelarmaturen & Co Kg 6700 Ludwigshafen De GmbH
Current assignee: Gulde-Regelarmaturen & Co Kg 6700 Ludwigshafen De GmbH
Priority date: 1982-04-24
Filing date: 1982-04-24
Publication date: 1988-11-17
Also published as: CH662871A5; DE3215435A1; ES271678U; ES271678Y

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an actuator according to the Features specified in the preamble of claim 1.

Aus der DE-OS 29 07 581 ist ein derartiger Stellantrieb bekannt, dessen Spindel als eine vorgefertigte Stange mit im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser ausgebildet ist. An dem einen Ende der Spindel ist ein Halteelement vorge sehen, das als Gegenlager für eine Feder ausgebildet ist. Dieses Halteelement greift in eine Ringnut am Ende der Spindel ein, wobei diese Ringnut nach dem Auflegen des Halteelements auf einer Längsschulter der Spindel durch Kaltverformung eines überstehenden Endes der Spindel herge stellt wurde. Auf der anderen Seite des Gegenlagers bzw. des Halteelements liegt der in etwa topfförmig ausgebildete Membranteller an. Diese Verbindung des Membrantellers über das Halteelement ermöglicht keine allzu exakte Ausrichtung des Membrantellers bezüglich der Spindel. Eine definierte Ausrichtung des Membrantellers bezüglich der Spindel ist jedoch für eine symmetrische Kraftverteilung und eine Leichtgängigkeit eines Stellantriebes von Bedeutung. Ohne exakte Ausrichtung kann ein Verkippen eintreten, wodurch sich zusätzliche Belastungen der Spindel und der Lagerungen ergeben. Desweiteren kann ein Spiel zwischen dem Membran teller und der Spindel nicht mit der notwendigen Zuverläs sigkeit, und zwar insbesondere im Hinblick auf eine Groß serienfertigung, vermieden werden, wodurch sich Nachteile im Hinblick auf das Hystereseverhalten des Stellantriebes er geben können.Such an actuator is known from DE-OS 29 07 581 known, the spindle as a prefabricated rod with in substantially constant diameter is formed. At one end of the spindle, a holding element is provided see that is designed as a counter bearing for a spring. This holding element engages in an annular groove at the end of the Spindle, this ring groove after placing the Holding element on a longitudinal shoulder of the spindle Cold deformation of a protruding end of the spindle was put. On the other side of the counter bearing or Holding element is the approximately cup-shaped Membrane plate. This connection of the membrane plate over the holding element does not allow an overly precise alignment of the diaphragm plate with respect to the spindle. A defined one Alignment of the diaphragm plate with respect to the spindle however for a symmetrical force distribution and a Smooth running of an actuator is important. Without Precise alignment can occur, causing additional loads on the spindle and bearings surrender. Furthermore, there may be a game between the membrane plate and the spindle with the necessary reliability liquidity, especially with regard to a large series production can be avoided, which has disadvantages in With regard to the hysteresis behavior of the actuator can give.

Aus dem DE-GM 18 28 9230 ist ein Stellantrieb nachgewiesen, dessen Spindel an einem Ende ein Gewinde zur Befestigung von zwei Membrantellern aufweist, zwischen welchen der innere Rand einer Membran eingespannt ist. Das Gewinde der Spindel ist durch zentrale Bohrungen der beiden Membran teller durchgeführt, wobei mittels zwei Muttern diese Mem branteller zusammen mit der Membran über das Gewinde gegen einander verspannt sind. Im Hinblick auf Fertigungstoleran zen besteht die Schwierigkeit, die Membranteller zenrisch bezüglich der Spindel anzuordnen. Darüber hinaus ist die Anordnung der Membran und des Gewindes am Ende der Spindel in solchen Fällen mit Nachteilen behaftet, in welchen die Spindel beidseitig der Membran im Gehäuse geführt werden soll.An actuator is proven from DE-GM 18 28 9230, whose spindle has a thread at one end for fastening of two membrane plates, between which the inner edge of a membrane is clamped. The thread of the Spindle is through central holes in the two diaphragms carried out plate, this mem Branteller together with the membrane against the thread are tense with each other. With regard to manufacturing tolerance zen there is the difficulty, the membrane plate is zenrisch to be arranged with respect to the spindle. In addition, the Arrangement of the membrane and the thread at the end of the spindle in such cases with disadvantages in which the Spindle are guided on both sides of the diaphragm in the housing should.

