-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidsteuervorrichtung, welche ein Ventil und einen Endschalter zum Erfassen eines geöffneten und geschlossenen Zustandes des Ventils bereitstellt, und welche in geeigneter Weise in einer Vorrichtung zum Kontrollieren eines Durchflusses verwendet wird, und auf eine Volumenstromregelungseinrichtung, welche eine Fluidsteuervorrichtung verwendet.
-
In Bezug auf eine Volumenstromregelungseinrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist, ist in der Patentliteratur 1 eine Einrichtung offenbart, welche einen Körper, in welchem ein benötigter Fluidkanal ausgebildet ist, ein Steuerventil, ein Sensor und ein Selektionsventil, welches an dem Körper angebracht ist, eine erste Öffnung, welche an einem Auslasskanal des Steuerventils angeordnet ist, eine zweiten Öffnung, welche an einem Auslasskanal des Selektionsventils angeordnet ist, und eine Regelungseinheit aufweist. Der Durchfluss wird an der ersten Öffnung geregelt, wenn das Selektionsventil geschlossen ist, und an der zweiten Öffnung geregelt, wenn das Selektionsventil geöffnet ist (bereichsänderbare Volumenstromregelungseinrichtung).
-
Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 2007-4644 A -
Die
DE 20 2010 003 659 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Endlagenerkennung in Hubventilen mit einem Sensormodul, das die axiale Position einer mit einem Magneelement versehenen Ventilspindel mittels einer Reedsensorik erfasst.
-
Die
DE 10 2006 055 393 A1 offenbart ein Ventil mit einer hydraulischen Steueranordnung, bei der die axiale Position der hydraulischen Steueranordnung mittels eines Positionsschalters erfasst wird, wobei die Position der hydraulischen Steueranordnung nicht mit dem Zustand des Ventils korreliert.
-
Die
EP 1 498 648 A1 offenbart einen Stellungsmelder für Hubventilantriebe, der die Position eines Betätigungselements eines Ventils mittels eines Näherungssensors berührungslos erfasst.
-
Die
DE 34 32 953 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Anordnung und Justierung von Stellungsmeldern oder -gebern für Hubventile, bei welcher die Stellung einer mit einer Ventilstange verbundenen Schaltstange mittels eines Mikroschalters anhand von Schaltrillen an der Schaltstange erfasst wird.
-
Die
GB 2 138 108 A offenbart Ventileinheiten, deren Betriebszustand kontinuierlich mittels einer Anzeigelampe visualisiert wird.
-
Die Druckschriften
JP S56-152 310 U ,
JP S40-28 345 B1 ,
JP S52-98 067 U ,
JP S64-4 906 U ,
JP H01-269 706 A ,
JP S56-37 772 U und
JP H11-265 216 A offenbaren weitere Ventile bzw. Verbindungselemente zum koaxialen Verbinden von Gewindestangen.
-
In Bezug auf das Selektionsventil in der Volumenstromregelungseinrichtung gemäß der zuvor genannten Patentliteratur 1, wird der geöffnete und geschlossene Zustand bevorzugt durch einen Endschalter erfasst. Wenn der Endschalter in das Ventil eingesetzt ist, ist die Ausgestaltung des Ventils sehr kompliziert und vergrößert sowie die Positionierung des Endschalters erschwert. Entsprechend ist bevorzugt, den Endschalter außerhalb des Ventils anzuordnen, wobei in diesem Fall ein Raum zum Anordnen des Endschalters benötigt wird. Von daher gibt es ein Problem, wie die Fluidsteuervorrichtung, in welcher das Ventil und der Endschalter kombiniert sind, kompakt ausgestaltet sein kann.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluidsteuervorrichtung vorzusehen, welche die Bereitstellung einer kompakten Fluidsteuervorrichtung ermöglicht, in welcher ein Ventil und ein Endschalter kombiniert sind.
-
Eine Fluidsteuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung weist ein Ventil, welches einen Fluidkanal öffnet und schließt, und einen Endschalter, welcher den Betrieb des Ventils erfasst, auf. Das Ventil umfasst ein bewegbares Element, welches einen aus einer Öffnung eines Gehäuses hervorstehenden Bereich aufweist, und welches sich entsprechend des Öffnens und Schließens des Ventils linear bewegt, so
-
dass es gegen den Endschalter fährt. Der Endschalter ist in Richtung des bewegbaren Elements ausgerichtet und derart angeordnet, dass es in seiner Position einstellbar ist.
-
Für den zuvor genannten Endschalter kann ein herkömmlicher Endschalter verwendet werden. Dadurch kann zur Erfassung des geöffneten und geschlossenen Zustandes des Ventils mittels eines einfachen Aufbaus verwendet werden. Dann, wenn der Endschalter angeordnet ist, hat das bewegbare Element als ein Teil des Ventils einen aus der Öffnung des Gehäuses hervorstehenden Bereich und der Endschalter ist in Richtung des bewegbaren Elements ausgerichtet und derart angeordnet, dass es in seiner Position einstellbar ist. Auf diese Weise kann der Endschalter auf einfache Weise auf kleinem Raum angeordnet werden, um derart als Fluidsteuervorrichtung verwendet zu werden, in welcher das Ventil und der Endschalter kombiniert sind, und kompakt ausgelegt sein.
