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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Druck/Durchflussraten-Steuerventil für die Steuerung des Druckes
und der Durchflussrate eines einem Stellglied, bspw. einem Zylinder,
zugeführten bzw.
von diesem abgeführten
Druckfluides.
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Um bei einem derartigen bekannten Druck/Durchflussraten-
Steuerventil das Problem einer Verzögerung der Anfangsstartzeit
zu lösen,
hat der Anmelden der vorliegenden Erfindung ein Druck/Durchflussraten-Einstellventil
vorgeschlagen mit einem Drucksteuerabschnitt zur schnellen freifließenden Zufuhr
des Zufuhrdruckes in das Innere eines Zylinders, um den Zylinder
anzutreiben, während der
Druck von dem Zylinder schnell abgeführt wird, bis er einen festgelegten
Druck erreicht, und mit einem Durchflussrateneinstellabschnitt zum
Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders durch Einstellen
eines Drosselventiles während
des Ablassvorgangs auf der Basis der Ausgangsmesssteuerung (vgl.
japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. 59-12404).
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Darüber hinaus ist aus der
EP 0 844 401 A1 ein
Druck/Durchflussraten-Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druck/Durchflussraten-Steuerventil
vorzuschlagen, mit dem der Zeitverlust, der durch die Druckdifferenz zwischen
einer ersten Zylinderkammer und einer zweiten Zylinderkammer beim
Starten des Kolbens mit niedrigem Druck bewirkt wird, verringert
werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung
im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs
4 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung näher
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Druck/Durchflussraten-Steuerventils gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
einen Längsschnitt
entlang einer Linie II-II in 1;
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3 zeigt
eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des Ventilgeschlossen-Zustandes,
bei dem ein Ventilstopfen verschoben und auf einem Sitzabschnitt
aufgesetzt ist;
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4 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ventilöffnungs/Schließmechanismus
für das
in 1 dargestellte Druck/Durchflussraten-Steuerventil;
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5 zeigt
einen Längsschnitt
entlang einer Linie V-V in 2;
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6 zeigt
eine schematische Anordnung eines Fluiddruckkreises mit dem Druck/Durchflussraten-Steuerventil
gemäß 1;
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7 zeigt
einen Längsschnitt
in Axialrichtung durch ein Druck/Durchflussraten-Steuerventil gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
einen Schnitt entlang einer Linie VIII-VIII in 7;
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9 zeigt
eine schematische Anordnung eines Fluiddruckkreises mit dem Druck/Durchflussraten-Steuerventil
gemäß 7;
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10 zeigt
charakteristische Kurven des Druck/Durchflussraten-Steuerventils
gemäß 7; und
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11 zeigt
charakteristische Kurven eines Druck/Durchflussraten-Steuerventils gemäß dem Stand
der Technik.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 ein Druck/Durchflussraten-Steuerventil gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das Druck/Durchflussraten-Steuerventil
10 weist einen zweiten Ventilkörper 14 auf,
der aus zwei im Wesentlichen zylindrischen Elementen besteht, die
einstöckig
in senkrecht zueinander liegenden Richtungen miteinander verbunden
sind, und der in Richtung des Pfeiles A um ein Rotationszentrum
eines innen eingesetzten ersten Ventilkörpers 12 mit zylindrischer
Gestalt drehbar ist, sowie einen dritten Ventilkörper
18, der eine
gebogene, im Wesentlichen L-förmige
Gestalt aufweist und in Richtung des Pfeiles B um ein Rotationszentrum
eines Vorsprungs 16 (vgl. 2)
des zweiten Ventilkörpers 14 drehbar
angebracht ist.
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Wie in 2 gezeigt
ist, sind ringförmige
erste bis dritte Dichtungselemente 20a bis 20c in
Ringnuten an der äußeren Umfangsfläche des
ersten Ventilkörpers 12 angebracht.
Ein ringförmiges
viertes Dichtungselement 20d ist an einer Ringnut an dem Vorsprung 16 des
zweiten Ventilkörpers l4 angebracht.
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Ein Rohrverbindungsabschnitt 22,
der mit einer später
beschriebenen Druckfluidzufuhrquelle über eine nicht dargestellte
Rohrleitung verbunden ist, ist an einem Ende des dritten Ventilkörpers 18 vorgesehen.
Ein bekannter, sogenannter one-touch-Verbinder ist an dem Rohrverbindungsabschnitt 22 vorgesehen.
Der one-touch-Verbinder weist eine Lösehülse 25 zum Lösen des
Rohres von dem Rohrverbindungsabschnitt 22 durch Drücken auf,
wobei die Lösehülse 25 eine Öffnung aufweist, die
im Wesentlichen als Primäranschluss 24 dient. Der
dritte Ventilkörper 18 weist
einen ersten Durchgang 26 auf, der entlang des dritten
Ventilkörpers 18 gebogen
ist und mit dem Primäranschluss 24 in
Verbindung steht.
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Ein Außengewindeabschnitt 28,
der in einen Anschluss eines später
beschriebenen Zylinders eingeschraubt ist, ist an der äußeren Umfangsfläche an dem
unteren Ende des ersten Ventilkörpers 12 ausgebildet.
