DE602004004604T2 - Thermischer Isolator und gesteuertes ventil mit dem thermischen Isolator - Google Patents

Thermischer Isolator und gesteuertes ventil mit dem thermischen Isolator Download PDF

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen thermische Isolatoranordnungen und im Besonderen einen thermischen Isolator zur Verwendung bei mit einer Antriebseinrichtung geregelten Ventilen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ferngesteuerte und automatische Regelmechanismen ermöglichen eine erhöhte Produktivität und eine gesteigerte Sicherheit bei vielen industriellen Anwendungen. Beispielsweise können ferngesteuerte oder automatisch geregelte Ventile eingesetzt werden, um die Strömung von heißen Prozessfluiden und Hochdruckdampf in vielen industriellen und kommerziellen Anwendungsfällen zur Regelung eingesetzt werden. Diese ferngesteuerten und automatischen Regler machen den früheren Einsatz von Arbeitern zum Öffnen und Schließen derartiger Stromregelventile überflüssig, wodurch die Möglichkeit von menschlichen Fehlern ausgeschlossen wird, die Anzahl von Angestellten, welche zur Bedienung komplexer Fluidtransfersysteme benötigt werden reduziert und die Möglichkeit verringert wird, dass ein Arbeiter verletzt werden kann, wenn ein Leck oder eine Fehlfunktion im Umgang mit dem heißen Prozessfluid auftritt.
  • Früheferngesteuert geregelte Ventile, die heute noch bei vielen Anwendungsfällen im Einsatz sind, verwenden mit Magnetventil angetriebene Linearbetätiger, um die Ventile zu öffnen und zu schließen, um die hier hindurch gehende Fluidströmung zu steuern. Die Regelung für solche Magnetventile ist typischerweise zentral angeordnet, wobei Versorgungsleitungen durch jeden der Magnete an jedem Ort der Steuerventile laufen. Diese Ventile ermöglichen typischerweise nur AUF- und ZU-Steuerung der Ventile.
  • Um eine variable Strömungskontrolle zu schaffen, muss die Position des Ventilstößels exakt geregelt werden.
  • Derartige Betätiger verwenden elektrische Steuersignale, um einen Elektromotor zu veranlassen zu arbeiten, entweder durch Getriebe oder einen Zahnstangenmechanismus, um das Ventil so zu steuern, dass es öffnet, schließt oder sich in teilweise geöffnete Positionen stellt. Dies macht es möglich, dass das Ventil die Strömung von heißen Prozessfluiden oder Dampf mittels ferngesteuert erzeugter Steuersignale verschiedener Größen zu regeln.
  • In Einrichtungen, welche heiße Prozessfluide oder Dampf handhaben, wird von dem Prozessfluid oder Dampf eine beträchtliche Wärmemenge von dem Ventilstößel zu der Betätigeranordnung geleitet. Ungünstigerweise wirkt eine angestiegene Wärme fatal auf die magnetischen Eigenschaften des Magnetventilregelmechanismus sowie auf Kunststoffgetriebe und deren innere Bauteile. Im Ergebnis ist eine exakte Regelung der Ventilstößelposition schwierig. Dies rührt von der Tatsache her, dass zusätzliche Energie zu dem Magneten zugeführt werden muss, wenn die Temperatur des Magneten durch diesen thermischen Übergang gestiegen ist. Dieses Problem der exakten Regelung wird verschärft durch die verschiedenen Instalationsorte und die Impedanz der Energieleitungen von der Zentralsteuerung zu jedem Ort der individuell gesteuerten Magnetventile. Ähnlich wie bei den magnetgesteuerten Ventilen hat die Zunahme von Wärme, welche von dem Ventilstößel zu dem Betätiger geleitet wird negative Auswirkungen auf die Eignung des Motors, in einem geregelten Niveau zu arbeiten.