-
Das Ventil ist nicht begrenzt auf ein spezielles Ventil und für gewöhnlich ist das Ventil mit einem Körper, in welchem ein Fluidkanal ausgebildet ist, ein Gehäuse, welches über dem Körper angeordnet ist, ein Ventilkörper, welcher den Fluidkanal öffnet und schließt, eine Ventilstange, welche sich aufwärts und abwärts bewegt, um den Ventilkörper in eine geöffnete Richtung oder eine geschlossene Richtung zu bewegen, und ein Stelltrieb, welcher die Ventilstange betätigt, ausgestaltet.
-
Das bewegbare Element ist zum Beispiel ein Kolben, welcher an dem oberen Endbereich der Kolbenstange, welche den Fluidkanal mittels des Ventilkörpers durch Auf- und Abwärtsbewegen öffnet und schließt, angeordnet. Das bewegbare Element ist darauf nicht limitiert und das bewegbare Element kann durch den oberen Endbereich der Ventilstange bestimmt sein, welche gegen den Endschalter fährt. Darüber hinaus kann das bewegbare Element durch ein Element, welches losgelöst von dem Kolben ist und an der Kolbenstange angeordnet ist, bestimmt sein, um so gegen den Endschalter zu fahren.
-
Die vorliegende Fluidsteuervorrichtung kann zum Beispiel in geeigneter Weise für ein Selektionsventil in einer Volumenstromregelungseinrichtung verwendet werden, was vorliegend nicht der einzige Fall ist. Die Fluidsteuervorrichtung kann vielseitig dort eingesetzt werden, wo ein Ventil mit einem Endschalter zum Erfassen des geöffneten und geschlossenen Ventils benötigt wird.
-
Die Fluidsteuervorrichtung umfasst in bevorzugter Weise eine Endschalterpositioniereinheit.
-
In bevorzugter Weise weist die Endschalterpositioniereinheit einen ersten Bolzen, welcher an dem Körper des Ventils befestigt ist, einen an dem Endschalter befestigten zweiten Bolzen und eine Verbindungsschraube, welche an einem Ende ein mit dem ersten Bolzen verschraubten Innengewindebereich und an dem anderen Ende einen mit dem zweiten Bolzen verschraubten Innengewindebereich hat, auf, um entsprechend die beiden Bolzen zu verbinden. Der erste Bolzen und der zweite Bolzen haben bevorzugter Weise unterschiedliche Gewindesteigungen.
-
Die axiale Richtung des Bolzens und die der Verbindungsschraube sind parallel zu der Bewegungsrichtung der Ventilstange des Ventils, und die Endschalterpositioniereinheit ist benachbart zu dem Ventil angeordnet. Darüber hinaus haben der erste Bolzen und der zweite Bolzen die gleiche Schraubrichtung (zum Beispiel sind beides Rechtsgewindeschrauben). Gemäß der Endschalterpositioniereinheit wird die Verbindungsschraube rotiert, wenn der erste Bolzen und der zweite Bolzen am gemeinen Rotieren gehindert werden, so dass sich die Verbindungsschraube in Richtung der Schraubverbindung mit dem Bolzen, welcher eine größere Steigung aufweist, bewegt. Allerdings bewegt sich die Verbindungsschraube in die gleiche Richtung in Bezug auf den Bolzen mit der kleineren Steigerung, so dass der Änderungswert des Abstandes zwischen den beiden Enden der Endschalterpositioniereinheit (die Distanz zwischen dem Kopf des ersten Bolzens und dem Kopf des zweiten Bolzens) dem Vielfachen entspricht, welches sich durch Multiplizieren der Differenz der Steigungen zwischen dem ersten Bolzen und dem zweiten Bolzen und der Umdrehungszahl der Verbindungsstange entspricht. Entsprechend, wenn die Verbindungsstange rotiert wird, ist der Bewegungswert des Endschalters entsprechend dem Unterschied der Steigungen ein Minimumwert, so dass der Endschalter exakt positioniert werden kann.
-
Auf einfache Weise können unterschiedliche Steigungen verwendet werden, indem der Bolzendurchmesser geändert wird. Alternativ können unterschiedliche Steigungen eingesetzt werden, in dem eine Bolzen mit einem metrischen Gewinde und der andere Bolzen mit einem feinen Gewinde ausgestattet ist, während die Bolzendurchmesser gleich bleiben. Solche Bolzen sind kommerziell erhältlich und sogar dann, wenn die Bolzen herzustellen sind, sind diese einfach herzustellen. Wenn nicht nur ein metrisches Gewinde, sondern auch ein Feingewinde verwendet wird, kann die notwendige Steigungsdifferenz erhalten werden, indem Bolzen gemäß dem Standard benutzt werden.
