NL1033110C2 - Koppelingsysteem voor het in stromingsverbinding met elkaar brengen van pneumatische of hydraulische stuurcomponenten. - Google Patents

Description

I ·

Korte aanduiding: Koppelingsysteem voor het in stromingsverbinding met elkaar brengen van pneumatische of hydraulische stuurcomponenten.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een koppelingsysteem voor het in stromingsverbinding met elkaar brengen van pneumatische of hydraulische stuurcomponenten, in het bijzonder in de procesindustrie.

5 Veel pneumatische en hydraulische stuurcomponenten zoals drukregelaars, filters, terugslagkleppen, kranen, ventielen, etc. zijn af fabriek voorzien van aansluitpoorten met inwendige schroefdraad. Het verdient dan ook uit economische overwegingen de voorkeur om hiervan gebruik te maken om de stuurcomponenten te 10 koppelen. Echter, zodra de poorten voorzien zijn van conische schroefdraad ontstaat het probleem dat de inschroefdiepte en daarmee de afstand tussen de stuurcomponenten kan variëren. Tegelijkertijd is meestal een vaste positie van de stuurcomponenten wenselijk. Het ter plekke bepalen van de positie is een, met de huidige stand van de 15 techniek, achterhaalde methode. Een groot nadeel van het gebruik van de conische, al dan niet afdichtende, schroefdraad is de inschroefdiepte van de koppeling. Afhankelijk van de toleranties op de schroefdraad varieert deze. In de procesindustrie wordt overwegend gebruik gemaakt van NPT schroefdraad. De tolerantie op inschroef-20 diepte is ongeveer +/- 1 winding per schroefdraad. Per ingeschroefde koppeling kan de afwijking dus verdubbelen. Indien gebruik wordt gemaakt van afdichtende tape kan de variatie nog groter worden.

Worden twee delen gekoppeld door middel van twee inschroefkoppelingen die met een vaste afstand aan elkaar zijn verbonden dan bedraagt de 25 variatie in afstand tussen de stuurcomponenten dus mogelijk enige windingen. Vaak is het wenselijk de stuurcomponenten op een drager te schroeven. Zeker indien meerdere stuurcomponenten worden gekoppeld is het de vraag of het wenselijk is de koppelingen tevens dragend te laten zijn. Inschroefkoppelingen die gebruik maken van de aanwezige 30 aansluitpoorten kunnen eigenlijk geen momenten opnemen die om de hartlijn van de verbinding werken. Ze zouden dan kunnen losdraaien. Daarnaast zijn ze niet ontworpen om (zware) stuurcomponenten te dragen.

1033110 - 2 -

Een alternatief is het gebruik van koppelingsblokken die tussen de stuurcomponenten zijn geplaatst. De stuurcomponenten en/of koppelingsblokken moeten dan voorzien zijn van kamers ten behoeve va bijvoorbeeld 5 o-ring afdichtingen en in lijn hiermee (schroef}verbindingen waarmee de stuurcomponenten en de koppelingsblokken worden verbonden. Dikwijls ontbreekt de laatste mogelijkheid of is er geen ruimte voor

Bekende pneumatische of hydraulische aanstuureenheden voor het bedienen van een actuator omvatten veelal meerdere stuurkleppen, een 10 reduceerventiel, een filtereenheid, etc. als stuurcomponenten. Deze stuurcomponenten worden dan bijvoorbeeld op een wandplaat gemonteerd, waarbij in de aansluitpoorten van de stuurcomponenten aansluitstukkei zijn geschroefd. Deze aansluitstukken zijn op hun beurt middels bijvoorbeeld een knelkoppeling verbonden met flexibele slangen of 15 geschikt gebogen starre pijpleidingen. Deze vormen aldus een koppeling en stromingsverbinding tussen de stuurcomponenten.

Nadelig hierbij is dat een dergelijke aanstuureenheid veel ruimte in beslag neemt, arbeidsintensief is om te vervaardigen, en met name bij de koppelingen gevoelig is voor beschadigingen waardoor 20 lekkage kan optreden.

