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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidsteuerventil, bspw. auf ein Fluidsteuerventil, das zwischen einem mit einer Fluiddruckquelle verbundenen Schaltventil und einem doppeltwirkenden Zylinder mit ersten und zweiten Druckkammern vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen sind doppeltwirkende Fluiddruckzylinder, bei denen zwei Druckkammern voneinander durch einen Kolben getrennt werden und jeweilige Luftzufuhr/ Auslassanschlussöffnungen haben, bekannt. Die Luftzufuhr/ Auslassanschlüsse werden abwechselnd mit einer Fluiddruckquelle verbunden, indem bspw. ein Elektromagnetventil, das mit der Fluiddruckquelle verbunden ist, geschaltet wird. Hierdurch wird der Kolben durch den darauf aufgebrachten Fluiddruck vorwärts und rückwärts bewegt. Wenn der Kolben durch den darauf aufgebrachten Fluiddruck hin und her bewegt wird, wird bei einem solchen doppeltwirkenden Fluiddruckzylinder üblicherweise Druckluft in einer der Druckkammern, die auf der Auslassseite liegt, in die Umgebung abgegeben, wenn sich die Druckkammer mit der Bewegung des Kolbens verkleinert.
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Vor dem Hintergrund der Energieeinsparung ist es aber wünschenswert, dass die Druckluft, die von der Druckkammer bei der Bewegung eines solchen Fluiddruckstellgliedes abgeführt wird, soweit wie möglich wiederverwendet wird. Dementsprechend wird in dem PTL 1 eine Pneumatikzylindervorrichtung vorgeschlagen, bei welcher Auslassluft von einer stangenseitigen Druckkammer in eine kopfseitige Druckkammer zurückgeleitet und wiederverwendet wird, wenn eine Stange eines doppeltwirkenden Zylinders vorwärtsbewegt wird. Diese Vorrichtung nutzt als ein mit einer Druckluftquelle verbundenes Schaltventil ein Vier-Wege-Zwei-Positionen-Schaltventil, das eine Funktion für die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft in und aus dem Zylinder sowie eine Funktion für die Zurückleitung der Auslassluft aufweist.
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Zitierte Dokumente
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Patentliteratur
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PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 8-42511
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fluidsteuerventil vorzuschlagen, das eine für die Wiederverwendung von Auslassluft, die von einer Druckkammer eines Fluiddruckstellgliedes abgezogen wird, geeignete Gestaltung aufweist, indem das Fluidsteuerventil mit der Druckkammer verbunden wird.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein Fluidsteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen einem Schaltventil, das mit einer Fluiddruckquelle verbunden ist, und einem doppeltwirkendem Fluiddruckzylinder, der eine erste Druckkammer an einer Kopfseite und eine zweite Druckkammer an einer Stangenseite aufweist, vorgesehen, wobei dann, wenn der Fluiddruckzylinder durch Schalten des Schaltventils aktiviert wird, Druckluft, die von der zweiten Druckkammer des Fluiddruckzylinders abgeführt, in die erste Druckkammer zurückgeleitet wird. Das Fluidsteuerventil weist einen ersten Anschluss für die Verbindung mit dem Schaltventil, einen zweiten Anschluss für die Verbindung mit der zweiten Druckkammer, einen dritten Anschluss für die Verbindung mit der ersten Druckkammer, einen Luftzufuhrdurchgang, welcher eine Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss herstellen kann, einen Auslassluftdurchgang, welcher eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss herstellt, ein erstes Rückschlagventil, das in dem Zufuhrluftdurchgang vorgesehen ist und es dem Druckfluid gestattet, von einer Seite des ersten Anschlusses zu einer Seite des zweiten Anschlusses zu strömen, während er das Druckfluid daran hindert, von der Seite des zweiten Anschlusses zu der Seite des ersten Anschlusses zu strömen, ein zweites Rückschlagventil, das in dem Auslassluftdurchgang vorgesehen ist und es dem Druckfluid gestattet, von der Seite des zweiten Anschlusses zu einer Seite des dritten Anschlusses zu strömen, während es die Strömung des Druckfluides von der Seite des dritten Anschlusses zu der Seite des zweiten Anschlusses verhindert, ein Ventilelement, welches einen Durchgang von dem zweiten Anschluss zu dem dritten Anschluss öffnet und schließt, und eine Ventilöffnung auf, durch welche sich das Ventilelement in einer solchen Weise erstreckt, das es in einer axialen Richtung des Ventilelements gleiten kann. Der Auslassluftdurchgang ist ein Spalt, der zwischen der Ventilöffnung und dem Ventilelement vorgesehen ist. Das Ventilelement umfasst eine erste Druckaufnahmefläche, die bewirkt, dass ein Fluiddruck an dem ersten Anschluss in einer Schließrichtung auf das Ventilelement wirkt, und eine zweite Druckaufnahmefläche, die bewirkt, dass ein Fluiddruck an dem zweiten Anschluss in einer Öffnungsrichtung des Ventilelements wirkt.
