PL217655B1 - Układ mocujący dla mocowania elementu sterującego do obudowy zaworu wymiennika ciepła - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ mocujący dla mocowania elementu sterującego do obudowy zaworu wymiennika ciepła z gwintowanym pierścieniem, który zawiera pierwszy gwint z osią gwintu, otacza obudowę i opiera się na powierzchni uszczelniającej obudowy, oraz z elementem mocującym, który zawiera drugi gwint, który jest sprzężony z pierwszym gwintem, przy czym element mocujący jest obracalny wokół osi gwintu względem tego gwintowanego pierścienia do pozycji, w której powierzchnia oporowa opiera się na obudowie, zaś obudowa jest zaciśnięta pomiędzy powierzchnią oporową a gwintowanym pierścieniem.

Tego rodzaju układ mocujący jest znany jako termostatyczny element zaworowy sprzedawany pod nazwą „Rondostat” przez firmę Honeywell AG, Offenbach nad Menem, Niemcy.

Taki układ mocujący jest na przykład wymagany dla zainstalowania elementu sterującego w formie termostatycznego elementu zaworowego na zaworze grzejnika, przy czym geometria obszaru mocowania termostatycznego elementu zaworowego i zaworu grzejnika nie odpowiadają sobie. W takim przypadku dookoła części obudowy zaworu instalowany jest gwintowany pierścień, poprzez który przeprowadzany jest również popychacz uruchamiający tego zaworu. W znanych rozwiązaniach, taki gwintowany pierścień jest sprzężony z występem na tej części obudowy zaworu, opierając się kołnierzem na czołowej stronie tej części obudowy zaworu. Element uruchamiający jest dopasowany na pierścieniu i zamocowany za pomocą nakrętki, która jest nakręcona na pierwszy gwint gwintowanego pierścienia.

Okazało się jednak, że w wielu przypadkach tego rodzaju zamocowanie nie jest wystarczające. Zazwyczaj wymaga się, aby głowicę termostatyczną można było obciążyć siłą 250 N bez jej uszkodzenia. Taka granica obciążenia często nie jest jednak osiągana.

Jednym z przykładowych zaworów, które mogą być zastosowane w połączeniu z opisanym powyżej układem mocującym jest zawór opisany w publikacji niemieckiego zgłoszenia wynalazku DE 100 22 730 A1.

Celem wynalazku jest dostarczenie rozwiązania umożliwiającego niezawodne zamocowanie elementu sterującego na obudowie zaworu.

Cel ten osiągnięto poprzez dostarczenie układu mocującego opisanego na wstępie, który charakteryzuje się tym, że pierwszy gwint kończy się w predefiniowanej odległości od powierzchni oporowej.

Dzięki temu mocowanie elementu mocującego na pierwszym gwincie nie jest ograniczane przez ten element mocujący, który przemieszcza się do stanu spoczynku na pierwszym gwincie. Wręcz przeciwnie, istnieje pewien odstęp pomiędzy końcem pierwszego gwintu a powierzchnią oporową, przy czym obszar tego odstępu jest dostępny dla wygenerowania pewnego naprężenia. W ten sposób obudowa może być odpowiednio zaciśnięta pomiędzy gwintowanym pierścieniem a powierzchnią oporową z wyższą siłą ściskającą. Wyższa siła ściskająca sprawia, że układ mocowania elementu sterującego jest bardziej wytrzymały na wyższe (w pewnych granicach) siły. W szczególności, może zostać spełniony wymagany warunek wytrzymałości, według którego koniec elementu sterującego zwrócony w kierunku od zaworu może wytrzymać obciążenie o wartości 250 N bez uszkodzenia. Termin „gwint” należy według wynalazku interpretować możliwie szeroko. Termin ten obejmuje wszystkie geometrie ukształtowania mocującego, które pozwalają na generowanie osiowego naprężenia przy ruchu obrotowym. Zasadniczo wystarczające będzie również zastosowanie spiralnie przebiegającego rowka lub spiralnie przebiegającej krawędzi, zapewniających uzyskanie pożądanego stanu zamocowania po wykonaniu obrotu na przykład o kąt 60 czy 90°.

