DK176974B1 - Ventilaktuator - Google Patents

Abstract

Opfindelsen angår en aktuator for en sædeventil eller en butterflyventil. Aktuatoren er af den type, som normalt er lukket (NC) eller normalt åben (NO), og som også inde holder en cylinder og et stempel, som holdes i normal position af en fjeder. Fjederen udgøres af et lukket rum med et tryksat fluid, og aktuatoren består yderligere af mindst et topstykke med to eller flere tilslutninger for en tryksat fluid. Aktuatoren er med en af forbindelseme for tryksat fluid i topstykket yderligere tilslut tet indersiden af cylinderen gennem en eller flere åbninger ved en ende af cylinderen, og en anden forbindelse for tryksat fluid er tilsluttet det indre af cylinderen gennem en eller flere åbninger ved den anden ende af cylinderen. Topstykket er indrettet til at tillade at forbindelserne ombyttes ved at skifte topstykkets position, feks. ved at dreje topstykket 1800 om en akse svarende til eller parallel med stemplets og cylinderens akse.

Description

i DK 176974 B1

Ventilaktuator

Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår en aktuator, f.eks. til aktivering af en sædeventil eller en butterflyventil. Aktuatoren er sikker og let at åbne og lukke, og aktuatoren er 5 af den type, der normalt er lukket (NC) eller normalt åben (NO), og som også indeholder en cylinder og et stempel, hvor stemplet holdes i normal position i cylinderen med en fjeder, hvor fjederen, der virker på stemplet i cylinderen, udgøres af et lukket rum med et tryksat fluid, fortrinsvis trykluft, hvor aktuatoren yderligere består af mindst et topstykke.

10 Opfindelsens baggrund I nogle industrier er det meget almindeligt at anvende ventiler til at regulere blanding af forskellige ingredienser eller at regulere strømningen i rørsystemer ved aktivering af visse ventiler og derved åbne eller lukke strømmen af forskellige medier. Det er f.eks. i et mejerianlæg almindeligt, at anlægget er udstyret med et antal sådanne ventiler og 15 aktuatorer. Ventilerne anvendes f.eks. under rensning af rørene i anlægget, under blanding og under fyldning af bearbejdede produkter i kartoner.

Ved projektering af anlægget vurderes under hensyn til forskellige processer og ifølge relevant regulativ, om der skal anvendes en normalt lukket eller en normalt åben ven-20 til. Forskellen på de to typer normalposition findes i aktuatoren. Efter projektering af anlægget bestilles aktuatorer og/eller ventiler med den specificerede udformning fra leverandøren. Det er imidlertid muligt at ændre en aktuator fra normalt lukket til normalt åben, eller omvendt. En sådan operation er ikke let, og flere dele i aktuatoren skal enten udskiftes eller omarrangeres i en anden position. Derfor er det et tidkrævende 25 arbejde, og det er endvidere et arbejde, der kræver fagfolk, da sådanne aktuatorer ofte er forbelastet med mekaniske fjedre, der ikke er nemme at adskille og ombygge. Visse aktuatortyper kræver ikke bare en ombygning, men skal ganske enkelt udskiftes med en anden aktuator med den ønskede normalposition.

30 Fra US 4,563,941 kendes en aktuator, hvor stemplets normalposition holdes af en returfjeder, der består af et kammer fyldt med trykluft, også kendt som en gasfjeder.

DK 176974 B1 2

Selvom denne løsning overvinder nogle af ulemperne ved en mekanisk fjeder, er der stadig behov for en manuel omskiftning af de trykledninger, der tilfører aktuatoren den tryksatte fluid, hvis aktuatoren skal ændres fra normalt åben til normalt lukket. Denne manuelle operation er tidkrævende og vil i sidste ende slide tilslutningsarmatureme og 5 trykledningeme op, og der er risiko for svigt. Endvidere kan det være vanskeligt at kontrollere, om en aktuator er i den ene eller den anden normalposition, da aktuatoren ikke er forsynet med visuelle indikatormidler, og der er endda den yderligere risiko, at forkerte trykledninger ombyttes, da der ikke kun findes to trykledninger, men tre.

