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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Handschaltventil zum
Schalten des Zustandes eines Strömungsdurchgangs
eines Fluids durch Verschiebung eines Ventilstopfens.
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Handschaltventile
sind bekannt, bei welchen ein Ventilstopfen verschiebbar in einem
Körper
mit einem Durchgang, durch welchen ein Fluid strömt, angeordnet ist. Ein Strömungszustand
des Fluids wird durch Aufsetzen und Abheben des Ventilstopfens auf/von
einem Ventilsitz, der dem Durchgang zugewandt ist, geschaltet. Wenn
der Strömungszustand des
Fluids geändert
wird, dreht bei einem solchen Handschaltventil ein Bediener im Allgemeinen
einen Handgriff, der ein Betätigungselement
bildet, wodurch der Ventilstopfen in axialer Richtung verschoben
wird, um den Ventilstopfen auf dem Ventilsitz aufzusetzen bzw. von
diesem abzuheben und dadurch das Ventil zwischen geschlossenen und
offenen Zuständen
zu schalten.
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Wenn
aber bspw. das Handschaltventil in geschlossenem Zustand ist, wird
in dem Fall, dass der Bediener den Handgriff versehentlich mit einem übermäßigen Drehmoment
dreht, der Ventilstopfen stärker
zu der Seite des Ventilsitzes verschoben als ein festgelegter Weg,
so dass der Ventilstopfen mit einer übermäßigen Kraft gegen den Ventilsitz
presst. In diesem Fall besteht die Befürchtung, dass der Ventilstopfen
und/oder der Ventilsitz durch die übermäßige Kraft (Drehmoment) beschädigt wird,
so dass seine Haltbarkeit verringert wird. Aus diesem Grunde ist
ein Handschaltventil bekannt, bei dem ein Kontakt mit übermäßiger Kraft
zwischen dem Ventilstopfen und dem Ventilsitz vermieden werden kann.
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Bspw.
wird, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 2005-344918 A beschrieben
ist, bei einem solchen Handschaltventil in dem Fall, dass das Ventil
durch Aufsetzen des Ventilstopfens auf dem Ventilsitz des Ventilhauptkörpers geschlossen wird,
eine Gleitmutter, die in Gewindeeingriff mit einem Handgriff steht,
durch Drehen des Handgriffes gedreht, und ein Kolben, der in einen
inneren Teil der Gleitmutter eingeschraubt ist, wird zu dem Ventilsitz verschoben,
so dass der Ventilstopfen auf dem Ventilsitz aufsetzt. In dem Fall,
dass der Handgriff weitergedreht wird, wird außerdem die Gleitmutter, die
in Gewindeeingriff mit dem Handgriff und dem Kolben steht, nach
oben verschoben, wodurch die Gleitmutter von dem Kolben gelöst wird.
Als Folge hiervon wird der eingeschraubte Zustand relativ zu dem
Kolben freigegeben. Somit wird der Handgriff einfach im Freilauf
gedreht und die auf den Handgriff ausgeübte Drehkraft wird nicht auf
den Kolben übertragen,
so dass eine weitere Verschiebung des Ventilstopfens zu dem Ventilsitz
verhindert wird.
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Obwohl
bei diesem Stand der Technik eine Gestaltung vorgesehen ist, um
den Gewindeeingriff zwischen dem Kolben und der Gleitmutter freizugeben,
um die Drehkraft von dem Handgriff zu unterbrechen, ist es dann,
wenn das Handventil wieder verwendet werden soll, notwendig, den
Gewindeeingriff zwischen dem Kolben und der Gleitmutter wieder herzustellen.
Zu diesem Zweck ist eine separate Feder vorgesehen, durch welche
die Gleitmutter zu dem Kolben gedrückt und in Gewindeeingriff
mit diesem geführt
wird. Hierdurch wird bei dem Handventil gemäß dem Stand der Technik der
Aufbau zur Verhinderung einer weiteren zusätzlichen Druckkraft des Ventilstopfens
auf den Ventilsitz beim Schließen
des Ventils ziemlich komplex.
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Außerdem verhindert
dieser Aufbau nur das Aufbringen einer übermäßigen Kraft auf den Ventilstopfen
und den Ventilsitz, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist. Die Gestaltung
kann das Aufbringen einer übermäßigen Kraft
auf den Ventilsitz nicht verhindern, wenn das Ventil offen und der
Ventilstopfen von dem Ventilsitz abgehoben ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Handschaltventil mit
einfachem Aufbau vorzuschlagen, das Lasten, die auf den Ventilstopfen
aufgebracht werden, dann verhindert, wenn das Ventil vollständig offen
oder vollständig
geschlossen ist, und dadurch die Haltbarkeit des Handschaltventils verbessert.
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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 sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
und der Zeichnung. 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 ist
ein Schnitt durch ein Handschaltventil gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
ein vergrößerter Schnitt,
der die Umgebung eines Ventilstopfens in dem Handschaltventil gemäß 1 zeigt,
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3 ist
ein vergrößerter Schnitt,
der die Umgebung einer Durchflusssteuerung in dem Handschaltventil
gemäß 1 zeigt,
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4 ist
ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in 1,
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5 ist
ein Schnitt, der einen offenen Zustand des Handschaltventils gemäß 1 zeigt,
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6 ist
ein Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem Kugeln, die einen Schaltmechanismus
bilden, als Folge der Drehung eines in 4 gezeigten Handgriffs
mit übermäßiger Rotationskraft
von Zahnbereichen einer Welle getrennt sind, und
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7 ist
ein Schnitt, der einen Zustand zeigt, in welchem die Kugeln bei
weiterer Drehung des in 6 gezeigten Handgriffs in einen
anderen, benachbarten Zahnbereich eingreifen.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 ein Handschaltventil gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Das
Handschaltventil 10, wie es in den 1 bis 3 gezeigt
ist, umfasst einen Ventilkörper (Körper) 12,
durch welchen ein Druckfluid strömt,
einen rohrförmigen
Verbindungskörper
(14), der mit einem oberen Bereich des Ventilkörpers 12 verbunden ist,
ein Gehäuse
(Körper) 16,
das so angeschlossen ist, dass es einen oberen Bereich des Verbindungskörpers 14 abdeckt,
einen Ventilmechanismus 18, der innerhalb des Verbindungskörpers 14 und
des Gehäuses 16 angeordnet
ist, eine Strömungssteuerung 20 zur
Steuerung des Strömungszu stands
des Fluids, das innerhalb des Ventilkörpers 12 strömt, und
einen Anzeigeabschnitt (Anzeigeelement) 22, der offene
und geschlossene Zustände
des Ventilmechanismus 18 anzeigt.