Bij andere bekende pneumatische of hydraulische aanstuureenheden voor het bedienen van een actuator worden de stuurcomponenten rechtstreeks met elkaar verbonden, en komen daarbij nagenoeg tegen elkaar aan te liggen. Montage op een wandplaat vindt 25 dan veelal niet plaats. De koppeling bestaat bijvoorbeeld uit een aansluitstuk dat met zijn beide uiteinden in de aansluitpoorten van een stuurcomponent kan worden geschroefd om deze aldus met elkaar in stromingsverbinding te brengen. Soms worden in aanvulling hierop extra verbindingselementen, zoals trekstangen, tussen de 30 stuurcomponenten aangebracht, teneinde de eenheid voldoende stijfheid te verschaffen.

Nadelig hierbij is dat het samenstel van stuurcomponenten en koppelingen weinig flexibel is, veelal extra verbindingselementen benodigt, en moeilijk toegankelijk is. Indien geen extra verbindings-35 elementen worden gebruikt, dan dient de stijfheid van de constructie zowel uit de stuurcomponenten alsook uit de aansluitstukken te worden gehaald. Dit stelt hoge eisen aan de aansluitstukken en aan de ' ’ - 3 -

De onderhavige uitvinding heeft tot doel de bovengenoemde nadelen ten minste gedeeltelijk te ondervangen, dan wel een bruikbaar alternatief te verschaffen.

Dit doel wordt bereikt door een koppelingsysteem volgens 5 conclusie 1. Pneumatische of hydraulische stuurcomponenten kunnen nu met voordeel eenvoudig worden gekoppeld met een vaste tussenafstand. Het medium wordt geleid door de koppelingsdelen die in de aansluit-poorten van de pneumatische of hydraulische stuurcomponent worden geschroefd. Zowel de inschroefdiepte als de stand van deze delen is 10 hierbij niet langer van belang. De schuifkoppeling hoeft met veel voordeel geen dragerfunctie te vervullen. Een aparte mechanische verbinding tussen de stuurcomponenten volstaat. Het koppelingsysteem verschaft aldus een breed toepasbare verbindingsmogelijkheid voor stuurcomponenten. Onder een stuurcomponent dient te worden verstaan 15 een onderdeel waardoorheen een medium kan worden gevoerd en waarmee de stroming kan worden beïnvloed of de eigenschappen daarvan kunnen worden gemonitord of gemeten. Hieronder vallen een stuurklep voor het al dan niet afsluiten van de mediumstroom, een reduceerventiel voor het al dan niet reduceren van de mediumdruk, een filtereenheid voor 20 het filteren van het medium, drukmeters, etc.

Doordat de stuurcomponenten vast kunnen worden gezet, en de schuifkoppeling bewegingsvrijheid biedt, kan met weinig onderdelen en minimale montagearbeid toch een robuust en betrouwbaar systeem worden verschaft. Het systeem behoeft weinig ruimte, is direct inzetbaar en 25 heeft een sterk verminderde kans op lekkage. Ook temperatuurverschillen kunnen door het systeem goed worden opgevangen.

Bijkomend voordeel is dat het nu mogelijk is om een vaste afstand tussen de aansluitpoorten van de stuurcomponenten te voorzien. Dit maakt het mogelijk de volledige positie van de 30 stuurcomponenten vast te leggen. Dit zonder dat er gebruik hoeft te worden gemaakt van ruimte consumerende flexibele elementen zoals slangen. Een alternatief is het gebruik van stuurcomponenten met al dan niet genormaliseerde speciale aansluitpoorten voor toepassing op bijbehorende basisplaten. Eén zijde van de stuurcomponent wordt dan 35 op een drager bevestigd, bijvoorbeeld op een basisplaat vastgeschroefd. Dit functioneert vooral goed indien stuurcomponenten parallel worden geschakeld.