10 Opfindelsens formål

Det er opfindelsens formål at angive en aktuator til en ventil, hvor aktuatoren kan omskiftes fra en normalposition til en anden normalposition, uden at der er behov for at afbryde nogen forbindelser, såsom trykluftslanger og/eller elektriske ledninger, fra aktuatoren. Endvidere er det opfindelsens formål at tilvejebringe en aktuator, som er 15 modulopbygget og derfor kan anvendes til flere forskellige ventiler og behov.

Beskrivelse af opfindelsen

Som nævnt herover angår denne opfindelse en aktuator for aktivering af en ventil til at åbne eller lukke, hvor aktuatoren er af den type, som normalt er lukket (NC) eller normalt åben (NO), hvor aktuatoren også indeholder en cylinder og et stempel, hvilket 20 stempel holdes i normal position i cylinderen af en fjeder. Fjederen, der virker på stemplet i cylinderen, udgøres af et lukket rum med et tryksat fluid, og aktuatoren består yderligere af mindst et topstykke med to eller flere tilslutninger for en tryksat fluid. Anvendelse af en gasfjeder giver en meget enkel og robust løsning. En sådan fjeder kan let ændres fra normalt lukket til normalt åben ved ganske enkelt at skifte den side 25 af stemplet, som trykket virker på.

Anvendelse af en fjeder, der består af tryksat fluid, har flere fordele i forhold til kendt teknik med mekaniske fjedre. En fordel er, at huset kan konstrueres til det specifikke tryk i cylinderen. En anden fordel er, at cylindervoluminet kan optimeres til et rnini-30 mum ved seriekobling af et antal aktuatorer eller cylindre. Cylindrenes øgede volumen har så funktion som en fjeder og kan vedligeholdes med et forvalgt tryk. Endvidere DK 176974 B1 3 kræver en aktuator ifølge opfindelsen mindre tryk, og der er således mindre krav til tryksat fluid, f.eks. kan der kan der anvendes lufttryk og en mindre kompressor. Ved brug af en mindre kompressor kan der spares energi.

5 Ved at udforme aktuatoren ifølge opfindelsen på sådan måde, at en af forbindelserne for tryksat fluid i topstykket yderligere er tilsluttet indersiden af cylinderen gennem en eller flere åbninger ved en ende af cylinderen, og at en anden forbindelse for tryksat fluid er tilsluttet det indre af cylinderen gennem en eller flere åbninger ved den anden ende af cylinderen, hvor topstykket er indrettet til at tillade, at forbindelserne ombyttes 10 ved at skifte topstykkets position, f.eks. ved at dreje topstykket 180° om en akse svarende til eller parallel med stemplets og cylinderens akse, kan der foretages en meget enkel og let ændring fra en normalposition til en anden normalposition.

Ved at dreje topstykket med alle pneumatiske og elektriske forbindelser om sin egen 15 akse er der ikke behov for at afbryde og genforbinde nogen ledninger til eller fra topstykket, da ledningerne kan installeres med en lille nødvendig overlængde. Derfor foretages omskiftningen fra en position til en anden på en hurtig, nem og fejlsikker måde.

20 I en foretrukken udførelsesform for en aktuator ifølge opfindelsen er cylinderen forsynet med en hul cylindervæg, som udgør mindst en, men fortrinsvis et antal indvendige fluidkanaler langs cylindervæggen, hvor de indvendige kanaler nær en ende af cylinderen er åbne mod indersiden af cylinderen og ved den anden ende er i forbindelse med en tilslutning for tryksat fluid. Denne forbindelse for tryksat fluid tilføres fortrinsvis 25 gennem topstykket. Ved at have fluidkanaleme indbygget i cylindervæggen opnås en meget elegant løsning, og endvidere elimineres risikoen for at udvendige tilslutninger beskadiges under rengøring og almindelig brug.

En sådan cylinderdel med hule sidevægge kan støbes i en valgt og foretrukken poly-30 mertype, som endda kan forstærkes med fibres af enhver art. Støbeprocessen er vælges fra enhver kendt proces, men fortrinsvis kan anvendes sprøjtestøbning.

DK 176974 B1 4

Cylinderens sidevæg kan være forsynet med en eller flere indvendige kanaler, som kan være jævnt fordelt langs cylindervæggens omkreds eller mere lokalt.

