ES2902461T3 - Servomotor para válvula o compuerta industrial con tarjeta de empalme y conector - Google Patents

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Abstract

Conjunto de servomotor (10, 100, 200) que comprende un servomotor (10) y un conector (100, 200), comprendiendo el conjunto de servomotor (10, 100, 200) además medios de acoplamiento (13) a un árbol de válvula industrial, medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo, y un motor eléctrico (11) y una cadena cinemática conectados uno a otro para aplicar una acción sobre la citada válvula, así como una unidad de control local para controlar el motor (11) y la cadena cinemática bajo el control del control externo, donde los citados medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo comprenden una caja de protección (12) de la unidad de control local, caracterizado por que los citados medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo comprenden además una tarjeta de empalme (26) que obtura una cara perforada de la caja de protección (12), así como terminales metálicos (30) que definen contactos eléctricos individuales que sobresalen de la tarjeta (26) en el lado externo de la caja de protección (12) para conexión manual sin herramienta ni tornillos, quedando colocada la tarjeta de empalme (26) para obturar la cara perforada en lado interior de la misma, comprendiendo el servomotor (10) además una pieza de material elastómero (27) que se extiende paralelamente a la tarjeta de empalme (26) en su cara externa, perforada para dejar pasar a los terminales (30), y rodear a cada uno de los citados terminales con un labio (50) formado en el material elastómero para la estanqueidad, y colocada para asegurar igualmente la estanqueidad entre la tarjeta de empalme (26) y el contorno interno de la cara perforada de la caja de protección (12), comprendiendo el conjunto de servomotor (10, 100, 200) además un conector extraíble (100; 200) que comprende una caja (110; 210) y conectores individuales (120; 220) de los citados terminales (30) dispuestos en una cara de la caja (110, 210) del conector extraíble (100, 200) para conectar o desconectar simultáneamente los citados terminales (30).

Description

DESCRIPCIÓN
Servomotor para válvula o compuerta industrial con tarjeta de empalme y conector
La invención se refiere a un conjunto de servomotor eléctrico para órganos de regulación de circuitos de fluido en contexto industrial, tales como válvulas o compuertas industriales, y un conjunto para implementar un servomotor con conector.
Los servomotores para válvulas industriales son sistemas electromecánicos que actúan sobre una válvula en un circuito industrial de fluido, para, en función de la presión encontrada en la válvula, actuar para cerrarla, abrirla o mantenerla en su estado actual.
Los servomotores son adecuados para diferentes tipos de válvulas y, ser por tanto servomotores de cuarto de vuelta o multivuelta. Estos se utilizan a menudo en condiciones ambientales exigentes y, por lo tanto, deben ser a menudo estancos, impermeables al polvo y resistentes al frío o al calor. En efecto, se encuentran servomotores para válvulas industriales en entornos difíciles tales como las refinerías, las centrales nucleares o las plantas de depuración.
Los servomotores eléctricos comprenden un motor eléctrico y una cadena cinemática para transmitir una potencia del motor a un elemento de accionamiento de la válvula, desmultiplicando de manera adecuada el par facilitado por el motor.
Los mismos tienen también sensores para seguir el estado de la válvula y una unidad de control local para controlar el motor y la cadena cinemática. Esta puede recibir controles de una unidad de control exterior al servomotor colocada en otro lugar de la instalación industrial, y que puede estar encargada de controlar varios servomotores colocados en diferentes válvulas de la instalación.
Para transmitir estos controles, así como la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento del motor, así como en sentido inverso las señales provenientes de los sensores internos, está presente una conexión eléctrica con múltiples contactos, independientes uno de otro, en una pared de una de las envueltas del servomotor. Clásicamente, cada vez que se desmonta y se vuelve a montar el servomotor en una válvula dada, conviene desmontar la conexión eléctrica de múltiples contactos, lo que implica numerosas operaciones de atornillado y de desatornillado de tornillos en los terminales de ojal. Esto es largo y tedioso y, a veces, fuente de error. La estanqueidad se garantiza, en particular, con la ayuda de prensaestopas que conviene apretar.
El documento EP2359373A2 divulga un servomotor para una válvula industrial. Los documentos US6683789B1, US6317332B1 y US2005/122694A1 divulgan una caja electrónica con conector extraíble.
