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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wegeventil mit einem Magnetsensor
zur Detektion einer Betriebsposition eines Schiebers.
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Ein
bekanntes Wegeventil mit einem Magnetsensor, in dem das Umschalten
des Schiebers detektiert werden kann, indem ein Magnet und der Magnetsensor
vorgesehen werden, wird in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
Nr. 2-66784 offenbart. Dieses bekannte Wegeventil wird gebildet,
indem der Magnet an einem Außenumfang des
Schiebers angebracht wird und der Magnetsensor am Gehäuse angebracht
wird. Wenn sich der Schieber zu einer Schaltposition bewegt, nähert sich der
Magnet dem Magnetsensor und der Magnetsensor wird eingeschaltet.
Wenn sich der Schieber zu anderen Schaltposition bewegt, wird der
Magnet vom Magnetsensor getrennt und der Magnetsensor wird ausgeschaltet.
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Das
Umschalten des Schiebers wird detektiert, indem der Magnetsensor
ein- und ausgeschaltet wird.
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Der
Magnet ist an einem mittleren Abschnitt des Schiebers angebracht,
der in einem Ventilloch gleitet, und der Magnetsensor ist am mittleren
Abschnitt des Gehäuses
in einer Position angebracht, die der des Magneten entspricht. Jedoch
bedeutet dies einen speziellen Schieber und ein spezielles Gehäuse mit
komplizierten Strukturen, die sich von denen der Wegeventile unterscheiden,
ohne dass ein Magnetsensor verwendet werden muß. Im Fall des Gehäuses ist
es aufgrund dessen, dass normalerweise mehrere Anschlüsse, mehrere
Durchflußwege, die
die Anschlüsse
und das Ventilloch verbinden, und/oder mehrere Vorsteuerdurchflußwege in
einem komplizierten Muster vorgesehen sind, hinsichtlich der Gestaltung äußerst schwierig,
von neuem ein Befestigungsloch für
den Magnetsensor, ein Einführungsloch
für eine
Verdrahtung und dergleichen bereitzustellen, während verhindert wird, dass
sie sich störend
auf die Anschlüsse
und Durchflußwege
auswirken. Um die Struktur zu vereinfachen, wird es bevorzugt, so
viele Teile wie möglich
zu verwenden, die mit üblichen
Wegeventilen ohne einen Magnetsensor gemeinsam sind. Es ist insbesondere
wünschenswert,
ein gemeinsames Gehäuse
zu verwenden.
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Um
außerdem
den Betrieb des Wegeventils präzise
zu steuern und einen Schaden vorherzusagen, wird es bevorzugt, nicht
nur zu detektieren, ob der Schieber ein Hubende erreicht hat, sondern durch
Verwendung des Magneten und des Magnetsensors auch jede Betriebsposition
des Schiebers zu detektieren.
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EP-A-0844425
offenbart ein Wegeventil mit einem Gehäuse, das mehrere Anschlüsse und
ein Ventilloch aufweist, in das sich die Anschlüsse öffnen, einem Schieber zur Verschiebung
im Ventilloch, der ein Ende außerhalb
des Ventillochs aufweist, Endblöcken
auf gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses,
einer Antriebseinrichtung zum Antreiben des Schiebers, einem Magneten,
der an einem Teil des einen Endes des Schiebers so angebracht ist,
dass er sich mit dem Schieber außerhalb des Ventillochs bewegt,
einem Detektionsblock, der zwischen dem Gehäuse und einem der Endblöcke so angeordnet ist,
dass er den Magneten umgibt, und mindestens einem Magnetsensor,
der am Detektionsblock angebracht ist, um den Magnetismus des Magneten
zu detektieren.