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Der
Ventilkörper 12 umfasst
einen ersten Anschluss 24, in dem von einer nicht dargestellten
Fluidzufuhrquelle ein Druckfluid zugeführt wird, einen zweiten Anschluss 26,
durch welchen das Druckfluid abgeführt wird, und einen Verbindungsdurchgang (Durchgang) 28,
welcher den ersten Anschluss 24 mit dem zweiten Anschluss 26 verbindet.
Außerdem ist
ein Ventilsitz 30, auf welchem ein Ventilstopfen 62, der
später
beschrieben wird, aufsitzt, in dem Verbindungsdurchgang 28 ausgebildet.
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Der
Verbindungsdurchgang 28 ist zwischen dem ersten Anschluss 24 und
dem zweiten Anschluss 26 so angeordnet, dass der erste
Anschluss 24 und der zweite Anschluss 26 auf einer
geraden Linie liegen. Gewindestutzen 32 sind in axialer
Richtung an äußeren Bereichen
des ersten Anschlusses 24 und des zweiten Anschlusses 26 ausgebildet.
Außerdem
sind rohrförmige
Verbindungsmuttern 34 auf die Gewindestutzen 32 geschraubt.
Durch Leitungen (nicht dargestellt) zwischen den Enden der ersten und
zweiten Anschlüsse 24, 26 und
den Verbindungsmuttern 34 werden die Bereiche, an denen
die Leitungen angeschlossen sind, in einem abgedichteten Zustand
gehalten.
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Der
obere Bereich des Ventilkörpers 12 ist rohrförmig ausgebildet,
wobei der Ventilkörper 12 und
der Verbindungskörper 14 durch
Gewindeeingriff eines äußeren Umfangsbereiches
des Verbindungskörpers 14 mit
ersten Gewindenuten 36, die in die innere Umfangsfläche des
Ventilkörpers 12 eingeschnitten
sind, verbunden werden.
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Eine
Kolbenkammer 40, in welcher ein Kolben 38 (wird
später
beschrieben) so angeordnet ist, dass er entlang einer axialen Richtung
(in der Richtung der Pfeile A und B) verschiebbar ist, ist in einem inneren
Bereich des Verbindungskörpers 14 ausgebildet.
Ein Stoßdämpfer 42 ist über eine
Ringnut an einer Endfläche,
die der Kolbenkammer 40 zugewandt ist, angebracht. Im Einzelnen
wird der Kolben 38, der in der Kolbenkammer 40 angeordnet
ist, zu dem Ventilkörper 12 (in
der Richtung des Pfeils A) verschoben, woraufhin eine untere Fläche des
Kolbens 38 an dem Stoßdämpfer 42 anschlägt, um die dadurch
bewirkten Stöße zu dämpfen.
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In
der Mitte des Verbindungskörpers 14 ist außerdem eine
Kolbenöffnung 46 ausgebildet,
die sich in der axialen Richtung erstreckt und in die ein Abschnitt 44 mit
kleinem Durchmesser des Kolbens 38 eingesetzt ist. Die
Kolbenöffnung 46 verbindet
den Verbindungsdurchgang 28 des Ventilkörpers 12 mit der Kolbenkammer 40.
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Außerdem sind
zweite Gewindenuten 48, die in den Ventilkörper 12 eingeschraubt
sind, und dritte Gewindenuten 50, die in einen inneren
Umfangsbereich des Gehäuses 16 eingeschraubt
sind, an einer äußeren Umfangsfläche des
Verbindungskörpers 14 ausgebildet.
Die dritten Gewindenuten 50 sind in vierte Gewindenuten 52 eingeschraubt,
die in eine innere Umfangsfläche
des Gehäuses 16 eingeschnitten sind,
wodurch das Gehäuse 16 und
der Verbindungskörper 14 integral
miteinander verbunden werden. Die zweiten Gewindenuten 48 des
Verbindungskörpers 14 sind
mit den ersten Gewindenuten 36 des Ventilkörpers 12 verschraubt.
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Das
Gehäuse 16 weist
eine zylindrische Form mit einem nach oben verringerten Durchmesser
und Boden und einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser auf, wobei
eine Wellenöffnung 54 in der
axialen Richtung an ihrem mittleren Bereich ausgebildet ist. Eine
Welle 56, die eine Strömungssteuerung 20 bildet,
ist durch die Wellenöffnung 54 eingesetzt.
Außerdem
sind vier Gewindenuten 52, mit denen die dritten Gewindenuten 50 des
Verbindungskörpers 14 ver schraubt
sind, in eine innere Umfangsfläche
des Gehäuses 16 eingeschnitten.
Das Gehäuse 16 und
der Verbindungskörper 14 werden
durch die dritten und vierten Gewindenuten 50 und 52 im Wesentlichen
koaxial miteinander verbunden.
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Außerdem ist
ein Paar von Stiftöffnungen 58 an
einem oberen Bereich des Gehäuses 16 ausgebildet
und erstreckt sich in einer radial nach innen gerichteten Richtung
von einer äußeren Umfangsfläche des
Gehäuses 16.
