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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussratensteuervorrichtung,
welche die Durchflussrate eines durch einen Fluiddurchgang fließenden Fluides
steuern kann. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Durchflussratensteuervorrichtung, welche Druckverluste, die
in dem durch den Fluiddurchgang fließenden Druckfluid auftreten,
reduzieren kann.
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Durchflussratensteuervorrichtungen
werden bisher dazu verwendet, die Durchflussrate eines durch einen
Fluiddurchgang fließenden
Druckfluides zu steuern. Bei einer solchen Durchflussratensteuervorrichtung
wird die Drehwelle einer Drehantriebsquelle, bspw. eines Schrittmotors,
so gedreht, dass ein Verschiebungselement, welches im Gewindeeingriff
mit der Drehwelle steht, in einer axialen Richtung verschoben wird.
Ein Ventilstopfen, der mit dem Verschiebungselement verbunden ist,
wird durch die Verschiebung des Verschiebungselementes auf einem
Ventilsitz aufgesetzt bzw. von diesem abgehoben, um die Durchflussrate
des durch den Fluiddurchgang fließenden Druckfluides zu steuern.
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Beispielhaft
ist eine herkömmliche
Durchflussratensteuervorrichtung in 4 dargestellt. Hierbei
wird ein Rotor 2, der in einem Schrittmotor 1 angeordnet
ist, durch den Antrieb des als Antriebsquelle dienenden Schrittmotors 1 gedreht.
Eine Antriebsstange 3, die in Gewindeeingriff mit einem
zentralen Bereich des Rotors 2 steht, wird durch die Drehung
des Rotors 2 in einer axialen Richtung vorwärts und
rückwärts bewegt
(vgl. die japanische Patentoffenlegung Nr. 11-136925).
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Ein
Ventilstopfen 4, der mit einem vorderen Ende der Antriebsstange 3 verbunden
ist, wird durch die Verschiebung der Antriebsstange 3 integral
mitverschoben, und der Ventilstopfen 4 wird von einem Ausgangsanschluss 6 eines
Ventilkörpers 5 getrennt. Dementsprechend
fließt
Fluid, das von einem Einlassanschluss 7 des Ventilkörpers 4 zugeführt wird, über einen
Auslassanschluss 6 nach außen.
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Eine
dünnwandige
Membran 8, die flexibel deformierbar ist, hat einen inneren
Umfangsbereich, der zwischen dem Ventilstopfen 4 und dem
vorderen Ende der Angriffsstange 3 angeordnet ist. Ein
Außenkantenbereich
der Membran 8 ist zwischen Bereichen des Ventilkörpers 5 angeordnet.
Die Membran 8 sorgt für
eine Luftdichtigkeit gegenüber
dem durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließenden Fluid.
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Bei
dem Durchflussratensteuerventil gemäß der japanischen Patentoffenlegung
Nr. 11-136925 ändert
sich der Grad, mit welchem der Ventilstopfen 4 geöffnet wird,
gelegentlich in Abhängigkeit
von den Nutzungsbedingungen, was dazu führt, die Durchflussrate des
durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließenden Fluides
zu erhöhen
oder zu verringern.
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Wenn
bspw. die Durchflussrate des durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließenden Fluides
erhöht
oder verringert wird, werden der Ventilstopfen 4 und die
Membran 8 in einer Richtung verschoben, um das Ventil zu öffnen (d.h.
in Richtung des Pfeiles X1), oder in einer Richtung zum Schließen des
Ventiles (d.h. in der Richtung des Pfeiles X2). Während dieses Vorgangs
wird Fluiddruck des Fluides auf den Ventilstopfen 4 und
die Membran 8 aufgebracht, die in einer Richtung verschoben
werden, um das Ventil zu öffnen,
und in Folge des Ventilstopfens 4 und der Membran 8 wird
ein Widerstand in dem Fluidstrom erzeugt. Daher tritt in dem Fluid
ein Druckverlust auf.
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Wenn
der Ventilöffnungsgrad
des Ventilstopfens 4 durch den Antrieb des Schrittmotors 1 verringert
wird, ist es notwendig, dass der Ventilstopfen 4 entgegen
der Fließrichtung
des Fluides, das durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließt, in einer
Richtung zum Schließen
des Ventiles (d.h. in Richtung des Pfeiles X2) verschoben wird.
Daher wird im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Ventilöffnungsgrad des
Ventilstopfens 4 erhöht
wird, eine große
Last auf den Schrittmotor 1 ausgeübt.