Eine Öffnung,
die im Wesentlichen als Sekundäranschluss 30 dient,
ist an der inneren Umfangsfläche
des Außengewindeabschnitts 28 ausgebildet.
Ein Ventilöffnungs/Schließabschnitt 32 zum Öffnen bzw.
Schließen
eines Verbindungsdurchgangs zur Verbindung des Primäranschlusses 24 mit dem
Sekundäranschluss 30 und
ein ein Kontrollventil 34 aufweisender Kontrollventilabschnitt 35 sind
im Wesentlichen koaxial im Inneren des ersten Ventilkörpers 12 vorgesehen.
Ein Durchflussrateneinstellabschnitt 36, der eine parallele
Verbindung zu dem Ventilöffnungs/Schließabschnitt 32 zwischen
dem Primäranschluss 24 und
dem Sekundäranschluss 30 bildet,
ist im Inneren des zweiten Ventilkörpers 14 vorgesehen.
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Der Rohrverbindungsabschnitt 22 und
der Druchflussrateneinstellabschnitt 36 können gegeneinander
ausgetauscht werden, so dass der Rohrverbindungsabschnitt 22 in
dem zweiten Ventilkörper 14 und
der Durchflussrateneinstellabschnitt 36 in dem dritten
Ventilkörper 18 angeordnet
ist.
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Wie in 2 dargestellt
ist, weist der Durchflussrateneinstellabschnitt 36 ein
im Wesentlichen zylindrisches Halteelement 38 auf, das
in den zweiten Ventilkörper 14 eingesetzt
ist, ein Einstellschraubelement 42, das sich entlang einer
abgestuften Durchgangsöffnung 40 erstreckt,
die in einem mittleren Bereich des Halteelements 38 ausgebildet
ist, und das drehbar in der abgestuften Durchgangsöffnung 40 gehalten
ist, einen Knopfabschnitt 44, der mit einem ersten Ende
der Einstellschraube 42 verbunden ist, und ein Mutternelement 46 zum
Befestigen der Einstellschraube 42 an einer gewünschten Position.
Das erste Ende 48 der Einstellschraube 42 weist
einen konischen Querschnitt auf. Der Abstand zwischen dem ersten
Ende 48 und der Einstellschraube 42 und der inneren
Wandfläche
der abgestuften Durchgangsöffnung 40 wird
durch Vergrößern oder
Verringern der Einschraubtiefe der Einstellschraube 42 mit
Hilfe des Knopfabschnitts 44 eingestellt. Dadurch wird
das Druckfluid, das durch die abgestufte Durchgangsöffnung 40 fließt, entsprechend dem
Abstand zwischen dem ersten Ende 48 der Einstellschraube 42 und
der inneren Wandfläche
der abgestuften Durchgangsöffnung 40 auf
eine festgelegte Durchflussrate gedrosselt. Das erste Ende der abgestuften
Durchgangsöffnung 40 ist
so ausgebildet, das es mit einem zweiten Durchgang 50 (zweiter
Verbindungsdurchgang) in dem zweiten Ventilkörper 14 in Verbindung
steht.
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Eine ringförmige erste Kammer 52 ist
zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Halteelements 38 und der inneren Umfangsfläche des
zweiten Ventilkörpers 14 ausgebildet.
Die erste Kammer 52 ist dazu vorgesehen, über einen
dritten Durchgang 54, der im Wesentlichen senkrecht zu
der abgestuften Durchgangsöffnung 40 angeordnet
ist, eine Verbindung mit der abgestuften Durchgangsöffnung 40 herzustellen.
Außerdem
steht die erste Kammer 52 mit einem vierten Durchgang (erster
Verbindungsdurchgang) 56 in Verbindung, der sich im Wesentlichen
parallel zu der abgestuften Durchgangsöffnung 40 erstreckt.
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Bei dieser Ausführungsform sind, wie in 5 gezeigt ist, der zweite
Durchgang 50 und der vierte Durchgang 56, die
sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, in vertikaler
Richtung voneinander um einen festgelegten Abstand beabstandet.
Eine obere Innenwandfläche 58a und
eine untere Innenwandfläche 58b des
vierten Durchgangs 56 sind so ausgebildet, dass sie eine
entlang der oberen Kontur 60 des zweiten Ventilkörpers 14 gekrümmte Gestalt
aufweisen. Eine untere Innenwandfläche 62 des zweiten
Durchgangs 50 ist so ausgebildet, dass sie eine halbkreisförmige Gestalt
entlang der unteren Kontur 64 des zweiten Ventilkörpers 14 aufweist.
Die Wanddicke des zweiten Ventilkörpers 14 kann reduziert
werden, und die Gesamtvorrichtung kann klein und mit geringem Gewicht
gebaut werden, indem der zweite Durchgang 50 und der vierte
Durchgang 56 die oben beschriebene Querschnittsgestalt
entlang der oberen Kontur 60 bzw. der unteren Kontur 64 des zweiten
Ventilkörpers 14 haben.
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Wie in 2 gezeigt
ist, wird ein zylindrisches Kappenelement mit Boden mit Hilfe eines
Ringelementes 66 in einer oberen Öffnung der ersten Ventilkörpers 12 gehalten.