In dem DE-GM 75 03 731 ist ein pneumatischer Stellantrieb beschrieben, dessen Membranteller am Ende der Spindel un mittelbar in einer Ringnut befestigt ist. Ein am Ende der Spindel angeordneter Zapfen durchgreift eine Bohrung des Membrantellers, der bei der Fertigung über diesen Zapfen zu schieben ist. Nachfolgend wird durch Kaltverformung des freien Zapfenendes die Ringnut und damit die Verbindung des Membrantellers mit der Spindel hergestellt. Fertigungs toleranzen und Ungenauigkeiten bei der Großserienfertigung können sehr leicht einen exzentrischen Versatz des Membran tellers ergeben, wobei hinsichtlich der Belastbarkeit der durch Kaltverformung erzeugten Verbindung zwischen Spindel und Membranteller Grenzen gesetzt sind.In DE-GM 75 03 731 there is a pneumatic actuator described, the membrane plate at the end of the spindle un is indirectly attached in an annular groove. One at the end of the Spindle arranged pin passes through a bore of the Membrane plates, which are used in the manufacture of these pins push is. Subsequently, by cold forming the free spigot end the ring groove and thus the connection of the Membrane plates made with the spindle. Manufacturing tolerances and inaccuracies in mass production can easily offset the membrane plates result, with regard to the resilience of Cold-formed connection between the spindle and membrane plates are limited.

Desweiteren ist aus der DE-AS 12 22 798 ein Stellantrieb nachgewiesen, bei welchem der Membranteller wiederum an dem einen Spindelende über eine Gewindeverbindung befestigt ist. Das Spindelende ist mit einem Gewinde versehen, über welches der Membranteller und die Membran geschoben sind. Der Mem branteller ist einerseits über eine Hülse auf einer Ring schulter der Spindel angestützt, wobei andererseits am freien Ende des Gewindes eine Mutter auf das Gewinde aufge schraubt ist, um den Membranteller und die Membran festzu spannen. Der Fertigungsaufwand ist aufgrund der verschiede nen Bauteile sowie der erforderlichen Bearbeitung der Spin del nicht unerheblich, zumal die Abstützung der Feder nicht unmittelbar am Membranteller, sondern mittels separaten Federtellern erfolgt.Furthermore, an actuator is from DE-AS 12 22 798 proven, in which the membrane plate in turn on the a spindle end is attached via a threaded connection. The spindle end is provided with a thread over which the diaphragm plate and the diaphragm are pushed. The mem branteller is on the one hand over a sleeve on a ring shoulder of the spindle supported, on the other hand on free end of the thread a nut on the thread is screwed to the membrane plate and the membrane tight tighten. The manufacturing effort is due to the different components and the required machining of the spin del not insignificant, especially since the support of the spring is not directly on the membrane plate, but by means of separate Spring washers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stellantrieb der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem konstruktiven Aufwand eine definierte Ausrichtung bei einer spielfreien Verbindung des Membrantellers und der Spindel erreicht wird.The invention has for its object the actuator the generic type to the extent that with low design effort a defined orientation with a play-free connection of the membrane plate and the Spindle is reached.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is carried out in accordance with the features of the patent solved 1 specified features.