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Erfindungsgemäß weist
der Detektionsblock einen ersten Abschnitt, der zwischen dem Gehäuse und
dem Endblock so angeordnet ist, dass er den Bereich umgibt, in dem
sich der Magnet bewegt, und einen zweiten Abschnitt auf, der längs einer
Außenfläche des
Wegeventils rittlings auf dem ersten Abschnitt und dem Endblock
angeordnet ist, eine Sensorbefestigungsnut ist im zweiten Abschnitt
parallel mit einer Achse des Schiebers und rittlings auf dem Bewegungsbereich
des Magneten ausgebildet, und der Magnetsensor ist in die Sensorbefestigungsnut eingepaßt.
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Indem
der Detektionsblock zwischen dem Gehäuse und dem Endblock angeordnet
ist, der Magnetsensor am Detektionsblock angebracht wird, bewirkt
wird, dass sich der Endabschnitt des Schiebers in den Detektionsblock
ausdehnt, und der Magnet am Endabschnitt angebracht ist, ist es
mit einem Wegeventil, das die obige Struktur aufweist, überflüssig, ein
Gehäuse
mit komplizierter Struktur vorzusehen oder es irgendeiner speziellen
Bearbeitung zu unterziehen, und es ist möglich, das Wegeventil leicht
unter Verwendung des Gehäuses
eines normalen Wegeventils herzustellen, indem einfach ein Detektionsblock
bereitgestellt wird und einige Verbesserungen am Schieber vorgenommen
werden.
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Es
wird bevorzugt, dass der Magnetsensor in der Sensorbefestigungsnut
angebracht ist, so dass er imstande ist, den Magnetismus vom Magneten über einen
gesamten Hub des Schiebers zu detektieren und dass jede Betriebsposition
des Schiebers aus einer Änderung
der magnetischen Flußdichte
infolge der Bewegung des Magneten detektiert werden kann.
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Da
nicht nur Positionen des Schiebers an den Hubenden, sondern auch
jede Position innerhalb des Hubs detektiert werden kann, ist es
möglich, leicht
unter Verwendung einer Beurteilungsschaltung aus der Beziehung zwischen
den Positionen und den Betätigungszeiten
des Schiebers vom Beginn bis zum Ende des Hubs zu beurteilen, ob
der Schieber normal gearbeitet hat. Folglich ist es möglich, Vorbeugungsmaßnahmen
zu ergreifen, bevor ein Schaden auftritt und so eine Unterbrechung
des Betriebs einer Betriebsanlage für viele Stunden infolge des Schadens
und eines folgenden Unfalls zu verhindern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Antriebseinrichtung ein elektromagnetisch betätigtes Vorsteuerventil,
der Schieber wird durch ein oder zwei Vorsteuerventil(e) umgeschaltet,
wobei das Vorsteuerventil(e) an einem der Endblöcke angebracht ist und der
Magnet und der Magnetsensor auf einer anderen Seite der Endblöcke als
der vorgesehen sind, an der das Vorsteuerventil(e) angebracht ist.
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Das
Wegeventil ist imstande, leicht unter Verwendung desselben Gehäuses wie
ein normales Wegeventil ohne einen Magnetsensor gebildet zu werden,
die Struktur des Wegeventils ist einfach, und das Wegeventil kann
leicht hergestellt werden.
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Außerdem kann
die Betriebsposition des Schiebers über einen gesamten Hub detektiert
werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wegeventils.
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2 eine
Querschnitt-Draufsicht eines mittleren Abschnitts des Wegeventils
in 1.
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3 eine
vertikale Seitenschnittansicht des mittleren Abschnitts des Wegeventils
in 1.
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4 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines wesentlichen Abschnitts der 2. Die Zeichnungen zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Wegeventils mit einem erfindungsgemäßen Magnetsensor. Das hier
als Beispiel gezeigte Wegeventil ist ein Typ Wegeventil mit einfacher
Vorsteuerung, in dem ein Schieber 11 durch Verwendung eines
elektromagnetisch betätigten
Vorsteuerventils 10 umgeschaltet wird.
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Das
Wegeventil umfaßt
ein Gehäuse 12,
das aus nicht-magnetischem Material besteht und im wesentlichen
in einer Form eines rechteckigen Parallelepipeds vorliegt, und Endblöcke 13 und 14,
die aus nicht-magnetischem Material bestehen, rechteckige Querschnittformen
aufweisen und an axial gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses 12 angebracht sind.