Ringförmige
fünfte
und sechste Dichtungselemente 20e, 20f sind in
Ringnuten zwischen dem Kappenelement 68 und der Innenwand fläche des
ersten Ventilkörpers 12 angebracht. Das
Ringelement 66 ist an der Öffnung des ersten Ventilkörpers 12 durch
Befestigen einer ringförmigen Befestigungsklaue 70,
die an der inneren Umfangsfläche
des ersten Ventilkörpers 12 ausgebildet
ist, an einer Ringnut angebracht.
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Ein Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74, der
Axialrichtung des Kappenelements 68 gleiten kann, ist in
einer zweiten Kammer 72 vorgesehen, die von dem Kappenelement 68 umgeben
wird. Der Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 ist
immer in einem Zustand, in dem er durch die Vorspannkraft eines
an der Innenwandfläche
des Kappenelements 68 befestigten Federelements 76 nach
unten vorgespannt wird.
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Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist die Vorspannkraft (Federkraft) des Federelements 76 auf
einen festgelegten Wert voreingestellt. Es kann jedoch auch ein
nicht dargestellter Gewindeabschnitt an dem Kappenelement 68 vorgesehen
sein, um diesen Vorgang durch Einschrauben durchzuführen. Dementsprechend
ist es auch möglich,
den Sekundärdruck
zu steuern, indem die Vorspannkraft des Federelements 76 frei
eingestellt wird.
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Wie in den 2 und 4 dargestellt
ist, weist der Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 einen Ventilstopfen 82,
der an seinem ersten Ende ein elastisches Element 80 aus
bspw. einem Material wie natürlichem
oder synthetischem Gummi und mit im Wesentlichen konischem Querschnitt
aufweist, sowie einen Stab 86 auf, der einstöckig mit
einer Öffnung 84, die
an dem oberen Abschnitt des Ventilstopfens 82 ausgebildet
ist, verbunden ist. Der Stab 86 weist ein Paar verbreiterter
Scheibenabschnitte 88a, 88b auf, die einen im
Wesentlichen identischen Durchmesser aufweisen und voneinander um
einen festgelegten Abstand beabstandet sind. Eine Dichtung 90 mit
im Wesentlichen V-förmigem
Querschnitt, die aus flexiblem Material besteht, ist zwischen dem
Paar von Scheibenelementen 88a, 88b angebracht.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 in
dem Ventil-geschlossen-Zustand, wenn das elastische Element 80,
das an dem ersten Ende des Ventilstopfens 82 vorgesehen
ist, unter der Wirkung der Vorspannkraft des Federelements 76 auf
einem an dem ersten Ventilkörper 12 ausgebildeten
ringförmigen
Vorsprung 72 aufsetzt (vgl. 2). Andererseits
ist der Ventilöffnungs/Schließmechanismus
74 in dem Ventil-offen-Zustand, wenn das elastische Element 80 des
Ventilstopfens 82 entgegen der Vorspannkraft des Federelements 76 von
dem ringförmigen
Vorsprung 92 abgehoben ist (vgl. 3). Der ringförmige Vorsprung 92 dient
als Sitzabschnitt für
den Ventilstopfen 82. Der ringförmige Vorsprung 92 ist
so gestaltet, dass er über
eine Öffnung 94,
die in dem mittleren Bereich des ringförmigen Vorsprungs 92 ausgebildet
ist, mit dem Sekundäranschluss 30 in
Verbindung steht.
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Der Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 ist
nicht ausbalanciert Art, wobei der Durchmesser des Scheibenabschnitts 88b,
der als Druckaufnahmeabschnitt des Ventilstopfens 82 dient,
größer ist als
der Durchmesser des ringförmigen
Vorsprungs 92, der als Sitzabschnitt dient. Der ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 ist
so gestaltet, dass der Ventilstopfen 82 auf der Basis des
Unterschiedes der Druckaufnahmefläche des Scheibenabschnitts 88b und
der des ringförmigen
Vorsprungs 92 nach oben verschoben und von dem Sitzabschnitt
(ringförmiger
Vorsprung 92) abgehoben wird.
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Eine dritte Kammer 96, die
den Ventilstopfen 82 umgibt, ist an dem Verbindungsbereich
zwischen dem Ventilstopfen 82 und dem Stab 86 ausgebildet. Die
dritte Kammer 96 steht über
den vierten Durchgang 56 und einen fünften Durchgang 98,
der mit gebogener Gestalt in den zweiten Ventilkörper 14 ausgebildet
ist, mit der ersten Kammer 92 in Verbindung.
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Der Kontrollventilabschnitt 35 ist
an einem unteren Abschnitt der Öffnung
des ersten Ventilkörpers 12 angebracht
und weist in seinem mittleren Bereich ein zylindrisches Element 102 mit
einer abgestuften Durchgangsöffnung 100,
die sich in Axialrichtung erstreckt, auf. Eine vierte Kammer 104 ist
zwischen der Innenwandfläche
des ersten Ventilkörpers 12 und
der oberen Außenumfangsfläche des
zylindrischen Elements 102 ausgebildet. Eine fünfte Kammer 106 ist
zwischen der Innenwandfläche
des ersten Ventilkörpers 12 und
der unteren Außenumfangsfläche des
zylindrischen Elements 102 ausgebildet.