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Ein weiteres Fluidsteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, durch welche Druckfluid strömt, einen Zufuhrluftdurchgang, der den ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss verbindet, einen Auslassluftdurchgang, der den zweiten Anschluss mit dem dritten Anschluss verbindet, ein erstes Rückschlagventil, das in dem Zufuhrluftdurchgang vorgesehen ist und es dem Druckfluid gestattet, von einer Seite des ersten Anschlusses zu einer Seite des zweiten Anschlusses zu strömen, während es das Strömen des Druckfluides von der Seite des zweiten Anschlusses zu der Seite des ersten Anschlusses verhindert, ein zweites Rückschlagventil, das in dem Auslassluftdurchgang vorgesehen ist und es dem Druckfluid gestattet, von der Seite des zweiten Anschlusses zu einer Seite des dritten Anschlusses zu strömen, während es die Strömung des Druckfluides von der Seite des dritten Anschlusses zu der Seite des zweiten Anschlusses verhindert, ein Ventilelement, welches einen Durchgang von dem zweiten Anschluss zu dem dritten Anschluss öffnet und schließt, und einen Öffnungs- und Schließbetätigungsabschnitt, der das Ventilelement öffnet und schließt. Der Öffnungs- und Schließbetätigungsabschnitt umfasst eine erste Druckaufnahmefläche, die an dem Ventilelement vorgesehen ist und bewirkt, dass ein Fluiddruck an dem ersten Anschluss in einer Schließrichtung auf das Ventilelement wirkt, und eine zweite Druckaufnahmefläche, die ebenfalls an dem Ventilelement vorgesehen ist und bewirkt, dass ein Fluiddruck an dem zweiten Anschluss in einer Öffnungsrichtung auf das Ventilelement wirkt.
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In diesem Fall hat das Fluidsteuerventil vorzugsweise eine Ventilöffnung, durch welche sich das Ventilelement derart erstreckt, dass es in einer axialen Richtung des Ventilelements gleiten kann, wobei der Auslassluftdurchgang ein Spalt ist, der zwischen der Ventilöffnung und dem Ventilelement vorgesehen ist.
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In diesem Fall ist es außerdem bevorzugt, dass das Ventilelement eine stangenähnliche Form mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wobei es an seinen beiden Enden in seiner axialen Richtung ein erstes Ende auf einer proximalen Seite und ein zweites Ende auf einer distalen Seite aufweist und einen Schaftabschnitt umfasst, der an einer Seite des ersten Endes positioniert ist, und einen Ventilabschnitt, der in eine Seite des zweiten Endes des Schaftabschnitts übergeht, wobei der Ventilabschnitt die zweite Druckaufnahmefläche aufweist.
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In diesem Fall wird es noch stärker bevorzugt, dass der Schaftabschnitt des Ventilelements einen Kolben aufweist und dass die an der Seite des ersten Endes des Kolbens positionierte Druckaufnahmefläche eine Kolbendruckkammer definiert, mit der ein Pilot- oder Steuerdurchgang verbunden ist, welcher die Zufuhr des Druckfluides von dem ersten Anschluss zu der Kolbendruckkammer ermöglicht.
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Außerdem umfasst der Ventilabschnitt vorzugsweise einen Teil mit großem Durchmesser, der in den Schaftabschnitt übergeht, und einen Teil mit kleinem Durchmesser, der in die Seite des zweiten Endes des Teils mit großem Durchmesser übergeht und einen maximalen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Teils mit großem Durchmesser, wobei ein Dichtelement zwischen dem Teil mit großem Durchmesser und dem Teil mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, wobei die Ventilöffnung einen Drosselabschnitt aufweist, der zwischen dem zweiten Anschluss und dem Auslassluftdurchgang vorgesehen ist und durch welchen sich der Teil mit kleinem Durchmesser des Ventilabschnitts erstreckt, und wobei der Drosselabschnitt einen Ventilsitz aufweist, mit dem das Dichtelement in Kontakt tritt bzw. von dem es sich wegbewegt.
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In diesem Fall umfasst das Fluidsteuerventil vorzugsweise einen Durchflussrateneinstellabschnitt zur Einstellung einer Durchflussrate von Auslassluft, die von dem zweiten Anschluss in den Auslassdurchgang an der Öffnung des Ventilabschnitts strömt, wobei der Durchflussrateneinstellabschnitt eine schräge Nockenfläche aufweist, die sich helixförmig um den Schaftabschnitt des Ventilelements erstreckt, und einen Stoppervorsprung, der ebenfalls um den Schaftabschnitt des Ventilelements vorgesehen ist, wobei der Stoppervorsprung in Kontakt mit der schrägen Nockenfläche kommt und eine Bewegung des Ventilelements in die erste Endseite an der Öffnung des Ventilabschnitts verhindert, wobei die schräge Nockenfläche und der Stoppervorsprung relativ zueinander und um eine Achse des Ventilelements drehbar sind, und wobei der Teil mit kleinem Durchmesser des Ventilabschnitts eine sich verjüngende Form aufweist, deren Durchmesser sich allmählich zu dem zweiten Ende hin verringert.
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Außerdem umfasst der Schaftabschnitt des Ventilelements bevorzugt einen Kolben, und die erste Druckaufnahmefläche, die an der Seite des ersten Endes des Kolbens positioniert ist, definiert eine Kolbendruckkammer, mit der ein Pilot- oder Steuerdurchgang verbunden ist, der eine Zufuhr des Druckfluides von dem ersten Anschluss zu der Kolbendruckkammer ermöglicht, wobei die schräge Nockenfläche dem Kolben von der Seite des ersten Endes des Kolbens zugewandt ist, und wobei das Ventilelement sich durch die Ventilöffnung in einer solchen Weise erstreckt, dass es in einer Umfangsrichtung drehbar ist, und wobei der Stoppervorsprung von einem Außenumfang des Schaftabschnitts zu einer Innenseite der Kolbendruckkammer vorsteht.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Druckfluid von dem ersten Anschluss durch den zweiten Anschluss der Druckkammer zugeführt werden, wenn der zweite Anschluss mit der Druckkammer des Fluiddruckstellgliedes verbunden ist. Außerdem kann die Auslassluft von der Druckkammer von dem dritten Anschluss über den zweiten Anschluss abgezogen und wiederverwendet werden. Wenn beispielsweise der zweite Anschluss mit einer stangenseitigen Druckkammer eines doppeltwirkenden Fluidzylinders verbunden wird, während der dritte Anschluss mit einer kopfseitigen Druckkammer verbunden wird, kann die Auslassluft von der stangenseitigen Druckkammer in die kopfseitige Druckkammer zurückgeführt werden, wenn die Stange vorwärtsbewegt wird, wodurch der Verbrauch des Druckfluides verringert werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schnitt durch ein Durchflussratensteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sich ein Ventilelement des Ventils in einem geöffneten Zustand befindet.