-
Zum Beispiel weist der erste Bolzen einen anschlussseitigen Außengewindebereich auf, welcher mit der Verbindungsschraube verschraubt ist, einen feststehenden Außengewindebereich, welcher mit einem in dem Körper des Ventils ausgebildeten Innengewinde verschraubt ist, und einen Verbindungsbereich (zum Beispiel einen hexagonalen prismaförmigen Verbindungsbereich), mit welchem ein Werkzeug in Eingriff gebracht werden kann, auf. Der zweite Bolzen weist einen anschlussseitigen Außengewindebereich, welcher mit der Verbindungsschraube verschraubt ist, einen feststehenden Außengewindebereich, welcher mit einem an einem Endschalter ausgebildeten Innengewindebereich (oder einen Verschleißbeschlag, welcher an dem Endschalter angeordnet ist), und einen Verbindungsbereich (zum Beispiel einen hexagonalen prismaförmigen Verbindungsbereich), welcher mit einem Werkzeug in Eingriff gebracht werden kann, auf. In diesem Fall bedeutet der Unterschied der Steigungen zwischen dem ersten Bolzen und dem zweiten Bolzen den Unterschied der Steigungen zwischen dem anschlussseitigen Außengewindebereich des ersten Bolzens und dem anschlussseitigen Außengewindebereich des zweiten Bolzens. Zum Beispiel ist entweder der anschlussseitige Außengewindebereich des ersten Bolzens oder der anschlussseitige Außenbereich des zweiten Bolzens als ein metrisches Gewinde mit M4 (Steigung 0,7) und das jeweils andere als ein Feingewinde mit M3 (Steigung 0,35) ausgebildet. In diesem Fall ergibt sich der Bewegungswert des Endschalters, wenn die Verbindungsstange um eine Umdrehung rotiert wird, wie folgt: 0,7-0,35=0,35 (mm).
-
Bevorzugterweise sind die Endschalterpositioniereinheit und das Ventil miteinander derart verbunden, dass in dem Körper des Ventils ein zu dem feststehenden Außengewindebereich des ersten Bolzens korrespondierender Innengewindebereich ausgebildet ist und der erste Bolzen in dem Körper des Ventils eingeschraubt ist. Weiterhin bevorzugt sind die Endschalterpositioniereinheit und der Endschalter mittels eines Verschleißbeschlags miteinander verbunden und solch eine Verbindung wird dadurch erreicht, indem an dem Endschalter, welcher über eine Schraube an dem Verschleißbeschlag befestigt ist, ein zu dem feststehenden Außengewindebereich des zweiten Bolzens korrespondierender Innengewindebereich ausgebildet ist und der zweite Bolzen in den Verschleißbeschlag eingeschraubt ist.
-
Die feststehenden Außengewindebereiche der entsprechenden Bolzen können die gleiche Steigung wie die der anschlussseitigen Außengewindebereiche aufweisen, oder können eine sich von den anschlussseitigen Außengewindebereichen unterscheidende Steigung aufweisen. Die feststehenden Außengewindebereiche der entsprechenden Bolzen sind ausgebildet, um sie mit dem Körper des Ventils oder dem Endschalter zu verbinden. Sowohl die Anschlussseite als auch die feststehende Seite der entsprechenden Bolzen sind als Außengewindebereiche ausgebildet, so dass die Befestigungskonfiguration vereinfacht werden kann. Allerdings ist die feststehende Seite der Endschalterpositioniereinheit nicht auf die Außengewindebereiche der entsprechenden Bolzen beschränkt und können auch als Innengewindebereiche ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Endschalterpositioniereinheit an dem Körper des Ventils und dem Endschalter durch eine geeignete Ausgestaltung ohne Schraubverbindungen befestigt werden.
-
Bevorzugt weist die Endschalterpositioniereinheit eine erste Kontermutter, welche eine relative Rotation der Verbindungsschraube gegenüber dem ersten Bolzen verhindert, und eine zweite Kontermutter, welche eine relative Rotation der Verbindungsschraube gegeüber dem zweiten Bolzen verhindert, auf.
-
Dadurch wird verhindert, dass die exakte Positionierung, welche durch die Endschalterpositioniereinheit erreicht wurde, verschoben wird, wodurch die Zuverlässigkeit weiter verbessert wird.
-
Die Fluidsteuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise für ein Selektionsventil in einer durchflussratenänderbaren Volumenstromregelungseinrichtung verwendet werden. Die durchflussratenänderbare Volumenstromregelungseinrichtung weist einen Körper, in welchem ein benötigter Fluidkanal ausgebildet ist, ein Steuerventil, einen Sensor und ein Selektionsventil mit einem Endschalter, welcher an dem Körper angeordnet ist, eine erste Öffnung, welche an einem Auslasskanal des Steuerventils angeordnet ist, eine zweite Öffnung, welche an einem Auslasskanal des Selektionsventils angeordnet ist, und eine Steuereinheit, welche einen Durchfluss steuert, auf. Der Durchfluss wird an der ersten Öffnung geregelt, wenn das Selektionsventil geschlossen ist, und wird an der zweiten Öffnung geregelt, wenn das Selektionsventil geöffnet ist. In solch einer Volumenstromregelungseinrichtung wird der geöffnete und geschlossene Zustand des Selektionsventils in bevorzugter Weise durch ein Signal des Endschalters bestätigt. Hier ist der Öffnungswinkel des Selektionsventils klein, so dass der Endschalter sorgfältig positioniert werden und der einmal positionierte Endschalter fest fixiert werden muss. Dadurch wird in solch einer durchflussratenänderbaren Volumenstromregelungseinrichtung die zuvor genannte Fluidsteuervorrichtung (d.h. das Selektionsventil mit dem Endschalter) als das Selektionsventil mit dem zwischen dem Steuerventil und der Öffnung angeordneten Endschalter verwendet, so dass eine kompakte Volumenstromregelungseinrichtung bereitgestellt wird, welche eine ausgezeichnete Genauigkeit hinsichtlich der Durchflussregelung besitzt.