De stuurcomponenten kunnen nu met voordeel op vaste posities op de drager worden bevestigd. Dit kan bijvoorbeeld op van te voren 40 bepaalde tussenafstanden gebeuren. Zo is het mogelijk om de drager te - 4 - voorzien van een standaardpatroon aan montagepunten. Montagesleuven of dergelijke zijn niet langer nodig. Ook is er voor wat betreft de montageposities met voordeel geen afhankelijkheid van tolerantie-verschillen in de schroefdraadverbinding tussen de stuurcomponenten 5 en de koppelingsdelen. Het is daardoor altijd mogelijk om een betrouwbaar afdichtende schroefdraadverbinding te verkrijgen.

De schroefdraadverbinding behoeft met veel voordeel niet meer te worden verbroken in het geval van onderhoud, vervanging en dergelijke, doordat de schuifkoppeling zelf uiteen kan worden 10 genomen. Dit is met name voordelig bij RVS schroefdraadverbindingen, omdat deze anders snel beschadigd kunnen raken. De stuurcomponenten zijn aldus te allen tijde eenvoudig verwisselbaar.

Verdere voorkeursuitvoeringsvormen zijn vastgelegd in de onderconclusies.

15 De uitvinding heeft tevens betrekking op een samenstel van een drager en een koppelingsysteem volgens conclusie 16 en 17, alsmede op een gebruik van het koppelingsysteem volgens conclusie 18-20.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand 20 van de bijgaande tekeningen, waarin:

Fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm toont met twee koppelingsdelen;

Fig. 2 een voorkeursuitvoeringsvorm toont met een uitwendige buis; 25 Fig. 3 een derde uitvoeringsvorm toont met een inwendige buis;

Fig. 4 een variant toont van fig. 2 met een extra aansluiting;

Fig. 5 een variant toont van fig. 2 met een cartridge;

Fig. 6 een variant toont van fig. 2 met een terugslagklep; en

Fig. 7 een toepassing voor de procesindustrie toont.

30

In figuur 1 is een soort van minimale uitvoering te zien waarbij de schuifkoppeling uit twee inschroefkoppelingsdelen (3) bestaat die over elkaar heen kunnen schuiven. Het (de)monteren van de inschroefkoppelingsdelen (3) kan plaatsvinden door een gereedschap te 35 gebruiken dat aangrijpt op een in- of uitwendig zeskant of op bijvoorbeeld twee platte kanten.

De pneumatische of hydraulische stuurcomponenten (2) zijn vereenvoudigd voorgesteld als rechthoekige blokken. Met schroeven (1) zijn deze bevestigd op een drager (4), dit kan bijvoorbeeld een dikke - 5 - een machine of een apparaat. De inschroefkoppelingsdelen (3) kunnen axiaal t.o.v. elkaar verplaatsen en om elkaar roteren doordat ze zijn voorzien van een glijpassing. De afdichting wordt verkregen door een elastisch element zoals een o-ring (5). Uiteraard kunnen meerdere 5 stuurcomponenten met elkaar in serie verbonden worden.

Figuur 2 geeft een weergave van de schuifkoppeling bestaande uit twee inschroefdelen (3) en een uitwendige buis (6). De twee inschroefdelen (3) dichten door middel van een elastische afdichting (5) af op de binnenzijde van de buis (6). Getoond is de situatie 10 waarbij de buis (6) aan beide zijden aanligt tegen de stuurcomponenten (2) . De lengte van de buis (6) is zodanig gekozen dat deze overeenkomt met de gewenste vaste afstand tussen de stuurcomponenten (2). Tevens is de buis (6) nu met voordeel aan weerszijden begrensd, zodat deze altijd in afdichtend contact blijft met 15 de afdichtingen (5) . De lengte van deze koppeling kan eenvoudig gevarieerd worden door de lengte van de buis (6) te veranderen. De buis (6) kan drukkrachten opvangen. Dit is het geval indien de druk van het medium in de koppeling lager is dan de omgevingsdruk. in figuur 2 is een asymmetrische variant getekend met een grotere en 20 kleinere draadaansluiting. In een variant kan de buis ook korter worden gekozen dan de gewenste vaste afstand tussen de stuurcomponenten. De buis heeft dan de vrijheid om enigszins heen en weer te schuiven, respectievelijk expansies van de koppeling op te vangen.