- 2 ist eine Vergrößerung eines Teils mit einem Ventilabschnitt, der in 1 dargestellt ist.
- 3 ist ein Schnitt durch das Durchflussratensteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sich das Ventilelement des Ventils in einem geschlossenen Zustand befindet.
- 4 ist eine Vorderansicht auf einen Durchflussrateneinstellabschnitt und darum vorgesehene zugeordnete Elemente.
- 5 ist ein Schaltdiagramm, das einen beispielhaften Steuerkreis zeigt, in dem ein doppeltwirkender Fluiddruckzylinder durch Verwendung des Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
- 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Fluiddruck in einer kopfseitigen Druckkammer und einer stangenseitigen Druckkammer und der Hublänge eines Kolbens darstellt, wenn Druckluft von der kopfseitigen Druckkammer in die stangenseitige Druckkammer zurückgeführt wird.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform des Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Das Fluidsteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit einer Druckkammer eines Fluiddruckstellgliedes verbunden und daher dazu verwendet, Auslassluft von der Druckkammer abzuziehen und wiederzuverwenden. Hierbei wird ein in 5 dargestellter beispielhafter Fall beschrieben, bei dem ein Fluidsteuerventil 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem doppeltwirkenden Fluiddruckzylinder 1 mit einem Kolben 1c und einer Stange 1d verbunden wird. Wenn der Kolben 1c vorwärts verschoben wird, wird Auslassluft, die von einer zweiten Druckkammer 1b, welche an einer Stangenseite des Fluiddruckzylinders 1 vorgesehen ist, abgeführt wird, in eine erste Druckkammer 1a, die an einer Kopfseite vorgesehen ist, zurückgeführt, wodurch die Auslassluft wiederverwendet wird.
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Wie in den 1 bis 5 dargestellt ist, umfasst das Fluidsteuerventil 10 eine erste Anschlussöffnung 11 für die Verbindung mit einem Schaltventil 3, eine zweite Anschlussöffnung 12 für die Verbindung mit der zweiten Druckkammer 1b, eine dritte Anschlussöffnung 13 für die Verbindung mit der ersten Druckkammer 1a, einen Zufuhrluftdurchgang 14, der eine Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 11 und dem zweiten Anschluss 12 herstellt, und einen Auslassluftdurchgang 15, der eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 12 und dem dritten Anschluss 13 herstellt.
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Die ersten bis dritten Anschlüsse 11 bis 13, der Zufuhrluftdurchgang 14 und der Auslassluftdurchgang 15 sind in einem Ventilgehäuse 50 vorgesehen. Das Ventilgehäuse 50 weist einen Hauptblock 51 auf. Der Hauptblock 51 umfasst einen rohrförmigen Stammabschnitt 51a mit einer Achse L (einer Achse, die sich in den 1 und 3 in vertikaler Richtung erstreckt und deren obere Seite als die erste Endseite und deren untere Endseite als die zweite Endseite definiert ist) und rohrförmige erste und zweite Abzweigabschnitte 51b und 51c, die sich von der Seitenwand des Stammabschnitts 51a erstrecken. Das Ventilgehäuse 50 umfasst außerdem einen ersten Anschlussblock 52, der luftdicht auf den ersten Abzweigabschnitt 51b aufgesetzt ist und den ersten Anschluss 11 umfasst, und einen zweiten Anschlussblock 53, der luftdicht auf die zweite Endseite des Stammabschnitts 51a aufgesetzt ist und den zweiten Anschluss 12 aufweist. Der dritte Anschluss 13 ist in dem zweiten Abzweigabschnitt 51c vorgesehen. Außerdem ist an der ersten Endseite des Stammabschnitts 51a eine Endkappe 54 derart vorgesehen, dass sie um die Achse L drehbar ist.
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Der Zufuhrluftdurchgang 14 umfasst einen ersten Zufuhrluftdurchgang 14a, der durch den ersten Anschlussblock 53 hindurchtritt, einen zweiten Zufuhrluftdurchgang 14b, der durch den ersten Abzweigabschnitt 51b hindurchtritt, und einen dritten Zufuhrluftdurchgang 14c, der an der zweiten Endseite des Stammabschnitts 51a vorgesehen ist. Der dritte Zufuhrluftdurchgang 14c weist ein erstes Rückschlagventil 20 auf, das die Strömung von Druckfluid, das von einer Fluiddruckquelle 2 zugeführt wird, von der Seite des ersten Anschlusses 11 zu der Seite des zweiten Anschlusses 12 erlaubt, die Strömung des Druckfluides von der Seite des zweiten Anschlusses 12 zu der Seite des ersten Anschlusses 11 aber verhindert.
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Der Auslassluftdurchgang 15 umfasst einen ersten Auslassluftdurchgang 15a, der durch den zweiten Abzweigabschnitt 51c hindurchtritt, und einen zweiten Auslassluftdurchgang 15b, der an der zweiten Endseite einer Stangeneinsetzöffnung 22 vorgesehen ist, die unten beschrieben wird. Der zweite Auslassluftdurchgang 15b weist ein zweites Rückschlagventil 21 auf, das die Strömung des Druckfluides von der Seite des zweiten Anschlusses 12 zu der Seite des dritten Anschlusses 13 erlaubt, die Strömung von der Seite des dritten Anschlusses 13 zu der Seite des zweiten Anschlusses 12 aber verhindert.