Se desea por consiguiente establecer soluciones alternativas, con material más fácil de utilizar y preferentemente menos pesado.
Para ello, se propone un conjunto de servomotor para válvula industrial que comprende medios de acoplamiento a un árbol de la válvula industrial, medios para recibir potencia eléctrica y un control externo y en sentido inverso enviar señales, y un motor eléctrico y una cadena cinemática conectados uno a otro para aplicar una acción sobre la citada válvula, así como una unidad de control local para controlar el motor y la cadena cinemática bajo el control del control externo.
El conjunto de servomotor está caracterizado por que los citados medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo comprenden una caja de protección de la unidad de control local y una tarjeta de empalme que obtura una cara perforada de la caja, así como terminales metálicos que definen contactos eléctricos individuales que sobresalen de la tarjeta en el lado externo de la caja para conexión manual sin herramienta ni tornillos, estando colocada la tarjeta de empalme para obturar la cara perforada en el lado interior de la misma, y el conjunto servomotor comprende, además, una pieza de material elastómero que se extiende paralelamente a la tarjeta de empalme en su cara externa, perforada para dejar pasar a los terminales y rodear a cada uno de los citados terminales con un labio formado en el material elastómero para la estanqueidad, y posicionada para asegurar igualmente la estanqueidad entre la tarjeta de empalme y el contorno interno de la cara perforada de la caja.
La invención consiste también en un conjunto servomotor con conector que comprende un servomotor para válvula industrial como se ha mencionado anteriormente, que comprende además un conector extraíble que comprende una caja y contactores complementarios de los citados terminales dispuestos en una cara de la caja para conectar o desconectar simultáneamente los citados terminales.
Según características opcionales y ventajosas:
la pieza de material elastómero comprende labios en toda su circunferencia, que se ensambla con el contorno interno de la cara perforada de la caja por apriete, y que los labios se deforman durante el apriete para asegurar la estanqueidad;
la pieza de material elastómero es de caucho EPDM;
la tarjeta de empalme está conectada a la unidad de control local en su cara interna con un cableado reducido con respecto a lo que se hacía con la técnica anterior;
la tarjeta de empalme comprende un circuito impreso, así como una pieza de plástico rígido ensamblada al circuito impreso en su cara opuesta a la pieza de material elastómero, para asegurar la retención de la tarjeta de empalme, y dotarla de rigidez, y así facilitar la inserción de terminales complementarios sobre los citados terminales metálicos;
- en un modo de realización, los contactores complementarios son horquillas insertadas con fuerza en una pared de la caja;
- en otro modo de realización, los contactores complementarios son horquillas retenidas flotando entre dos piezas que forman una pared de la caja;
ventajosamente, los contactores complementarios comprenden un elemento de contacto pretensado para promover el contacto eléctrico;
El servomotor puede ser en particular un servomotor multivuelta o de cuarto de vuelta. A modo de ejemplo, la cadena cinemática puede comprender o estar constituida por un tornillo sin fin y un tren epicicloidal.
La invención se comprenderá mejor, y otros objetos, características, detalles y ventajas de la misma aparecerán más claramente en la descripción explicativa que sigue, hecha con referencia a los dibujos adjuntos dados únicamente a modo de ejemplo que ilustran un modo de realización de la invención y en los cuales:
- La figura 1 es una vista de un servomotor según la invención;
- La figura 2 es una vista de la caja eléctrica del servomotor de la figura 1;
- La figura 3 es una vista, en despiece ordenado, de un aspecto de la invención correspondiente a las vistas de las figuras 1 y 2;
- La figura 4 es una vista en corte del mismo aspecto de la invención;
- La figura 5 es una vista de tres cuartos de un segundo aspecto de la invención;
- La figura 6 es una vista en despiece ordenado de un primer modo de realización del segundo aspecto de la invención;
- La figura 7 es una vista de detalle de este primer modo de realización;
- La figura 8 es una vista en despiece ordenado de un segundo modo de realización del segundo aspecto de la invención;
- La figura 9 es una vista de detalle de este segundo modo de realización;
- La figura 10 es una vista de un detalle de realización del segundo modo de realización.