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Das Kontrollventil 34, das
eine Zunge 108 aufweist, ist in einer Ringnut angebracht,
die in einem mittleren Bereich des zylindrischen Elements 102 ausgebildet
ist. Das Kontrollventil 34 ist wie folgt gestaltet: Die Verbindung
zwischen der vierten Kammer 104 und der fünften Kammer 106 wird
dadurch blockiert, dass die Zunge 108 so deformiert wird,
dass sie unter der Wirkung des von der Seite der vierten Kammer 104 zugeführten Druckfluides
in Kontakt mit der Außenwandfläche des
ersten Ventilkörpers 12 tritt.
Andererseits wird die vierte Kammer 104 mit der fünften Kammer 106 verbunden,
wenn die Zunge 108 unter der Wirkung des von der Seite
der fünften
Kammer 106 zugeführten
Druckfluides flexibel nach innen bewegt wird.
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Die vierte Kammer 104 ist
so gestaltet, das: sie über
den zweiten Durchgang 50 in dem zweiten Ventilkörper 14 in
Verbindung mit der abgestuften Durchgangsöffnung 40 des Durchflussrateneinstellabschnitts 36 tritt.
Die fünfte
Kammer 106 ist so gestaltet, dass sie über eine Öffnung 110 in dem
zylindrischen Element 102 in Verbindung mit dem Sekundäranschluss 30 tritt.
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Das Druck/Durchflussraten-Steuerventil 10 gemäß dieser
Ausführungsform
ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend
werden seine Betätigungs-
und Funktionsweise sowie die erzielten Wirkungen beschrieben.
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Zunächst wird ein Fluiddruckkreis 111,
wie er in 6 gezeigt
ist, unter Verwendung des Druck/Durchflussraten-Steuerventils 10 gemäß dieser
Ausführungsform
aufgebaut. Hierbei wird der Primäranschluss 24 des
Druck/Durchflussraten-Steuerventils 10 durch
eine nicht dargestellte Rohrleitung mit einem Richtungskontrollventil 112 verbunden, und
der Sekundäranschluss 30 wird
mit einem ersten Anschluss 116a eines Zylinders 114 verbunden.
Ein Druckreduzierventil 117 mit Kontrollventil und ein
Geschwindigkeitssteuerventil 118 sind zwischen einem zweiten
Anschluss 116b des Zylinders 114 und dem Richtungskontrollventil 112 eingesetzt.
Eine Druckfluidzufuhrquelle 120 ist an das Richtungskontrollventil 112 angeschlossen.
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Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Fluiddruckkreis 111 wird
das Druckfluid (bspw. Druckluft) unter der Antriebswirkung der Fluiddruckzufuhrquelle 120 über den
Primäranschluss 24 zugeführt. Hierbei
ist der Ventilstopfen 82 in dem Ventil-geschlossen-Zustand,
in dem er unter der vorspannkraft des Federelements 76 auf
dem ringförmigen Vorsprung 92 aufsitzt.
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Das Druckfluid, das über den
Primäranschluss 24 zugeführt wird,
erreicht den ersten Durchgang 26 und die erste Kammer 52 und
wird über
den vierten Durchgang 56 und den mit der ersten Kammer 52 in
Verbindung stehenden fünften
Durchgang 98 in die dritte Kammer 96 des ventilöffnungs/Schließabschnitts
32 eingeführt.
Das Druckfluid, das in die dritte Kammer 96 eingeführt wird,
hat einen hohen Zufuhrdruck. Das Druckfluid bildet einen Pilotdruck,
der auf das Paar von Scheibenabschnitten 88a, 88b und
die Dichtung 90 wirkt, um den Ventilstopfen 82 nach
oben zu drücken.
Als Folge hiervon wird das elastische Element 80 des Ventilstopfens 82 entgegen
der vorspannkraft des Federelements 72 von dem ringförmigen Vorsprung 92 (Sitzabschnitt) abgehoben,
um den Ventil-offen-Zustand
herzustellen. Das Druckfluid wird über die abgestufte Durchgangsöffnung 100 und
den Sekundäranschluss 30 einer
kopfseitigen Zylinderkammer 122 des Zylinders 114 zugeführt. Ein
Kolben 124 wird in Richtung des Pfeiles C zu der Endposition
verschoben.
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Das Druckfluid, das von dem Primäranschluss 24 zugeführt wird,
tritt durch die abgestufte Durchgangsöffnung 40 des Durchflussrateneinstellabschnitts 36 über den
ersten Durchgang 26 und die erste Kammer 52 und
wird in den Kontrollventilabschnitt 35 eingeführt. Der
Durchfluss des Druckfluides wird jedoch gemäß der Kontrollwirkung des Kontrollventilabschnitts 34 blockiert.
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Wenn die Ventilposition des Richtungskontrollventiles 112 anschließend umgeschaltet
wird, um den Kolber in einer der oben genannten Richtung entgegengesetzten
Richtung (Richtung des Pfeiles D) zu verschieben, so ist der Ventilstopfen 82 in
dem Ventil-offen-Zustand, in dem er von dem Sitzabschnitt abgehoben
ist, aufgrund des hohen Druckes in der kopfseitigen zylinderkammer 122.