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Der Stammabschnitt 51a weist in seinem Inneren die Stangeneinsetzöffnung 22 auf, die als eine Ventilöffnung dient, welche durch eine innere Umfangswand 51d des Stammabschnitts 51a definiert wird. Die Stangeneinsetzöffnung 22 tritt durch den Stammabschnitt 51a in der Richtung der Längsseite (der Richtung der Achse L) hindurch. Der Stammabschnitt 51a weist in seinem Inneren außerdem ein Ventilelement 30 auf, das in der Richtung der Achse L in der Stangeneinsetzöffnung 22 gleiten kann. Das Ventilelement 30 ist dafür vorgesehen, einen Durchgang von dem zweiten Anschluss 12 zu dem Auslassluftdurchgang 15b zu öffnen und zu schließen, d. h. einen Durchgang von dem zweiten Anschluss 12 zu dem dritten Anschluss 13. Das Ventilelement 30 hat eine stangenähnliche Form mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und ist um die Achse L in der Stangeneinsetzöffnung 22 drehbar. Das Ventilelement 30 umfasst einen Schaftabschnitt 32, der an der ersten Endseite positioniert ist, d. h. an der proximalen Seite, und einen Ventilabschnitt 31, der an der zweiten Endseite positioniert ist, d. h. der distalen Seite in der Richtung seiner Achse L. Der Schaftabschnitt 32 weist eine erste Druckaufnahmefläche auf, die bewirkt, dass der Fluiddruck an dem ersten Anschluss 11 in einer Schließrichtung des Ventilelements 30 (einer Richtung zu dem zweiten Ende) wirkt. Der Ventilabschnitt 31 hat eine zweite Druckaufnahmefläche, die bewirkt, dass der Fluiddruck an dem zweiten Anschluss in einer Öffnungsrichtung des Ventilelements 30 wirkt (einer Richtung des ersten Endes). Unabhängig von dem Öffnungs- und Schließverhalten des Ventilelements 30 ist die Druckaufnahmefläche der ersten Druckaufnahmefläche in der Richtung der Achse L immer größer als die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmefläche in der Richtung der Achse L.
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Die Stangeneinsetzöffnung 22 umfasst einen Schafteinsetzabschnitt 22a, der an der ersten Endseite positioniert ist und durch welchen sich der Schaftabschnitt 32 erstreckt, und einen Ventileinsetzabschnitt 22b, der an der zweiten Endseite positioniert ist und durch welchen sich der Ventilabschnitt 31 erstreckt. Der Schafteinsetzabschnitt 22a und der Ventileinsetzabschnitt 22b sind durch ein Dichtelement 60 luftdicht voneinander getrennt, das an einer Trennwand 23 vorgesehen ist, welche die beiden voneinander trennt. Der Ventileinsetzabschnitt 22b hat einen Bohrungsdurchmesser, der größer ist als der maximale Durchmesser des Ventilabschnitts 31 (der Durchmesser eines Teils 33 mit großem Durchmesser, der unten beschrieben wird). Ein zwischen der inneren Umfangswand 51d des Ventileinsetzabschnitts 22b und der äußeren Umfangsfläche des Ventilabschnitts 31 (d. h. der äußeren Umfangsfläche des Teils 33 mit großem Durchmesser) vorgesehener Spalt dient als der zweite Auslassluftdurchgang 15b.
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Der Stammabschnitt 51a weist eine Nut 57 in seiner äußeren Umfangsfläche an der zweiten Endseite auf. Das erste Rückschlagventil 20 ist in die Nut 57 eingesetzt. Der Ventileinsetzabschnitt 22b der Stangeneinsetzöffnung 22 hat einen ringförmigen Vorsprung 48 an einer Position an der zweiten Endseite (d. h. an der Seite, die dem zweiten Anschluss 12 näherliegt) relativ zu dem zweiten Rückschlagventil 21. Der Vorsprung 48 steht nach innen (in der radialen Richtung) von der inneren Umfangswand 51d vor. Eine Oberfläche des Vorsprungs 48, die der ersten Endseite zugewandt ist, bildet einen Ventilsitz 44. Der Ventilabschnitt 31 tritt in Kontakt mit dem Ventilsitz 44 und bewegt sich von diesem weg. Der Innenumfang des Vorsprungs 48 bildet einen Drosselabschnitt 46, in welchen ein Teil 34 mit kleinem Durchmesser, das unten beschrieben wird, des Ventilabschnitts 31 einsetzbar ist.
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Der Ventilabschnitt 31 weist den Teil 33 mit großem Durchmesser auf, der in den Schaftabschnitt 32 übergeht und eine runde säulenförmige Gestalt hat, und den Teil 34 mit kleinem Durchmesser, der in die zweite Endseite des Teils 33 mit großem Durchmesser übergeht und dessen maximaler Durchmesser kleiner ist als der des Teils 33 mit großem Durchmesser. Der Teil 33 mit großem Durchmesser weist eine Nut 58 in seiner äußeren Umfangsfläche auf. Das zweite Rückschlagventil 21, das oben beschrieben wurde, ist in die Nut 58 eingesetzt. Der Teil 34 mit kleinem Durchmesser hat eine sich verjüngende Form, deren Durchmesser sich zu dem zweiten Ende hin allmählich verringert, und weist an seiner Spitze eine distale Endfläche 36a auf. Die Richtung der Achse L des Ventilelements 30 entspricht der Richtung der Normalen zu der distalen Endfläche 36a. Die Verbindung, d. h. der Übergangsbereich zwischen dem Teil 33 mit großem Durchmesser und dem Teil 34 mit kleinem Durchmesser, weist eine Nut 36b auf, die eine Stufe bildet. In die Nut 36b ist ein Dichtelement 35 eingesetzt.