Das Vorsteuerventil 10 ist an dem einen, ersten Endblock 13 angebracht,
und ein Detektionsblock 15, der aus nicht-magnetischem
Material besteht, ist zwischen dem anderen, zweiten Endblock 14 und
dem Gehäuse 12 angeordnet.
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Es
sind ein Zufuhranschluß P
und zwei Ablaßanschlüsse EA und
EB an einer der Ober- und Unterseiten des Gehäuses 12 vorgesehen,
und es sind zwei Ausgangsanschlüsse
A und B an der anderen Seite vorgesehen. Ein Ventilloch 17,
in das sich die jeweiligen Anschlüsse nebeneinander in eine Achsenrichtung öffnen, ist
im Gehäuse 12 vorgesehen. Der
Schieber 11, der zum Umschalten von Durchflußwegen dient
und aus einem nicht-magnetischem
Material besteht, ist zur Verschiebung in seine Achsenrichtung im
Ventilloch 17 untergebracht.
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Es
sind mehrere Dichtungsglieder 18 zur gegenseitigen Verbindung
und Trennung von Durchflußwegen,
die die jeweiligen Anschlüsse
verbinden, am Außenumfang
des Schiebers 11 vorgesehen, und es sind Endabschnitt-Dichtungsglieder 19 zur
Trennung von Entlüftungskammern 20a und 20b,
die jeweiligen Endabschnitten des Schiebers 11 gegenüberliegen,
und der Durchflußwege
im Ventilloch 7 voneinander, jeweils an Außenumfängen gegenüberliegender
Endabschnitte des Schiebers 11 vorgesehen. Ein Ende des
Schiebers 11 dehnt sich außerhalb des Ventillochs 17 aus
und ist im Detektionsblock 15 angeordnet, und ein Magnet 22 ist
am Außenumfang
des Ausdehnungsabschnitts des Schiebers 11 angebracht,
so dass er sich mit dem Schieber 11 außerhalb des Ventillochs 17 bewegt.
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Dieser
Magnet 22 wird durch Mischen von Metallpulver, das eine
magnetische Eigenschaft aufweist, in ein weiches Grundmaterial,
wie einem Kunstharz und Kunstgummi, in einer Ringform gebildet,
die eine Kerbe an einem Abschnitt des Umfangs aufweist. Der Magnet 22 wird
an der obigen Position durch Einpassen des Magneten in eine Befestigungsnut
angebracht, die im Außenumfang
des Endabschnitts des Schiebers 11 ausgebildet ist, während ein
Durchmesser des Magneten 22 elastisch ausgedehnt wird.
Es ist auch möglich,
zwei harte halbkreisförmige
Magnetstücke
in die Befestigungsnut einzupassen, so dass die Stücke in einer
Ringform angeordnet sind.
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Der
Magnet 22, der in der Belüftungskammer 20a am
Schieber 11 außerhalb
des Ventillochs 17 angebracht ist, ist vom Arbeitsfluid
getrennt. Wenn daher Feuchtigkeit, chemischer Nebel, Teilchen aus magnetischem
Material wie Metallpulver und dergleichen im Arbeitsfluid enthalten
sind, rostet oder korrodiert der Magnet 22 nicht im Kontakt
mit der Feuchtigkeit und dem chemischen Nebel und adsorbiert nicht
die Teilchen des magnetischen Materials. Folglich tritt keine Reduzierung
der Genauigkeit der Positionsdetektion infolge einer Reduzierung
einer Funktion des Magneten 22 und kein nicht betriebsfähiger Zustand
des Schiebers 11 infolge der adsorbierten winzigen Teilchen
auf.