Die Stiftöffnungen 58 sind
in einer geraden Linie angeordnet und so positioniert, dass sie
der Mitte der Wellenöffnung 54 zugewandt
sind und gegenüber
liegen. Außerdem
stehen sie jeweils mit der Wellenöffnung 54 in Verbindung.
Stifte 60 sind jeweils in die Stiftöffnungen 58 so eingeschraubt, dass
Enden der Stifte 60 mit der Welle 56, welche durch
die Wellenöffnung 54 eingesetzt
ist, in Eingriff stehen.
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Der
Ventilmechanismus 18 umfasst den Kolben 38, der
verschiebbar in der Kolbenkammer 40 angeordnet ist, den
Ventilstopfen 62, der an einem Ende des Kolbens 38 angeordnet
ist, und einen Ring 64, der einen Bereich des Ventilstopfens 62 führt.
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Der
Kolben 38 hat einen T-förmigen
Querschnitt mit einem Bereich 66 mit großem Durchmesser,
der an einer inneren Wandfläche
der Kolbenkammer 40 in den Verbindungskörper 14 anliegt, und
einen Bereich 44 mit kleinem Durchmesser, der relativ zu
dem Bereich 66 mit großem
Durchmesser nach unten vorsteht (in Richtung des Pfeils A) und in
die Kolbenöffnung 46 des
Verbindungskörpers 14 eingesetzt
ist. Eine Kolbendichtung 70 ist in einer Ringnut an einer äußeren Umfangsfläche des
Abschnitts 44 mit kleinem Durchmesser angebracht, wobei
die Kolbendichtung 70 an der Kolbenöffnung 46 anliegt
und einen abgedichteten Zustand in der Kolbenkammer 40 herstellt.
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Eine
Gewindeöffnung 72,
in die ein Ende der Welle 56 eingeschraubt ist, ist entlang
der axialen Richtung im Wesentlichen in der Mitte des Abschnitts 66 mit
großem
Durchmesser ausgebildet, während eine
durchgehende Öffnung 74 im
Wesentlichen in der Mitte des Abschnitts 44 mit kleinem
Durchmesser entlang der axialen Richtung auf einer geraden Linie mit
der Gewindeöffnung 72 ausgebildet
ist. Im Einzelnen kommunizieren die Gewindeöffnung 72 und die Durchgangsöffnung 74 in
dem Kolben 38, wobei sie von einem Ende des Kolbens 38 zu
dem anderen durchtreten.
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Die
Durchgangsöffnung 74 wird
durch einen ersten Öffnungsbereich 76,
der an einer Seite der Gewindeöffnung 72 ausgebildet
ist und dessen Durchmesser relativ zu der Gewindeöffnung 72 etwas
reduziert ist, und einen zweiten Öffnungsabschnitt 78,
der an einer Seite des Ventilstopfens 62 (in der Richtung
des Pfeils A) relativ zu dem ersten Gewindeabschnitt 76 ausgebildet
ist und relativ zu dem ersten Öffnungsabschnitt 76 einen
verringerten Durchmesser aufweist, gebildet. Eine Verbindungswelle 82,
die eine Anzeigewelle 80 des Anzeigeabschnittes 22 und
den Ventilstopfen 62 verbindet, ist verschiebbar durch
die Durchgangsöffnung 74 eingesetzt.
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Die
Verbindungswelle 82 umfasst einen breiten Wellenabschnitt 84,
welcher durch den ersten Öffnungsabschnitt 76 der
Durchgangsöffnung 74 eingesetzt
ist und mit der Anzeigewelle 80 verbunden ist, und einen
schmalen Wellenabschnitt 86, dessen Durchmesser im Vergleich
zu dem breiten Wellenabschnitt 84 verringert ist und der
durch den zweiten Öffnungsabschnitt 78 der
Durchgangsöffnung 74 eingesetzt
und mit dem Ventilstopfen 62 verbunden ist. Im Einzelnen
weist der breite Wellenabschnitt 84 der Verbindungswelle 82 einen
Durchmesser entsprechend dem ersten Öffnungsabschnitt 76 der
Durchgangsöffnung 74 auf,
während
der schmale Wellenabschnitt 86 einen Durchmesser aufweist,
der dem zweiten Öffnungsabschnitt 78 der
Durchgangsöffnung 74 entspricht.
Außerdem
greift der breite Wellenabschnitt 84 der Verbindungswelle 82 an
einer Stufe in der Durchgangsöffnung 74 an,
wobei die Stufe zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt 76 und dem
zweiten Öffnungsabschnitt 78 vorgesehen
ist.
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Der
Ventilstopfen 62 wird bspw. aus einem Kunststoff- oder
Harzmaterial geformt und ist mit der Verbindungswelle 82 verbunden,
wobei die Verbindungswelle 82 in einen oberen Bereich im
Wesentlichen in der Mitte des Ventilstopfens 62 eingeschraubt ist.
Der Ventilstopfen 62 weist außerdem einen Ventilbereich 88 auf,
der im Wesentlichen zentral nach unten (in der Richtung des Pfeils
A) vorsteht und auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt, und einen
Mantel 90, der sich von einer äußeren Kante des Ventilbereiches 88 radial
nach außen
erstreckt, wobei eine äußere Kante
des Mantels 90 sandwichartig zwischen dem Ventilkörper 12 und
dem Verbindungskörper 14 angeordnet
ist und ergriffen wird.
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Außerdem ist
ein Ring 64 an einer äußeren Umfangsseite
des Ventilstopfens 62 zwischen dem Ventilstopfen 62 und
dem Kolben 38 angeordnet, wobei der Ring 64 gemeinsam
mit dem Ventilstopfen 62 verschoben wird. Ein Schutzelement 92 ist
zwischen dem Mantel 90 des Ventilstopfens 62 und
dem Ring 64 angeordnet. Der Ring 64 weist eine
Rohrform auf und ist an einer äußeren Umfangsseite
des Ventilstopfens 62 angeordnet, wobei sein unterer Bereich radial
nach außen
im Wesentlichen parallel zu dem Mantel 90 des Ventilstopfens 62 gebogen
ist.