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Das Dichtelement 35 ist an dem Ventilabschnitt 31 derart vorgesehen, dass es in Kontakt mit dem Ventilsitz 44 tritt, wenn das Ventilelement 30 zu der zweiten Endseite bewegt wird, und sich von dem Ventilsitz 44 entfernt, wenn das Ventilelement 30 zu der ersten Endseite bewegt wird. Vergleicht man einen Zustand, in dem das Dichtelement 35 und der Ventilsitz 44 in Kontakt miteinander stehen, und einen Zustand, in dem das Dichtelement 35 und der Ventilsitz 44 voneinander beabstandet sind, d. h. vergleicht man den Ventilabschnitt 31 in einem geschlossenen Zustand mit dem Ventilabschnitt 31 in einem offenen Zustand, hat daher der Ventilabschnitt 31 in dem offenen Zustand eine größere Fläche (Druckaufnahmefläche) der zweiten Druckaufnahmefläche, auf welche der Fluiddruck in der Richtung des ersten Endes wirkt. Dementsprechend wird die Vorspannkraft, die auf das Ventilelement 30 in der Richtung des ersten Endes wirkt, erhöht, und die Reaktionsgeschwindigkeit nach dem Öffnungsverhalten des Ventilabschnitts 31 wird verbessert.
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Der Schaftabschnitt 32 umfasst einen Körperabschnitt 38, der in die erste Endseite des Teils 33 mit großem Durchmesser übergeht und einen größeren Durchmesser hat als der Teil 33 mit großem Durchmesser, und einen Stababschnitt 39, der in die erste Endseite des Körperteils 38 übergeht und von einer Öffnung, die an der ersten Endseite des Stammabschnitts 51a vorgesehen ist, vorsteht. Der Körperabschnitt 38 weist einen Kolben 37 auf, auf dessen äußeren Umfang ein Dichtelement 62 vorgesehen ist. Der Kolben 37 trennt den Schafteinsetzabschnitt 22a der Stangeneinsetzöffnung 22, die oben beschrieben wurde, in eine erste Kammer 70a, die an der ersten Endseite vorgesehen ist, und eine zweite Kammer 70b, die an der zweiten Endseite vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient das an dem Kolben 37 vorgesehene Dichtelement 62 als ein Rückschlagventil, das es einem Fluid erlaubt, von der Seite der zweiten Kammer 70b zu der Seite der ersten Kammer 70a zu fließen, die Strömung des Fluids von der Seite der ersten Kammer 70a zu der Seite der zweiten Kammer 70b aber verhindert. Daher dient die erste Kammer 70a als eine Kolbendruckkammer zur Bewegung des Kolbens 37 in der Richtung des zweiten Endes, während die zweite Kammer 70b zur Umgebung offen ist.
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Der Stababschnitt 39 ist in eine Einsetzöffnung 59, die in der Endkappe 54 vorgesehen ist, eingesetzt. Die Endkappe 54 ist an dem Stababschnitt 39 in der Richtung um die Achse L fixiert. Das bedeutet, das bei einer Drehung der Endkappe 54 um die Achse L auch der Stababschnitt 39 gedreht wird.
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Ein ringförmiger Stator 41 (ein Nockenring mit einer Nockenfläche 41a, die helixförmig geneigt ist) ist in den Schafteinsetzabschnitt 22a eingesetzt und an einer Position an der ersten Endseite relativ zu dem Kolben 37 fixiert. Der Schaftabschnitt 32 des Ventilelements 30 erstreckt sich durch den Stator 41 derart, dass er in der Richtung der Achse L gleiten kann und um die Achse L drehbar ist. Wie in 4 dargestellt ist, bildet eine Oberfläche des Stators 41, die an der zweiten Endseite liegt, die schräge Nockenfläche 41a, die sich um den Schaftabschnitt 32 erstreckt. Die schräge Nockenfläche 41a ist dem Kolben 37 zugewandt und erstreckt sich helixförmig um die Achse L. Der Körperabschnitt 38 des Schaftabschnitts 32 weist einen Stoppervorsprung 43 auf, der von seiner äußeren Umfangswand vorsteht und sich von einer Oberfläche 37a des Kolbens 37 an der ersten Endseite zu dem Stator 41 erstreckt. Wenn die Endkappe 54 gedreht wird, wird der Körperabschnitt 38 zusammen mit der Endkappe 54 gedreht, wobei der Stator 41 an dem Stammabschnitt 41a fixiert ist. Daher dreht sich der Stoppervorsprung 43, der von dem Körperabschnitt 38 vorsteht, relativ zu dem Stator 41 und um die Achse L. Man beachte, dass die schräge Nockenfläche 41a des Stators 41 sich helixförmig erstreckt und eine schräge Oberfläche bildet. Durch Einstellen der Position, zu der die Endkappe 54 gedreht wird, kann daher die Position, an welcher der Stoppervorsprung 43 in Kontakt mit der schrägen Nockenfläche 41a tritt, d. h. die Hublänge des Kolbens 37 in der Richtung des ersten Endes, eingestellt werden. Dementsprechend können die Größe der Reduzierung an dem Drosselabschnitt 46 beim Bewegen des Ventilelements 30 zu der Öffnungsposition an der ersten Endseite, d. h. die Durchflussrate des von dem zweiten Anschluss 12 strömenden und durch den Drosselabschnitt 46 in den Auslassluftdurchgang 15 tretenden Fluids, eingestellt werden. Somit bilden die schräge Nockenfläche 41a und der Stoppervorsprung 43 einen Durchflussrateneinstellabschnitt 47 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Man beachte, dass ein ringförmiges Kappenelement 42 luftdicht in den Schafteinsetzabschnitt 22a eingesetzt ist, wobei es an die erste Endseite des Stators 41 angrenzt, und dass der Schaftabschnitt 32 des Ventilelements 30 sich luftdicht durch das Kappenelement 42 derart erstreckt, dass er in der Richtung der Achse L gleiten kann und um die Achse L drehbar ist.