-
Es ist unnötig zu sagen, dass die Verwendung der Fluidsteuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht auf die zuvor ausgeführte Volumenstromregelungseinrichtung beschränkt ist.
-
Entsprechend der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Ventil ein bewegbares Element, welches den aus der Öffnung des Gehäuses hervorstehenden Bereich hat, auf und welches sich entsprechend der Öffnung und Schließung des Ventils linear bewegt, so dass es gegen den Endschalter fährt. Der Endschalter ist in Richtung des bewegbaren Elements ausgerichtet und derart befestigt, dass es in seiner Position einstellbar ist, so dass der Endschalter auf einfache Weise auf einem kleineren Raum angeordnet werden kann und die Fluidsteuervorrichtung, in welcher das Ventil und der Endschalter kombiniert sind, kompakt ausgelegt sein kann.
- 1 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Volumenstromregelungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform unter Verwendung einer Fluidsteuervorrichtung gemäß dieser Erfindung.
- 2 ist eine vergrößerte vordere Querschnittsansicht einer Endschalterpositioniereinheit der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt in Explosionsdarstellung die Endschalterpositioniereinheit der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine vergrößerte vordere Querschnittsansicht eines Ventils der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
- (1):
- Volumenstromregelungseinrichtung
- (2):
- Körper
- (3):
- Steuerventil
- (4):
- Drucksensor (Sensor)
- (5):
- Fluidsteuervorrichtung
- (6):
- Selektionsventil (Ventil)
- (7):
- Endschalter
- (8):
- Endschalterpositioniereinheit
- (9):
- erste Öffnung
- (10):
- zweite Öffnung
- (21):
- Gehäuse
- (23):
- Membran (Ventilkörper)
- (25):
- Ventilstange
- (26):
- erster Kolben (bewegbares Element)
- (29):
- Kolbenbetätigungseinheit
- (42):
- erster Bolzen
- (43):
- zweiter Bolzen
- (44):
- Verbindungsschraube
- (44a), (44b):
- Innengewindebereiche
- (45):
- erste Kontermutter
- (46):
- zweite Kontermutter
-
Im Folgenden ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In der folgenden Beschreibung stehen die Ausdrücke hoch und runter, links und rechts für hoch und runter, links und rechts in Bezug auf das Blatt der 1.
-
1 zeigt einen Teil der Volumenstromregelungseinrichtung unter Verwendung der Fluidsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Die Volumenstromregelungseinrichtung 1 ist druckfest und durchflussratenbereichsänderbar und weist einen Körper, in welchem die benötigten Fluiddurchgänge 2a, 2b, 2c, 2d, 2e ausgebildet sind, ein Steuerventil 3, einen Drucksensor 4 und ein Selektionsventil 6 mit einem Endschalter 7, welche mit dem Körper 2 verbunden sind, eine Regelungseinheit (nicht dargestellt), eine erste Öffnung 9, welche an einem Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 angeordnet ist, und eine zweite Öffnung 10, welche an einem Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6 angeordnet ist, auf.
-
Das Steuerventil 3, der Drucksensor 4 und das Selektionsventil 6 sind in dieser Reihenfolge von links nach rechts angeordnet. In dem Körper 2 sind ein Einlassdurchgang 2a zum Steuerventil 3, ein Auslasskanal 2b von dem Steuerventil 3, ein Verbindungsdurchgang 2c, welches den Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 mit dem Drucksensor 4 verbindet, ein divergierender Durchgang 2d, welcher den Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 mit dem Selektionsventil 6 verbindet, und ein Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6 ausgebildet. Der Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 und der Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6 sind parallel zueinander angeordnet und die zuvor erwähnten Öffnungen 9, 10 sind an den Auslassbereichen der entsprechenden Auslassdurchgänge 2b, 2e angeordnet.
-
Ein Durchgangskörper 11, in welchem ein mit dem Einlassdurchgang 2a des Steuerventils 3 in Verbindung stehender Einlassdurchgang 11a ausgebildet ist, grenzt an der linken Seite des Körpers 2 an. Ein Durchgangskörper 12, in welchem der Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 und eine mit dem Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6 in Verbindung stehenden Auslasskanal 12a ausgebildet sind, grenzt an die rechte Seite des Körpers 2 an.
-
Entsprechend der vorliegenden Volumenstromregelungseinrichtung wird der Durchfluss an der ersten Öffnung 9 geregelt, wenn das Selektionsventil 6 geschlossen ist, und der Durchfluss wird an der zweiten Öffnung 10 geregelt, wenn das Selektionsventil 6 geöffnet ist. Der Druck an der Anströmseite der Öffnungen 9, 10 wird durch den Drucksensor 4 gemessen, und während der durch die Öffnung 9, 10 durchströmende Durchfluss auf Basis des Drucks kalkuliert wird, wird der Öffnungs- und Schließwert des Steuerventils angepasst, um den durch die Öffnungen 9, 10 durchströmenden Durchfluss zu regeln.
-
In Bezug auf die beiden Öffnungen 9, 10 ist die zweite Öffnung 10, welche an dem Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6 angeordnet ist, für einen großen Durchfluss, und die erste Öffnung 9, welche an dem Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 angeordnet ist, für einen geringen Durchfluss ausgebildet. Entsprechend, wenn das Selektionsventil 6 geschlossen ist, gelangt das Fluid nur durch den Auslasskanal 2b des Steuerventils 3, um die Regelung eines kleinen Durchflusses zu ermöglichen. Wenn das Selektionsventil 6 geöffnet, strömt das Fluid sowohl durch den Auslasskanal 2b des Steuerventils 3 also auch durch den Auslasskanal 2e des Selektionsventils 6, um eine Regelung eines großen Durchflusses zu gewährleisten.