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Als
Folge hiervon ist es notwendig, einen Schrittmotor 1 einzusetzen,
der eine ausreichend große
Antriebskraft aufweist, um den Ventilstopfen 4 und die
Membran 8 entgegen dem Fluiddruck des Fluides zu verschieben.
Daher ist ein großer
Schrittmotor 1 erforderlich.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchflussratensteuervorrichtung
vorzuschlagen, mit der Druckverluste, die in dem durch einen Fluiddurchgang
fließenden
Druckfluid erzeugt werden, wenn ein Ventilöffnungsgrad des Ventilmechanismus
geändert
wird, reduziert werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung
näher erläutert. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen vertikalen Teilschnitt durch ein Durchflussratensteuerventil
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
einen vertikalen Teilschnitt, der einen Ventil-Offen-Zustand des
Durchflussratensteuerventils gemäß 1 darstellt,
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3 zeigt
einen vergrößerten Schnitt,
der einen Zustand darstellt, in dem der Ventilöffnungsgrad eines Ventilmechanismus
des Durchflussratensteuerventils gemäß 1 um eine
festgelegte Menge verringert ist, und
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4 zeigt
einen Vertikalschnitt durch ein Durchflussratensteuerventil gemäß dem Stand
der Technik.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In
den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein
Durchflussratensteuerventil, welches als Durchflussratensteuervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient.
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Das
Durchflussratensteuerventil 10 umfasst einen Ventilkörper (Körper) 16 mit
einem ersten Fluidanschluss 12 und einem zweiten Fluidanschluss 14 für die Zufuhr
und Abfuhr eines Druckfluides, ein Abdeckelement 18, welches
einen unteren Bereich des Ventilkörpers 16 abdeckt,
einen ersten Körper 20,
der auf den Ventilkörper 16 gesteckt
ist, und einen Ventilmechanismus 22, der in dem ersten
Körper 20 angeordnet
ist und eine Durchflussrate des zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und
dem zweiten Fluidanschluss 14 fließenden Druckfluides steuert.
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Das
Durchflussratensteuerventil 10 umfasst außerdem einen
zweiten Körper 24,
der auf den ersten Körper 20 gesteckt
ist, einen Antriebskraftübertragungsabschnitt 26,
der in dem zweiten Körper 24 angeordnet
ist, einen Antriebsabschnitt 28, der mit einem im Wesentlichen
zentralen oberen Bereich des zweiten Körpers 24 verbunden
ist und durch ein Steuersignal (Pulssignal), das von einer nicht
dargestellten Stromquelle ausgegeben wird, mit Hilfe einer Steuerung
angetrieben und gedreht wird, und einen Ausgleichsmechanismus (Gleichgewichtshaltemechanismus) 32,
der zwischen dem Ventilkörper 16 und
dem Abdeckelement 18 angeordnet ist und einen Gleichgewichtszustand
gegenüber
der Druckkraft, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht
wird, wenn das Druckfluid einem Fluiddurchgang 30 zugeführt wird,
aufrecht erhält.
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Der
Ventilkörper 16 umfasst
den ersten Fluidanschluss 12, welcher an einer Seite angeordnet ist,
der das Druckfluid zugeführt
wird, den zweiten Fluidanschluss 14, durch welches das
von dem ersten Fluidanschluss 12 zugeführte Druckfluid abgeführt wird,
und den Fluiddurchgang 30, der eine Verbindung zwischen
dem ersten Fluidanschluss 12 und dem zweiten Fluidanschluss 14 herstellt.
Ein Ventilsitz 34, auf welchem ein Hauptventilkörper 52 (wird später beschrieben)
sitzt, ist an einer Position an einem im Wesentlichen zentralen
Bereich des Ventilkörpers 16 an
der Seite des ersten Körpers 20 (d.h. in
Richtung des Pfeiles X1) ausgebildet.
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Das
plattenförmige
Abdeckelement 18 ist mit dem Ventilkörper 16 an einer Seite
(d.h. in Richtung des Pfeiles X2) verbunden, die dem Ende gegenüber liegt,
mit welchem der erste Körper 20 verbunden
ist. Dementsprechend wird der Fluiddurchgang 30 des Ventilkörpers 16 durch
das Abdeckelement 18 verschlossen.
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Eine
Aussparung 36, die um eine festgelegte Tiefe in einer Richtung
(d.h. die Richtung des Pfeiles X2) zurückgesetzt ist, um einen Abstand
von dem Ventilkörper 16 zu
haben, ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Abdeckelements 18 ausgebildet.
Außerdem
ist ein zylindrischer Federführungsabschnitt 38 in
eine Richtung ausgebildet, die von einem im Wesentlichen zentralen
Bereich der Aussparung 36 zu dem Ventilkörper 16 orientiert
ist.