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Die erste Kammer 70a und der zweite Zufuhrluftdurchgang 14b sind miteinander über einen Pilot- oder Steuerdurchgang 71 verbunden, der die Zufuhr des Druckfluides von dem ersten Anschluss 11 erlaubt. Wenn das Druckfluid, das dem ersten Anschluss 11 zugeführt wird, durch den Zufuhrluftdurchgang 14 in den zweiten Anschluss 12 strömt, wird daher ein Teil des Druckfluides durch den Pilotdurchgang 71 der ersten Kammer 70a zugeführt. Dann wirkt der Fluiddruck des Druckfluides, das der ersten Kammer 70a zugeführt wird, auf die erste Druckaufnahmefläche, die an der ersten Endseite relativ zu dem Kolben 37 positioniert ist. Dementsprechend wird der Kolben 37 in der Richtung des zweiten Endes verschoben, d. h. in der Richtung, in welcher das Ventilelement 30 geschlossen wird.
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Die zweite Kammer 70b weist eine Druckfeder 25 auf, die eine Vorspannkraft in der Richtung des ersten Endes (d. h. der Öffnungsrichtung des Ventilelements 30) auf den Kolben 37 aufbringt. Die Druckfeder 25 ist in einem komprimierten Zustand zwischen einem Federaufnahmeteil 24, der an der Verbindung zwischen dem Schafteinsetzabschnitt 22a und dem Ventileinsetzabschnitt 22b (d. h. der Trennwand 23) angebracht ist, und einer Fläche 37b an der Seite des zweiten Endes des Kolbens 37 vorgesehen.
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Daher bilden die erste Druckaufnahmefläche des Schaftabschnitts 32, die zweite Druckaufnahmefläche des Ventilabschnitts 31 und die Druckfeder 25 einen Öffnungs- und Schließbetätigungsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das Elastizitätsmodul der Druckfeder 25 sollte in geeigneter Weise auf der Basis von Faktoren, wie dem Druck des verwendeten Druckfluides, den erforderlichen Eigenschaften des Fluiddruckstellgliedes, das angeschlossen wird, usw. festgelegt werden. Man beachte, dass dann, wenn der Ventilabschnitt 31 aufsitzt und in dem geschlossenen Zustand ist, die Summe der Vorspannkräfte in der Richtung des ersten Endes, die durch die Druckfeder 25 und den auf die zweite Druckaufnahmefläche wirkenden Fluiddruck generiert werden, so gewählt ist, dass sie kleiner ist als die Vorspannkraft in der Richtung des zweiten Endes, die durch den auf die erste Druckaufnahmefläche wirkenden Fluiddruck generiert wird.
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Die Druckfeder 25 muss nicht unbedingt vorgesehen sein und kann weggelassen werden. In diesem Fall kann das Ventilelement 30 in der Öffnungsrichtung verschoben werden, indem lediglich der Fluiddruck an dem zweiten Anschluss 12, der auf die zweite Druckaufnahmefläche wirkt, verwendet wird.
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Nun werden bestimmte Verhaltensweisen des doppelten Fluidsteuerventils 10 in einem in 5 dargestellten Fall beschrieben, bei welchem das Fluidsteuerventil 10 mit dem doppeltwirkenden Fluiddruckzylinder 1, der den Kolben 1c und die Stange 1d aufweist, verbunden ist, wobei bei einer Vorwärtsbewegung des Kolbens 1c Auslassluft, die von der zweiten Druckkammer 1b an der Stangenseite des Fluiddruckzylinders 1 abgeführt wird, in die erste Druckkammer 1a an der Kopfseite zurückgeführt wird.
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In diesem Fall wird das Fluidsteuerventil 10 zwischen dem Schaltventil 3, das mit der Fluiddruckwelle 2 verbunden ist, und dem Fluiddruckzylinder 1, welcher die erste Druckkammer 1a an der Kopfseite und die zweite Druckkammer 1b an der Stangenseite aufweist, angeschlossen. Das Schaltventil 3 und der Fluiddruckzylinder 1 sind miteinander durch einen ersten Durchgang 4a, welcher das Schaltventil 3 mit dem ersten Anschluss 11 des Fluidsteuerventils 10 verbindet, einen zweiten Durchgang 4b, welcher die zweite Druckkammer 1b mit dem zweiten Anschluss 12 des Fluidsteuerventils 10 verbindet, einen dritten Durchgang 4c, welcher die erste Druckkammer 1a mit dem Schaltventil 3 verbindet, und einen vierten Durchgang 4d, welcher den dritten Durchgang 4c mit dem dritten Anschluss des Fluidsteuerventils 10 verbindet, verbunden. Der dritte Durchgang 4c weist an einer Position zwischen seinem Anschluss an den vierten Durchgang 4d und der ersten Druckkammer 1a ein Drosselventil 5 auf. Bei dem Drosselventil 5 erfolgt die Einstellung der Strömungsrate des Druckfluides, das von der ersten Druckkammer 1a abgeführt wird, durch eine Regelung im Rücklauf.
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Die Position des Schaltventils 3 ist wahlweise zwischen einer ersten Position, an welcher das Druckfluid von der Fluiddruckwelle 2 der zweiten Druckkammer 1b zugeführt wird, und einer zweiten Position, an welcher das Druckfluid von der Fluiddruckwelle 2 der ersten Druckkammer 1a zugeführt wird, umschaltbar.
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Daher wird ein Fall, bei welchem das Schaltventil 3 zu der ersten Position geschaltet ist, d. h. ein Fall, bei welchem die Stange 1d des Fluiddruckzylinders 1 nach hinten bewegt ist, zuerst beschrieben.