Der vorgeschlagene Stellantrieb zeichnet sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, wobei der Membran teller mit einem geringen Aufwand zuverlässig mit der Spin del verbunden werden kann. Das aus wenigstens zwei Teilen bestehende Halteelement kann ohne besondere Schwierigkeiten in die Ringnut der Spindel eingesetzt werden, wobei diese Ringnut nicht nur am Ende der Spindel, sondern ohne weiteres an der jeweils gewünschten Stelle der Spindel, insbesondere in der Mitte, angeordnet sein kann. So kann die Spindel aus einem vorgerfertigten Material mit einer hohen Oberflächen güte oder aus einen hochfesten Material gefertigt sein, wobei praktisch nur in einem einzigen Arbeitsgang die Ring nut an der erforderlichen Stelle der Längsausdehnung in die Spindel eingebracht wird. Die Spindel kann zu beiden Seiten der Membran bzw. Ringnut in Führungen des Gehäuses geführt sein, wobei bereits vor dem Einbringen der Ringnut in die Spindel diese eine hohe Oberflächengüte, beispielsweise eine geschliffene Oberfläche aufweist, so daß insoweit keine Nachbearbeitung der Spindel erforderlich wird. Da die eine Innenfläche des Halteelements zur Bodenfläche der Ringnut einen Abstand aufweist, können bei der Herstellung sowohl des Halteelements als auch die Ringnut vergleichsweise große Toleranzen zugelassen werden. Aufgrund der konischen Wand fläche der Ringnut, an welcher die konischen Stirnflächen der Teile des Halteelements formschlüssig anliegen, wird eine gute und spielfreie Befestigung auf der Spindel sicher gestellt. Die Teile des ringförmigen Halteelements sind mittels Schweißnähten an ihren Längskanten oder mittels eines Ringes verbunden, dessen konische Innenflächen an entsprechenden konischen Außenflächen der genannten Teile anliegen. Beim Abkühlen der genannten Schweißnähte und der hierbei erfolgten Schrumpfung werden die Teile des ringför migen Halteelements in die Ringnut der Spindel hineinge zogen, wobei aufgrund der erwähnten konischen Wandfläche und der konischen Stirnflächen ein fester Sitz und eine defi nierte Ausrichtung erreicht werden. Erfolgt die Verbindung der genannten Teile mittels eines Ringes, so können über diesen die Teile in die Ringnut gedrückt werden. In beiden Fällen sind die Teile des Halteelements, und zwar einmal direkt und zum anderen indirekt über den Ring, mit dem Mem branteller mittels einer Schweißnaht verbunden. Diese Schweißnaht ist an dem gleichen Ende der Teile des Halte elements wie die vorstehend genannten konischen Stirnflächen angeordnet. Folglich werden beim Abkühlen der Schweißnaht diese Teile mit ihren konischen Stirnflächen an die konischen Wandflächen der Ringnut gedrückt. Die Teile des Halteelements werden daher fest in die Ringnut eingespannt, wobei durch geeignete Dimensionierung der Schweißnaht bzw. des Durchmessers des Halteelements in einfacher Weise die Anpassung an die zu übertragenden Stellkräfte erfolgt. Die Schweißnaht wird zweckmäßig als eine Umfangsschweißnaht aus gebildet, wodurch ein allseitiges und weitgehend gleichför miges radiales Festspannen der Teile des Halteelements in einfache Weise erreicht wird.The proposed actuator is characterized by a simple and inexpensive construction, the membrane plate with little effort reliably with the spin del can be connected. That from at least two parts existing holding element can without special difficulties be inserted into the ring groove of the spindle, this Ring groove not only at the end of the spindle, but without further ado at the desired location of the spindle, in particular in the middle, can be arranged. So the spindle can a prefabricated material with a high surface area quality or made of a high-strength material, the ring practically only in a single operation nut at the required point of longitudinal expansion into the Spindle is inserted. The spindle can go to both sides the membrane or annular groove in guides of the housing be, even before the introduction of the annular groove in the Spindle this has a high surface quality, for example one has ground surface, so that none Post-processing of the spindle becomes necessary. Because the one Inner surface of the holding element to the bottom surface of the annular groove has a distance, both in the manufacture the holding element and the annular groove are comparatively large Tolerances are allowed. Because of the conical wall surface of the annular groove on which the conical end faces the parts of the holding element bear positively a good and play-free attachment on the spindle is secure posed. The parts of the annular holding element are by means of weld seams on their longitudinal edges or by means of connected by a ring, the conical inner surfaces of corresponding conical outer surfaces of the parts mentioned issue. When cooling the welds mentioned and the during this shrinkage, the parts of the ringför hold into the ring groove of the spindle moved, due to the mentioned conical wall surface and the conical end faces a tight fit and a defi alignment can be achieved. The connection is made of the parts mentioned by means of a ring, so can the parts are pressed into the ring groove. In both Cases are the parts of the holding element, once directly and secondly indirectly via the ring, with the mem Branteller connected by a weld. These Weld is at the same end of the parts of the holding elements like the conical end faces mentioned above arranged. Consequently, when the weld seam cools these parts with their conical faces to the conical wall surfaces of the ring groove pressed. The parts of the Holding element are therefore firmly clamped in the ring groove, with suitable dimensioning of the weld seam or of the diameter of the holding element in a simple manner Adaptation to the actuating forces to be transmitted takes place. The Weld seam is expediently made as a circumferential weld seam formed, whereby an all-round and largely equal radial clamping of the parts of the holding element in easily achieved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 teilweise einen Längsschnitt durch einen Stell antrieb,Partially drive Fig. 1 is a longitudinal section through an actuator,