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Eine
Führungsöffnung 40,
die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen
Bereich des Federführungsabschnitts 38 ausgebildet.
Ein Führungsstift 108,
der einen Teil eines Ausgleichsmechanismus 32 bildet, ist
in später beschriebener
Weise in die Führungsöffnung 40 eingesetzt.
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Eine
Durchgangsöffnung 42,
die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen
Bereich des ersten Körpers 20 ausgebildet. Eine
erste Installationsöffnung 44,
in welcher der Ventilmechanismus 22 angeordnet ist, ist
so geformt, dass sie einen Durchmesser aufweist, der größer ist als
der Durchmesser der Durchgangsöffnung 42,
und relativ zu der Durchgangsöffnung 42 an
der Seite des Ventilkörpers 16 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X2) ausgebildet. Eine zweite Installationsöffnung 46,
in welcher ein Teil des Antriebskraftübertragungsabschnitts 26 angeordnet
ist, ist so geformt, dass sie einen Durchmesser aufweist, der größer ist
als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 42, und relativ zu
der Durchgangsöffnung 42 auf
der Seite des zweiten Körpers 24 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X1) ausgebildet.
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Der
Ventilmechanismus 22 ist zwischen dem Ventilsitz 34 des
Ventilkörpers 16 und
der ersten Installationsöffnung 44 des
ersten Körpers 20 angeordnet.
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Der
Ventilmechanismus 22 umfasst ein zylindrisches bewegliches
Element 48, welches durch die Drehung des Antriebsabschnitts 28 in
der axialen Richtung verschiebbar ist, eine erste Scheibe 50,
die integral mit dem Außenumfang
des beweglichen Elementes 48 in Gewindeeingriff steht,
einen Hauptventilkörper 52,
der integral mit dem unteren Ende des beweglichen Elementes 48 verbunden
ist, eine erste Membran (erstes flexibles Element) 54,
die zwischen dem Hauptventilkörper 52 und
der ersten Scheibe 50 angeordnet ist, und ein erstes Schutzelement 56,
das Lasten, die auf einen Mantelabschnitt 68 der ersten Membran 54 ausgeübt werden,
vermindert, wie es später
beschrieben wird.
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Das
bewegliche Element 48 kann in der axialen Richtung (d.h.
in Richtung der Pfeile X1 und X2) in der Durchgangsöffnung 42 gleiten.
Ein Innengewindeabschnitt 58 ist in dem beweglichen Element 48 ausgebildet,
in welches das Ende einer Übertragungswelle 76 des
Antriebskraftübertragungsabschnitts 26 eingeschraubt
ist, wie es später
beschrieben wird.
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Ein
Puffer- oder Dämpfungselement 60,
das aus einem elastischen Material besteht, ist in einer Ringnut
an einer Endfläche
der ersten Scheibe 50 angebracht, und zwar an der Seite
des Antriebsabschnitts 28 (d.h. in Richtung des Pfeiles
X1). Ein Dichtelement 62 ist in einer Ringnut an einer äußeren Umfangsfläche der
ersten Scheibe 50 angebracht. Durch das Dichtelement 62 wird
in der ersten Installationsöffnung 44 ein
luftdichter Zustand gehalten. Die erste Scheibe 50 kann
entlang der inneren Umfangsfläche
der zweiten Installationsöffnung 46 gleiten,
so dass die erste Scheibe 50 als Führung dient, wenn der Ventilmechanismus 22 in
der axialen Richtung verschoben wird.
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Die
erste Membran 54 besteht aus einem elastischen Material.
Die erste Membran 54 weist einen inneren Umfangsabschnitt 66,
der zwischen der ersten Scheibe 50 und einem Flanschabschnitt 64 des
Hauptventilkörpers 52 angeordnet
ist, einen dünnwandigen
Mantelabschnitt 68, der sich von dem inneren Umfangsabschnitt 66 radial
nach außen
erstreckt, und einen Außenkantenabschnitt 70 auf,
der an der äußeren Umfangsseite
des Mantelabschnitts 68 ausgebildet ist. Der Außenkantenabschnitt 70 ist zwischen
dem Ventilkörper 16 und dem
ersten Körper 20 angeordnet.
Der Hauptventilkörper 52 und
der innere Umfangsabschnitt 66 der ersten Membran 54 sitzen
auf dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 auf, so dass
die Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und
dem zweiten Fluidanschluss 14 blockiert ist.
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Das
erste Schutzelement 56 ist in einem Raum angeordnet, der
zwischen dem Mantelabschnitt 68 und der ersten Scheibe 50 ausgebildet
ist.