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Das von der Fluiddruckquelle 2 zugeführte Druckfluid wird dem ersten Anschluss 11 des oben beschriebenen Fluidsteuerventils 10 durch den ersten Durchgang 4a zugeführt. Das dem ersten Anschluss 11 zugeführte Druckfluid fließt durch den ersten Zufuhrluftdurchgang 14a und den zweiten Zufuhrluftdurchgang 14b in dieser Reihenfolge, und ein Teil des Druckfluides wird dem oben beschriebenen Pilotdurchgang 71 zugeführt, während der Rest dem dritten Zufuhrluftdurchgang 14c zugeführt wird. Das dem dritten Zufuhrluftdurchgang 14c zugeführte Druckfluid fließt durch das erste Rückschlagventil 20, wird von dem zweiten Anschluss 12 ausgegeben und der zweiten Druckkammer 1b des Fluiddruckzylinders 1 zugeführt. Hierbei wird die Druckluft aus der ersten Druckkammer 1b des Fluiddruckzylinders 1 durch das Drosselventil 5 und das Schaltventil 3 in die Umgebung abgelassen.
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Das in den Pilotdurchgang 71 geflossene Druckfluid wird der ersten Kammer 70a, die als die oben beschriebene Kolbendruckkammer dient, zugeführt. In diesem Schritt sind der Druck des Druckfluides, das der ersten Kammer 70a zugeführt wird, und der Fluiddruck des Druckfluides, das von dem zweiten Anschluss 12 ausgegeben wird, im Wesentlichen gleich. Da aber ein Unterschied in der Druckaufnahmefläche besteht, ist die in der Richtung des ersten Endes (in der Öffnungsrichtung des Ventilelements 30) durch den auf die zweite Druckaufnahmefläche des Ventilabschnitts 31 wirkenden Fluiddruck generierte Vorspannkraft kleiner als die Vorspannkraft, die in der Richtung des zweiten Endes (in der Schließrichtung des Ventilelements 30) durch den auf die erste Druckaufnahmefläche des Schaftabschnitts 32 wirkenden Fluiddruck generiert wird. Außerdem wird der Unterschied zwischen den Vorspannkräften, die durch die jeweiligen Fluiddrücke generiert werden, immer auf einen Wert eingestellt, der größer ist als die durch die Druckfeder 25 in der Richtung des ersten Endes generierte Vorspannkraft, wenn der Ventilabschnitt 31 aufsitzt und in dem geschlossenen Zustand ist. Wie in 3 dargestellt ist, ist daher dann, wenn das Ventilelement 30 auf dem Ventilsitz 44 aufsitzt, der Durchgang zwischen dem zweiten Anschluss 12 und dem Auslassluftdurchgang 15, d. h. der Durchgang von dem zweiten Anschluss 12 zu dem dritten Anschluss 13, geschlossen.
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Nun wird ein Fall beschrieben, bei dem das Schaltventil 3 zu der zweiten Position geschaltet ist, wie es in 5 dargestellt ist, d. h. ein Fall, bei welchem die Stange 1d des Fluiddruckzylinders 1 vorwärts bewegt wird.
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In diesem Fall ist der erste Durchgang 5a über das Schaltventil 3 zur Umgebung offen. Daher sind bei dem Fluidsteuerventil 10 auch ein Abschnitt des Zufuhrluftdurchgangs 14, der sich von dem ersten Anschluss 11 zu dem ersten Rückschlagventil 20 erstreckt, der Steuerdurchgang 71 und die erste Kammer 70a zur Umgebung offen. Im Gegensatz dazu wird die Druckluft in einem Abschnitt von dem ersten Rückschlagventil 20 bis zu der zweiten Druckkammer 1b des Fluiddruckzylinders 1 durch das erste Rückschlagventil 20 daran gehindert, zu der Seite des ersten Anschlusses 11 zu fließen. Daher wirkt der Fluiddruck des Druckfluides auf die zweite Druckaufnahmefläche des Ventilabschnitts 31 und drängt das Ventilelement 30 in der Öffnungsrichtung. Gleichzeitig drängt die Druckfeder 25 das Ventilelement 30 in der Öffnungsrichtung. Wie in 1 dargestellt ist, wird daher das Ventilelement 30 von dem Ventilsitz 44 abgehoben und der Durchgang zwischen dem zweiten Anschluss 12 und dem Luftauslassdurchgang 15, d. h. der Durchgang von dem zweiten Anschluss 12 zu dem dritten Anschluss 13, wird geöffnet.
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Hierbei kommuniziert die erste Druckkammer 1a mit der Fluiddruckquelle 2. Daher wird das Druckfluid der an der Kopfseite vorgesehenen ersten Druckkammer 1a zugeführt. Wie in 6 dargestellt ist, steigt dementsprechend der Druck in der an der Kopfseite vorgesehenen ersten Druckkammer 1a schnell auf einen festgelegten Wert an, und der Kolben 1c des Fluiddruckzylinders 1 beginnt eine Bewegung zu der Stangenseite (der rechten Seite in 5).
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Mit der Bewegung des Kolbens 1c zu der Stangenseite wird dann das Volumen der zweiten Druckkammer 1b reduziert, und der Druck in der zweiten Druckkammer 1b steigt leicht an. Da die Druckaufnahmefläche des Kolbens 1c auf der Seite der ersten Druckkammer 1a aber um die Querschnittsfläche der Stange 1d größer ist als die Druckaufnahmefläche des Kolbens 1c auf der Seite der zweiten Druckkammer 1b, bewegt sich der Kolben 1c weiter zu der Stangenseite. Während dieses Prozesses strömt das von der zweiten Druckkammer 1b abgeführte Druckfluid von dem Auslassluftdurchgang 15, tritt durch den dritten Anschluss 13 und fließt dann in den vierten Durchgang 4d. Da der Druck des Druckfluides, das von der zweiten Druckkammer 1b abgeführt wird, aber wie oben beschrieben etwas höher ist als der Druck in der ersten Druckkammer 1a, wird das Druckfluid in dem vierten Durchgang 4d durch den dritten Durchgang 4c in die erste Druckkammer 1a zurückgeführt. Zur Einstellung der Geschwindigkeit, mit welcher die Stange 1d vorwärtsbewegt wird, muss lediglich die Menge der Reduzierung an dem Drosselabschnitt 46, d. h. die Durchflussrate der Auslassluft von der zweiten Druckkammer 1b, die durch den Drosselabschnitt 46 fließt, durch Drehen der Endkappe 54 eingestellt werden.