  • Modernere ferngesteuert und automatisch geregelte Ventile haben die elektronischen Regelungen am Ort des geregelten Ventils. Eine solche Konstruktion überwindet die Probleme, welche damit einhergehen, die Position eines Ventilstößels in einem weitverteilten Fluidprozessregelsystem von einem zentralisierten Ort aus exakt zu regeln. Während integrierte Elektronik die Eignung eines Venils zur exakten Regelung der hindurchgehenden Strömungsrate steigern, hat die Unfähigkeit der Elektronik, einer höheren Temperaturumgebung standzuhalten deren Verwendbarkeit für Prozessregelsysteme für hohe Temperaturprozessfluide und Dampf eingeschränkt. Wenn also Ventile verwendet werden, um heiße Prozess fluide oder Dampf zu regeln, wird eine beträchtliche Wärmemenge durch den Ventilstößel zu dem Betätiger übertragen. Dies kommt daher, weil der bewegliche Abschnitt des Betätigermechanismus starr mit dem Ventilstößel verbunden sein muss, um zu bewirken, dass das Ventil richtig arbeitet. Ein derartiger Transfer kann für sensible Komponenten in dem Betätiger, wie z. B. die Regelschaltungselektronik, den Motor des Betätigers, Kunststoffgetriebe und die inneren Bestandteile schädlich sein.
  • Das US Patent US-A-5,098,063 offenbart ein Ventil mit einem Gehäuse mit einem Stößel, welcher auf einer Ventilachse zentriert ist, und mit einer Spindel, welche mit dem Stößel axial verläuft und von diesem axial vorragt. Ein Ventilbetätiger hat einen elektrischen Antriebsmotor mit einem Gehäuse und eine von dem Gehäuse vorragende Antriebswelle. Eine zweiteilige Kupplung ist an der Antriebswelle des Ventilbetätigers befestigt und passt über die Spindel des Ventils, um die beiden Teile miteinander rotationsmäßig zu verbinden. Zwischen den einzelnen Teilen der Kupplung ist kein thermischer Isolator vorgesehen, um thermischen Übergang zwischen diesen zu verhindern.
  • Dementsprechend besteht im Stand der Technik ein Bedarf für einen thermischen Isolator, welcher einen Ventilbetätiger mit dem Ventil fest verbindet, und welcher einen einwandfreien Betrieb der Betätiger/Ventilkombination ermöglicht, während ein unerwünschter Wärmeübergang von dem Ventil zu dem Betätigermechanismus verhindert wird.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Unter dem Eindruck des zuvor Gesagten schlägt die vorliegende Erfindung einen neuen und verbesserten thermischen Isolator vor, welcher beispielsweise eingesetzt werden kann, uns einen Ventilbetätiger von dem Ventilstößel, welcher ihn regelt thermisch zu isolieren. Im Besonderen schlägt die vorliegende Erfindung einen neuen und verbesserten thermischen Isolator vor, welcher eine starre Verbindung zwischen dem Ventilbetätiger und dem Ventilstößel schafft, welcher in Kontakt mit dem heißen Prozessfluid oder Dampf steht.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der thermische Isolator der vorliegendne Erfindung ein Kupplungsglied für den Ventilstößel, welcher an dem Ventilstößel angebracht ist, eine Betätigermanschette, welche an dem Betätiger angebracht ist, und einen thermischen Isolator, welcher dazwischen angeordnet ist, um den thermischen Transfer von dem Kupplungselement des Ventilstößels zu der Betätigungsmanschette zu minimieren. Um eine axiale Starrheit für linear betätigte Ventile aufrecht zu erhalten, werden Scheiben verwendet, um eine erhöhte Kompressionskraft bei der Herstellung der Anordnung zu ermöglichen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Hülse des Ventilstößels mit einem Gewinde versehen, um einen mit Gewinde versehenen linear betätigten Ventilstößel aufzunehmen. In alternativen Ausführungsformen ist die Hülse so gestaltet, dass sie den Ventilstößel von drehbetätigten Ventilen aufnimmt; eine derartige Konfiguration kann geometrische Formen umfassen, welche flache Seiten aufweist, um eine Drehbeätigung des Ventilstößels zu ermöglichen. In ähnlicher Weise ist die Betätigermanschette auch konfiguriert, um den linearen oder drehrichtungsorientierten Betätiger aufzunehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Manschettenglied Stiftlöcher, um zu ermöglichen, den Betätigerarm zu verstiften. Bei anderen Ausführungsformen kann die Manschette mit Gewinde versehen werden oder plangedreht sein.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
    Ähnlich wie bei den magnetgesteuerten Ventilen hat die Zunahme von Wärme, welche von dem Ventilstößel zu dem Betätiger geleitet wird negative Auswirkungen auf die Eignung des Motors, in einem geregelten Niveau zu arbeiten.