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Seitenflächen der
ersten Membran 54 und des Hauptventilkörpers 52 gegenüber dem
Ausgleichsmechanismus 32 dienen als eine erste Druckaufnahmefläche (erster
Druckaufnahmeabschnitt) 71, welche den Druck des Druckfluides
aufnimmt, wenn das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließt.
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Eine
Einsetzöffnung 72,
die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen
Bereich des zweiten Körpers 24 ausgebildet.
Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 26,
der eine Drehantriebskraft von einer Drehantriebsquelle 90 (wird
später
beschrieben) des Antriebsabschnitts 28 auf den Ventilmechanismus 22 überträgt, ist
in der Einsetzöffnung 72 angeordnet.
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Der
Antriebskraftübertragungsabschnitt 26 umfasst
ein Kupplungselement 74, das in der Einsetzöffnung 72 des
zweiten Körpers 24 angeordnet
ist und mit einem Ende einer Drehwelle 92 der Drehantriebsquelle 90 in
Eingriff steht, eine Übertragungswelle 76,
die mit dem Kupplungselement 74 in Eingriff steht, ein
Lager 78, welches die Übertragungswelle 76 drehbar
hält und
eine scheibenförmige
Befestigungsplatte 80, welche das Lager 78 mit
Hilfe von Gewindeelementen 79 an dem zweiten Körper 24 befestigt.
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Das
Kupplungselement 74 ist im Wesentlichen säulenförmig ausgebildet.
Ein Ende der Drehwelle 92 (wird später beschrieben) ist in eine
erste Eingriffsöffnung 82 eingesetzt,
die an einem Ende des Kupplungselementes 74 angeordnet ist,
und ein Ende der Übertragungswelle 76 ist
in eine zweite Eingriffsöffnung 84,
die an dem anderen Ende angeordnet ist, eingesetzt.
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Somit
steht die Drehwelle 92 mit einem Ende des Kupplungselements 74 in
Eingriff, und die Übertragungswelle 76 steht
mit dem anderen Ende des Kupplungselements 74 in Eingriff.
Die Drehwelle 92 und die Übertragungswelle 76 werden
in Rotationsrichtung relativ zu dem Kupplungselement gegenseitig
reguliert. Daher wird die Übertragungswelle 76 durch
die Drehung der Drehwelle 92 integral mitgedreht, während sie
in einem Zustand ist, in dem sie durch das Lager 78 und
mit Hilfe des Kupplungselementes 74 gehalten wird.
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Ein
Ende der Übertragungswelle 76 ist
in das bewegliche Element 48 eingesetzt. Das Ende der Übertragungswelle 76 liegt
an der inneren Umfangsfläche
des beweglichen Elementes 48 mit Hilfe eines Dichtelementes 86,
das an der äußeren Umfangsfläche angebracht
ist, an. Dadurch wird durch das Dichtelement 86 ein luftdichter
Zustand in der Durchgangsöffnung 42 gehalten.
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Ein
Außengewindeabschnitt 88 mit
Gewindegängen,
die in seine äußere Umfangsfläche eingeschnitten
sind, ist an dem Ende der Antriebswelle 76 ausgebildet.
Der Außengewindeabschnitt 88 ist
in den Innengewindeabschnitt 58, der an der inneren Umfangsfläche des
beweglichen Elementes 48 ausgebildet ist, eingeschraubt.
Ein Freiraum (Spiel), der einen festgelegten Abstand in axialer
Richtung liefert, ist zwischen dem Außengewinde 88 und
dem Innengewindeabschnitt 58 ausgebildet, so dass die Übertragungswelle 76 in
das bewegliche Element 48 eingeschraubt werden kann.
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Der
Antriebsabschnitt 28 umfasst eine Drehantriebsquelle 90,
die entsprechend eines Steuersignals (Pulssignals), das von einer
nicht dargestellten Stromquelle ausgegeben wird, mit Hilfe der Steuerung
gedreht wird, und eine Drehwelle 92, welche eine rotatorische
Kraft der Drehantriebsquelle 90 überträgt.
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Die
Drehantriebsquelle 90 ist an einem im Wesentlichen zentralen
Bereich des zweiten Körpers 24 so
angeordnet, dass ein Eingriffsvorsprung 94, der zu dem
zweiten Körper 24 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X2) vorsteht, in die Einsetzöffnung 72 des zweiten
Körpers 24 eingreift.
Die Drehwelle 92 wird durch die Einsetzöffnung 72 des zweiten
Körpers 24 eingesetzt.
Außerdem
wird die Drehwelle 92 in die erste Eingriffsöffnung 82 des
Kupplungselements 74 eingesetzt.