Das Druckfluid, das von dem Sekundäranschluss 30 zugeführt wird,
tritt durch die Öffnung 94 des
ringförmigen.
Vorsprungs 92. Das Druckfluid wird von dem Richtungskontrollventil 112 über die
dritte Kammer 96, den fünften
Durchgang 98, den vierten Durchgang 56, die erste
Kammer 52 und den ersten Durchgang 26 schnell
nach außen
abgelassen.
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Der Druck des Druckfluids, der von
einer stangenseitigen Zylinderkammer 126 über den
Anschluss 116b zugeführt
wird, um den Zylinder 114 anzutreiben, ist etwa halb so
groß wie
der Druck des von der Öffnung 116a abgeführten Druckfluids.
Es ist möglich,
die Kraft des dem Zylinder 114 zugeführten Druckfluids zu bewahren.
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Wenn der Sekundärdruck auf einen Druck verringert
wird, der nicht größer ist
als der durch die Vorspannkraft des Federelements 76 eingestellte festgelegte
Druck, so wird das elastische Element 80 des Ventilstopfens 82 auf
den ringförmigen
Vorsprung 92 aufgesetzt, um den Ventil-geschlossen-Zustand
zu erreichen . Als Folge hiervon fließt das Druckfluid, das von
der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des Zylinders 114 zugeführt wird,
um durch den Sekundäranschluss 30 hindurchzutreten, durch
die Öffnung 110 des
zylindrischen Elements 102 und die fünfte Kammer 106 und
biegt die Zunge 108 des Kontrollventils 34 flexibel
nach innen, um durch den Kontrollventilabschnitt 135 hindurchzutreten.
Anschließend
tritt das Druckfluid durch den zweiten Durchgang 50 und
wird in den Durchflussrateneinstellabschnitt 36 eingeführt.
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In dem Durchflussrateneinstellabschnitt 36 wird
das Druckfluid entsprechend dem voreingestellten Abstand zwischen
dem ersten Ende 48 der Einstellschraube 42 und
der Innenwandfläche
der abgestuften Durchgangsöffnung 40 auf
eine festgelegte Durchflussrate gedrosselt. Anschließend wird
das Druckfluid von dem Primäranschluss 24 über den dritten
Durchgang 54, der mit der abgestuften Durchgangsöffnung 40,
der ersten Kammer 52 und dem ersten Durchgang 26 in
Verbindung steht, von dem Primäranschluss 24 abgeführt. Dementsprechend wird
die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 124 des Zylinders 114 gesteuert.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
bei dieser Ausführungsform
der Fluiddruck auf dem hohen Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 122 in
dem Ventil-offen-Zustand des Ventilöffnungs/Schließmechanismus 74 schnell
abgelassen bis der Druck der kopfseitigen Zylinderkammer 122 und
vier Druck der stangenseitigen Zylinderkammer 126 auf im
Wesentlichen gleichem Druck gehalten werden. Nachdem der Ventilöffnungs-/
Schließmechanismus 74 in
dem Ventil-geschlossen-Zustand ist, wird der Kolben 124 in
den Zustand verschoben, in dem die Durchflussrate des Druckfluids
durch den Durchflussrateneinstellabschnitt 36 gesteuert
wird. Dadurch ist es möglich, die
Betriebsverzögerung
des Kolbens 124 zu verhindern, die ansonsten durch die
Druckdifferenz zwischen dem Druck der kopfseitigen Zylinderkammer 122 und
dem Druck der stangenseitigen Zylinderkammer 126 bewirkt
würde.
Es ist möglich,
den Zeitverlust aufgrund der Betriebsverzögerung zu verringern.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Rohrverbindungsabschnitt 22 vorgesehen,
um das Rohrelement, bspw. das Rohr, lösbar anzuschließen. Hinsichtlich
der Leitungsrichtung des Rohrelements, kann das Rohrelement frei
in allen Richtungen leiten. Dementsprechend ist es möglich, die
Bequemlichkeit bei der Verwendung des Druck/Durchflussraten-Steuerventils
zu verbessern.
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Nachfolgend wird ein Druck/Durchflussraten-Steuerventil 200 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in den 7 und 8 dargestellt. Die gleichen
Aufbauelemente wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute detaillierte
Beschreibung wird verzichtet.
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Das Druck/Durchflussraten-Steuerventil 200 weist
einen zweiten Ventilkörper 204 auf,
der aus zwei im Wesentlichen zylindrischen Elementen besteht, die
in zueinander im Wesentlichen senkrecht stehenden Richtungen miteinander
verbunden sind, und das um ein Rotationszentrum der Achse eines
innen eingesetzten ersten Ventilkörpers 202 mit zylindrischer
Gestalt drehbar ist, sowie einen dritten ventilkörper 208 mit im Wesentlichen
L-förmiger
Gestalt, der um ein Rotationszentrum der Achse eines Vorsprungs 206 (vgl. 8) des zweiten Ventilkörpers 204 drehbar
angebracht ist.
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Der dritte Ventilkörper 208 weist
einen sechsten Durchgang 210 auf, der entlang des dritten Ventilkörpers 208 gebogen
ist und mit dem Primäranschluss 24 in
Verbindung steht. Eine Öffnung,
die im Wesentlichen als Sekundäranschluss 30 dient,
ist an dem unteren Ende des ersten Ventilkörpers 202 ausgebildet.