Fig. 2 eine Ansicht des ringförmigen aus zwei Teilen bestehenden Halteelements in axialer Richtung, Fig. 2 is a view of the annular retaining element consisting of two parts in the axial direction,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform, gemäß welcher die Teile des Halteelements über einen Ring mit dem Membranteller verbunden sind. Fig. 3 shows a longitudinal section through an embodiment according to which the parts of the holding element are connected to the membrane plate via a ring.

Fig. 1 zeigt eine Spindel 2, an deren Enden jeweils ein Gewinde 4, 6 zur Verbindung mit einem Ventil oder derglei chen vorgesehen ist. Von einem Gehäuse sind der Einfachheit halber ein Oberteil 8 und ein Unterteil 10 nur teilweise dargestellt, wobei in gewohnter Weise eine dichte Verbindung zwischen Oberteil 8 und Unterteil 10 vorhanden ist. Es ist somit ein zu einer Längsachse 12 etwa konzentrischer Verbindungsbereich vorhanden, in welchen weiterhin eine Membran 14 eingeführt ist. Diese Membran 14 ist einerseits radial innenliegend mit einem Membranteller 16 verbunden und anderer seits radial außen in den besagten Verbindungsbe reich eingeführt. Das Oberteil 8 ist mit einem Deckel 18 und das Unterteil 10 mit einem Boden 20 abge schlossen, wobei Deckel und Boden zur exakten Führung der Spindel 2 zentrale Bohrungen 22, 24 aufweisen. In diesen Bohrungen 22, 24 sind geeignete Dicht elemente 26, 28 vorgesehen. In die obere Kammer 30 ist in geeigneter Weise Druckmittel, insbesondere Druckluft, zuführbar, um den Membranteller entgegen der Kraft von Federelementen 32, welche in der unteren Kammer 34 sich befinden, nach unten zu drücken. Fig. 1 shows a spindle 2 , at the ends of a thread 4, 6 is provided for connection to a valve or the like Chen. For the sake of simplicity, an upper part 8 and a lower part 10 of a housing are only partially shown, a tight connection between the upper part 8 and the lower part 10 being present in the usual way. There is therefore a connection region which is approximately concentric with a longitudinal axis 12 and into which a membrane 14 is also inserted. This membrane 14 is connected on the one hand radially on the inside with a membrane plate 16 and on the other hand richly introduced radially outside in said Verbindungsbe. The upper part 8 is closed abge with a cover 18 and the lower part 10 with a base 20 , the cover and base having 2 central bores 22, 24 for the exact guidance of the spindle. Suitable sealing elements 26, 28 are provided in these bores 22, 24 . Pressure medium, in particular compressed air, can be fed into the upper chamber 30 in a suitable manner in order to press the membrane plate against the force of spring elements 32 , which are located in the lower chamber 34 , downward.