W korzystnych przykładach realizacji wynalazku gwintowany pierścień kończy się w pewnej odległości od powierzchni oporowej. Można zapewnić, że gwintowany pierścień będzie deformował się pomiędzy końcem pierwszego gwintu a powierzchnią oporową, kiedy to gwintowany pierścień wystaje ponad pierwszy gwint. Jeżeli jednak gwintowany pierścień kończy się już w pewnej odległości od powierzchni oporowej to dostępna będzie pewna pusta przestrzeń pomiędzy gwintowanym pierścieniem a powierzchnią oporową, do której będzie mógł być przemieszczony gwintowany pierścień w czasie wywierania dalszego naprężenia na element mocujący. Przestrzeń ta nie musi być bardzo duża. Musi ona umożliwić jedynie takie przemieszczenie gwintowanego pierścienia w kierunku powierzchni oporowej, które wystarczy do wygenerowania pożądanej siły naprężającej.

Gwintowany pierścień ma korzystnie co najmniej jeden otwór w kierunku obwodowym. Rozwiązanie takie ułatwia osadzenie gwintowanego pierścienia na obudowie. Gwintowany pierścień musi być jedynie elastyczny lub w pewnym stopniu odkształcalny. Wtedy może on być rozszerzony w takim

PL 217 655 B1 stopniu, aby mógł być przeprowadzony poprzez występ, na którym uformowana jest powierzchnia uszczelniająca obudowy. Następnie pierścień odzyskuje swój kształt. Przy zastosowaniu takiego otworu pierwszy gwint jest również przerwany w kierunku obwodowym. Niemniej jednak nie jest warunkiem krytycznym, aby pierwszy gwint był sprzężony z drugim gwintem. W takim stanie otwór ten jest mostkowany przez drugi gwint. Gwintowany pierścień może być również utworzony z wielu części, zainstalowanych wokół obudowy.

Powierzchnia uszczelniająca jest korzystnie nachylona względem osi gwintu. Taka powierzchnia uszczelniająca tworzy pewien rodzaj stożka. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że gwintowany pierścień ma skłonność do zwiększania swojej średnicy kiedy element mocujący jest nakręcony razem z gwintowanym pierścieniem i naciąga gwintowany pierścień w kierunku elementu mocującego. W takim przypadku gwintowany pierścień jest promieniowo rozciągnięty poprzez nachyloną powierzchnię uszczelniającą. W ten sposób polepszona jest niezawodność sprzężenia między pierwszym a drugim gwintem. Powierzchnia uszczelniająca nie musi być ciągła w kierunku obwodowym. Wystarczające jest jeśli gwintowany pierścień może opierać się na częściach lub punktach obudowy.

Gwintowany pierścień ma korzystnie występ w kierunku osi gwintu wystający od strony powierzchni oporowej nad częścią obudowy. Występ ten nadal ma pewien odstęp od powierzchni oporowej. Celem takiego występu jest zapewnienie, że kiedy gwintowany pierścień jest zamocowany na obudowie, to grawitacja lub inne siły nie mogą spowodować jego przemieszczenia w pozycję, w której znalezienie się go nie jest pożądane i gdzie pierwszy gwint nie może zostać sprzężony z drugim gwintem. Występ ten może być stosunkowo mały.

Korzystne jest, aby w obszarze występu obudowa była skośna. Takie zeskosowanie, które może być również korzystnie stożkowe, ułatwia wciśnięcie gwintowanego pierścienia na obudowę zaworu. Zeskosowanie powoduje promieniowe rozciągnięcie gwintowanego pierścienia tak, że może on być przeciśnięty przez część obudowy, na której uformowana jest powierzchnia uszczelniająca.

Powierzchnia oporowa jest korzystnie uformowana na elemencie mocującym. W takim przypadku element mocujący jest nakręcony na gwintowany pierścień do momentu aż oprze się on na obudowie zaworu.

Korzystne jest, aby na części zewnętrznej zwróconej w kierunku od obudowy element mocujący miał geometryczne ukształtowanie mocujące. W takim rozwiązaniu najpierw element mocujący jest mocowany na obudowie zaworu, a następnie element sterujący jest mocowany na elemencie mocującym.

W alternatywnym przykładzie wykonania powierzchnia oporowa może być uformowana na elemencie sterującym. W takim przypadku element sterujący opiera się na obudowie zaworu, a element mocujący dociska element sterujący bezpośrednio do obudowy zaworu.