En aktuator ifølge opfindelsen er fortrinsvis forsynet med en cylinder, som er lukket 5 ved mindst en ende, hvor cylinderens ydre endeflade er med mindst to forbindelser, der udgøres af mindst to huller, hvor topstykket er forsynet med tilsvarende huller, og hvor tætning mellem cylindrenes ydre endeflade og topstykket er tilvejebragt ved en statisk tætning, f.eks. en O-ring arrangeret omkring hullerne. Ved brug af O-ringe opnås en meget robust løsning, der er let at servicere med standard O-ringe. Cylinderen-10 defladen kan som nævnt være forsynet med to eller flere tilslutninger, hvor mindst en er ført gennem cylinderens endeflade og mindst en anden er ført til de indvendige kanaler i cylindervæggen.

En anden foretrukken udførelsesform for aktuatoren ifølge opfindelsen er også forsy-15 net med en cylinder, som er lukket ved mindst en ende, hvor cylinderens ydre endefla de er forsynet med mindst to tilslutninger, som udgøres af to aflange udsparinger, hvor topstykket er forsynet med huller, som er arrangeret til at svare til udsparingerne, og hvor tætning mellem cylindrenes ydre endeflade og topstykket er tilvejebragt med en statisk tætning, f.eks. en O-ring arrangeret omkring de aflange udsparinger. Ved at 20 have aflange udsparinger i cylinderens endeflade er det muligt at foretage en ændring fra normalt åben til normalt lukket eller omvendt med blot en lille drejning af topstykket. Denne udførelsesform kan være mere attraktiv for visse anvendelser, da topstykket kan bevæges mellem de to positioner ved at løsne topstykket og dreje det. Der er således ikke noget behov for at adskille delene, hvilket gør omskiftning af aktuatoren 25 endnu enklere.

For at fiksere topstykket på aktuatoren ifølge opfindelsen, kan cylinderens ydre endeflade være forsynet med en eller flere symmetrisk arrangerede gevindhuller til fastgørelse af topstykket i en specifik position, hvor topstykket er forsynet med gennem-30 gående huller svarende til det ene eller de flere gevindhuller. På denne måde er det muligt at fiksere topstykket i mindst to forskellige positioner på cylinderen. Topstykket kan alternativt være forsynet med et eller flere aflange huller, der tillader topstyk- DK 176974 B1 5 ket at roteres en vis vinkel i henhold til de nævnte aflange recesser.

I en yderligere foretrukket udførelsesform for en aktuator ifølge opfindelsen er topstykket en modulenhed og indeholder desuden en eller flere af følgende komponenter: 5 magnetisk stempelpositionsindikator, lysindikering af stempelposition, cylinderspole for aktivering af stemplet. Dette modulære topstykke kan fortrinsvis være udformet til at monteres med ovenstående komponenter i henhold til specifikke krav i et topstykke med et interface til cylinderdelen.

10 Cylinderdelen er også fortrinsvis lavet som en moduldel, der kan monteres med f.eks. forskellige typer stempler og topstykker. En aktuator til aktivering af en ventil ifølge opfindelsen kan mindst bestå af en modulær cylinderenhed, et modulært topstykke og et modulært mellemstykke. Mellemstykket er den del, der danner cylinderens bund og som også forbinder aktuatoren til ventilen.

15

Alle hoveddele til aktuatoren kan fortrinsvis fremstilles af en polymertype ved sprøjtestøbning eller anden egnet fremstillingsproces.

Ved opbygning af aktuatoren af modulenheder opnås, at antallet af forskellige dele 20 optimeres, da mange af delene kan anvendes til forskellige størrelser og typer ventiler.

Det reducerer også behovet for reservedele, da kun et lille antal forskellige dele anvendes.

En anden betydelig fordel ved anvendelse af en aktuator som beskrevet er, at kun me-25 get fa dynamiske tætninger er nødvendige, hvilket øger aktuatorens levetid og letter dens vedligehold.

Beskrivelse af tegning I det følgende vil opfindelsen blive beskrevet med henvisning til tegningen, hvori 30 fig. 1 viser en eksplosionsafbildning af en aktuator, fig. 2 viser et topstykke, og DK 176974 B1 6 fig. 3 viser en cylinder.