    hat eine Anordnung mit einem thermischen Isolator zur Verwendung zwischen einem Betätigerarm und einem Ventilstößel ein erstes Kupplungsglied mit einer Bodenwand, welche eine erste Öffnung aufweist. Das erste Kupplungsglied hat auch wenigstens eine Seitenwand, welche zur Anbringung an dem Betätigerarm geeignet ist. Ein zweites Kupplungsglied hat einem Schaftabschnitt, welcher sich durch die erste Öffnung erstreckt. Der Schaftabschnitt hat eine Bohrung, welche geeignet ist, den Ventilstößel aufzunehmen. Ein Paar thermischer Isolatoren ist auf jeder Seite der Bodenwand positioniert. Jeder hat eine Öffnung, welche mit der Öffnung des ersten Kupplungsgliedes kommuniziert, um einen Zentraldurchgang zu bilden. Der Schaftabschnitt des zweiten Kupplungsgliedes ist in dem Zentraldurchgang positioniert und darin starr befestigt. Die thermischen Isolatoren verhindern einen thermischen Übergang von dem zweiten Kupplungsglied zu dem ersten Kupplungsglied.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jeder der thermischen Isolatoren einen Flansch in einer Höhe von etwa der halben Dicke der Bodenwand. Der Flansch ist in der ersten Öffnung positioniert, um einen thermischen Übergang von dem zweiten Kupp lungsglied zu einer inneren Wand der ersten Öffnung zu verhindern. In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Öffnung kreisförmig und der Flansch ringförmig. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die erste Öffnung plangedreht, und eine äußere Wand des Flansch ist plangedreht, um mit der plangedrehten ersten Öffnung zusammenzupassen. Vorzugsweise hat das zweite Kupplungsglied einen Kopfabschnitt an einem äußeren Ende des Schaftabschnitts, mit einem Durchmesser, welcher größer ist als ein Durchmesser des Schaftabschnitts. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine erste Scheibe zwischen dem Kopfabschnitt und dem thermischen Isolator angeordnet. Ein inneres Ende des Schaftabschnitts ist umgebördelt, und eine zweite Scheibe ist zwischen dem umgebördelten inneren Ende des Schaftabschnitts und dem thermischen Isolator angeordnet.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine innere Oberfläche der Bohrung mit einem Gewinde versehen, während in einem anderen Ausführungsbeispiel die innere Oberfläche der Bohrung plangedreht ist. Vorzugsweise bildet die innere Oberfläche der Bohrung ein quadratisches "D". In einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Seitenwand wenigstens ein Stiftloch. In einem Ausführungsbeispiel ist die Bodenwand kreisförmig und die Seitenwände bilden eine zylindrische Seitenwand. Vorzugsweise ist das erste Kupplungsglied aus Stahl, das zweite Kupplungsglied aus Bronze und die thermischen Isolatoren sind aus Polyphenylensulfid. Die thermischen Isolatoren aus Polyphenylensulfid sind vorzugsweise mit Glasfasern verstärkt; in einem Ausführungsbeispiel sind sie zu 40 % mit Glasfasern verstärkt.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat eine thermische Isolatoranordnung ein erstes Kupplungsglied mit einer zylindrischen Seitenwand und einer Bodenwand mit einer Öffnung. Ein zweites Kupplungsglied hat einen Schaftabschnitt, welcher durch die Öffnung hindurchgehend angeordnet ist. Der Schaftabschnitt definiert hierin eine Bohrung. Ein thermischer Isolator ist zwischen dem ersten Kupplungsglied und dem zweiten Kupplungsglied angeordnet, um einen thermischen Übergang von dem zweiten Kupplungsglied zu dem ersten Kupplungsglied zu verhindern. Vorzugsweise weist der thermische Isolator ein Paar thermischer Isolatorkörper auf, welcher auf jeder Seite der Bodenwand des ersten Kupplungsglieds angeordnet sind, welche jeweils eine Öffnung haben. Der Schaftabschnitt des zweiten Kupplungsglieds ist durch die Öffnung hindurchgehend positioniert. Darüber hinaus hat wenigstens einer der thermischen Isolatorkörper einen ringförmigen Flansch, welcher in der Öffnung der Bodenwand angeordnet ist, um einen thermischen Übergang zwischen dem zweiten Kupplungsglied und einer Seitenwand der Öffnung in der Bodenwand zu verhindern. In einem Ausführungsbeispiel bestehen die thermischen Isolatorkörper aus RytonTM R-4. Vorzugsweise hat das zweite Kupplungsglied einen Kopfabschnitt mit einem Durchmesser, welcher größer ist, als die Öffnung in dem thermischen Isolator. Ein inneres Ende des Schaftabschnitts ist umgebördelt, um eine starre Anordnung zu bilden.