En la figura 1, se ha representado un servomotor 10 que comprende un motor eléctrico 11 dentro de una envuelta protectora, una caja eléctrica 12 para acoger a las funciones de control y mando del servomotor, medios de acoplamiento 13 (atrás en la figura) a una válvula, un control manual en forma de un volante 14, una caja de interfaz de cliente 15, una salida para los cables 16 o 17 en la caja de interfaz de cliente 15 o su tapa. El servomotor puede comprender una interfaz hombre-máquina con una pantalla de cristales líquidos y botones pulsadores (no representada).
Una de las caras de la caja eléctrica 12 está perforada pero obturada por una placa de conexión eléctrica 20. Esta última tiene una cara orientada hacia el exterior de la caja 12 y una cara orientada hacia el interior de la misma. La caja de interfaz de cliente 15 está fijada a la caja eléctrica 12 en su cara obturada alrededor de la placa de conexión eléctrica 20, por cuatro tornillos (no representada).
En el interior de la caja eléctrica 12, representada aquí en una versión del servomotor sin electrónica, levas 23 interactúan con interruptores 21 colocados en la cara interior de la placa de conexión eléctrica 20. La placa de conexión eléctrica 20 permite una conexión eléctrica sin cableado del interior del servomotor, al menos para ciertas funciones, como las conexiones vinculadas a interruptores. Está presente un cableado para la transmisión de la potencia y las eventuales opciones como el potenciómetro de reproducción de la posición de la válvula. Se especifica, a modo no limitativo, que la invención puede ser utilizada también con una versión del servomotor con electrónica, en la cual se dirigen controles externos del usuario a la electrónica a bordo del servomotor, estando esta última encargada, entre otras cosas, del arranque del motor y de la definición de su sentido de rotación.
La cadena cinemática del servomotor comprende un tornillo sin fin y un tren epicicloidal (no representados). Estos elementos, así como el motor eléctrico, son controlados por la unidad de control dispuesta en el interior de la caja eléctrica 12, la cual recibe la potencia eléctrica y las señales de control por la placa de conexión eléctrica 20.
Sensores (no representados), miden el comportamiento de la válvula y del motor, y las informaciones que recogen son transmitidas por la placa de conexión eléctrica 20 y la caja de conexión 15 hacia una unidad de control externo (no representada) que en retorno transmite la señal de control.
La caja eléctrica 12 está representada en la figura 2, en vista en despiece ordenado, siendo situada la placa de conexión eléctrica 20 antes de ser atornillada con la ayuda de una decena de tornillos insertados desde el exterior de la caja eléctrica 12. Estos tornillos tienen la referencia 40 y son introducidos en agujeros en la caja 12 y luego en orificios roscados 28 de la placa de conexión eléctrica 20.
La placa de conexión eléctrica 20 está constituida por el ensamblaje de una placa plástica de retención 25 en el lado interno de la caja, de una tarjeta de empalme 26 en forma de un circuito impreso, y de una membrana elastómera 27 colocada contra la tarjeta de empalme 26 en su cara dirigida hacia el exterior de la caja eléctrica 12. Estas tres placas globalmente rectangulares quedan colocadas una contra otra, sus respectivos lados grandes paralelos uno a otro y en el orden indicado, de modo que constituyen la placa de conexión eléctrica 20 que también es globalmente rectangular, de dimensión adecuada para obturar la cara abierta de la caja eléctrica 12. Terminales de conexión eléctrica individuales 30 sobresalen de la membrana elastómera 27 en el lado del exterior de la caja eléctrica. 12.
La placa de conexión eléctrica 20 se presenta más en detalle en la figura 3, en una vista en despiece ordenado. Los terminales de conexión eléctrica individuales 30 están soldados directamente a la tarjeta de empalme 26, la cual dispone de pistas de metal conductor tal como el cobre para la conexión de los diferentes componentes interiores de la caja eléctrica 12. En su cara externa, los terminales 30 están destinados a ser objeto de una conexión extraíble por el usuario, en función de las necesidades de configuración del servomotor. Estas pueden ser en número de 51. En la cara interna de la placa conexión eléctrica 20, están presentes también terminales de conexión, al lado de interruptores, para la conexión eléctrica y la interacción con los componentes internos en la caja eléctrica.