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Das
Schutzelement 92 wird durch ein elastisches Material, wie
Gummi oder dgl., gebildet und ist zwischen der oberen Fläche des
Mantels 90 und dem Ring 64 angeordnet. Dadurch
steht das Schutzelement 92 in engem Kontakt mit dem Mantel 90,
der dünnwandig
ist. Als Folge hiervon wird bei einer Verschiebung des Ventilstopfens 62 der
Mantel 90 dann geschützt,
wenn der Mantel 90 gebogen wird.
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Außerdem ist
der Ventilstopfen 62 in einem Zustand, in dem das Ventil
geschlossen ist, und unterbricht die Verbindung zwischen dem ersten
Anschluss 24 und dem zweiten Anschluss 26, indem sein
Ventilbereich 88 auf dem Ventilsitz 30 des Ventilkörpers 12 aufsitzt.
Umgekehrt wird der Ventilstopfen 62 in einen Zustand versetzt,
in dem das Ventil offen ist, und öffnet die Verbindung zwischen
dem ersten Anschluss 24 und dem zweiten Anschluss 26 durch
den Verbindungsdurchgang 28, indem der Ventilbereich 88 von
dem Ventilsitz 30 abgehoben wird.
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Die
Strömungssteuerung 20 umfasst
eine Welle 56, die drehbar durch die Wellenöffnung 54 des Gehäuses 16 gehalten
und eingesetzt ist, einen Handgriff (Betätigungselement) 94,
der drehbar auf einem Ende der Welle 56 gehalten wird,
und einen Schaltmechanismus 96, der innen in dem Handgriff 94 angeordnet
ist und der ein Umschalten eines Transmissionszustands einer Rotationskraft
T, die auf den Handgriff 94 aufgebracht wird, relativ zu
der Welle 56 ermöglicht.
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Die
Welle 56 ist bspw. aus einem Kunststoff- oder Harzmaterial
geformt und weist einen Wellenabschnitt 98 auf, der in
das Gehäuse 16 eingesetzt
ist, und einen Abschnitt 100 mit erweitertem Durchmesser,
der an einem oberen Ende des Wellenabschnitts 98 angeordnet
ist und dessen Durchmesser radial nach außen erweitert ist. Eine Einsetzöffnung 102 ist darin
ausgebildet, die durch den Wellenabschnitt 98 und den Abschnitt 100 mit
erweitertem Durchmesser hindurch tritt. Die Anzeigewelle 80 des
Anzeigeabschnitts 22, der später beschrieben wird, ist durch
die Einsetzöffnung 102 eingesetzt.
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Eine
ringförmige
Stiftnut 104 ist entlang einer äußeren Umfangsfläche an einem
im Wesentlichen zentralen Bereich des Wellenabschnitts 98 ausgebildet.
Enden des Paares von Stiften 60, die in dem Gehäuse 16 angebracht
sind, sind in der Lage, in die Stiftnut 104 einzugreifen.
Im Einzelnen wird eine Verschiebung der Welle 56 in der
axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) durch das Paar
von Stiften 60 reguliert, wobei die Welle 56 in
einer Rotationsrichtung senkrecht zu der oben genannten axialen
Richtung verschiebbar ist.
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Außerdem sind
auf der Welle 56 zwischen dem Abschnitt 100 mit
erweitertem Durchmesser und der Stiftnut 104 Außengewinde 106 vorgesehen,
wobei eine scheibenförmige
Verriegelungsplatte 108 auf die Außengewinde 106 aufgeschraubt
ist. Die Verriegelungsplatte 108 ist zwischen einem oberen
Ende des Gehäuses 16 und
dem Handgriff 94 so angeordnet, dass durch Auf- oder Abschrauben
der Verriegelungsplatte 108 die Verriegelungsplatte 108 in
einer axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) der Welle 56 über die
Außengewinde 106 verschoben
wird. Durch Anschlag der Verriegelungsplatte 108 an einem
oberen Ende des Gehäuses 16 wird außerdem eine
Drehverschiebung der Welle 56, die über die Außengewinde 106 in
Eingriff steht, begrenzt. Im Einzelnen dient die Verriegelungsplatte 108 als
Verriegelung zur Begrenzung der Drehverschiebung der Welle 56.
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Außerdem ist
ein Gewindeabschnitt 110 (vgl. 2), auf
dessen äußere Umfangsfläche ein
Gewinde aufgeschnitten ist, an einem unteren Ende der Welle 56 ausgebildet.
Der Gewindeabschnitt 110 ist in die Gewindeöffnung 72 des
Kolbens 38 eingeschraubt. Durch Drehen der Welle 56 wird
somit der Gewindekolben 38 in der Kolbenkammer 40 in
der axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) verschoben.
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Wie
in den 3 und 4 dargestellt ist, ist eine
Vielzahl von Zahnabschnitten 112, die den Schaltmechanismus 96 bilden,
in Umfangsrichtung an einer äußeren Umfangsrichtung
des Abschnittes 100 mit erweitertem Durchmesser ausgebildet.
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Der
Handgriff 94 umfasst einen Grundkörper 114, der im Wesentlichen
eine Kreisform aufweist, und eine Vielzahl von (bspw. vier) Greifelementen 116,
die radial nach außen
mit jeweils gleichen Winkelabständen
(bspw. 90°)
um die Mitte des Grundkörpers 114 vorstehen.
Eine Aussparung 118, in welche der Abschnitt 100 mit
erweitertem Durchmesser der Welle 56 eingesetzt ist, ist
in dem Grundkörper 114 ausgebildet
und einer Seite des Gehäuses 16 zugewandt.