  • In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat ein Regelventil einen Ventilkörper mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Ventilmechanismus, welcher durch einen Ventilstößel betätigt wird. Eine Betätigeranordnung ist in der Nähe des Ventilkörpers angeordnet und weist einen Betätigerarm auf. Eine thermische Isolatoranordnung koppelt den Betätigerarm mit dem Ventilstößel. Die thermische Isolatoranordnung hat ein erstes Kupplungsglied mit einer Bodenwand mit einer ersten Öffnung. Das erste Kupplungsglied hat auch wenigstens eine Seitenwand, die zur Befestigung mit dem Betätigungsarm ausgebildet ist. Ein zweites Kupplungsglied mit einem Schaftabschnitt erstreckt sich durch die erste Öffnung. Der Schaftabschnitt hat eine Bohrung, welche geeignet ist, um den Ventilstößel aufzunehmen. Ein Paar thermischer Isolatoren ist auf jeder Seite der Bodenwand angeordnet. Jeder hat eine Öffnung, welche mit der Öffnung des ersten Kupplungsglieds kommuniziert, um einen Zentraldurchgang zu bilden. Der Schaftabschnitt des zweiten Kupplungsglieds ist in dem Zentraldurchgang angeordnet und darin fest montiert. Die thermischen Isolatoren verhindern einen Wärmeübergang von dem zweiten Kupplungsglied zu dem ersten Kupplungsglied.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen, welche zur Beschreibung gehören und einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung, und zusammen mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung der Prinzipien der Erfindung.
  • 1 zeigt eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels lies thermischen Isolators gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der thermischen Isolatoranordnung gemäß 1.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben einer teilweise montierten Isolatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt einen Querschnitt der thermischen Isolatoranordnung gemäß 2.
  • 5 zeigt ein perspektivische Ansicht eines Regelventils, bei welchem den thermischen Isolator gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist.
  • 6 zeigt eine auseinandergezogene isometrische Ansicht mit einem alternativen Ausführungsbeispiel einer thermischen Isolatoranordnung, welche gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wird, wird damit keine Absicht verfolgt, diese auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, sämtliche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente im Schutzumfang der Erfindung, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist, einzuschließen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In 1 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines thermischen Isolators 10 für einen Ventilstößel, welche entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, dargestellt. Dieser thermische Isolator hat ein Kupplungsglied 12 für einen Betätigerarm, welches geeignet ist, an dem Betätigerarm des Betätigers des Ventils montiert zu werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das Kupplungsglied 12 dieses Betätigerarmes die Form einer Manschette haben, welche das Antriebsende des Betätigersarms darin aufnimmt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Manschette 12 Stiftlöcher 14 aufweisen, um Stifte des Betätigerarms hierin aufzunehmen. Andere Befestigungsmechanismen können ebenfalls eingesetzt werden, abhängig von der Anwendung und dem Betätiger, welcher verwendet wird, zum Beispiel mit Gewinde versehene Befestigungen, plangedrehte Befestigungen für Drehbetätiger usw.
  • Das Kupplungsglied 12 des Betätigerarms definiert darin auch eine Öffnung 16, welche so bemessen ist, dass sie einen Flansch 19, 21 von thermischen Isolatoren 18, 20 darin unterbringen kann. Vorzugsweise sind die beiden thermischen Isolatoren 18, 20 identisch ausgebildet, um die Herstellungskosten der thermischen Isolatoranordnung 10 für den Ventilstößel gemäß der vorliegenden Erfindung zu reduzieren. Beide thermischen Isolatoren 18, 20 sind aus einem Material mit einer niedrigen Leitfähigkeit und vorzugsweise mit einer hohen Kompressionsfähigkeit ausgebildet. Beispielsweise Polyphenylensulfidharze, welche von der Firma Chevron Phillips Chemical Company, LP, beispielsweise unter dem Markennamen RytonTM vertrieben werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das besondere Polyphenylensulfidharz verwendet, um die thermischen Isolatoren 18, 20 aus RytonTM R-4 zu konstruieren. Dieses Material ist eine mit 40 % Glasfaser verstärkte Polyphenylensulfidverbindung, einer thermischen Leitfähigkeit von 0,32 W/m·K. Im Vergleich: die thermische Leitfähigkeit von Stah1 beträgt 46 W/m·K, während Kupfer einen Koefficienten der thermischen Leitfähigkeit von 401 W/m·K hat.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Form der thermischen Isolatoren 80, 20 die einer Scheibe mit einem kleinen ringförmigen Flansch 19, 21 in einer Höhe, welche etwa gleich der Hälfte der Wanddicke des Kupplungsglieds 12 des Betätigerarms ist. Auf diese Weise können die beiden thermischen Isolatoren 18, 20 jeweils auf einer Seite der Bodenwand 22 des Kupplungselements 12 des Betätigerarms sandwichartig anliegen. In dieser Konfiguration schafft jeder thermische Isolator 18, 20 eine thermische Isolation für die innere und äußere Oberfläche der Bodenwand 22 sowie zu den inneren Wänden der Öffnung 16.