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Die
Drehantriebsquelle 90 besteht bspw. aus einem Schrittmotor,
der schrittweise entsprechend der Pulszahl des Steuersignals (Pulssignals),
das von einer nicht dargestellten Steuerung ausgegeben wird, gedreht
wird.
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Ein
nicht dargestellter Detektionsabschnitt ist für die Drehantriebsquelle 90 vorgesehen,
um den Drehweg zu erfassen, bspw. als Umdrehungszahl oder als Drehwinkel
der Drehantriebsquelle 90. Der Detektionsabschnitt besteht
bspw. aus einem Encoder (Winkelgeber), der integral so vorgesehen
ist, dass der Detektionsabschnitt koaxial zu der Drehantriebsquelle 90 angeordnet
ist.
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Der
Ausgleichsmechanismus 32 ist zwischen dem Ventilkörper 16 und
der Abdeckung 36 des Abdeckelementes 18 so angeordnet,
dass der Ausgleichsmechanismus 32 dem Ventilmechanismus 22 gegenüberliegt.
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Der
Ausgleichsmechanismus 32 umfasst ein Verbindungselement 98,
das mit Hilfe einer Verbindungswelle 96 mit dem Hauptventilkörper 52 verbunden
ist, eine zweite Scheibe 100, die mit dem Verbindungselement 98 verschraubt
ist, eine zweite Membran (zweites flexibles Element) 102,
dessen innere Umfangsseite zwischen dem Verbindungselement 98 und
der zweiten Scheibe 100 angeordnet ist, eine Feder 104,
welche das Verbindungselement 98 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X1) drängt,
ein zweites Schutz element 106, welches zwischen dem Mantelabschnitt 68 der
zweiten Membran 102 und der zweiten Scheibe 100 angeordnet
ist, und einen Führungsstift 108,
der relativ zu dem Verbindungselement 98 an der Seite des
Abdeckelementes 18 (d.h. in Richtung des Pfeiles X2) angeordnet
ist. Das zweite Schutzelement 106 ist integral mit dem Mantelabschnitt 68 der
zweiten Membran 102 verschiebbar, so dass der Mantelabschnitt 68,
der dünnwandig
ist, durch das Schutzelement 106 geschützt wird.
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Ein
Ende der länglichen
Verbindungswelle 96 ist integral mit dem Hauptventilkörper 52 verschraubt,
während
ihr anderes Ende mit dem Verbindungselement 98 verschraubt
ist. Im Einzelnen sind der Ventilmechanismus 22 und der
Ausgleichsmechanismus 32 miteinander mit Hilfe der Verbindungswelle 96 verbunden,
und der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 sind
miteinander mit Hilfe der Verbindungswelle 96 linear und
koaxial entlang einer geraden Linie verbunden.
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Die
zweite Membran 102 besteht aus einem elastischen Material.
Die zweite Membran 102 umfasst einen inneren Umfangsabschnitt 66,
der zwischen der zweiten Scheibe 100 und dem Flanschabschnitt 64 des
Verbindungselements 98 angeordnet ist, einen dünnwandigen
Mantelabschnitt 68, der sich radial nach außen von
dem inneren Umfangsabschnitt 66 erstreckt und einen Außenkantenabschnitt 70,
der an einer Außenumfangsseite
des Mantelabschnitts 68 ausgebildet ist. Der Außenkantenabschnitt 70 ist
zwischen dem Ventilkörper 16 und
dem Abdeckelement 18 angeordnet.
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Seitenflächen der
zweiten Membran 102 und des Verbindungselements 98,
die dem Ventilmechanismus 22 gegenüberliegen, dienen als eine
zweite Druckaufnahmefläche
(zweiter Druckaufnahmeabschnitt) 110 und nehmen einen Druck
des Druckfluides auf, wenn das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließt.
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Die
Druckaufnahmefläche
der zweiten Druckaufnahmeoberfläche 110 ist
so gestaltet, dass sie im Wesentlichen äquivalent zu der Druckaufnahmefläche der
ersten Druckaufnahmeoberfläche 71, die
aus der ersten Membran 54 und dem Hauptventilkörper 52 des
Ventilmechanismus 22 besteht, ist.
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Ein
Ende der Feder 104 ist um eine äußere Umfangsseite des Federführungsabschnitts 38 eingesetzt,
während
ihr anderes Ende in einer Federaufnahmeöffnung 112, die an
einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Verbindungselements 98 ausgebildet
ist, angebracht ist.
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Der
Führungsstift 108 ist
in axialer Richtung verschiebbar in die Führungsöffnung 40 des Federführungsabschnitts 38 eingesetzt.