Element mocujący jest korzystnie nakrętką łączącą, a drugi gwint jest korzystnie gwintem wewnętrznym. W takim rozwiązaniu nakrętka zabezpiecza pierwszy gwint przed uszkodzeniem i pierwszy gwint nie jest widoczny z zewnątrz. Daje to korzystniejszy wygląd układu mocowania.

W dalszej części opisu wynalazek opisano na podstawie korzystnych przykładów wykonania w połączeniu z rysunkiem, na którym: fig. 1 przedstawia układ mocujący znany ze stanu techniki, fig. 2 przedstawia pierwszy przykład wykonania układu mocującego według wynalazku, a fig. 3 przedstawia drugi przykład wykonania układu mocującego według wynalazku.

Rysunek fig. 1 przedstawia układ mocujący 1 według stanu techniki (urządzenie „Rondostat” firmy Honeywell AG, Offenbach, Niemcy).

Element sterujący 2, na przykład termostatyczny element sterujący, jest mocowany na obudowie zaworu 3. Uwidoczniono tylko część obudowy zaworu 3, poprzez którą przeprowadzony jest popychacz uruchamiający dla elementu zaworowego (niepokazanego). Tego rodzaju obudowa zaworu służy przykładowo do sterowania przepływem płynu przenoszącego ciepło przez grzejnik.

Obudowa zaworu 3 ma wystający promieniowo na zewnątrz występ 4, który służy do zamocowania elementu sterującego 2.

W obszarze występu 4, na obudowie zaworu 3 zamocowany jest gwintowany pierścień 5. Pierścień 5 ma pierwszy gwint 6 stanowiący gwint zewnętrzny. Pierścień ten ma również skierowaną promieniowo do środka powierzchnię 7, która opiera się na dolnej stronie występu 4, która tworzy powierzchnię uszczelniającą 8. Dla uproszczenia opisu, „dolna strona” jest stroną zwróconą w kierunku od elementu sterującego 2. Z określeniem orientacji tej strony nie jest w żaden sposób związana określona orientacja zainstalowania urządzenia względem pomieszczenia.

PL 217 655 B1

Gwintowany pierścień 5 ma ponadto wystający promieniowo do wewnątrz kołnierz 9, który częściowo zakrywa czołową stronę 10 obudowy zaworu 3. Kołnierz ten zapewnia, że pierścień 5 nie zmienia swojej pozycji po zamontowaniu go na obudowie zaworu.

Dodatkowo układ mocujący 1 ma element mocujący 11, który zawiera drugi gwint 12 będący gwintem wewnętrznym. Element mocujący 11 ma formą nakrętki i zawiera wystający promieniowo do wewnątrz kołnierz 13, który opiera się na wystającej promieniowo na zewnątrz stopie 14 elementu sterującego 2.

W czasie obracania elementu mocującego 11 względem gwintowanego pierścienia 5 (a także względem elementu sterującego 2), element sterujący 2 z jego stopą 14 jest dociskany do gwintowanego pierścienia 5. Po osiągnięciu przedstawionej na rysunku pozycji dociśnięcia dalsze dokręcanie elementu mocującego 11 nie jest już możliwe. W takim stanie niekonieczne zapewnione jest dociśnięcie z odpowiednią siłą powierzchni gwintowanego pierścienia 5 do powierzchni uszczelniającej 8 występu 4. Z kolei jeśli siła takiego dociśnięcia nie jest wystarczająca to nie jest zapewnione, że element sterujący 2 może wytrzymać oddziaływania zewnętrznych sił z wymaganego przedziału wartości bez ryzyka wystąpienia uszkodzenia połączenia mocującego element sterujący 2 z obudową zaworu 3. W celu usunięcia tego problemu zaproponowano rozwiązania zobrazowane na rysunku fig. 2 i fig. 3.

Na figurach fig. 2 i fig. 3 takie same i funkcjonalnie takie same elementy wskazano tymi samymi odsyłaczami numerycznymi jak na rysunku fig. 1.