Als alternatief is het mogelijk een koppeling met een inwendige 25 buis (6) te construeren, zie figuur 3. De buis (6) zal dan echter enige mate heen en weer kunnen schuiven in de inschroefdelen (3).

Vooral de uitwendig toegepaste koppelbuis is gunstig, deze is axiaal geborgd tussen de stuurcomponenten en biedt betere mogelijkheden voor uitbreiding.

30 Indien de koppelbuis (6) wordt verlengd biedt deze de mogelijkheid om extra aansluitingen aan te brengen. Figuur 4 geeft een voorbeeld van een T-aansluiting. Aantrekkelijk is de rotatie vrijheid van de aftakking. Deze kan 360° worden geroteerd en kan zich zetten in de meest optimale positie waardoor eventuele spanningen worden 35 gereduceerd. Uiteraard is het mogelijk om meerdere aftakkingen met binnen- of buitendraad of bijvoorbeeld knelkoppelingen of een lasaansluiting te creëren. De pijlen die de flowrichting aangeven zijn willekeurig getekend.

De buis biedt de mogelijkheid om aparte sub-stuurcomponenten in 40 te schuiven of in aan te brengen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om - 6 - terugslagkleppen, drukregelventielen, restricties of combinaties hiervan als 'cartridge' in de buis (6) te schuiven. Borging kan nodi zijn en bijvoorbeeld plaatsvinden met zekeringsringen in de buis. Figuur 5 geeft een voorbeeld van een dergelijke cartridge, zonder da 5 de precieze functionaliteit is aangegeven. De cartridge (7) is voorzien van een elastisch afdichtend element (8) en geborgd met twe zekeringsringen (9). Met veel voordeel levert dit een meer compacte samenbouw.

Sommige sub-stuurcomponenten kunnen direct in de buis worden 10 geplaatst, bijvoorbeeld een terugslagklep (10) zoals getekend in figuur 6. De precieze openingsdruk is afhankelijk van de inschroef-diepte van de inschroefdelen (3). Dit nadeel hoeft niet op te wegen tegen het voordeel van een lagere kostprijs.

Het medium kan alleen in de richting van de pijlen stromen. De 15 terugslagklep (10) wordt dan tegen de krachtrichting van een veer (11) opengedrukt. In de getekende, gesloten toestand zorgt een elastisch afdichtend element (12) voor afdichting. Wellicht is het mogelijk het aantal onderdelen verder te beperken. De tekening geeft slechts een indicatie van het werkingsprincipe.

20 Kranen behoren tot veelvuldig toegepaste sub-stuurcomponenten.

Ook deze kunnen in de koppelingsbuis geïntegreerd worden. Net zoals bij het T-stuk is de bedieningsknop 360° roteerbaar om de as van de koppelingsbuis.

Figuur 7 geeft een voorbeeld van een praktische toepassing voor 25 de procesindustrie. Getekend is een manifold voor het bedienen van een enkelwerkende pneumatische cilinder (veerretour) die op zijn beurt bijvoorbeeld een grote vlinderklep bedient in een installatie. De aangevoerde perslucht wordt gefilterd en in druk gereduceerd door een filter regulator (15) . Eén of twee (zoals getekend) 3/2 magneet-30 ventielen (16) dienen als stuurkleppen en sturen de lucht naar de cilinder óf ontluchten de cilinder. De lucht wordt in dat geval door dempers (17) afgeblazen. Mocht de druk van de aangevoerde perslucht plotseling dalen dan kan met behulp van een in een schuifkoppeling (18) volgens de uitvinding aangebrachte terugslagklep worden 35 voorkomen dat de druk in de cilinder wegvalt. Het ongewenst verplaatsen van de cilinder kan daarmee worden voorkomen. De pneumatische stuurcomponenten zijn op een omegavormig profiel (19) geschroefd. Uiteraard zijn meerdere configuraties mogelijk zoals ·ί«ΛΛνΚΛΩΐ^ Virtf -¾ -mot u v*ör\ rran rlnKKö 1 uor ΙτδπγΪλ 1 ΐ n/loro ^ ^ - 7 -