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Ein erster Durchflussrateneinstellabschnitt 219 zum
Drosseln des in die mit dem sechsten Durchgang 210 in Verbindung
stehende sechste Kammer 212 eingeführten Druckfluides auf eine
festgelegte Durchflussrate und zum Leiten des Druckfluides zu dem
Sekundäranschluss 30 und
ein ersten Kontrollventil 216 zur Verhinderung, dass das
von dem Primäranschluss 24 eingeführte Druckfluid
zu dem Sekundäranschluss 30 fließen kann,
sind koaxial im Inneren des zweiten Ventilkörpers 204 angeordnet.
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Der erste Durchflussrateneinstellabschnitt 214 weist
ein erstes Kappenelement 218 auf , das in eine Öffnung des
zweiten Ventilkörpers 204 eingesetzt
ist, ein erstes Einstellschraubenelement 222, das sich
entlang einer abgestuften Durchgangsöffnung 220, die in
einem mittleren Bereich des ersten Kappenelements 218 ausgebildet
ist, erstreckt und drehbar in der abgestuften Durchgangsöffnung 220 gehalten
ist, einen Knopfabschnitt 224, der mit einem ersten Ende
der ersten Einstellschraube 222 verbunden ist, und ein
Mutternelement 226 zur Befestigung der ersten Einstellschraube 222 an
einer gewünschten
Position.
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Ein zweites Ende 228 der
ersten Einstellschraube 222 weist eine im Wesentlichen
konische Gestalt auf. Der Abstand zwischen dem zweiten Ende 228 der
ersten Einstellschraube 222 und der Innenwandfläche der
abgestuften Durchgangsöffnung 220 wird
durch Erhöhen
oder verringern der Einschraubtiefe der ersten Einstellschraube 222 mit
Hilfe des Knopfabschnittes 224 eingestellt. Dadurch wird
das Druckfluid, das von dem Primäranschluss 24 zugeführt wird,
entsprechend dem Abstand zwischen dem zweiten Ende 228 der
ersten Einstellschraube 222 und der Innenwandfläche der
abgestuften Durchgangsöffnung 220 auf
eine festgelegte Durchflussrate gedrosselt. Das erste Ende der abgestuften
Durchgangsöffnung 220 steht über eine
siebte Kammer 230 in Verbindung mit einem oberen ersten
Verbindungsdurchgang 232 in dem ersten Ventilkörper 202.
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Ein zweites Kappenelement 236 wird
an einem oberen Abschnitt des zweiten Ventilkörpers 204 mit einem
dazwischen angeordneten Ringelement 234 gehalten. Ein Ventilöffnungs/Schließmechanismus 238,
der als Ventilöffnungs/Schließabschnitt dient,
ist für
das zweite Kappenelement 236 vorgesehen.
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Der Ventilöffnungs-/Schließmechanismus 238 gleitet
entlang einer Öffnung 240,
die in dem zweiten Kappenelement 236 ausgebildet ist. Der Ventilöffnungs-/Schließmechanismus 238 umfasst einen
Ventilstopfen 244, der an einem Ende ein elastisches Element 242 aufweist,
das bspw. aus einem Material wie natürlichem oder synthetischem
Gummi mit im Wesentlichen konischem Querschnitt aufgebaut ist, einen
Sitzabschnitt 246, der an dem Kappenelement 236 ausgebildet
ist, um den Ventilstopfen 244 hierauf aufzusetzen, ein
Schraubelement 248, das mit einem Gewindeabschnitt des
zweiten Kappenelements 236 in Eingriff steht, ein Federelement 250,
das zwischen der Schraube 248 und dem Ventilstopfen 244 eingesetzt
ist, und ein Mutternelement 252 zur Befestigung der Schraube 248.
Die Schraube 248 dient dem Justieren und Einstellen der
Federkraft des Federelements 250. Eine Dichtung 254,
die aus einem flexiblen Material mit im Wesentlichen V-förmigem Querschnitt
hergestellt ist, ist in einer Ringnut des Ventilstopfens 244 angebracht.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser
der Öffnung,
die im Wesentlichen als Sitzabschnitt 246 dient, so eingestellt,
dass er im Wesentlichen der gleiche ist, wie der Durchmesser der Öffnung 240 des
zweiten Kappenelements 236, entlang der sich der Ventilstopfen 244 gleitend
verschiebt. Mit anderen Worten ist kein Unterschied in der Druckaufnahmefläche des
Ventilstopfens 244 vorgesehen, da der Durchmesser der Öffnung des
Sitzabschnittes 246 im Wesentlichen der gleiche ist wie
der Durchmesser der Öffnung 240 des
zweiten Kappenelements 236. Dementsprechend ist auch dann,
wenn der Primärdruck über einen
siebten Durchgang 256, der mit der sechsten Kammer 212 in
Verbindung steht, zugeführt
wird, der Ventilstopfen 244 in ausgeglichenem Zustand und
wird in dem Zustand gehalten, in dem er auf dem Sitzabschnitt 246 aufsitzt.