-
Durch einen einfachen Öffnungs- und Schließvorgang des Selektionsventils 6 sind die Volumenstromregelungen durch die große Durchflussöffnung (die zweite Öffnung 10) und die kleine Durchflussöffnung (die erste Öffnung 9) entsprechend miteinander verbunden, so dass eine exakte Durchflussregelung über einen weiten Bereich von Durchflussraten gewährleistet wird.
-
Die zuvor ausgeführte Volumenstromregelungseinrichtung 1 ist durch das Selektionsventil 6 mit dem Endschalter 7 gekennzeichnet und das Steuerventil 3, der Drucksensor 4 und die beiden Öffnungen 9, 10 sind im Stand der Technik bekannt. Der Wechsel des Selektionsventils 6 zwischen den beiden Öffnungen 9, 10 ist ebenfalls ähnlich zu den herkömmlich Bekannten.
-
Das Selektionsventil 6 mit dem Endschalter 7, nämlich die Fluidsteuervorrichtung 5, wird im Weiteren beschrieben.
-
Die Fluidsteuervorrichtung 5 umfasst das Selektionsventil 6, den Endschalter 7, welcher den geöffneten und geschlossenen Zustand des Selektionsventils 6 erfasst, und eine Endschalterpositioniereinheit 8.
-
Das Selektionsventil 6 ist ein normales geschlossenes Ventil, welches mit Luftdruck betrieben wird, und wird durch ein elektromagnetisches Ventil geöffnet und geschlossen, welches durch ein Signal der Regelungseinheit betrieben wird. Die geöffneten und geschlossenen Zustände des Selektionsventils 6 werden durch den Endschalter 7 erfasst und an die Regelungseinheit übermittelt.
-
Das Selektionsventil 6 umfasst ein Gehäuse 21, welches über dem Körper 2 angeordnet ist, einen ringförmigen Ventilsitz 22, welcher an der umlaufenden Kante des divergierenden Durchgangs 2d angeordnet ist, eine Membran (Ventilkörper) 23, welche den divergierenden Durchgang 2d öffnet und schließt, indem sie gegen den ringförmigen Ventilsitz 22 gedrückt oder von diesem entlastet wird, ein Membrandruckelement 24, welches die Membran 23 nach unten drückt, eine Ventilstange 25, welche in dem Gehäuse 21 angeordnet ist und sich aufwärts und abwärts bewegt, um die Membrane 23 in die Öffnungs- und Schließrichtung zu bewegen, zwei (oberer und unterer) Kolben, welche an der Ventilstange 25 (ein erster Kolben 26 an der Oberseite und ein zweiter Kolben 27 an der Unterseite) angeordnet sind, eine zusammengedrückte Spiralfeder (elastisches Element) 28, welche die Kolbenstange 25 nach unten drückt und eine Kolbenbetätigungseinheit 29, welche den ersten und zweiten Kolben 26, 27 betätigt.
-
Der Endschalter 7 ist kommerziell erhältlich und weist einen Hauptkörper 31, einen Erfassungsbereich 32 und einen Endbereich 33 auf. Der Endschalter ist normalerweise ausgeschaltet und wird eingeschaltet, wenn das zu erfassende bewegliche Element (hier der obere Endbereich des zuvor erwähnten ersten Kolbens 26) gegen den Erfassungsbereich 32 fährt, um denselben mit Druck zu beaufschlagen und nach oben zu fahren. Der Endschalter 7 ist in Richtung der Oberseite des ersten Kolbens 26 ausgerichtet, welcher aus der Öffnung des Gehäuses 21 herausragt, so dass der Endschalter 7 eingeschaltet wird, wenn der erste Kolben 26, der sich zusammen mit der Ventilstange 25 bewegt, gegen den Endschalter 7 fährt.
-
Die Endschalterpositioniereinheit 8 weist einen Verschleißbeschlag 41, der an dem Endschalter 7 angebracht ist, einen ersten Bolzen 42, der an dem Körper 2 befestigt ist, einen zweiten Bolzen 43, der an dem Verschleißbeschlag 41 befestigt ist, eine Verbindungsschraube 44, welche die beiden Bolzen 42, 43 verbindet, eine erste Kontermutter 45, welche eine relative Bewegung der Verbindungsmutter 44 gegenüber dem ersten Bolzen 42 verhindert, und eine zweite Kontermutter 46, welche eine relative Bewegung der Verbindungsschraube 44 und gegenüber dem zweiten Bolzen 43 verhindert.
-
Wie in den 2 und 3 im Detail gezeigt, weist die Verbindungsschraube 44 an dem unteren Ende einen Innengewindebereich 44a, welcher mit dem ersten Bolzen 42 verschraubt ist, und an dem oberen Ende einen Innengewindebereich 44b, welcher mit dem zweiten Bolzen 43 verschraubt ist, auf. Der erste Bolzen 42 weist einen anschlussseitigen Außengewindebereich 42a, welcher mit der Verbindungsschraube 44 verschraubt ist, einen feststehenden Außengewindebereich 42b, welcher mit dem im Körper 2 angeordneten Innengewindebereich verschraubt ist, und einen Verbindungsbereich 42c, welcher eine hexagonale Prismaform hat, mit dem ein Werkzeug in Eingriff kommen kann, auf. Der zweite Bolzen 43 weist einen anschlussseitigen Außengewindebereich 43a, welcher mit der Verbindungsschraube 44 verschraubt ist, einen feststehenden Außengewindebereich 43b, der mit dem an dem Verschleißbeschlag 41 des Endschalters 7 angeordneten Innengewindebereich verschraubt ist, und einen Verbindungsbereich 43c, der eine hexagonale Prismaform hat, die mit einem Werkzeug in Eingriff gebracht werden kann, auf.