  • Ein Paar Scheiben 24, 26 werden vorzugsweise zwischen den thermischen Isolatoren und dem Kupplungsglied 28 des Ventilstößels eingesetzt. Diese Scheiben 24, 26 bieten einige zusätzliche thermische Isolation, erlauben es jedoch in der Hauptsache, dass die Anordnung 10 mit erhöhten Druckkräften konstruiert wird, sodass sich eine sehr feste Anordung 10 ergibt. In einem Ausführungsbeispiel sind diese Scheiben 24, 26 aus Edelstahl. Eine solche feste Anordnung 10 wird für mit hoher Präzision linear betätigte Ventilanwendungen benötigt, welche einen hohen Grad von Strömungsregelungseigenschaften hat. Bei solchen Anwendungen und bei einem solchen Ausführungsbeispiel korreliert die lineare Betätigung des Betätigerarms direkt mit einer ähnlichen linearen Betätigung des Ventilstößels durch die thermische Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels. Es wird jedoch angemerkt, dass andere Anwendungen eine derartige exzessive Festigkeit in einer linearen Richtung nicht benötigen könnten. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind das Kupplungsglied 12 des Betätigerarms sowie die Scheiben 24, 26 aus Stahl. Vorzugsweise ist das Kupplungsglied 28 des Ventilstößels aus Kostengründen aus Bronze hergestellt; es kann jedoch noch mehr bevorzugt aus Edelstahl hergestellt sein.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt ist, ist das Kupplungsglied 28 des Ventilstößels in seiner inneren Bohrung 30 durch seinen Schaftabschnitt 31 mit einem Gewinde versehen, um den Ventilstößel zu befestigen. Diese Konfiguration ist besonders zweckmäßig für linear betätigte Ventile. Der Kopfabschnitt 29 hat einen Durchmesser, welcher größer ist als die Öffnung der Scheibe 24.
  • Die fertig montierte Anordnung des thermischen Isolators 10 des Ventilstößels der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein mit Gewinde versehener Ventilstößel in der mit Gewinde versehenen Bohrung 30 des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels aufgenommen. Um eine sichere Verbindung zu erleichtern, kann der Kopfabschnitt 29 des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels eine plangedrehte äußere Fläche haben, um sie einer Verwendung eines Schlüssels zum Anziehen der mit Gewinde versehenen Kupplung gegen die Kontermutter an dem Ventilstößel anzupassen. Wenn der Betätigerarm an dem Ventilstößel sicher montiert ist, kann er in das Kupplungsglied 12 des Betätigerarms montiert und vor Ort über Stiftlöcher 14 verstiftet werden.
  • 3 zeigt eine Innenansicht der thermischen Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels nach 2 vor Vollendung des Zusammenbaus dieser Anordnung. Wie aus dieser Darstellung zu sehen ist erstreckt sich der Schaftabschnitt 31 des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels in das Innere des Kupplungsglieds 12 des Betätigerarms, durch den thermischen Isolator 20 und durch die Scheibe 26. Dieses Kupplungsglied 28 des Ventilstößels kann dann vor Ort zur Vervollständigung der Anordnung 10 befestigt werden. Während unterschiedliche Methoden zur Befestigung des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels vor Ort verwendet werden können, z. B. Anschrauben einer Mutter am Ende des Kupplungsglieds des Ventilstößels; eine bevorzugte Methode ist das Ende des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels mit einem Drehnieter umzubördeln, um eine feste Konstruktion über die Lebensdauer der thermischen Isolatoranordnung des Ventilstößels sicherzustellen.