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Ein ringförmiger Durchgang 258,
der sich in Umfangsrichtung des zweiten Ventilkörpers 204 erstreckt,
ist unter dem Sitzabschnitt 246 ausgebildet. Der ringförmige Durchgang 258 steht über einen zweiten
Verbindungsdurchgang 260, der an der unteren Seite angeordnet
ist, mit dem Sekundäranschluss 30 in
Verbindung. Ein ringförmiges
Dichtungselement 262 ist zwischen dem ringförmigen Durchgang 258 und
der sechsten Kammer 212 vorgesehen, um einen verbindungslosen
Zustand zu erreichen.
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Der zweite Durchflussrateneinstellabschnitt 264 zum
Drosseln des über
den ersten Verbindungsdurchgang 236 zugeführten Druckfluids
auf eine festgelegte Durchflussrate und zum Führen des Druckfluids zu dem
Sekundäranschluss 30 und
ein zweites Kontrollventil 266 zur Verhinderung, dass das
von dem Sekundäranschluss 30 zugeführte Druckfluid
zu dem Primäranschluss 24 fließen kann,
sind koaxial im Inneren des ersten Ventilkörpers 202 angeordnet.
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Der zweite Durchflussrateneinstellabschnitt 264 umfasst
ein drittes Kappenelement 268, das in eine Öffnung des
ersten Ventilkörpers 202 eingesetzt ist,
eine zweite Einstellschraube 272, deren erstes Ende der
Innenseite einer Öffnung
eines zylindrischen Elements 270 gegenüberliegt, welches in den ersten
Ventilkörper 202 eingesetzt
ist, und das drehbar in einer Öffnung
des dritten Kappenelements 268 gehalten ist, einen Knopfabschnitt 274,
der mit einem zweiten Ende der zweiten Einstellschraube 272 verbunden
ist, und ein Mutternelement 276 zur Befestigung der zweiten
Einstellschraube 272 an einer gewünschten Position.
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Ein erstes Ende 278 der
zweiten Einstellschraube 272 weist einem im Wesentlichen
konischen Querschnitt auf. Der Abstand zwischen dem ersten Ende 278 der
zweiten Einstellschraube 272 und der Innenwandfläche des
zylindrischen Elements 270 wird eingestellt, indem die
Einschraubtiefe der zweiten Einstellschraube 272 mit Hilfe
des Knopfabschnittes 274 erhöht oder erniedrigt wird. Dadurch
wird das Druckfluid, das durch den ersten Verbindungsdurchgang 232 hindurchgetreten
ist, gemäß dem Abstand
zwischen dem ersten Ende 278 der zweiten Einstellschraube 272 und
der Innenwandfläche
des zylindrischen Elements 270 auf eine festgelegte Durchflussrate
gedrosselt. Eine Vielzahl kreisförmiger
Löcher 280,
die mit. dem Sekundäranschluss 30 in
Verbindung stehen, sind in einem mittleren Bereich des zylindrischen
Elements 270 ausgebildet.
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Ein zweites Kontrollventil 266 ist
außen
auf ein erstes Ende des zylindrischen Elements 270 aufgesetzt.
Das zweite Kontrollventil 266 wird entsprechend der Wirkung
des von dem Sekundäranschluss 30 zugeführten und über die
kreisförmigen
Löcher 280 eingeführten Druckfluids
deformiert, so dass seine Zunge 108 mit der Innenwandfläche des
ersten Ventilkörpers 202 in
Kontakt tritt, um den Durchfluss zu dem Primäranschluss 24 zu blockieren.
Andererseits wird, wenn die Zunge 108 unter der Wirkung des
durch den ersten Verbindungsdurchgang 232 durchgeführten Druckfluids
flexibel nach innen gebogen wird, das Druckfluid, das durch den
ersten Verbindungsdurchgang 232 hindurchgetreten ist, zu dem
Sekundäranschluss 30 geleitet.
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Das Druck/Durchflussraten-Steuerventil 200 gemäß der weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betätigungs- und Funktionsweise
sowie die erzielten Wirkungen erläutert. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Verschiebungsweg
des Kolbens 124 und den Drücken der kopfseitigen Zylinderkammer 122 und
der stangenseitigen Zylinderkammer 126 des Zylinders 114 in
dem Druck/Durchflussraten-Steuerventil 200 gemäß der weiteren Ausführungsform.
PH bezeichnet eine Charakteristikkurve des
Druckes der kopfseitigen Zylinderkammer 122 und PR bezeichnet eine Charakteristikkurve des
Druckes der stangenseitigen Zylinderkammer 126. Der Betrieb
des Druck/Durchflussraten-Steuerventils 200 wird nachfolgend
mit Bezug auf die Kurven PH und PR erläutert
.
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Zunächst wird ein Druckfluidkreis 282,
wie er in 9 gezeigt
ist, unter Einschluss des Druck/Durchflussraten-Kontrollventils 200 gemäß der weiteren
Ausführungsform
aufgebaut. In dem Fluiddruckkreis 282 wird das Druckfluid,
(bspw. Druckluft) unter der Antriebswirkung der Druckfluidzufuhrquelle 120 über den
Primäranschluss 24 zugeführt. Hierbei
ist der Ventilstopfen 244 in dem Ventil-geschlossen-Zustand, in dem er
unter der Vorspannkraft des Federelements 250 auf dem Sitzabschnitt 246 aufsitzt.