Der Abschnitt 100 mit erweitertem Durchmesser der Welle 56 wird über die
Aussparung 118 in dem Handgriff 94 aufgenommen.
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In
den Greifelementen 116 sind Kugelöffnungen 120 ausgebildet,
die entlang der Greifelemente 116 zu einer Seite des Grundkörpers 114 durchtreten.
Die Kugelöffnungen 120 sind
jeweils in zwei der Greifelementen 116 angeordnet, die
auf einer geraden Linie um die Mitte des Grundkörpers 114 angeordnet
sind, und stehen jeweils mit der Aussparung 118 des Grundkörpers 114 in
Verbindung.
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In
den Kugelöffnungen 120 sind
Kugeln 122 und Federn 124, die den Schaltmechanismus 96 bilden,
aufgenommen. Innengewinde 126, in welche Bolzen 128,
die einen Teil des Schaltmechanismus 96 bilden, eingeschraubt
sind, sind in Enden der äußeren Öffnungen
der Kugellöcher 120 eingeschnitten.
Als Folge hiervon werden jeweilige Enden der Kugellöcher 120 durch
die Bolzen 128 verschlossen.
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Der
Schaltmechanismus 96 weist eine Vielzahl von Zahnabschnitten 112 auf,
die auf dem Abschnitt 100 mit erweitertem Durchmesser der
Welle 56 vorgesehen und entlang dessen äußerer Umfangsfläche ausgebildet
sind, ein Paar von Kugeln 122, die in die Kugellöcher 120 des
Handgriffs 94 eingesetzt sind, um mit den Zahnabschnitten 112 in
Eingriff zu treten, Bolzen 128, welche die äußere Umfangsseite
der Kugellöcher 120 blockieren
und verschließen,
und Federn 124, die zwischen den Kugeln 122 und
den Bolzen 128 angeordnet sind und die Kugeln 122 in
einer Richtung zu der Welle 56 (in der Richtung des Pfeils
C1 in 4) drängen.
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Die
Zahnabschnitte 112 weisen eine gekrümmte Form auf, sind mit einem
festgelegten Radius auf dem Abschnitt 100 mit erweitertem
Durchmesser radial nach innen zurückgesetzt und jeweils mit gleichen
Winkelabständen
entlang der äußeren Umfangsfläche des
Abschnitts 100 mit erweitertem Durchmesser angeordnet.
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Die
Kugeln 122 sind bspw. aus Kunststoff- oder Harzmaterial
hergestellt, wobei die Radialdimension der Kugeln 122 so
gewählt
ist, dass sie im Wesentlichen die gleiche ist wie die Radialdimension der
Zahnabschnitte 112, die wie oben beschrieben eine gekrümmte Form
aufweisen. Außerdem
werden die Kugeln 122 durch eine elastische Kraft P (vgl. 4)
der Federn 124, die zwischen den Kugeln 122 und
den Bolzen 128 angeordnet sind, radial nach innen zu der
Welle 56 (in der Richtung des Pfeils C1) gepresst, um in
Eingriff mit den Zahnabschnitten 112 der Welle 56 zu
treten.
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Anders
ausgedrückt
tritt das Paar von Kugeln 122 in Eingriff mit den Zahnabschnitten 112,
wobei sie jeweils auf einer geraden Linie durch die Mitte der Welle 56 angeordnet
sind. Dadurch wird der Abschnitt 100 mit erweitertem Durchmesser
der Welle 56 gehalten, wobei er auf beiden Seiten durch
die Kugeln 122 ergriffen wird (vgl. 4). Als
Folge hiervon wird die Druckkraft durch die Kugeln 122 in
geeignet ausgeglichenem Zustand relativ zu dem Abschnitt 100 mit
erweitertem Durchmesser aufgebracht, und die Druckkraft wird ohne
Exzentrizität
relativ zu dem Abschnitt 100 mit erweitertem Durchmesser
aufgebracht.
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Der
Anzeigeabschnitt 22 umfasst eine Anzeigewelle 80,
die verschiebbar durch das Innere der Welle 56 eingesetzt
ist und eine Kappe 130, die die Form eines Zylinders mit
Boden aufweist und auf einem oberen Teil des Handgriffs 54 angebracht
ist und eine visuelle Inspektion des Endes der Anzeigewelle 80 erlaubt.
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Die
Anzeigewelle 80 ist in axialer Richtung mit einem im Wesentlichen
gleichmäßigen Durchmesser
ausgebildet, wobei ein visuell erkennbares Element 132 an
ihrem oberen Ende angeordnet ist und durch die Kappe 130 von
außen
visuell überprüft werden
kann. Das untere Ende der Welle 80 ist mit der Verbindungswelle 82 verschraubt.
Im Einzelnen ist die Anzeigewelle 80 mit der Verbindungswelle 82 verbunden
und zusammen mit der Verbindungswelle 82 und dem Ventilstopfen 62 in
der axialen Richtung verschiebbar. Das visuell erkennbare Element 132 ist vorzugsweise
eingefärbt,
bspw. mit einer Farbe wie rot, orange oder dgl., um eine einfache
visuelle Überprüfung des
visuell erkennbaren Elementes 132 von außen zu ermöglichen.
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Die
Kappe 130 ist in eine Installationsöffnung 134 im Wesentlichen
in der Mitte des Handgriffes 94 eingeschraubt und so angebracht,
dass sie um eine festgelegte Länge
von einer oberen Fläche
des Handgriffes 94 vorsteht. Das Innere der Kappe 130 steht
mit der Einsetzöffnung 102 der
Welle 56 in Verbindung und die Kappe 130 ist koaxial
mit dieser angeordnet. Außerdem
besteht die Kappe 130 bspw. aus einem transparenten oder
einem halbtransparenten Kunststoff oder Harzmaterial.