-
Die axiale Richtung der Bolzen 42, 43 und dieder Verbindungsschraube 44 ist parallel zu der Bewegungsrichtung der Ventilstange 25 des Selektionsventils 6 (nämlich alle sind in Aufwärts- und Abwärtsrichtung), und die Endschalterpositioniereinheit 8 ist so ausgerichtet, um im Wesentlichen in Kontakt mit dem Selektionsventil 6 zu stehen.
-
Der erste Bolzen 42 und der zweite Bolzen 43 sind Rechtsgewindeschrauben, wobei deren Steigungen unterschiedlich zueinander sind. Im Besonderen sind der anschlussseitige Außengewindebereich 42a und der feststehende Außengewindebereich 42b des ersten Bolzens 42 aus einem metrischen Gewinde M4 x 0,7 gebildet.
-
Der anschlussseitige Außengewindebereich 43a des zweiten Bolzens 43 ist ein Feingewinde M3 x 0,35. Der feststehende Außengewindebereich 43b des zweiten Bolzens ist aus einem metrischen Gewinde M3 x 0,5 gebildet.
-
Im Weiteren ist der Endschalter 7 an dem zweiten Bolzen 43 mit M3 (Steigung 0,35 mm) über den Verschleißbeschlag 41 befestigt, und der zweite Bolzen 43 mit M3 (Steigung 0,35 mm) und der erste Bolzen 42 mit M4 (Steigung 0,7 mm) sind in die Verbindungsschraube 44 eingeschraubt. Wenn die Verbindungsschraube 44 rotiert wird, bewegt sich der Endschalter 7 wegen der unterschiedlichen Bolzensteigungen zwischen M3 und M4 entsprechend nach unten, so dass die Position des Endschalters 7 angepasst werden kann. Nach dieser Anpassung der Position werden die Kontermuttern 45, 46 angezogen, so dass der erste Bolzen 42 und der zweite Bolzen 43 am Rotieren gehindert werden und somit eine Änderung der Position des Endschalters 7 verhindert wird.
-
Gemäß dieser Endschalterpositioniereinheit 8 bewegt sich die Verbindungsschraube 44 in einem Zustand, bei dem die Kontermuttern 45, 46 gelöst sind und der erste Bolzen 42 und der zweite Bolzen 43 am gemeinsamen Rotieren gehindert werden, wenn die Verbindungsschraube 44 rotiert wird, entsprechend in die Richtung der Verschraubung mit dem ersten Bolzen 42, der die größere Steigung hat. Allerdings bewegt sich die Verbindungsschraube 44 in dieselbe Richtung in Bezug auf den zweiten Bolzen 43, der die kleinere Steigung hat, so dass der Änderungswert des Abstands zwischen den beiden Enden der Endschalterpositioniereinheit 8 (die Distanz zwischen dem oberen Ende des Bolzens 42 und dem unteren Ende des zweiten Bolzens 43) dem Vielfachen entspricht, welches sich durch Multiplizieren der Differenz der Steigungen (0,7 - 0,35) zwischen dem anschlussseitigen Außengewindebereich 42a des ersten Bolzens 42 und dem anschlussseitigen Außengewindebereich 43a des zweiten Bolzens 43 und der Umdrehungszahl der Verbindungsstange 44 ergibt. Entsprechend wird, wenn die Verbindungsstange 44 rotiert wird, der Endschalter entsprechend der Differenz der Steigungen (0,7 - 0,35) bewegt.
-
Die Endschalterpositioniereinheit 8 ist an dem Körper 2 befestigt, wenn der anschlussseitige Außengewindebereich 42b des ersten Bolzens 42 mit dem Körper 2 verschraubt ist. Darüber hinaus ist die Endschalterpositioniereinheit 8 an dem Endschalter 7 befestigt, wenn der feststehende Außengewindebereich 43b des zweiten Bolzens 43 mit dem Verschleißanschlag 41 verschraubt ist, welcher an dem Endschalter 5 mit einer Schraube befestigt ist.
-
In 4 ist eine Querschnittsansicht des Selektionsventils 6 dargestellt und der interne Aufbau des Selektionsventils 6 wird im Weiteren mit Bezug auf die 4 beschrieben.