Dadurch wird der Führungsstift 108 in
geeigneter Weise in axialer Richtung geführt, während das Verbindungselement 98 mit
Hilfe der Verbindungswelle 96 integral mit dem Ventilmechanismus 22 verschoben
wird.
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Die
obige Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschreibt ein Durchflussratensteuerventil 10,
das als die Durchflussratensteuervorrichtung dient. Es besteht jedoch
keine besondere Einschränkung
hierauf, solange die Durchflussratensteuervorrichtung eine Durchflussratensteuerfunktion
für das Druckfluid
linear im Verhältnis
zu einem Steuersignal einer nicht dargestellten Steuerung oder dgl.
ausführt.
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Das
Durchflussratensteuerventil 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend
werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
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1 zeigt
einen Ventil-Geschlossen-Zustand, in dem die erste Membran 54 des
Ventilmechanismus 22 auf dem Ventilsitz 34 des
Ventilkörpers 16 aufsitzt, wodurch
die Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und
dem zweiten Fluidanschluss 14 blockiert wird.
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Ausgehend
von dem oben beschriebenen Ventil-Geschlossen-Zustand wird zunächst auf
der Basis eines festgelegten voreingestellten Wertes ein Steuersignal
von einer nicht dargestellten Stromquelle mit Hilfe der Steuerung
an die Drehantriebsquelle 90 des Antriebsabschnitts 28 ausgegeben.
Dementsprechend wird die Drehwelle 92 der Drehantriebsquelle 90 entsprechend
dem Steuersignal gedreht.
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Das
Kupplungselement 74, an dem mit Hilfe der ersten Eingriffsöffnung 82 angegriffen
wird, wird durch die Drehung der Drehwelle 92 gedreht.
Außerdem
wird die Übertragungswelle 76,
die mit der zweiten Eingriffsöffnung 84 in
Eingriff steht, durch die Drehung des Kupplungselements 74 gedreht.
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Das
bewegliche Element 48, das mit dem Ende der Antriebswelle 76 verschraubt
ist, wird durch eine Schraubwirkung entlang einer inneren Umfangsfläche der
Durchgangsöffnung 42 zu
dem Antriebsabschnitt 28 (d.h. in Richtung des Pfeiles
X1) verschoben. Mit anderen Worten wird die Drehbewegung der Übertragungswelle 76 in
eine geradlinige Bewegung in einer axialen Richtung (d.h. der Richtung
des Pfeiles X1) des beweglichen Elementes 48 umgewandelt,
und zwar durch den Gewindeeingriff zwischen dem Außengewindeabschnitt 88 der Übertragungswelle 76 und
dem Innengewindeabschnitt 58 des beweglichen Elementes 48.
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Hierdurch
werden, wie in 2 gezeigt, der Hauptventilkörper 52,
die erste Membran 54 und die erste Scheibe 50,
die mit dem unteren Ende des beweglichen Elementes 48 verbunden
sind, integral zu dem Antriebsabschnitt 28 (d.h. in Richtung
des Pfeiles X1) verschoben. Wenn der Ventilmechanismus 22 zu
dem Antriebsabschnitt 28 verschoben wird, schlägt das Pufferelement 60,
das an der ersten Scheibe 50 angebracht ist, an einer Endfläche der ersten
Installationsöffnung 44 an,
so dass ein auf den Ventilmechanismus 22 ausgeübter Stoß absorbiert wird.
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Anschließend wird
der Ventilmechanismus 22 zu dem Antriebsabschnitt 28 verschoben,
und der Hauptventilkörper 52 und
die Endfläche
des inneren Umfangsabschnitts 66 der ersten Membran 54 werden
von dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 abgehoben.
Als Folge hiervon stehen der erste Fluidanschluss 12 und
der zweite Fluidanschluss 14 miteinander über den
Fluiddurchgang 30 in Verbindung, und das Druckfluid fließt von dem
ersten Fluidanschluss 12 zu dem zweiten Fluidanschluss 14.
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Außerdem wird
die Drehantriebsquelle 90 entsprechend dem Steuersignal,
das von der nicht dargestellten Steuerung ausgegeben wird, gedreht, wodurch
der Ventilmechanismus 22 in der axialen Richtung (d.h.
in Richtung des Pfeils X1) verschoben wird. Dementsprechend ist
es möglich,
die Durchflussrate des durch das Innere des Fluiddurchgangs 30 fließenden Druckfluides
zu steuern.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren erläutert,
bei dem der Ventilöffnungsgrad
des Ventilmechanismus 22 um einen festgelegten Wert geändert wird,
um die Durchflussrate des Druckfluides während eines Ventil-Offen-Zustandes,
in dem der Ventilmechanismus 22 von dem Ventilsitz 34 abgehoben
ist und das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann (vgl. 3)
einzustellen, d.h. zu erhöhen
oder zu verringern.