  • Dieses bevorzugte Verfahren zur Konstruktion kann in einer Querschnittdarstellung der thermischen Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels gemäß der vorliegenden Erfindung in 4 betrachtet werden. Diese Querschnittsansicht macht auch das Zusammenwirken zwischen den beiden thermischen Isolatoren 18, 20 klar, wie diese in der Öffnung 16 in der Bohrung 20, 22 des Kupplungsglieds 12 des Betätigerarms sandwichartig vorliegen.
  • Die relative Dicke der Komponenten der Anordung 10 kann, abhängig von der Anwendung, für welche die Anordnung 10 benötigt wird, und dem Umfang der erforderlichen thermischen Isolation angepasst werden.
  • 5 zeigt einen beispielhaften Einbau der thermischen Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels für ein linear betätigtes Strömungsregelventil. Speziell die Betätigeranordnung 32 ist oben auf das Strömungsregelventil 34 in üblicher Weise montiert. Die thermische Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels ist zwischen dem Betätiger 32 und dem Ventil 34 angeordnet, wodurch sich eine starre Kupplung zwischen dem Betätigerarm 33 und dem Ventilstößel 35 ergibt, wobei sie diese beiden Komponenten thermisch isoliert, um die Menge der Wärme, welche in den Betätiger 32 von dem Ventil 34 geleitet wird, zu verringern.
  • Während die vorhergehenden Ausführungsbeispiele besonders dafür die Anwendung bei linear betätigten Strömungsregelungsventilen zweckmäßig sind, findet das Ausführungsbeispiel der thermischen Isolatoranordnung 10 des Ventilstößels, welches in 6 dargestellt ist, eine besondere Anwendung bei drehmäßig betätigten Ventilen. Insbesondere bei drehmäßig betätigten Ventilen ist die lineare Festigkeit der Anordnung 10 nicht so wichtig wie die Drehfestigkeit. Da drehmäßig betätigte Ventile (beispielsweise Kugelventile, Drosselventile usw.) durch Drehen ihres Ventilstößels arbeiten, ändert sich die lineare Position des Ventilstößels nicht. Stattdessen bestimmt die Winkeldrehung das Ausmaß, um welches das Ventil sich öffnen und schließen kann. Dementsprechend wird die Öffnung 16' in der Bodenwand 22 des Kupplungsglieds 12' des Betätigerarms modifiziert, sodass sie eine plangedrehte Wand 36 aufweist. Jeder der thermischen Isolatoren 18', 20' hat auch einen planförmigen, ringförmigen Flansch 38, 40. Somit wird eine feste Drehkupplung zwischen dem Kupplungsglied 12' des Betätigerarms und den thermischen Isolatoren 18', 20' aufrecht erhalten. Darüberhinaus sind die inneren Öffnungswände 42, 44 ebenfalls plangedreht, um eine feste Drehkupplung zwischen den thermischen Isolatoren 18', 20' und dem Schaftabschnitt 31' des Kupplungsglieds 28 des Ventilstößels sicherzustellen. In ähnlicher Weise sind die äußeren Wände 46 des Schaftabschnitts 31' des Kupplungsglieds 28' des Ventilstößels ebenfalls plangedreht. Die einzelne Konfiguration dieses Plandrehens kann stark variieren, abhängig von den Anforderungen an das Drehmoment der besonderen Anwendungen, für welche die thermische Isolatoranordnung 10' des Ventilstößels gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden soll. Die Bohrung 30' des Kupplungsglieds 28' des Ventilstößels ist ebenfalls oberflächenbearbeitet, um eine geeignete Drehkupplung für den Ventilstößel zu schaffen. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 gezeigt ist hat diese Bohrung 30' eine rechteckige D-Form, welche für Drehventilstößel typisch ist. Auch diese Konfiguration kann jedoch in großem Maße variieren, abhängig von der Konfiguration des Ventilstößels.
  • Wie dem Fachmann klar ist, ist die Erfindung, während die zuvorgehende Diskussion sich auf die Anwendung auf thermische Isolatoranordnungen 10 der vorliegenden Erfindung auf betätigte Ventile beschränkte, hierauf nicht beschränkt. Tatsächlich kann die thermische Isolatoranordnung 10 der vorliegenden Erfindung in einem weiten Feld angewendet werden, unabhängig davon, ob lineare oder drehmäßige Kupplungen gewünscht sind, ein Wärmetransfer hierüber wird jedenfalls nicht stattfinden.
  • Alle Zitate, einschließlich Publikationen, Patentanmeldungen und Patente, welche hier zitiert wurden, werden hiermit unter Bezugnahme hierauf im selben Ausmaß eingeschlossen, wie wenn jedes Zitat individuell und spezifisch angegeben wäre, um es unter Bezugnahme einzuschließen und hier in vollem Umfang genannt wäre.