La membrana elastómera 27 tiene ranuras pasantes 50, dispuestas y dimensionadas para dejar pasar a los terminales 30 de conexión, y rodeadas cada una por un labio formado en el material elastómero para la estanqueidad.
El material elastómero puede ser caucho EPDM (monómero de etileno-propileno-dieno).
El borde 60 de la membrana elastómera 27 comprende también un labio para la estanqueidad. Este labio es aplastado durante el apriete de la placa de conexión eléctrica 20 contra la cara interna de la circunferencia de la abertura de la cara perforada de la caja eléctrica 12. Al final, por su diseño, la placa de conexión eléctrica 20 constituye una barrera de estanqueidad entre exterior e interior de la caja eléctrica 12.
La placa plástica de retención 25 comprende agujeros roscados 29 en relieve para formar, con las correspondientes aberturas de la membrana elastómera 27 y de la tarjeta de empalme 26, los agujeros 28 representados en la figura 2 y recibir a los tornillos 40 representados igualmente en la figura 2, para fijar conjuntamente las tres partes de la tarjeta de empalme 26 y presionarlas y retenerlas contra el interior de la cara perforada de la caja 12. La figura 4 muestra el borde 60 que lleva los labios aplastados contra la caja eléctrica 12. Se ven también a los terminales 30 atravesar los labios 50 de la membrana elastómera 27.
Es fácil para un usuario del servomotor enchufar partes hembra de los terminales complementarios en los terminales 30. Los conectores se colocan uno a uno, a mano.
Los terminales utilizados son, por ejemplo, terminales Faston (marca de la empresa AMP TE).
La figura 5 muestra la placa de conexión eléctrica 20, de la cual solo son visibles la membrana elastómera 27 y los terminales 30. La placa de conexión eléctrica 20 ha sido atornillada al interior de la caja eléctrica 12. Se aproxima un conector múltiple 100 y se utiliza para conectar todos los terminales 30 al mismo tiempo. El conector múltiple 100 está diseñado en forma de una caja paralelepipédica rectangular 110 con una salida 111 para los cables. El mismo se atornilla a la caja 12 por tornillos que se insertan en los orificios 112 del conector múltiple 100 y se encajan en los agujeros roscados 45 de la caja 12, adaptados al diámetro de los tornillos para formar con ellos un sistema de fijación.
Un primer modo de realización del conector múltiple 100 se muestra en la figura 6. Este comprende un soporte 115 de material de polímero plástico en el cual se montan con fuerza conectores individuales 120 por encaje a presión, admitiendo una vez que los conectores están en su lugar un movimiento paralelo a los terminales 30 del servomotor. Los conectores individuales 120 están cableados individualmente en el interior del conector 100 para llevar la potencia eléctrica y las diferentes señales de control y de seguimiento del servomotor hacia y desde la salida 111 para los cables.
La figura 7 muestra el montaje de un conector individual 120 en el soporte 115, el cual después de la inserción con fuerza, queda retenido por la inserción de un nervio 116 en una ranura 121 del conector individual 120. A una y otra parte de la ranura 121, el conector 120 individual está constituido por dos horquillas. La horquilla que mira hacia el terminal 30 se aprieta y ajusta para contactar eléctricamente el terminal 30 con buena fiabilidad. La horquilla opuesta al terminal 30 está adaptada para conectarse eléctricamente de una manera o de otra, en particular, por ejemplo, con terminales Faston hembra.
Una multihoja pretensada presente en la horquilla que está enfrente del terminal 30 permite hacer fiable el contacto eléctrico. Una multihoja de este tipo es visible en la figura 10 en el marco del segundo modo de realización.
La figura 8 muestra una variante del conector múltiple presentado anteriormente. Este otro conector múltiple tiene la referencia 200 y está diseñado en forma de una caja paralelepipédica rectangular 210 con una salida 211 para los cables.
El conector múltiple 200 comprende un soporte 215 de material de polímero plástico en el cual conectores individuales 220 están montados interpuestos entre el soporte 215 y una pieza de interposición de material polímero plástico 230. Los conectores individuales 220 son cableados individualmente en el interior del conector 200 de modo que lleven la potencia eléctrica y las diferentes señales de control y de seguimiento del servomotor hacia y desde la salida 211 para los cables.