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Zunächst wird
die Drehantriebsquelle 90 angetrieben, um die Drehwelle 92 auf
der Basis eines Steuersignals, das von einer nicht dargestellten Steuerung
zugeführt
wird, zu drehen. Dies erfolgt in einem Zustand, in dem Druckfluid
durch den Fluiddurchgang 30 fließt. Das bewegliche Element 48 wird durch
die Drehung der Drehwelle 92 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X1) oder zu dem Ventilkörper 16 (d.h. in Richtung
des Pfeiles X2) verschoben. Der Hauptventilkörper 52 und die erste
Membran 54 des Ventilmechanismus 22, der mit dem
beweglichen Element 48 verbunden ist, werden zu dem Antriebsabschnitt 28 oder
zu dem Ventilkörper 16 verschoben.
Dementsprechend ist es möglich,
die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides
einzustellen, d.h. zu erhöhen
oder zu verringern.
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Andererseits
wird, wie in 3 dargestellt ist, eine Druckkraft
A durch das Druckfluid auf den Antriebsabschnitt 28 ausgeübt, wobei
die Druckkraft A auf die erste Druckaufnahmefläche 71, die aus Seitenflächen des
Hauptventilkörpers 52 und
der ersten Membran 54 des Ventilmechanismus 22 besteht,
aufgebracht wird. In ähnlicher
Weise wird eine Druckkraft B durch das Druckfluid, das durch den
Fluiddurchgang 30 fließt,
auf den Ventilkörper 16 aufgebracht,
wobei die Druckkraft B auf die zweite Druckaufnahmefläche 110,
die aus Seitenflächen
des Verbindungselementes 98 und der zweiten Membran 102 des
Ausgleichsmechanismus 32 besteht, aufgebracht wird.
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Die
erste Druckaufnahmefläche 71 und
die zweite Druckaufnahmefläche 110 sind
so ausgebildet, dass ihre Druckaufnahmebereiche im Wesentlichen äquivalent
zueinander sind. Daher ist die Größe der Druckkraft A, die den
Ventilmechanismus 22 mit der ersten Druckaufnahmefläche 71 zu
dem Antriebsabschnitt 28 (d.h. in Richtung des Pfeiles
X1) drängt,
im Wesentlichen äquivalent
zu der Größe der Druckkraft
B ist, welche den Ausgleichsmechanismus 32 mit der zweiten
Druckaufnahmefläche 110 zu dem
Ventilkörper 16 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X2) drängt
(A ≈ B).
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Dementsprechend
heben die Druckkraft A und die Druckkraft B einander auf und stehen
in Balance zueinander, wodurch ein Gleichgewichtszustand erreicht
wird, da die Richtung der Druckkraft A, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht
wird (d.h. in Richtung des Pfeiles X1), und die Richtung der Druckkraft B,
die auf den Ausgleichsmechanismus 32 (d.h. in Richtung
des Pfeiles X2) aufgebracht wird, einander entgegengesetzt sind.
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Somit
wird ein Gleichgewichtszustand hergestellt, indem die Druckkraft
A und die Druckkraft B einander ausgleichen. Daher werden der Ventilmechanismus 22 und
der Ausgleichsmechanismus 32 als Folge der Druckkraft des
Druckfluides (Fluiddruck)nicht in der axialen Richtung (d.h. in
Richtung der Pfeile X1 und X2) verschoben.
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Somit
wird durch den Ausgleichsmechanismus 32 ein Gleichgewichtszustand
erreicht. Wenn der Ventilmechanismus 22 durch die Drehantriebsquelle 90 zu
dem Antriebsabschnitt 28 (d.h. in Richtung des Pfeiles
X1) oder zu dem Ventilkörper 16 (d.h.
in Richtung des Pfeiles X2) verschoben wird, wird der Strom des
durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides nicht gestört.
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Somit
wird das Druckfluid aufgrund einer Verschiebung des Ventilmechanismus 22 durch
den Hauptventilkörper 52 und
die erste Membran 54 zu dem Antriebsabschnitt 28 oder
zu dem Ventilkörper 16 gepresst.
In einer solchen Situation wird auch der Ausgleichsmechanismus 32 in
integrierter Weise zu dem Ventilkörper 16 verschoben.
Dementsprechend ist es möglich,
einen Druckverlust, der in dem durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluid
erzeugt wird, zu reduzieren.