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Anderseits
weist der Detektionsblock 15 einen ersten Abschnitt 15a,
der zwischen dem Gehäuse 12 und
dem zweiten Endblock 14 angeordnet ist und eine rechteckige
Querschnittform aufweist, um einen Bereich zu umgeben, wo sich der
Magnet 22 bewegt, und einen zweiten Abschnitt 15b auf,
der rittlings auf dem ersten Abschnitt 15a und dem zweiten Endblock 14 längs einer
Außenfläche des
Wegeventils angeordnet ist. Eine Sensorbefestigungsnut 23, die
innen eine Nut aufweist, die breiter als ein Öffnungsabschnitt 23a ist,
ist im zweiten Abschnitt 15b rittlings auf dem beweglichen
Bereich des Magneten 22 parallel mit einer Achse des Schiebers 11 ausgebildet
und der Magnetsensor 24 ist in die Sensorbefestigungsnut 23 eingepaßt. Der
erste Abschnitt 15a und der zweite Abschnitt 15b können integral
ausgebildet sein oder sie können
getrennt ausgebildet und miteinander verbunden sein.
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Der
Magnetsensor 24 wird zum Öffnungsabschnitt 23a hin
angehoben und durch Einschrauben einer Stellschraube 25 in
ein Schraubloch, das im Magnetsensor 24 ausgebildet ist,
und Befestigung der Stellschraube 25, um ein Schraubenspitzenende in
Kontakt mit einem Nutboden der Befestigungsnut 23 zu bringen,
gegen eine Innenseite des Öffnungsabschnitt 23a gepreßt und daran
befestigt. Auf diese Weise ist der Magnetsensor 24 so angebracht,
dass er imstande ist, eine Betriebsposition des Schiebers 11 über einen gesamten
Hub aus einer Änderung
der magnetischen Flußdichte
infolge der Bewegung des Magneten 22 zu detektieren. Wenn
in diesem Fall die Betriebsposition des Schiebers 11 über den
gesamten Hub nicht durch die Verwendung eines Magnetsensors detektiert
werden kann, können
zwei Magnetsensoren in Positionen angebracht werden, die in der
Sensorbefestigungsnut 23 voneinander versetzt sind. Es
ist außerdem
möglich,
zwei Magnetsensoren anzubringen, die Sensorfunktionen in einem Sensorkörper aufweisen.
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Der
Magnetsensor 24 ist durch eine Leitung 26 mit
einer Beurteilungsschaltung einer (nicht gezeigten) Steuereinrichtung
verbunden und gibt ein Detektionssignal, das einer magnetischen
Flußdichte entspricht,
an diese Beurteilungsschaltung aus. In diese Beurteilungsschaltung
werden im Voraus Daten eingegeben, die zur Positionsdetektion notwendig
sind, wie die jeweiligen gegenseitigen Beziehungen zwischen jeder
Betriebsposition und der magnetischen Flußdichte, Betätigungszeit,
und der Fluiddruck, wenn der Schieber 11 normal arbeitet.
Wenn das Detektionssignal aus dem Magnetsensor 24 eingegeben
wird, werden Positionen der gegenüberliegenden Hubenden und jeweilige
Positionen des Hubs des Schiebers 11 beruhend auf den Daten
gemessen und zur Steuerung verwendet. Aus einer Beziehung zwischen
den Positionen und der Betätigungszeit
des Schiebers 11 vom Beginn bis zum Ende des Hubs kann
es auch möglich
sein, zu beurteilen, ob der Betrieb des Schiebers 11 normal
ist. Folglich ist es möglich,
ein Anzeichen eines Schadens im voraus zu detektieren und vorbeugende Maßnahmen
zu ergreifen. Als Ergebnis ist es möglich, eine Unterbrechung des
Betriebs der Vorrichtung für
viele Stunden infolge einer Erzeugung des Schadens, eines Unfalls
und dergleichen zu verhindern.
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Es
sind jeweils Kolbenkammern 30a, 30b im ersten
Endblock 13 und dem zweiten Endblock 14 ausgebildet.