Przy zastosowaniu układu mocującego 1 według rysunku fig. 2, element sterujący 2 opiera się bezpośrednio swoją powierzchnią oporową 15 na obudowie zaworu 3. Gwintowany pierścień 5 opiera się swoją powierzchnią oporową 7 na powierzchni uszczelniającej 8 występu 4. Na końcu zwróconym w stronę elementu sterującego 2, gwintowany pierścień 5 ma niewielki wystający promieniowo do wewnątrz występ 16, który opiera się na stożkowej części ścianki 17 obudowy zaworu 3, przy czym nie opiera się on jednak na czołowej stronie obudowy zaworu 3, a przeciwnie pomiędzy końcem gwintowanego pierścienia 5 zwróconego w stronę elementu kontrolnego 2 a powierzchnią oporową 15 elementu sterującego 2 istnieje odstęp 18. Powoduje to, że pierwszy gwint 6 kończy się w predefiniowanej odległości od powierzchni oporowej 15.

Tak więc obracanie elementu mocującego 11 względem gwintowanego pierścienia 5 może zapewnić uzyskanie większej siły, z jaką obudowa zaworu 3 jest ściskana pomiędzy gwintowanym pierścieniem 5 a powierzchnią oporową 15. Dociskanie nie jest ograniczane przez stopę 14 elementu uruchamiającego 2 przemieszczającą się do stanu opierania się na gwintowanym pierścieniu 5. Natomiast, przeciwnie, w przedstawionym rozwiązaniu dostarczony jest zamiast tego odpowiedni odstęp 18, który jest wypełniony wyłącznie powietrzem lub ściśliwym materiałem elastycznym. Oznacza to, że element mocujący 11 może być dociśnięty z większym momentem obrotowym. Powoduje to z kolei naciskanie powierzchni 7 gwintowanego pierścienia 5 do powierzchni uszczelniającej 8 występu 4. Ponieważ ta powierzchnia uszczelniająca 8 jest uformowana jako powierzchnia nachylona, co oznacza, że jest dosłownie nachylona lub tworzy stożek względem osi obrotowej elementu mocującego i osi gwintu dwóch gwintów 6, 12, to gwintowany pierścień 5 będzie promieniowo rozciągnięty przy obciążeniu go naprężeniem w kierunku elementu sterującego 2. Możliwe jest to również między innymi dlatego, że gwintowany pierścień 5 ma otwór (niepokazany) w kierunku obwodowym. Otwór ten jest korzystnie również zastosowany do mocowania gwintowanego pierścienia 5 na obudowie zaworu 3. Dla zapewnienia możliwości wciśnięcia gwintowanego pierścienia 5 na występ 4 wystarczające jest jedynie niewielkie promieniowe rozciągnięcie tego pierścienia. Im bardziej dociśnięty jest element mocujący 11 tym bardziej powierzchnia 7 jest dociskana do powierzchni uszczelniającej 8 występu 4. Powoduje to promieniowe rozciąganie gwintowanego pierścienia 5, które z kolei zapewnia bardzo szczelne dociskania pierścienia do wewnętrznej części elementu mocującego 11. Rozciągnięcie to jest również wspierane przez odpowiednie stożkowe ukształtowanie części ścianki 17. Jej nachylenie rozpoczyna się przy promieniu mniejszym od wewnętrznego promienia gwintowanego pierścienia 5 w stanie spoczynkowym, w którym kształt pierścienia zależy tylko od jego własnej sprężystości.

W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku fig. 2, element sterujący 2 jest zamocowany bezpośrednio na obudowie zaworu 3, do której jest on również dociśnięty.

Obudowa zaworu 3 z jej występem 4 jest również zaciśnięta pomiędzy elementem sterującym 2 a gwintowanym pierścieniem 5. Wymiar odstępu 18 pomiędzy gwintowanym pierścieniem 5 a powierzchnią oporową 15 jest taki, aby odstęp ten istniał także przy zastosowaniu maksymalnie możliwego momentu obrotowego.

PL 217 655 B1

Rysunek fig. 3 przedstawia zmodyfikowany przykład wykonania wynalazku, w którym te same i podobne części wskazano tymi samymi odsyłaczami numerycznymi.

W przykładzie wykonania z rysunku fig. 3, powierzchnia oporowa 15 jest uformowana na elemencie mocującym 11. Tak więc wstępnie element mocujący 11 może być zamocowany na obudowie zaworu 3 bez elementu sterującego 2, poprzez nakręcenie tego elementu, tutaj również w formie nakrętki łączącej, na gwintowany pierścień 5. Na górnej stronie element mocujący ma geometryczne ukształtowanie mocujące w formie dodatkowego gwintu 19, na którym może być zamocowany element sterujący. Możliwe jest oczywiście zastosowanie innego geometrycznego ukształtowania mocującego.