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Durch
Verschiebung der Anzeigewelle 80 wird somit das visuell
erkennbare Element 132 in das Innere der Kappe 130 bewegt,
so dass das visuell erkennbare Element 132 visuell von
außen überprüft werden
kann.
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Das
Handschaltventil 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden die Betriebs- und Wirkungsweise des
Handschaltventils 10 erläutert.
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1 zeigt
einen Zustand mit geschlossenem Ventil, bei welchem der Ventilstopfen 62 zu
dem Ventilsitz 30 (in der Richtung des Pfeils A) verschoben
ist und auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt. Dadurch wird die
Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 24 und dem zweiten
Anschluss 26 unterbrochen. Vorab sind Leitungen (nicht
dargestellt) über
die Verbindungsmuttern 34 mit den ersten und zweiten Anschlüssen 24 und 26 verbunden.
Da das visuell erkennbare Element 132 des Anzeigeabschnitts 22 in einem
Zustand ist, in dem es nicht in den vorstehenden Bereich der Kappe 130 bewegt
wurde, kann außerdem
das visuell erkennbare Element 132 nicht von außen visuell überprüft werden.
Dadurch wird ein Ventil-Geschlossen-Zustand (AUS-Zustand) angezeigt.
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In
dem Ventil-Geschlossen-Zustand ergreift ein Arbeiter (nicht dargestellt)
den Handgriff 94 und dreht ihn in einer festgelegten Richtung,
wodurch die Kugeln 122, die in den Greifelementen 116 aufgenommen
sind, integral mitgedreht werden. Da die Kugeln 122 durch
die elastische Kraft P der Federn 124 mit einer festgelegten
Druckkraft zu der Welle 56 (in der Richtung des Pfeils
C1) gepresst werden, wird in diesem Fall die auf den Handgriff 94 ausgeübte vorbestimmte
Drehkraft T durch die Eingriffswirkung der Kugeln 122 auf
die Welle 56 übertragen.
Als Folge hiervon werden der Handgriff 94 und die Welle 56 gemeinsam
gedreht.
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Im
Einzelnen wird die elastische Kraft P der Feder 124 (Druckkraft
auf die Kugeln 122), die zur Betätigung der Kugeln 122 wirkt,
vorab so eingestellt, dass sie die auf den Handgriff 94 ausgeübte Drehkraft
T überschreitet
(P > T).
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Außerdem wird
der Kolben 38, der in Gewindeeingriff mit der Welle 56 steht,
durch die Drehung der Welle 56 in einer Richtung (Richtung
des Pfeils B) weg von dem Ventilsitz 30 verschoben, wobei
die Verbindungswelle 82, die innen durch den Kolben 38 eingesetzt
ist, und die Anzeigewelle 80 nach oben verschoben werden
(in Richtung des Pfeils B).
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Als
Folge hiervon wird, wie in 5 gezeigt ist,
der Ventilstopfen 62, der mit der Verbindungswelle 82 verbunden
ist, nach oben verschoben, während der
Mantel 90 gebogen wird, und der Ventilbereich 88 hebt
von dem Ventilsitz 30 ab. Da das Paar von Stiften 60 in
die Stiftnut 104 eingreift, wird die Welle 56 nicht
in einer axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) relativ
zu dem Gehäuse 16 verschoben, sondern
relativ zu dem Gehäuse 16 verdreht.
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Dementsprechend
ergibt sich ein Ventil-Offen-Zustand (EIN-Zustand), in dem der erste
Anschluss 24 und der zweite Anschluss 26 über den Verbindungsdurchgang 28 miteinander
verbunden werden.
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Durch
noch weiteres Drehen des Handgriffes 94 schlägt außerdem die
obere Fläche
des Kolbens 38 an dem Stopper 136, der an einer
inneren Wandfläche
des Gehäuses 16 ausgebildet
ist, an, wodurch ein vollständig
geöffneter
Zustand hergestellt wird, in welchem eine weitere Aufwärtsverschiebung
des Kolbens 38 und des Ventilstopfens 62 verhindert
ist.
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Andererseits
ist es bei dem Handschaltventil 10 vorstellbar, dass dann,
wenn ein Bediener (nicht dargestellt) den Handgriff 94 dreht,
um die Verschiebung des Ventilstopfens 62 zu ermöglichen
und zwischen geschlossenen und offenen Zuständen des Ventils umzuschalten,
und wenn dann der vollständig geöffnete Zustand
erreicht ist, in dem der Kolben 38 an dem Stopper 136 anliegt,
der Bediener versehentlich den Handgriff 94 weiter dreht.
In diesem Fall wird eine große
Drehkraft Tmax (Rotationsdrehmoment), die größer ist als die normale Drehkraft
T, die zum Öffnen
des Ventilstopfens 62 verwendet wird, auf den Handgriff 94 ausgeübt.
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In
diesem Fall wird die Drehkraft Tmax, die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird,
größer als
die elastische Kraft P der Feder 124, und die Kugeln 122, die
durch die elastische Kraft P gepresst werden, werden zusammen mit
den Federn 124 (in der Richtung des Pfeils C2) verschoben,
wobei sie aus den Zahnabschnitten 112 der Welle 56 herausgedrückt werden
(vgl. 6). Insbesondere treten durch Drehung der Kugeln 122 zusammen
mit dem Handgriff 94 die Kugeln 122 in Eingriff
mit anderen Zahnabschnitten 112, welche den Zahnabschnitten 112,
in die die Kugeln 122 zuvor eingriffen, benachbart sind. Hierbei
werden die Kugeln 122 entgegen der elastischen Kraft P
der Federn 124 zu den Bolzen 128 (in der Richtung
des Pfeils C2) verschoben. Als Folge hiervon wird in dem Schaltmechanismus 96 der
Eingriffszustand zwischen den Kugeln 122 und der Welle 56 freigegeben.
Das bedeutet, dass die übermäßige Drehkraft
Tmax, die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird, die elastische Kraft
P (Druckkraft) der Federn 124 überwindet (Tmax > P).