Die Spindel 2 weist über ihre gesamte Länge praktisch einen gleichbleibenden Durchmesser auf, wobei lediglich etwa in der Mitte eine Ringnut 36 sowie an den Enden die bereits erwähnten Gewinde 4, 6 vorhanden sind. Die Spindel 2, welche aus einem vorgefertigten, gezogenen Stab hergestellt ist, wurde also, bei der Bearbeitung in ihrem Durchmesser bzw. Radius R 1 nicht verändert. Es wurde lediglich die besagte Ringnut 36 mit einer sich konisch nach außen öffnenden Wandfläche 38 eingearbeitet. The spindle 2 has practically a constant diameter over its entire length, with an annular groove 36 only approximately in the middle and the threads 4, 6 already mentioned at the ends. The spindle 2 , which is produced from a prefabricated, drawn rod, was therefore not changed in its diameter or radius R 1 during processing. Only said annular groove 36 with a conically opening wall surface 38 was incorporated.

Die gegenüberliegende Wandfläche 40 erstreckt sich hingegen in radialer Richtung. In diese Ringnut 36 ist ein ringförmiges Halteelement 42 eingesetzt, welches wie nachfolgend noch zu erläutern ist, aus zwei Teilen besteht. Das Halteelement 42 weist eine an der konischen Wandfläche 38 anliegende konische Stirnfläche 44 auf. An dem Halteelement 42 ist über eine Umfangs-Schweißnaht 46 der Membran teller 16 angeschweißt.The opposite wall surface 40 , however, extends in the radial direction. In this annular groove 36 , an annular holding element 42 is inserted, which, as will be explained below, consists of two parts. The holding element 42 has a conical end face 44 which bears against the conical wall surface 38 . On the holding element 42 plate 16 is welded on a circumferential weld 46 of the membrane.

Aufgrund der konischen Wandfläche 38 sowie der konischen Stirnfläche 46 wird hierbei eine stabile und spiel freie Verbindung zwischen der Spindel 2 und dem Halteelement 42 und somit auch dem Membranteller 16 gewährleistet. Hierbei erfolgt keine Ver formung der Spindel 2, so daß sie auch exakt ihre geometrische Längsachse 12 beibehält. Folglich ist eine einwandfreie Führung in den Bohrungen 22, 24 sichergestellt. Da die Oberfläche 48 der aus gezogenem Stabmaterial hergestellten Spindel 2 geschliffen ist, ist eine ordnungsgemäße Abdichtung auch für eine lange Lebensdauer gegeben.Due to the conical wall surface 38 and the conical end face 46 , a stable and play-free connection between the spindle 2 and the holding element 42 and thus also the diaphragm plate 16 is ensured. Here, there is no deformation of the spindle 2 , so that it also exactly maintains its geometric longitudinal axis 12 . Correct guidance in the bores 22, 24 is consequently ensured. Since the surface 48 of the spindle 2 made from drawn rod material is ground, a proper seal is also provided for a long service life.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Halteelement 42 in Blickrichtung A gem. Fig. 1. Das Halteelement 42 besteht aus zwei Teilen 50, 52, welche durch Auf trennen eines ursprünglich geschlossenen Ringes hergestellt sind. Die beiden Teile 50 und 52 werden nach Einsetzen in die oben erläuterte Ringnut wieder durch zwei an ihren Längskanten vorgesehene Schweißnähte 54 verbunden. Nach dem Verschweißen kühlen diese Schweißnähte 54 ab und aufgrund des hierbei erfolgenden Schrumpfens zieht sich das Halteelement 42 in radialer Richtung nach innen in die Ringnut 36 ein. Sodann sitzt das Halteelement 42 auch fest in der Ringnut 36. Wichtig ist hierbei, daß die Innenfläche 56 des Halteelements 42 einen vorgegebenen Abstand a zur Bodenfläche 58 der Ring nut 36 aufweist, um eine einwandfreie Ausrichtung und Führung über die erläuterten konischen Flächen sowie die gegenüberliegenden radialen Flächen von Ringnut 36 sowie Halteelement 42 zu erhalten. Wird nachfolgend, wie oben beschrieben, mittels einer Umfangs-Schweißnaht der Membranteller an das Halteelement 42 angeschweißt, so wird durch diese letztgenannte Schweißnaht eine dauerhafte und funktionssichere Verbindung erreicht. Fig. 2 shows a plan view of the holding element 42 in viewing direction A acc. Fig. 1. The holding element 42 consists of two parts 50, 52 , which are made by separating an originally closed ring. The two parts 50 and 52 are connected again after insertion into the annular groove explained above by two weld seams 54 provided on their longitudinal edges. After welding, these weld seams 54 cool down and due to the shrinkage that occurs in this case, the holding element 42 is drawn inward into the annular groove 36 in the radial direction. Then the holding element 42 is also firmly seated in the annular groove 36 . It is important here that the inner surface 56 of the holding element 42 has a predetermined distance a to the bottom surface 58 of the ring groove 36 in order to obtain a perfect alignment and guidance over the conical surfaces explained and the opposite radial surfaces of the ring groove 36 and the holding element 42 . If, as described above, the membrane plate is subsequently welded to the holding element 42 by means of a circumferential weld seam, this last-mentioned weld seam achieves a permanent and functionally reliable connection.