Die erste Kolbenkammer 30a, die im ersten Endblock 13 ausgebildet
ist, weist einen großen
Durchmesser auf, und es ist ein erster Kolben 31a mit großem Durchmesser
zur Verschiebung in der ersten Kolbenkammer 30a untergebracht.
Die zweite Kolbenkammer 30b, die im zweiten Endblock 14 ausgebildet
ist, weist einen kleineren Durchmesser auf, und es ist ein zweiter
Kolben 31b mit einem kleinen Durchmesser zur Verschiebung
in der zweiten Kolbenkammer 30b untergebracht. Diese Kolben 31a und 31b stehen
jeweils mit Endflächen
des Schiebers 11 in Kontakt. Es sind jeweils eine erste Druckkammer 32a und
eine zweite Druckkammer 32b auf Rückseitenflächen der jeweiligen Kolben 31a und 31b,
d.h. auf zu den Flächen
gegenüberliegenden
Seiten in Kontakt mit dem Schieber 11 ausgebildet. Zwischen
den jeweiligen Kolben 31a, 31b und den Endflächen des
Schiebers 11 sind jeweils Entlüftungskammern 20a und 20b ausgebildet,
die sich zur Außenseite öffnen. Die
Druckkammern 32a und 32b sind luftdicht von den
Entlüftungskammern 20a und 20b durch
eine Kolbendichtung 33 getrennt, die an Außenumfängen der
Kolben 31a und 31b angebracht ist.
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Die
erste Druckkammer 32a auf einer Seite der ersten Kolbenkammer 30a mit
großem
Durchmesser steht durch einen Vorsteuerdurchflußweg 35, der sich
im Gehäuse 12 und
dem ersten Endblock 13 durch das Vorsteuerventil 10 und
einen manuellen Betätigungsmechanismus 36 erstreckt,
mit dem Zufuhranschluß P
in Verbindung. Die zweite Druckkammer 32b auf einer Seite
des zweiten Kolbens 31b mit kleinem Durchmesser steht durch
einen Vorsteuerdurchflußweg 37,
der sich vom Gehäuse 12 in
den Detektionsblock 15 und den zweiten Endblock 14 erstreckt,
dauerhaft mit dem Zufuhranschluß P
in Verbindung.
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In 3 bezeichnen
die Bezugsziffern 39 Führungslöcher, die
in die Achsenrichtung in Mittelabschnitten von Druckaufnahmeflächen der
jeweiligen Kolben 31a und 31b ausgebildet sind,
und die Bezugsziffern 40 bezeichnen Führungen, die aus Kammerwänden der
Druckkammern 32a und 32b in die jeweiligen Endblöcke 13 und 14 vorstehen,
um in die Führungslöcher 39 zur
Führung
der Kolben 31a und 31b eingepaßt zu werden, so dass die Kolben 31a und 31b stabil
arbeiten.
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Wenn
sich das Vorsteuerventil 10 in einem Aus-Zustand befindet
und der ersten Druckkammer 32a kein Vorsteuerfluid zugeführt wird,
wird der zweite Kolben 31b mit dem Vorsteuerfluiddruck
geschoben, das der zweiten Druckkammer 32b zugeführt wird.
Daher befindet sich der Schieber 11 in einer ersten Schaltposition,
die nach rechts verschoben ist, wie in 3 gezeigt.
Wenn das Vorsteuerventil 10 in einen Ein-Zustand umgeschaltet
wird und aus diesem Zustand das Vorsteuerfluid der ersten Druckkammer 32a zugeführt wird,
wird der Schieber 11 mit der ersten Kolbenkammer 30a geschoben
und bewegt sich nach links, um eine zweite Schaltposition einzunehmen,
da eine Fluiddruck-Betätigungskraft, die
auf die erste Kolbenkammer 30a wirkt, infolge eines Unterschieds
zwischen den Druckaufnahmeflächen
der beiden Kolben 31a und 31b größer als
jene ist, die auf den zweiten Kolben 31b wirkt.