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Als
Folge hiervon wird lediglich der Handgriff 94 in Drehrichtung
verschoben, wobei die Kugeln 122 hierin aufgenommen sind,
und die Drehkraft Tmax, die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird,
wird nicht auf die Welle 56 übertragen. Anders ausgedrückt wird
lediglich der Handgriff 94 relativ zu der Welle 56 in Drehrichtung
verschoben, und die Drehkraft Tmax von dem Handgriff 94 auf
die Welle 56 wird unterbrochen, so dass der Handgriff 94 sich
einfach frei dreht (vgl. 7). In diesem Fall bewegt sich
das Paar von Kugeln 122 aus den Zahnabschnitten 112 heraus,
um in Eingriff mit anderen, benachbarten Zahnabschnitten 112 zu
treten.
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Auf
diese Weise wird in einem vollständig
geöffneten
Zustand, in welchem der Ventilstopfen 62 von dem Ventilsitz 30 abgehoben
ist, die Übertragung der
Drehkraft T von dem Handgriff 94 auf die Welle 56 durch
den Schaltmechanismus 96 zuverlässig und wirksam unterbrochen.
Bei einer vollständigen Öffnung wird
somit eine weitere Verschiebung des Kolbens 38 und des
Ventilstopfens 62 weg von dem Ventilsitz 30 (in
der Richtung des Pfeils B) vermieden, und ein Druck des Kolbens 38 mit übermäßiger Kraft gegen
den Stopper 136 wird verhindert.
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Außerdem wird
bei offenem Ventil die Anzeigewelle 80 nach oben in den
Anzeigeabschnitt 22 verschoben und ihr visuell erkennbares
Element 132 wird in den vorspringenden Bereich der Kappe 130 verschoben,
so dass das visuell erkennbare Element 132 von außen visuell überprüft werden
kann. Somit kann ein Zustand mit offenem Ventil (EIN-Anzeige) des
Handschaltventils 10 einfach überprüft werden.
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Als
nächstes
wird ein Fall erläutert,
in welchem der Ventilstopfen 62 ausgehend von dem oben beschriebenen
Ventil-Offen-Zustand (vgl. 5) wieder
auf den Ventilsitz 30 aufgesetzt wird, so dass der Ventil-Geschlossen-Zustand
wieder hergestellt wird (vgl. 1).
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Zunächst ergreift
ein Arbeiter (nicht dargestellt) den Handgriff 94 und dreht
ihn mit einer festgelegten Drehkraft T in einer Richtung entgegengesetzt zu
der zuvor beschriebenen, wodurch die Drehkraft T, die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird, über die
Kugeln 122 des Schaltmechanismus 96 auf die Welle 56 übertragen
und die Welle 56 in dieser entgegengesetzten Richtung gedreht
wird.
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Außerdem wird
der Kolben 38, der in Gewindeeingriff mit der Welle 56 steht,
durch die Drehung der Welle 56 entlang der Kolbenkammer 40 in
einer Richtung (der Richtung des Pfeils A) zu dem Ventilsitz 30 verschoben,
das obere Ende des Ventilstopfens 62 wird durch den Abschnitt 44 mit
kleinem Durchmesser des Kolbens 38 nach unten gepresst, und
der Ventilstopfen 62 wird zu dem Ventilsitz 30 verschoben.
Außerdem
werden zusammen mit der Verschiebung des Ventilstopfens 62 die
Verbindungswelle 82 und die Anzeigewelle 80 nach
unten (in der Richtung des Pfeils A) verschoben.
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Hierdurch
wird der Ventilstopfen 62 nach unten verschoben, wobei
der Mantel 90 gebogen wird, und der Ventilabschnitt 88 wird
auf dem Ventilsitz 30 aufgesetzt, was zu dem Ventil-Geschlossen-Zustand (AUS-Zustand)
führt,
in welchem die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 24 und
dem zweiten Anschluss 26 durch den Verbindungsdurchgang 28 unterbrochen
ist.
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Da
das visuell erkennbare Element 132 aus dem vorstehenden
Bereich der Kappe 130 in dem Anzeigeabschnitt 22 nach
unten verschoben ist, kann in dem Ventil-Geschlossen-Zustand das
visuell erkennbare Element 132 nicht gesehen werden, so dass
der Ventil-Geschlossen-Zustand (AUS-Anzeige) überprüft werden kann.
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Andererseits
ist, ähnlich
wie bei dem oben beschriebenen, vollständig geöffneten Zustand, in einem vollständig geschlossenen
Zustand, in welchem der Ventilstopfen 62 vollständig auf
dem Ventilsitz 30 aufsitzt, vorstellbar, dass ein Bediener
den Handgriff 94 versehentlich weiterdreht. In diesem Fall
wird, wie in 1 gezeigt ist, eine Abwärtsverschiebung
des Kolbens 38, welcher an einem oberen Ende des Ventilstopfens
anliegt, verhindert, da der Ventilstopfen 62 bereits auf
dem Ventilsitz 30 aufsitzt. Als Folge hiervon kann der
Kolben 38 nicht weiter nach unten verschoben werden, so
dass auch die Drehverschiebung der Welle 56, die in Gewindeeingriff
mit dem Kolben 38 steht, verhindert wird.
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In
diesem Fall kann eine übermäßige Drehkraft
Tmax auf den Handgriff 94 ausgeübt werden, wobei die Drehkraft
Tmax größer ist
als die elastische Kraft P der Feder 124 (Tmax > P), so dass die Kugeln 122,
die durch die elastische Kraft P der Feder 124 mit Druck
beaufschlagt werden, zu den Federn 124 (in der Richtung
des Pfeils C2) verschoben werden, wobei sie aus den Zahnabschnitten 112 der
Welle 56 herausgedrückt
werden. Als Folge hiervon wird in dem Schaltmechanismus 96 der
Eingriffszustand zwischen den Kugeln 122 und der Welle 56 aufgehoben
und lediglich der Handgriff 94 wird in Drehrichtung verschoben,
wobei die Kugeln 122 darin aufgenommen sind. Somit wird
die übermäßige Drehkraft Tmax,
die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird, nicht auf die Welle 56 übertragen.