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Wenn
der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 miteinander
ausgeglichen sind, werden außerdem
der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 nicht
in der axialen Richtung (d.h. in Richtung der Pfeile X1 und X2)
verschoben. Daher wird eine Verschiebung des beweglichen Elementes 48 des
Ventilmechanismus 22 zu dem Antriebsabschnitt 28 um
die Größe des Spieles,
das zwischen dem Innengewindeabschnitt 58 und dem Außengewindeabschnitt 88 der Übertragungswelle 76 ausgebildet
ist, verhindert.
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Somit
treten der Außengewindeabschnitt 88 und
der Innengewindeabschnitt 58 nicht in plötzlichen
Kontakt, was andernfalls durch das Spiel bewirkt würde, während das
bewegliche Element 48 durch die Druckwirkung des Druckfluids
um die Größe des Spiels
in axialer Richtung gegenüber
der Übertragungswelle 76 verschiebbar
bleibt. Hierdurch ist es möglich,
einen Stoß,
der beim Kontakt zwischen der Übertragungswelle 76 und
dem beweglichen Element 48 zwischen diesen erzeugt würde, zu vermeiden.
Es ist auch möglich,
die Haltbarkeit der Übertragungswelle 76,
auf die der Außengewindeabschnitt 88 geschnitten
ist, sowie die Haltbarkeit des beweglichen Elements 48,
in welche der Innengewindeabschnitt 58 eingeschnitten ist,
zu verbessern.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Weise ein Ventilmechanismus 22 vorgesehen,
der eine erste Druckaufnahmefläche 71 zur
Aufnahme des Druckes des Druckfluides aufweist, und ein Ausgleichsmechanismus 32 an
einer Position gegenüber
dem Ventilmechanismus 22, wobei eine Verbindungswelle 96 zwischen
diesen Elementen vorgesehen ist. Außerdem ist für den Ausgleichsmechanismus 32 eine zweite
Druckaufnahmefläche 110,
die einen Druckaufnahmebereich im Wesentlichen äquivalent zu dem der ersten
Druckaufnahmefläche 71 aufweist, vorgesehen.
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Wenn
das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann,
ist außerdem
die Größe der Druckkraft
A, die durch das Druckfluid auf die erste Druckaufnahmefläche 71 des
Ventilmechanismus 22 ausgeübt wird, im Wesentlichen äquivalent
zu der Größe der Druckkraft
B, die auf die zweite Druckaufnahmefläche 110 des Ausgleichsmechanismus 32 ausgeübt wird
(A ≈ B).
Daher heben die Druckkraft A und die Druckkraft B, die in im Wesentlichen
entgegengesetzten Richtungen aufgebracht werden, einander auf.
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Wenn
die Durchflussrate des Druckfluides geändert wird, während das
Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann,
ist es daher möglich, einen
Zustand zu schaffen, in dem die Druckkraft A, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht
wird, mit der auf den Ausgleichsmechanismus 32 aufgebrachten
Druckkraft B ausgeglichen ist. Dadurch wird ein Gleichgewichtszustand
erreicht, in dem der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 zueinander
ausbalanciert sind. Dadurch ist es möglich, die Tendenz des Ventilmechanismus 22,
einen Widerstand gegen den Strom des Druckfluides auszuüben, zu
verhindern, und es ist möglich,
den Druckverlust, der in dem durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluid
erzeugt wird, zu reduzieren, weil der Ventilmechanismus 22 und
der Ausgleichsmechanismus 32 in Perioden, wenn der Ventilöffnungsgrad
durch Verschiebung des Ventilmechanismus 22 zur Erhöhung oder
Verringerung der Durchflussrate des Druckfluides, das durch den
Fluiddurchgang 30 fließt,
geändert
wird, in einem Gleichgewichtszustand gehalten werden.
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Wenn
die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides
mit Hilfe des Ventilmechanismus 22 gesteuert wird, wird
ein Gleichgewichtszustand hergestellt, in dem der Ventilmechanismus 22 mit
dem Ausgleichsmechanismus 32 ausbalanciert ist. Dadurch
ist es möglich,
mit Hilfe des Ausgleichsmechanismus 32 die Antriebskraft
zu erhalten, die erforderlich ist, wenn der Ventilmechanismus 22 zu
dem Ventilkörper 16 verschoben
wird.
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Somit
ist es möglich,
die Antriebslast, die auf die Drehantriebsquelle 90 ausgeübt wird,
zu verringern. Dementsprechend kann eine Drehantriebsquelle 90 kleinerer
Größe eingesetzt
werden, so dass es möglich
ist, die Kosten der Drehantriebsquelle 90 zu verringern.