Beskrivelse af udførelseseksempler

Fig. 1 viser en aktuator 1 som eksplosionstegning. Ved bundenden ses et mellemstykke 2 til fastgørelse af aktuatoren 1 til en ventil. Mellemstykke 2 lukker desuden bun-5 den på en cylinder 3 og er forsynet med et centralt hul 4 for ventilstangen (ikke vist). Langs mellemstykkets 2 omkreds angiver en stiplet linie en tætning 5. Ved toppen af cylinderen 3 er vist to af de ftre symmetrisk arrangerede gevindhuller 6 til fastgørelse af et topstykke 7 til cylinderen 3. Endvidere er vist forbindelser 8 til cylinderens 3 inderside som to cirkulære udsparinger med et mindre hul i udsparingen. En ikke vist 10 tætning af O-ringstypen kan arrangeres i udsparingen.

Et fremspring 9 er arrangeret centralt i cylinderens 3 top. Dette fremspring 9 har flere funktioner. En funktion er at føre topstykket 7, mens det roteres for at ændre aktuatoren 1 fra en normalposition til en anden normalposition. Som det kan ses, har topstyk-15 ket 7 et centralt hul 10 svarende til fremspringet 9. En anden funktion er at tjene som en føring for et fremspring på det indvendige stempel (ikke vist). Fremspringet på stemplet kan tilvejebringes med en magnet eller anden art element, der kan registreres af en detektorenhed indrettet i topstykket 7.

20 En af tilslutningerne 8 fører trykket til voluminet over stemplet, og den anden tilslutning 8 fører trykket til voluminet under stemplet. Trykket til undersiden af stemplet kan føres i udvendige ledninger eller fortrinsvis i kanaler indbygget i cylindervæggen.

Ved at dreje topstykket 7 kan aktuatoren 1 let ændres fra f.eks. normalt åben til nor-25 malt lukket. Det eneste, der kræves, er at løsne et låg 11 og topstykket 7 og ganske enkelt dreje topstykket 7 180° og fastgøre topstykket 7 og låget 11 igen. Ingen adskillelse eller frakobling af ledninger er nødvendig.

Topstykket 7 vist i fig. 1 har tilslutninger 12 og 13 for tryksat fluid på sidevæggen 30 med ca. 180° mellemrum. En tilslutning 12 vil typisk være forbundet med et konstant tryk og således virke som en gasfjeder, der holder stemplet i normalposition. Den an- DK 176974 B1 7 den tilslutning 13 vil typisk være tilsluttet et aktiveringstryk styret af f.eks. en cylinderspole. Ved aktivering af aktuatoren 1 drives stemplet mod sin ’’ikke” normale position af aktiveringstrykket, som er i stand til at overvinde gasfjederens tryk og således åbner eller lukker ventilen.

5

Inde i topstykket 7 kan placeres et antal elementer, f.eks. en cylinderspole til aktivering af aktuatoren 1, en detekteringsenhed til bestemmelse af stempelpositionen, en lysdiode til visuel indikering af ventilens status. To ud af fire huller 14 til fastgørelse af topstykket 7 til cylinderen 3 ses også inde i topstykket 7. Ved topstykkets 7 øvre 10 omkreds angiver en stiplet linie 15 en tætning mellem topstykket 7 og låget 11.

I fig. 2 ses kun topstykket 7, her mere detaljeret, men kun med træk, som allerede er beskrevet i ovenstående tekst.

15 I fig. 3 ses cylinderen 3. Ved toppen af cylinderen 3 ses de to tilslutninger 8 for tryksat fluid som udsparinger med små huller til indersiden af cylinderen 3. Endvidere ses fire gevindhuller 6 til fastgørelse af topstykket 7 til cylinderen.

Mellemstykket 2, cylinderen 3, topstykket 7 og låget 11 kan fremstilles ved sprøjte-20 støbning i et eller flere egnede materialer, f.eks. en fiberforstærket polymer. Ved brug af sådanne materialer kan der fremstilles et højkvalitetsprodukt til en meget favorabel og konkurrencedygtig pris.