Naast de getoonde uitvoeringsvormen zijn vele varianten mogelijk. Zo kunnen de koppelingsdelen en/of de in axiale richting ten opzichte van elkaar schuifbare delen andersvormig zijn uitgevoerd. Met voordeel is de bewegingsvrijheid in axiale richting 5 die de in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen hebben groter dan 0,3 cm., in het bijzonder groter dan 0,5 cm. Deze bewegingsvrijheid wordt in hoofdzaak bepaald door de minimum en maximum overlap die de beide delen met elkaar kunnen hebben, gemeten vanaf het afdichtorgaan. Met veel voordeel is de schuifkoppeling 10 zodanig ingericht dat de bewegingsvrijheid in axiale richting van de in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen groter is dan de axiale lengte van de verbindingsgedeelten van de koppelingsdelen, bijvoorbeeld het gedeelte dat na koppeling met de stuurcomponent daarin verzonken komt te liggen. Dit maakt het mogelijk om de 15 schuifkoppeling aan te brengen tussen de stuurcomponenten nadat deze stuurcomponenten reeds op vaste posities ten opzichte van elkaar gemonteerd zijn. De schuifkoppeling past dan namelijk in de ingeschoven stand tussen de stuurcomponenten, waarna de koppelingsdelen met de aansluitpoorten verbonden kunnen worden, door 20 inschroeven.

Verder kunnen de afdichtorganen ook in de binnenomtrekswand-vlakken van de tegenoverliggende delen worden voorzien. Ook kunnen de koppelingsdelen zowel uit kunststof, metaal of andere materialen vervaardigd zijn.

25 De in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen van de schuifkoppeling, grijpen bij voorkeur met een nauwsluitende glijpassing in elkaar en kunnen daarbij rondom de langsas ten opzichte van elkaar verdraaien. Indien gewenst kan echter ook een speling tussen de delen worden voorzien en/of een rotatiebegrenzing.

30 De schroefdraad op de koppelingsdelen wordt bij voorkeur gevormd door een conische schroefdraad, in het bijzonder zogenaamd NPT-schroefdraad. Deze klemmen zich tijdens het inschroeven met voordeel vast in de van schroefdraad voorziene aansluitpoorten.

Het koppelingsysteem volgens de uitvinding leent zich met name 35 goed voor toepassing in de procesindustrie, bijvoorbeeld als aanstuureenheid voor het bedienen van een actuator. In het bijzonder vormt het koppelingsysteem van stuurcomponenten en schuifkoppelingen een aanstuureenheid voor het aansturen van een zuiger-cilindersysteem waarmee een klep in een processtroomleiding kan worden geopend en - 8 - gesloten. De aanstuureenheid omvat hiertoe ten minste een stuurklep en een filtereenheid als stuurcomponenten.

Aldus is een gebruiksvriendelijk/ goedkoop te vervaardigen koppelingsysteem verschaft dat eenvoudig gemonteerd en gedemonteerd 5 kan worden zonder al te grote krachten te hoeven op te nemen en zonder in de weg te staan aan het op vaste posities monteren van de pneumatische of hydraulische stuurcomponenten.

Claims (20)

1. Koppelingsysteem voor het in stromingsverbinding met elkaar brengen van pneumatische of hydraulische stuurcomponenten (2), in het bijzonder in de procesindustrie, omvattende: - ten minste twee pneumatische of hydraulische stuurcomponenten (2) 5 die voorzien zijn van aansluitpoorten (2'); een koppeling die is ingericht om een stromingsverbinding tot stand te brengen tussen twee aangrenzende aansluitpoorten (2'); waarbij de aansluitpoorten (2') en de koppeling voorzien zijn van complementaire schroefdraaddelen (3'), 10 met het kenmerk, dat de koppeling ten minste twee afzonderlijke koppelingsdelen (3) omvat die elk zijn ingericht om middels de complementaire schroefdraaddelen (3') te worden verbonden met één van de genoemde aansluitpoorten (2'), waarbij de koppeling een schuifkoppeling is die ten minste twee 15 in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen omvat, waarbij ten minste één afdichtorgaan (5) voorzien is tussen de schuifbaar in elkaar grijpende delen.

2. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, 20 waarbij de stuurcomponenten (2) zijn voorzien van bevestigingsmiddelen (1) voor het vastzetten van de stuurcomponenten (2) op een drager (4) , zonder daarbij de koppelingsdelen (3) zelf ten opzichte van elkaar te fixeren.

3. Koppelingsysteem volgens één van de conclusies 1-2, waarbij de in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen gevormd worden door de genoemde koppelingsdelen (3) die zijn ingericht om middels de complementaire schroefdraaddelen (3') te worden verbonden met één van de genoemde aansluitpoorten (2'). 30

4. Koppelingsysteem volgens één van de conclusies 1-2, waarbij de schuifkoppeling verder een additioneel koppelingselement (6) omvat dat schuifbaar in elkaar grijpt met de genoemde koppelingsdelen (3) die zijn ingericht om middels de complementaire schroefdraaddelen 35 (3') te worden verbonden met één van de genoemde aansluitpoorten (2'), en waarbij de afdichtorganen (5) voorzien zijn tussen de koppelingsdelen (3) en het additionele koppelingselement (6). 033110 - 10 -

5. Koppelingsysteem volgens conclusie 4, waarbij het additionele koppelingselement (6) een in- of uitwendig buisvormig element is.

6. Koppelingsysteem volgens één van de conclusies 4-5, waarbij het 5 additionele koppelingselement (6) voorzien is van een aftakking.

7. Koppelingsysteem volgens één van de conclusies 4-6, waarbij het additionele koppelingselement (6) een sub-stuurcomponent huisvest, zoals een terugslagklep (10), drukregelventiel, restrictie of 10 combinatie daarvan.

8. Koppelingsysteem volgens conclusie 7, waarbij de sub-stuurcomponent is ondergebracht in een cartridge (7).

9. Koppelingsysteem volgens één van de conclusies 4-8, waarbij het additionele koppelingselement een kraan omvat.

10. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen 20 met een glijpassing in elkaar grijpen.

11. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen tevens roteerbaar in elkaar grijpen. 25

12. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de koppelingsdelen (3) die zijn ingericht om middels de complementaire schroefdraaddelen te worden verbonden met één van de genoemde aansluitpoorten (2') voorzien zijn van conische 30 schroefdraaddelen, in het bijzonder NPT-schroefdraad.

13. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de koppelingsdelen (3) die zijn ingericht om middels de complementaire schroefdraaddelen (3') te worden verbonden met één van 35 de genoemde aansluitpoorten (2')zijn voorzien van een uitwendige of inwendige profilering waarop gereedschap kan aangrijpen.

14. Koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, - 11 -

15. Koppelingsysteem volgens conclusie 14, waarbij de stuurcomponenten (2) verder een filtereenheid (15) omvatten.

16. Samenstel van een drager (4) en een koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de ten minste twee pneumatische of hydraulische stuurcomponenten (2) vast verbonden zijn met de drager (4), waarbij de ten minste twee afzonderlijke koppelingsdelen (3) een stromingsverbinding tot stand brengen tussen 10 de twee aangrenzende aansluitpoorten (2'), en daartoe elk middels de complementaire schroefdraaddelen (3')verbonden zijn met één van de genoemde aansluitpoorten (2'), waarbij de ten minste twee in axiale richting schuifbaar in elkaar grijpende delen als een schuifkoppeling in elkaar grijpen onder afdichting middels het ten minste ene 15 afdichtorgaan (5) dat voorzien is tussen de schuifbaar in elkaar grijpende delen van de schuifkoppeling.

17. Samenstel volgens conclusie 16, waarbij de stuurcomponenten (2) op vaste tussenafstanden van elkaar op de drager 20 (4) voorzien zijn.

18. Gebruik van een koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies in de procesindustrie.

19. Gebruik van een koppelingsysteem volgens één van de voorgaande conclusies in een aanstuureenheid voor het bedienen van een actuator.

20. Gebruik volgens conclusie 19, waarbij de actuator een zuiger-cilindersysteem is voor het openen en sluiten van een klep in een 30 processtroomleiding. 033110