  • Die Verwendung der Begriffe "ein", "eine/eines" und "der, die, das" und ähnliche Bezugnahmen im Kontext der Beschreibung der Erfindung (speziell im Kontext der folgenden Ansprüche) sind so zu behandeln, dass sie Singular- und Pluralformen ohne weitere Angaben oder klare Gegenangaben im Kontext meinen. Die Begriffe "mit", "haben", "einschließlich" und "enthalten" sind als offene Begriffe zu verwenden (d. h. sie bedeuten "enthalten, jedoch nicht hierauf beschränkt"), es sei denn, es ist in anderer Weise angegeben. Die Nennung von Bereichen von Werten ist nur dafür vorgesehen, als kurzes Verfahren zu dienen, um im Einzelnen darauf Bezug zu nehmen, für jeden einzelnen Wert, welcher in den Bereich fällt, wenn hier nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert ist in der Beschreibung enthalten, wie wenn er einzeln hierin genannt wäre. Alle hier genannten Verfahren können in jeder zweckmäßigen Art und Weise durchgeführt werden, wenn nicht anders angegeben, oder wenn im Kontext nicht klar das Gegenteil angegeben wird. Die Verwendung aller hier gebrachten Beispiele, oder einer beispielhaften Formulierung (z. B. "beispielsweise") ist nur zur besseren Darstellung der Erfindung gedacht und stellt keine Einschränkung des Schutzumfangs dar, es sei denn, es ist anders angegeben. Keine Formulierung in der Beschreibung soll angeben, dass ein nicht beanspruchtes Element für die Ausführung der Erfindung wesentlich sei.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind hier beschrieben, einschließlich der den Erfindern zur Ausführung der Erfindung bekannten besten Möglichkeiten. Variationen dieser bevorzugten Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann beim Studium der zuvorgehenden Beschreibung klar. Die Erfinder erwarten, dass der Fachmann diese Variationen als geeignet erkennt, und die Erfinder beabsichtigen, dass die Erfindung in anderer Weise als sie speziell hierin beschrieben ist, praktiziert wird. Dementsprechend umfasst die Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstandes, welcher in den angehängten Ansprüchen gemäß dem anwendbaren Gesetz in zulässiger Weise genannt wird.

Claims (16)

  1. Anordnung mit einem thermischen Isolator zur Verwendung zwischen einem Betätigungsarm und einem Ventilstößel, mit einem ersten Kupplungsglied (12; 12') mit einer Seitenwand, welche zur Anbringung an dem Betätigungsarm ausgearbeitet ist, und mit einer Bodenwand (22), welche eine erste dort hindurch gehende Öffnung (16; 16') aufweist, mit einem zweiten Kupplungsglied (28; 28') mit einem Schaftabschnitt (31; 31'), welcher sich durch die erste Öffnung (16; 16') hindurch erstreckt, wobei der Schaftabschnitt (31; 31') eine darin definierte Bohrung aufweist, welche zur Aufnahme des Ventilstößels geeignet ist, und gekennzeichnet durch einen thermischen Isolator (18; 18'), welcher zwischen dem ersten Kupplungsglied (12; 12') und dem zweiten Kupplungsglied (28; 28') angeordnet ist, um einen thermischen Transfer von dem zweiten Kupplungsglied (28; 28') zu dem ersten Kupplungsglied (12; 12') zu verhindern.
  2. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 1, mit einem Paar thermischer Isolatoren (18, 20; 18', 20'), welche auf jeder Seite der Bodenwand (22) des ersten Kupplungsglieds (12; 12') angeordnet ist, wobei jeder der thermischen Isolatoren (18, 20; 18', 20') darin eine zweite Öffnung aufweist, welche mit der ersten Öffnung (16; 16') kommuniziert, um dort hindurch einen zentralen Durchgang zu bilden, und wobei der Schaftabschnitt (31; 31') des zweiten Kupplungsglieds (28; 28') in dem zentralen Durchgang angeordnet und starr darin fixiert ist.
  3. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 2, wobei wenigstens einer der thermischen Isolatoren (18, 20; 18', 20') einen ringförmigen Flansch (19, 21; 38, 40) aufweist, welcher in der ersten Öffnung (16; 16') angeordnet ist, um einen thermischen Transfer zwischen dem zweiten Kupplungsglied (28; 28') und einer Seitenwand der ersten Öffnung (16; 16') zu verhindern.