Opfindelsen er ikke begrænset til de herover beskrevne udførelsesformer vist på teg-25 ningeme, men kan suppleres og modificeres på enhver måde indenfor opfindelsens omfang som defineret i de vedføjede krav.

Claims (9)

1. Aktuator (I) til aktivering af åbning eller lukning af en ventil, hvor aktuatoren (1) er af typen, der normalt er lukket eller normalt åben, og som også indeholder en cylinder 5 (3) og et stempel, hvor stemplet holdes i normal position i cylinderen (3) med en fje der, hvor flederen, der virker på stemplet i cylinderen (3), faktisk består af et lukket rum med et tryksat fluid, fortrinsvis trykluft, hvor aktuatoren yderligere består af mindst et topstykke (7), kendetegnet ved, at topstykket (7) er med to eller flere forbindelser (12,13) for et tryksat fluid. 10

2. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en af forbindelserne (12, 13) for tryksat fluid i topstykket (7) yderligere er tilsluttet indersiden af cylinderen (3) gennem en eller flere åbninger (8) ved en ende af cylinderen (3), og at en anden forbindelse (8) for tryksat fluid er tilsluttet det indre af cylinderen (3) gen- 15 nem en eller flere åbninger ved den anden ende af cylinderen (3), hvor topstykket (7) er indrettet til at tillade, at forbindelserne ombyttes ved at skifte topstykkets (7) position, f.eks. ved at dreje topstykket (7) 180° om en akse svarende til eller parallel med stemplets og cylinderens (3) akse.

3. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at cylinderen (3) er med en hul cylindervæg, som udgør mindst en, men fortrinsvis et antal indvendige fluidkanaler langs cylindervæggen, hvor de indvendige kanaler nær en ende af cylinderen (3) er åbne mod indersiden af cylinderen (3) og ved den anden ende er i forbindelse med en tilslutning (8) for tryksat fluid. 25

4. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 1 - 3, kendetegnet ved, at cylinderen (3) er lukket ved mindst en ende, hvor cylinderens (3) ydre endeflade er forsynet med mindst to tilslutninger (8), som udgøres af mindst to huller, hvor topstykket (7) er forsynet med tilsvarende huller, og hvor tætning mellem cylindrenes 30 ydre endeflade og topstykket (7) er tilvejebragt ved en statisk tætning, f.eks. en O-ring arrangeret omkring hullerne. 9 DK 176974 B1

5. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 1 - 3, kendetegnet ved, at cylinderen (3) er lukket ved mindst en ende, hvor cylinderens (3) ydre endeflade er forsynet med mindst to tilslutninger (8), som udgøres af to aflange udsparinger, hvor 5 topstykket (7) er forsynet med huller, som er arrangeret til at svare til udsparingerne, og hvor tætning mellem cylindrenes ydre endeflade og topstykket (7) er tilvejebragt med en statisk tætning, f.eks. en O-ring arrangeret omkring de aflange udsparinger.

6. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 4 og 5, kendetegnet 10 ved, at cylinderens (3) ydre endeflade er forsynet med en eller flere symmetrisk arrangerede gevindhuller (6) til fastgørelse af topstykket (7) i en specifik position, hvor topstykket (7) er forsynet med gennemgående huller (14) svarende til det ene eller de flere gevindhuller (6).

7. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 4 og 5, kendetegnet ved, at cylinderens (3) ydre endeflade er forsynet med en eller flere symmetrisk arrangerede gevindhuller (6) til fastgørelse af topstykket (7) i en specifik position, og at topstykket (7) er forsynet med en eller flere aflange huller, der tillader topstykket (7) at blive roteret en vis vinkel. 20

8. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 1 - 7, kendetegnet ved, at topstykket (7) er en modulenhed og yderligere indeholder en eller flere af følgende komponenter: magnetisk stempelpositionsindikator, lysindikator for stempelposition, cylinderspole for aktivering af stemplet. 25

9. Aktuator (1) til aktivering af en ventil ifølge ethvert af krav 1 - 8, kendetegnet ved, at aktuatoren (1) mindst omfatter en modulær cylinderenhed (3), et modulært topstykke (7) og et modulært mellemstykke (2). 30