Hierbei ist es besonders wichtig, daß die Umfangs-Schweißnaht und die genannten konischen Flächen des Halteelements bzw. der Ringnut am gleichen Ende des Halteelements 42 sich befinden.It is particularly important here that the circumferential weld seam and the aforementioned conical surfaces of the holding element or the annular groove are located at the same end of the holding element 42 .

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Verbindung der beiden Teile 50, 52 des Halteelements 42. Anstelle der Schweißnähte an den Längskanten ist nunmehr für die beiden Teile 50, 52 ein Ring 60 mit einer konischen Innenfläche 62 vorgesehen. Die Teile 50, 52 weisen entsprechend konisch ausgebildete Außenflächen 64 auf, auf welchen der Ring 60 aufliegt. Fig. 3 shows an alternative embodiment for connecting the two parts 50, 52 of the holding member 42. Instead of the weld seams on the longitudinal edges , a ring 60 with a conical inner surface 62 is now provided for the two parts 50, 52 . The parts 50, 52 have correspondingly conical outer surfaces 64 on which the ring 60 rests.

Bei dieser Ausführungsform befindet sich die Umfangs- Schweißnaht 46 zwischen Membranteller 16 und Ring 60, welcher beim Abkühlen der Schweißnaht 46 auf grund der konischen Flächen 62 bzw. 64 wiederum in die Ringnut hineinzieht. Hierbei wird über die konische Stirnfläche 44 die gewünschte Zentrierung und Ausrichtung des Halteelements 42 sichergestellt.In this embodiment, the circumferential weld seam 46 is located between the diaphragm plate 16 and the ring 60 , which again pulls into the annular groove due to the conical surfaces 62 and 64 when the weld seam 46 cools down. The desired centering and alignment of the holding element 42 is hereby ensured via the conical end face 44 .

Claims

1. Actuator, in particular for a valve, with a spindle designed as a prefabricated rod with a substantially constant diameter, which has an annular groove in a radial plane for fastening a diaphragm plate, wherein a holding element connected to the diaphragm plate engages in the annular groove, characterized in that that the holding element ( 42 ) consists of at least two parts ( 50, 52 ),
that an inner surface ( 56 ) of the holding element ( 42 ) to the bottom surface ( 58 ) of the annular groove ( 36 ) is at a distance (a) ,
that the parts ( 50, 52 ) are connected by means of weld seams ( 54 ) on their longitudinal edges or by means of a ring ( 60 ), the conical inner surfaces ( 62 ) of which lie against correspondingly conical outer surfaces ( 64 ) of the parts ( 50, 52 ), and
that the parts ( 50, 52 ) of the holding element ( 42 ) are connected to the diaphragm plate ( 16 ) by means of a weld seam which is arranged at the same end of the holding element ( 42 ) as conical end faces ( 44 ) which face the conical wall surface ( 38 ) of the annular groove ( 36 ) fit positively.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the weld seam ( 46 ) is designed as a circumferential weld seam.