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Wie oben beschrieben wurde, ist das Durchflussratensteuerventil 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass das Druckfluid von dem ersten Anschluss 11 durch den zweiten Anschluss 12 zu der zweiten Druckkammer 1b geführt werden kann, indem der zweite Anschluss 12 mit der zweiten Druckkammer 1b des als Fluiddruckstellglied dienenden Fluiddruckzylinders 1 verbunden wird, und so dass die von der zweiten Druckkammer 1b abgeführte Auslassluft durch den zweiten Anschluss 12 von dem dritten Anschluss 13 abgezogen werden kann. Daher kann die Auslassluft effizient wiederverwendet werden. Insbesondere kann bei dem oben beschriebenen doppeltwirkenden Fluiddruckzylinder 1 durch Anschließen des zweiten Anschlusses 12 an die zweite Druckkammer 1b, während der dritte Anschluss 13 mit der ersten Druckkammer 1a verbunden ist, die Auslassluft von der zweiten Druckkammer 1b in die erste Druckkammer 1a zurückgeführt werden, wenn die Stange 1d vorwärtsbewegt wird. Dadurch kann der Verbrauch an Druckfluid verringert werden.
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Da das Ventilelement 30 durch Verwenden der Druckluft zur Aktivierung des Fluiddruckzylinders 1 geöffnet und geschlossen werden kann, lassen sich außerdem die Herstellungskosten und die Betriebskosten verringern.
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Bei dem Durchflussratensteuerventil 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der stangenförmige Ventilabschnitt 31 den Teil 33 mit großem Durchmesser und den Teil 34 mit kleinem Durchmesser. Das Dichtelement 35, das in Kontakt mit dem Ventilsitz 44 tritt und sich von diesem wegbewegt, ist an dem Übergangsbereich zwischen den beiden Teilen vorgesehen. Bei einem Vergleich des Zustands, bei dem das Dichtelement 35 und der Ventilsitz 44 in Kontakt miteinander stehen, mit dem Zustand, in dem das Dichtelement 35 und der Ventilsitz 44 voneinander beabstandet sind, d.h. bei Vergleichen des Ventilabschnitts 31 in dem geschlossenen Zustand mit dem Ventilabschnitt 31 im geöffneten Zustand, hat daher der Ventilabschnitt 31, der in dem letzteren Zustand ist, eine größere Fläche (Druckaufnahmefläche) in seiner zweiten Druckaufnahmefläche, auf welche der Fluiddruck in der Richtung des ersten Endes wirkt. Dementsprechend wird die Vorspannkraft, die auf das Ventilelement 30 in der Richtung des ersten Endes wirkt, erhöht und die Antwortgeschwindigkeit nach dem Öffnungsverhalten des Ventilabschnitts 31 wird verbessert.
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Außerdem ist bei dem Durchflussratensteuerventil 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Ventilabschnitt 31 ein Nadelventil, und die schräge Nockenfläche 41a des Stators 41, die sich helixförmig erstreckt, und der Stoppervorsprung 43, der damit in Kontakt steht, sind relativ zueinander um die Achse L drehbar. Durch Drehen des Ventilelements 30 und dadurch Einstellen der Position, an welcher die schräge Nockenfläche 41a und der Stoppervorsprung 43 in Kontakt miteinander treten, kann daher die Durchflussrate der Auslassluft an dem Drosselabschnitt 46 einfach gesteuert werden, wenn das Ventilelement 30 in dem offenen Zustand ist.
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Auch wenn oben eine Ausführungsform des Durchflussratensteuerventils 10 gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Änderungen des Designs können vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Auch wenn der Ventilabschnitt 31 bei der obigen Ausführungsform ein Nadelventil ist, ist beispielsweise der Ventilabschnitt 31 nicht notwendigerweise hierauf eingeschränkt und kann auch ein beliebiges anderes Ventil sein, beispielsweise ein Sitzventil.
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Auch wenn die vorliegende Ausführungsform einen Fall betrifft, bei dem die schräge Nockenfläche 41a relativ zu der Stangeneinsetzöffnung 22 fixiert ist und bei dem der Stoppervorsprung 43, der damit in Kontakt gebracht wird, an dem Ventilelement 30 fixiert ist, kann außerdem alternativ die schräge Nockenfläche 41a auch an dem Ventilelement 30 fixiert sein, während der Stoppervorsprung 43 an der Stangeneinsetzöffnung fixiert sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluiddruckzylinder
- 1a
- erste Druckkammer
- 1b
- zweite Druckkammer
- 2
- Fluiddruckquelle
- 3
- Schaltventil
- 10
- Fluidsteuerventil
- 11
- erster Anschluss
- 12
- zweiter Anschluss
- 13
- dritter Anschluss
- 14
- Zufuhrluftdurchgang
- 15
- Auslassluftdurchgang
- 15b
- zweiter Auslassluftdurchgang (Spalt)
- 20
- erstes Rückschlagventil
- 21
- zweites Rückschlagventil
- 22
- Stangeneinsetzöffnung (Ventilöffnung)
- 30
- Ventilelement
- 31
- Ventilabschnitt
- 32
- Schaftabschnitt
- 33
- Teil mit großem Durchmesser
- 34
- Teil mit kleinem Durchmesser
- 35
- Dichtelement
- 37
- Kolben
- 41
- Stator
- 41a
- schräge Nockenfläche
- 43
- Stoppervorsprung
- 44
- Ventilsitz
- 46
- Drosselabschnitt
- 47
- Durchflussrateneinstellabschnitt
- 70a
- erste Kammer (Kolbendruckkammer)
- 71
- Pilot- oder Steuerdurchgang