  4. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 3, wobei die Höhe des ringförmigen Flansches (19, 21; 38, 40) etwa gleich der Hälfte der Dicke der Bodenwand (22) beträgt.
  5. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die erste Öffnung (16) an der Oberfläche plangedreht ist, und wobei eine äußere Wand des Flansches (38; 40) plangedreht ist, um mit der plangedrehten ersten Öffnung (16') zusammen zu passen.
  6. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kupplungsglied (28; 28') einen Kopfabschnitt (29; 29') an einem äußeren Ende des Schaftabschnitts (31; 31') aufweist, wobei der Kopfabschnitt (29; 29') einer Durchmesser hat, welcher größer ist als ein Durchmesser des Schaftabschnitts (31; 31'), mit einer ersten Scheibe (24), welche zwischen dem Kopfabschnitt (29; 29') und dem thermischen Isolator (18; 18') angeordnet ist.
  7. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 6, wobei ein inneres Ende des Schaftabschnitts (31; 31') umgebördelt ist, mit einer zweiten Scheibe (26), welche zwischen dem umgebördelten inneren Ende des Schaftabschnitts (31; 31') und dem thermischen Isolator (20; 20') angeordnet ist.
  8. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine innere Oberfläche der Bohrung (30) mit einem Gewinde versehen ist.
  9. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine innere Oberfläche der Bohrung (30') plangedreht ist.
  10. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 9, wobei eine innere Oberfläche der Bohrung (30') die Form eines viereckigen D bildet.
  11. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seitenwand darin wenigstens ein Stiftloch (14) aufweist.
  12. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodenwand (22) kreisförmig ist, und wobei die Seitenwand zylindrisch ist.
  13. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kupplungsglied (12; 12') aus Stahl ist, wobei das zweite Kupplungsglied (28; 28') aus Bronze ist, und wobei der thermische Isolator (18; 18') ein Polyphenylensulfid ist.
  14. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 13, wobei der thermische Isolator aus Polyphenylensulfid mit Glasfasern verstärkt ist.
  15. Anordnung mit einem thermischen Isolator nach Anspruch 14, wobei der glasfaserverstärkte thermische Isolator aus Polyphenylensulfid zu 40 % mit Glasfaser verstärkt ist.
  16. Regelventil mit einem Ventilkörper (34) mit einem Einlass, einem Auslass und einem dazwischen angeordneten Ventilmechanismus, wobei der Ventilmechanismus von einem Ventilstößel (35) betätigt wird, mit einer Betätigungsanordnung (32), welche in der Nähe des Ventilkörpers (34) angeordnet ist, wobei die Betätigungsanordnung einen Betätigungsarm (33) aufweist, mit einer Anordnung (10) mit einem thermischen Isolator, welche den Betätigungsarm (33) mit dem Ventilstößel (35) koppelt, wobei die Anordnung mit einem thermischen Isolator (10) ein erstes Kupplungsglied (12; 12') aufweist, mit einer Bodenwand (22), welcher eine darin angeordnete erste Öffnung (16; 16') aufweist, wobei das erste Kupplungsglied (12; 12') wenigstens eine Seitenwand aufweist, die zur Verbindung mit dem Betätigungsarm (33) geeignet ist, ein zweites Kupplungsglied (28; 28') mit einem Schaftabschnitt (31; 31') aufweist, welcher sich durch die erste Öffnung (16; 16') erstreckt, wobei der Schaftabschnitt (31; 31') eine darin angeordnete Bohrung (30; 30') aufweist, welche zur Aufnahme des Ventilstößels (35) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit einem thermischen Isolator außerdem ein Paar thermischer Isolatoren (18, 20; 18', 20') aufweist, welche auf jeder Seite der Bodenwand (22) angeordnet sind, wobei jeder thermische Isolator in sich eine zweite Öffnung aufweist, welche mit der ersten Öffnung (16; 16') kommuniziert, um einen zentralen dort hindurch gehenden Durchgang zu bilden, und wobei der Schaftabschnitt (31; 31') des zweiten Kupplungsglieds (28; 28') in dem zentralen Durchgang angeordnet und darin starr befestigt ist, und wobei die thermischen Isolatoren (18, 20; 18', 20') einen thermischen Transfer von dem zweiten Kupplungsglied (28; 28') zu dem ersten Kupplungsglied (12; 12') verhindert.
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