-
Das Gehäuse 21 weist ein unteres Gehäuse 51, welches mit dem Körper 2 verschraubt und an diesem befestigt ist, und ein oberes Gehäuse 52, welches mit dem unteren Gehäuse 51 über einem Verbinder 53 verbunden ist, auf. Der Verbinder 53 ist ringförmig ausgebildet und weist ein Durchgangsloch auf, in welches die Ventilstange 25 eingesetzt ist, so dass sie vertikal bewegbar und fluiddicht ist, und an seinem Außenumfang ist ein Außengewinde ausgebildet. An dem oberen Endbereich des unteren Gehäuses 51 und dem unteren Endbereich des oberen Gehäuses 52 sind Innengewindebereiche ausgebildet, welche mit dem Außengewindebereich des Verbinders 53 verschraubt sind. Wenn das untere Gehäuse 51 mit dem Verbinder 53 an der Unterseite verschraubt ist und das obere Gehäuse 52 mit der Oberseite des Verbinders 53 verschraubt ist, kommen das untere Gehäuse 51 und das obere Gehäuse 52 miteinander in Kontakt, so dass sie miteinander verbunden sind. Auf diese Weise sind an den Positionen über und unter dem Verbinder 53 Aussparungen ausgebildet, in denen sich der erste Kolben 26 und der zweite Kolben 27 bewegen. Der erste Kolben 26 ist in dem oberen Gehäuse 52 angeordnet, so dass er derart vertikal bewegbar ist, dass seine Unterseite in Richtung der Oberseite des Verbinders 53 weist. Der zweite Kolben 27 ist in dem unteren Gehäuse 51 angeordnet, so dass er derart vertikal bewegbar ist, dass seine Oberseite in Richtung der Unterseite des Verbinders 53 weist.
-
Die Ventilstange 25 ist aus zwei Teilen (einem Schaft 54 und einem Kolbenschaft 55) gebildet. Der Schaft 54 weist einen Schaftbereich, der an dem oberen Bereich einen Innengewindebereich aufweist, und einen Flanschbereich, der an dem unteren Endbereich des Schaftbereichs angeordnet ist. Die Unterseite des Flanschbereichs stößt gegen das Membrandruckelement 24. Der Kolbenschaft 55 weist einen Schaftbereich, dessen unterer Endbereich mit dem Schaftbereich des Schafts 54 verschraubt ist, und einen Flanschbereich, der einteilig mit dem Mittelbereich des Schafts geformt ist, auf. Der Flanschbereich des Schaftkolbens 55 bildet den zweiten Kolben 27, und die Kombination aus dem Schaft 54 und dem Schaft des Schaftkolbens 55 bildet die Ventilstange 25. Die Kolbenbetätigungseinheit 29 ist ausgebildet, um Betätigungsgas über den jeweiligen Kolben 26, 27 zuzuführen, um die Ventilstange 25 aufwärts zu bewegen, wobei hierfür erste und zweite Betätigungsgaseinführkammern 56, 57 unter den jeweiligen Kolben 26, 27 ausgebildet sind. Die erste Betätigungsgaseinführkammer 56 ist zwischen dem ersten Kolben 26 und dem Verbinder 53 ausgebildet, und die zweite Betätigungsgaseinführkammer 57 ist zwischen dem zweiten Kolben 27 und dem inneren Flanschbereich des unteren Gehäuses 51 ausgebildet. Wenn das Betätigungsgas (Druckluft) in die erste und die zweite Betätigungsgaseinführkammer 56, 57 eingeleitet wird, ist eine nach oben gerichtete Kraft auf den ersten Kolben 26 und den zweiten Kolben 27 gerichtet, wodurch die Ventilstange 25 nach oben bewegt wird. Dadurch wird in der in 1 dargestellten Volumenstromregelungseinrichtung 1 der divergierende Durchgang 2d geöffnet, so dass das Fluid zu dem Auslasskanal 2e durchgelassen wird.
-
Das obere Gehäuse 52 ist derart geformt, dass es nach oben offen ist, und der erste Kolben 26 ist an dem oberen Endbereich der Ventilstange 25 angeordnet, so dass der obere Endbereich des Kolbens aus der Öffnung des oberen Gehäuses 52 hervorragt, wenn sich die Ventilstange 25 in der oberen Position befindet. Im Besonderen ist ein Außengewindebereich an dem oberen Endbereich der Ventilstange 25 (der Schaftbereich des Schaftkolbens 55) angeordnet und das Durchgangsloch 26a ist an dem ersten Kolben 26 ausgebildet. An dem unteren Bereich des Durchgangslochs 26a ist ein Innengewindebereich ausgebildet, welcher mit dem oberen Endbereich der Ventilstange 25 verschraubt ist. Der obere Endbereich der Ventilstange 25 ist in den unteren Bereich des Durchgangslochs 26a des ersten Kolbens 26 eingesetzt und mit diesem verschraubt, um die Ventilstange 25 und den ersten Kolben 26 miteinander zu verbinden.
-
Der obere Bereich des Durchgangslochs 26a des ersten Kolbens 26 ist als ein Betätigungsgaseinführbereich 58 ausgebildet, mit welchem ein Schlauch zum Einführen des Betätigungsgases verbunden werden kann. In der Ventilstange 25 ist ein Durchgang 59 in axialer Richtung, welcher sich von dem Betätigungsgaseinführbereich 58 nach unten erstreckt, ein Durchgang 60 in radialer Richtung, welcher von dem Mittelbereich des Durchgangs 59 in axialer Richtung mit der ersten Betätigungsgaseinführkammer 56 in Verbindung steht, und ein Durchgang 61 in radialer Richtung, welcher von dem unteren Endbereich des Durchgangs 59 in axialer Richtung mit der zweiten Betätigungsgaseinführkammer 57 in Verbindung steht. Somit ist der Betätigungsgaseinführbereich 58 der einzige, so dass das Betätigungsgas in die entsprechenden Betätigungsgaseinführkammern 56, 57 über den Betätigungsgaseinführbereich 58 strömt.