Możliwe jest również zmodyfikowanie przedstawionych przykładów wykonania na wiele sposobów bez wychodzenia poza zakres ochrony wynalazku zdefiniowany w zastrzeżeniach patentowych. Przykładowo gwintowany pierścień 5 może zawierać kilka części, które są instalowane dookoła występu 4, tak, że gwintowany pierścień 5 ma kilka przerw. Takie części gwintowanego pierścienia 5 będą następnie utrzymywane razem również przez element mocujący 11. Jeśli gwintowany pierścień 5 może być rozciągnięty, przykładowo dlatego, że jest on wykonany z rozciągliwego materiału, to można całkowicie zapobiec przerwaniu w taki sposób, że pierścień 5 jest rozciągnięty, przeprowadzony przez występ 4 na następnie ponownie zwężony zwrotnie.

Możliwe jest również rozwiązanie, w którym gwintowany pierścień 5 może być najpierw zamontowany na jednostce zawierającej element sterujący 2 i element mocujący 11, a następnie umieszczony i wciśnięty na obudowie zaworu 3. Taki sposób mocowania można uzyskać przy zastosowaniu wielu ukształtowań geometrycznych, w szczególności z występem 4 nie wystającym zbyt daleko poza obudowę zaworu 3.

W rozumieniu niniejszego opisu termin „gwint” należy interpretować możliwie szeroko. Poza gwintami śrubowymi jak przedstawiono na załączonym rysunku, możliwe jest zastosowanie wszystkich innych geometrii, które pozwalają na generowanie osiowego naprężenia w czasie obracania wokół osi. Taki gwint może mieć przykładowo również formę spiralnie przebiegającego rowka (z tylko jednym zwojem lub nawet ze zwojem o rozpiętości kątowej mniejszej niż jeden obrót o 360°) lub spiralnie przebiegającej krawędzi. W tych dwóch ostatnich przypadkach, obrót o zasadniczo mniej niż 360° będzie wystarczający dla wygenerowania wymaganej siły dociskającej.

Claims (10)

1. Układ mocujący dla mocowania elementu sterującego (2) do obudowy zaworu wymiennika ciepła z gwintowanym pierścieniem, który zawiera pierwszy gwint (6) z osią gwintu, otacza obudowę (3) i opiera się na powierzchni uszczelniającej (8) obudowy, oraz z elementem mocującym (11), który zawiera drugi gwint (12), który jest sprzężony z pierwszym gwintem (6), przy czym element mocujący (11) jest obracalny wokół osi gwintu względem tego gwintowanego pierścienia do pozycji w której powierzchnia oporowa (15) opiera się na obudowie (3), zaś obudowa (3) jest zaciśnięta pomiędzy powierzchnią oporową (15) a gwintowanym pierścieniem (5), znamienny tym, że pierwszy gwint (6) kończy się w predefiniowanej odległości od powierzchni oporowej (15).

2. Układ mocujący według zastrz. 1, znamienny tym, że gwintowany pierścień (5) kończy się w pewnej odległości od powierzchni oporowej (15).

3. Układ mocujący według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gwintowany pierścień (5) ma co najmniej jeden otwór w kierunku obwodowym.

4. Układ mocujący według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że powierzchnia uszczelniająca (8) jest nachylona względem osi gwintu.

5. Układ mocujący według zastrz. 1-4, znamienny tym, że gwintowany pierścień (5) ma występ (16) w kierunku osi gwintu wystający od strony powierzchni oporowej (15) nad częścią obudowy (3).

6. Układ mocujący według zastrz. 5, znamienny tym, że w obszarze występu (16) obudowa (3) jest skośna.

7. Układ mocujący według zastrz. 1-6, znamienny tym, że powierzchnia oporowa (15) jest uformowana na elemencie mocującym (11).

8. Układ mocujący według zastrz. 7, znamienny tym, że na części zewnętrznej zwróconej w kierunku od obudowy element mocujący (11) ma geometryczne ukształtowanie mocujące (19).

PL 217 655 B1

9. Układ mocujący według zastrz. 1-6, znamienny tym, że powierzchnia oporowa (15) jest uformowana na elemencie sterującym (2).

10. Układ mocujący według zastrz. 1-9, znamienny tym, że element mocujący (11) jest nakrętką a drugi gwint (12) jest gwintem wewnętrznym.