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In
dem Fall, dass der Handgriff 94 weitergedreht wird, nachdem
der Ventilstopfen 62 auf dem Ventilsitz 30 aufgesetzt
hat, wird auf diese Weise eine Übertragung
der Drehkraft T von dem Handgriff 94 auf die Welle 56 durch
den Schaltmechanismus 96 zuverlässig und wirksam unterbrochen.
Wenn das Ventil vollständig
geschlossen ist, wird somit eine weitere Verschiebung des Ventilstopfens 62 zu
dem Ventilsitz 30 (in der Richtung des Pfeils A) verhindert und
ein Pressen des Ventilstopfens 62 mit übermäßiger Kraft gegen den Ventilsitz 30 wird
vermieden.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist bei der vorliegenden Ausführungsform
ein Schaltmechanismus 96 vorgesehen, mit welchem die Übertragung
einer übermäßigen Drehkraft
Tmax, die auf den Handgriff 94 ausgeübt wird, auf die Welle 56 verhindert
wird. Der Schaltmechanismus 96 wird durch ein Paar von Kugeln 122,
die in dem Handgriff 94 aufgenommen sind, Federn 124,
die eine elastische Kraft P zur Beaufschlagung der Kugeln 122 erzeugen,
und Zahnabschnitte 112 der Welle 56, in welche
die Kugeln 122 eingreifen, gebildet. Auf diese Weise können in dem
Schaltmechanismus 96 gemäß der vorliegenden Erfindung
durch den einfacheren Aufbau als bei dem Stand der Technik sowohl
die Zahl der Teile als auch die Montageschritte verringert werden.
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Wenn
der Ventilstopfen 62 vollständig geschlossen ist und der
Ventilkörper 62 auf
dem Ventilsitz 30 aufsitzt und wenn der Ventilstopfen 62 vollständig geöffnet ist
und der Kolben 38 an dem Stopper 136 anliegt,
wird eine weitere Übertragung
der Drehkraft T von dem Handgriff 94 auf die Welle 56 mit Hilfe
des Schaltmechanismus 96, der einen einfachen Aufbau hat,
zuverlässig
und wirksam unterbrochen. Als Folge hiervon wird dann, wenn das
Ventil geschlossen ist, eine Verschiebung des Ventilstopfens 62 zu
dem Ventilsitz 30, und dann, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist,
eine Verschiebung des Kolbens 38 zu dem Stopper 136 jeweils
zuverlässig verhindert.
Dementsprechend wird ein Pressen des Ventilstopfens 62 mit übermäßiger Kraft
auf den Ventilsitz 30 verhindert, wenn das Ventil bereits
geschlossen ist, so dass die Haltbarkeit und Lebensdauer des Ventilstopfens 62 und
des Ventilsitzes 30 verbessert werden kann. Außerdem wird
ein Pressen des Kolbens 38 mit übermäßiger Kraft gegen das Gehäuse 16 verhindert,
so dass auch die Haltbarkeit des Kolbens 38 verbessert
werden kann.
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Außerdem wird
bevorzugt, dass die Härte der
Kugeln 122 des Schaltmechanismus 96 kleiner ist
als die Härte
der Welle 56, die die Zahnabschnitte 112 aufweist.
Bspw. werden die Kugeln 122 aus Nylon, Polypropylen (PP)
oder dgl. gebildet, während die
Welle 56 aus einem Kunststoff- oder Harzmaterial mit einer
vergleichsweise großen
Härte hergestellt wird,
bspw. einem ABS-Harz oder dgl..
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Da
die Kugeln 122 normalerweise mit einer festgelegten Druckkraft
P in die Zahnabschnitte 112 der Welle 56 eingreifen,
kann es nach einer langen Nutzungsdauer zu einem Reibungsverschleiß der Kugeln 122 gegenüber den
Zahnabschnitten 112 kommen. Da die Härte der Kugeln 122 kleiner
gewählt
ist als die Härte
der Welle 56, ist der Verschleiß der Kugeln größer als
der der Welle 56. Im Vergleich zu der Welle 56 ist
aber ein Austausch der Kugeln 122 relativ einfach, so dass
eine Wartung einfach und kostengünstig
durchgeführt
werden kann. Anders ausgedrückt
kann durch Verwendung von Kugeln 122 mit geringer Härte ein
Verschleiß der
Welle 56 vermieden werden.
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Außerdem ist
die Kappe 130 im Wesentlichen mittig auf dem Handgriff 94 angeordnet,
so dass die Anzeigewelle 80 von außen visuell überprüft werden
kann. Die Kappe 130 steht um eine festgelegte Strecke zu
der Seitenfläche
des Handgriffs 94 vor. Dementsprechend kann das visuell
erkennbare Element 132 der Anzeigewelle 80, das
innerhalb der Kappe 130 bewegbar ist, zuverlässig und
einfach überprüft werden.
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Die
Kappe 130 ist in der Installationsöffnung 134 des Handgriffs 94,
durch welche die Anzeigewelle 80 eingesetzt ist, angebracht.
Dadurch wird die Installationsöffnung 134 verschlossen.
Im Vergleich zu dem herkömmlichen
Handventil, das so aufgebaut ist, dass eine Anzeige direkt von einer
Endfläche
des Handgriffs 94 nach außen vorsteht, kann hierdurch verhindert
werden, dass Staub oder dgl., der in dem Ventilkörper 12 erzeugt wird,
durch die Einsetzöffnung 102 der
Welle 56 und aus der Installationsöffnung 134 austritt.