-
Gemäß dem Selektionsventil 6 ist in einem Zustand, in welchem das Betätigungsgas nicht in die entsprechenden Betätigungsgaseinführkammern 56, 57 des Selektionsventils 6 eingeführt ist (der geschlossene Zustand des Selektionsventils 6), die Ventilstange 25 durch die Spannkraft der zusammengedrückten Spiralfeder 28 in der geschlossenen Position (unteren Position) angeordnet, und dadurch ist der erste Kolben 26 an der unteren Position angeordnet. Entsprechend ist der Endschalter 7 aus. Wenn das Betätigungsgas in die entsprechenden Betätigungsgaseinführkammern 56, 57 eingelassen wird (der geöffnete Zustand des Selektionsventils 6), wird die Ventilstange 25 gegen die Spannkraft der zusammengedrückten Spiralfeder 28 nach oben bewegt, und dadurch wird der erste Kolben 26 in die obere Position bewegt. Resultierend daraus stößt der obere Endbereich des ersten Kolbens 26 in den Erfassungsbereich 32 des Endschalters 7, so dass der geöffnete Zustand des Selektionsventils 6 erfasst und an die Regeleinheit übermittelt wird.
-
Gemäß der Volumenstromregelungseinrichtung 1 ist das Selektionsventil 6, welches zwischen dem Steuerventil 3 und den Öffnungen 9, 10 angeordnet ist, mit dem zuvor genannten Endschalter 7 oder ähnlichen ausgestattet, und die Genauigkeit der Volumenstromregelung kann sehr gut sein und der Raum zum Anordnen des Endschalters 7 ist lediglich der Raum, der zum Hinzufügen der sich vertikal erstreckenden Endschalterpositioniereinheit 8 benötigt wird, so dass die Konfiguration sehr kompakt ausgebildet sein kann. Des Weiteren wird der Endschalter 7 durch die Endschalterpositioniereinheit 8 entsprechend der Steigerungsdifferenz (0,7-0,35) bewegt, so dass die Position des Endschalters 7 genau eingestellt werden kann. Nach der Einstellung der Position des Endschalters 7 wird die Bewegung des Endschalters 7 durch die Kontermuttern 45, 46 verhindert, so dass die exakte Einrichtung der Position des Endschalters 7 über eine lange Zeit erhalten bleibt.
-
Darauf hinzuweisen ist, dass die Volumenstromregelungseinrichtung 1, anders als der Drucktyp unter Verwendung des zuvor beschriebenen Drucksensors, auch einen thermischen Typ unter Verwendung eines Temperatursensors aufweisen, und dass die zuvor beschriebene Fluidsteuervorrichtung 5 mit dem thermischen Typ eingesetzt werden kann.
-
Darüber hinaus kann die zuvor genannte Fluidsteuervorrichtung 5 auch anderweitig als für die Volumenstromregelungseinrichtung verwendet werden und zum Beispiel als eine Komponente für eine Fluidregelungseinrichtung, nämlich eine integrierte Fluidregelungseinrichtung, wie sie in einer Halbleiterherstellvorrichtung verwendet wird, eingesetzt werden. In solch einer Fluidregelungseinrichtung wird eine Integration fortgesetzt, indem eine Vielzahl von Linien, welche durch das Verbinden einer Vielzahl von linear angeordneten Fluidregelungseinrichtungen ohne Verrohrung oder Verbindungsstellen erreicht wird, parallel auf einem Basiselement angeordnet werden.
-
Entsprechend ist die Fluidregelungseinrichtung derart ausgebildet, dass eine Vielzahl von untere Schichten bildende blockförmige Verbindungselemente mittels eines Außengewindeelements an dem Basiselement angebracht sind und eine Vielzahl von obere Schichten bildende Fluidregelungseinrichtungen angebracht sind, um die benachbarten Verbindungselemente zu überbrücken. In solch einer integrierten Fluidregelungseinrichtung kann eine dem Körper 2 der zuvor genannten Volumenstromregelungseinrichtung 1 ähnliche Funktion auf den Hauptkörper oder die Durchgangssperre der Fluidsteuervorrichtung (zum Beispiel ein Öffnungs- und Schließventil) angewendet werden, so dass die zuvor beschriebene Endschalterpositioniereinheit 8 einfach angebracht werden kann.
-
Es ist hinzuweisen, dass der Bereich, in welchem die Endschalterpositioniereinheit 8 bewegt werden kann, in geeigneter Weise entsprechend der Größe des Selektionsventils 6 und den Bewegungswert des ersten Kolbens 26 gesetzt werden. Der Bewegungsradius kann durch Verlängerung der Innengewindebereiche 44a, 44b der Verbindungsschraube 44 und der anschlussseitigen Außengewindebereiche 42a, 43a der ersten und zweiten Bolzen 42, 43 vergrößert werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Endschalter, welcher den geöffneten und geschlossenen Zustand erkennt, dem Ventil zugefügt, und die Fluidregelungseinrichtung, in welcher das Ventil und der Endschalter kombiniert sind, kann kompakt ausgelegt sein, so dass es in geeigneter Weise als das Selektionsventil in der Fluidregelungseinrichtung verwendet werden kann, und darüber hinaus für andere Verwendungen eingesetzt werden kann.