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Eine
Schaltoperation des Schiebers 11 wird über den gesamten Hub durch
Detektion des magnetischen Flusses des Magneten 22, der
sich mit dem Schieber 11 bewegt, durch Verwendung des Magnetsensors 24 detektiert.
Das Detektionssignal wird in die Beurteilungsschaltung eingegeben
und zur Steuerung des Wegeventils und anderer zugehöriger Vorrichtungen
und zur Vorhersage des Schadens des Wegeventils verwendet. Der manuelle
Betätigungsmechanismus 36 dient
zum direkten Verbinden des Vorsteuerdurchflußwegs und der ersten Druckkammer 32a durch
Herunterdrücken
eines Betätigungsglieds 36a.
Es wird manuell ein Schaltzustand erhalten, der ähnlich zu dem Fall ist, in
dem das Vorsteuerventil 10 eingeschaltet wird.
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Das
Vorsteuerventil 10 ist das elektromagnetisch betätigte Vorsteuerventil
zum Öffnen
und Schließen
des Vorsteuerdurchflußwegs
durch Erregung eines Elektromagneten. Da eine Struktur und Arbeitsweise
des Vorsteuerventils 10 ähnlich zu jenen bekannter Vorsteuerventile
ist, wird eine konkrete Beschreibungen von ihnen weggelassen.
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Indem
wie oben beschrieben der Detektionsblock 15 zwischen dem
Gehäuse 12 und
dem Endblock 14 angeordnet ist, der Magnetsensor 24 am Detektionsblock 15 angebracht
ist, bewirkt wird, dass sich der Endabschnitt des Schiebers 11 in
den Detektionsblock 15 ausdehnt, und der Magnet 22 an
der Ausdehnungsposition angebracht ist, ist es verglichen mit einem
normalen Wegeventil ohne Magnetsensor 24 überflüssig, das
Gehäuse 12,
das eine komplizierte Struktur aufweist, irgendeiner speziellen Bearbeitung
zu unterziehen, und es ist möglich,
das Wegeventil durch Verwendung des Gehäuses 12 einfach mit
einem Magnetsensor genauso wie das normale Wegeventil zu bilden,
indem nur der Detektionsblock 15 neu hergestellt wird und
einige Verbesserungen am Schieber 11 vorgenommen werden.
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Obwohl
der zweite Abschnitt 15b des Detektionsblocks 15 in
der obigen Ausführungsform
auf der Seitenfläche
des Wegeventils vorgesehen ist, kann der zweite Abschnitt 15b auf
einer Oberseite oder einer Unterseite des Wegeventils angeordnet
sein.
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Obwohl
der Detektionsblock 15, der Magnet 22 und der
Magnetsensor 24 auf einer Seite des zweiten Endblocks 14 vorgesehen
sind, wo das Vorsteuerventil 10 nicht angebracht ist, können sie
auf einer Seite des ersten Endblocks 13 vorgesehen werden,
wo das Vorsteuerventil 10 angebracht ist.
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Der
Typ des Wegeventils ist nicht auf den Typ mit einfacher Vorsteuerung
beschränkt,
der in der Ausführungsform
beschrieben wird, sondern kann ein Typ Wegeventil mit doppelter
Vorsteuerung sein, das zwei Vorsteuerventile 10 aufweist,
oder kann ein direktwirkendes Wegeventil sein, in dem der Schieber 11 direkt
durch eine elektromagnetische oder mechanische Antriebseinrichtung
angetrieben wird.
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Wenn
das Wegeventil ein Wegeventil mit drei Positionen ist, das drei
Schaltpositionen aufweist, sind der Magnet und der Magnetsensor
vorzugsweise so angeordnet, dass alle drei Schaltpositionen detektiert
werden können.
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Wie
oben im Detail beschrieben, kann das Wegeventil unter Verwendung
desselben Gehäuses leicht
als ein normales Wegeventil ohne einen Magnetsensor gebildet werden,
die Struktur des Wegeventils ist einfach, und das Wegeventil kann
einfach hergestellt werden.