La figura 9 muestra el montaje de un conector individual 220 entre el soporte 215 y la pieza de interposición 230. El conector individual 220 tiene una forma esférica 221, el soporte tiene una forma esférica complementaria 216, y la pieza de interposición 230 tiene orificios pasantes 231, que permiten definir grados de libertad para el conector 220 individual durante su acoplamiento con el terminal 30 correspondiente.
A una y otra parte de la forma esférica 221, el conector individual 220 está constituido por dos horquillas. La horquilla que está enfrente del terminal 30 se aprieta y ajusta para contactar eléctricamente el terminal 30 con buena fiabilidad. Una multihoja 225 pretensada presente en la horquilla que está enfrente del terminal 30 permite hacer fiable el contacto eléctrico. Esta multihoja múltiple es visible en la figura 10. La horquilla que es opuesta al terminal 30 se conecta eléctricamente de una forma u otra, en particular, por ejemplo, con terminales Faston hembra.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) que comprende un servomotor (10) y un conector (100, 200), comprendiendo el conjunto de servomotor (10, 100, 200) además medios de acoplamiento (13) a un árbol de válvula industrial, medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo, y un motor eléctrico (11) y una cadena cinemática conectados uno a otro para aplicar una acción sobre la citada válvula, así como una unidad de control local para controlar el motor (11) y la cadena cinemática bajo el control del control externo, donde los citados medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo comprenden una caja de protección (12) de la unidad de control local, caracterizado por que los citados medios para recibir una potencia eléctrica y un control externo comprenden además una tarjeta de empalme (26) que obtura una cara perforada de la caja de protección (12), así como terminales metálicos (30) que definen contactos eléctricos individuales que sobresalen de la tarjeta (26) en el lado externo de la caja de protección (12) para conexión manual sin herramienta ni tornillos, quedando colocada la tarjeta de empalme (26) para obturar la cara perforada en lado interior de la misma, comprendiendo el servomotor (10) además una pieza de material elastómero (27) que se extiende paralelamente a la tarjeta de empalme (26) en su cara externa, perforada para dejar pasar a los terminales (30), y rodear a cada uno de los citados terminales con un labio (50) formado en el material elastómero para la estanqueidad, y colocada para asegurar igualmente la estanqueidad entre la tarjeta de empalme (26) y el contorno interno de la cara perforada de la caja de protección (12), comprendiendo el conjunto de servomotor (10, 100, 200) además un conector extraíble (100; 200) que comprende una caja (110; 210) y conectores individuales (120; 220) de los citados terminales (30) dispuestos en una cara de la caja (110, 210) del conector extraíble (100, 200) para conectar o desconectar simultáneamente los citados terminales (30).
2. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según la reivindicación 1, caracterizado por que la pieza de material elastómero (27) comprende labios en toda su circunferencia, por que la misma está ensamblada con el contorno interior de la cara perforada de la caja de protección (12) por apriete, y por que los labios se deforman durante el apriete para asegurar la estanqueidad.
3. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que la pieza de material elastómero (27) es de caucho EPDM.
4. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la tarjeta de empalme (26) está conectada en su cara interna y sin cableado a la unidad de control local.
5. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la tarjeta de empalme (26) es un circuito impreso, asegurando una pieza de plástico rígido (25) ensamblada al circuito impreso (26) en su cara opuesta a la pieza de material elastómero (27), la retención de la tarjeta de empalme (26) y que facilita la inserción de terminales complementarios en los citados terminales metálicos (30).
6. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los conectores individuales (120) son horquillas insertadas con fuerza en un soporte (115) de la caja (110, 210).
7. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los conectores individuales (220) son horquillas mantenidas flotando entre dos partes (215, 320) que forman una pared de la caja (110, 210).
8. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que los conectores individuales (120, 220) comprenden un elemento de contacto pretensado (225) para favorecer el contacto eléctrico.
9. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el servomotor (10) es un servomotor multivuelta o de cuarto de vuelta.
10. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la cadena cinemática comprende un tornillo sin fin y un tren epicicloidal.
11. Conjunto de servomotor (10, 100, 200) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la citada pieza hecha de material elastómero (27) comprende ranuras pasantes (50) para dejar pasar a los terminales (30), rodeadas cada una por un labio formado en el material elastómero (27) para su estanqueidad.
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