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Das Druckfluid, das über den
Primäranschluss 24 zugeführt wird,
wird über
den sechsten Durchgang 210, die sechste Kammer 212 und
den siebten Durchgang 256 in den Ventilöffnungs-/ Schließmechanismus 238 eingeführt. Wie
oben beschrieben wurde, ist kein Unterschied in der Druckaufnahmefläche des
Ventil stopfens 44 vorgesehen, da der Durchmesser der Öffnung des
Sitzabschnittes 246 im Wesentlichen der gleiche ist wie
der Durchmesser der Öffnung 240 des
zweiten Kappenelements 236. Dadurch ist selbst dann, wenn
der Primärdruck
in den Ventilöffnungs-/Schließmechanismus 238 eingeführt wird,
der Ventilstopfen 244 in ausgeglichenem Zustand und wird
in dem Zustand gehalten, in dem er auf dein Sitzabschnitt 246 aufsitzt.
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Andererseits wird das Druckfluid,
das über den
Primäranschluss 24 zugeführt wird, über den sechsten
Durchgang 310 und die sechste Kammer 212 in den
ersten Durchflussrateneinstellabschnitt 214 eingeführt. Das
Druckfluid wird auf die festgelegte Durchflussrate gedrosselt und
dann über
die siebte Kammer 230 und den ersten Verbindungsdurchgang 233 in
den zweiten Durchflussrateneinstellabschnitt 264 eingeführt. Das
Durckfluid, das in die sechste Kammer 212 eingeführt wird,
wird entsprechend der Kontrollwirkung des ersten Kontrollventils 216 an
einem Fließen
zu dem Sekundäranschluss 30 gehindert.
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Das Druckfluid, das in den zweiten
Durchflussrateneinstellabschnitt 264 eingeführt wird,
wird auf die festgelegte Durchflussrate gedrosselt und dann über die
kreisförmigen Öffnungen 280 und
den Sekundäranschluss
der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des Zylinders 114 zugeführt. Dementsprechend
wird der Kolben 124 in Richtung des Pfeiles C zu der ersten
Endposition verschoben.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
das Druckfluid, das der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des
Zylinders 114 zugeführt
wird, mit Hilfe des ersten Durchflussrateneinstellabschnitts 214 und
des zweiten Durchflussrateneinstellabschnitts 264 ausreichend
gedrosselt. Dadurch ist es selbst dann, wenn der Druck der stangenseitigen
Zylinderkammer 126 niedrig ist, möglich, das Auftreten des sogenannten Herausspring-Phänomens des
Kolbens zu vermeiden (vgl. die Kurve A in 10).
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Anschließend wird der Druck der kopfseitigen
Zylinderkammer 122 erhöht,
nachdem der Kolben 124 die erste Endposition erreicht.
Das Druckfluid auf dem hohen Druck wird über den Sekundäranschluss 30,
den zweiten Verbindungsdurchgang 250 und den ringförmigen Durchgang 258 in
den Ventilöffnungs-/Schließmechanismus
eingeführt.
Dementsprechend wird der Ventilstopfen 244 nach oben bewegt
und von dem Sitzabschnitt 246 abgehoben. Dadurch ist der
Ventilöffnungs-/Schließmechanismus 238 in
dem Ventil-geöffnet-Zustand.
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Dadurch wird das Druckfluid, das
von dem Primäranschluss 24 zugeführt wird, über den
sechsten Durchgang 210, die sechste Kammer 212,
den siebten Durchgang 256, den ringförmigen Durchgang 258,
den zweiten Verbindungsdurchgang 260, die kreisförmigen Öffnungen 280 und
den Sekundäranschluss 30,
die gegenseitig in Verbindung miteinander stehen, schnell der kopfseitigen
Zylinderkammer 122 des Zylinders 114 zugeführt (vgl.
die Kurve B in 10).
Als Folge hiervon wird der Ventilöffnungs-/Schließmechanismus 238 betätigt, nachdem der
Kolben 124 die erste Endposition erreicht, um es zu ermöglichen,
das Druckfluid auf dem hohen Druck schnell der kopfseitigen Zylinderkammer 122 zuzuführen. Wird
die vorliegende Erfindung bspw. auf einen nicht dargestellten Klemmzylinder
angewandt, ist es somit möglich,
die Kraft zum Klemmen eines Werkstücks mit Armen zu erhöhen.
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Wenn die Ventilposition des Richtungskontrollventils 112 anschließend umgeschaltet
wird, um den Kolben 124 in der der oben beschriebenen Richtung
entgegengesetzten Richtung (Richtung des Pfeiles D) zu verschieben,
ist der Ventilstopfen 244 in dem Ventil-geöffnet-Zustand,
in dem er von dem Sitzabschnitt 246 abgehoben ist, weil
der Druck der kopfseiti gen Zylinderkammer 122 hoch ist.
Das von dem Sekurdäranschluss 30 zugeführte Druckfluid
wird von dem Richtungskontrollventil 112 über die
kreisförmigen Öffnungen 280,
den zweiten Verbindungsdurchgang 260, den ringförmigen Durchgang 258, den
siebten Durchgang 256, die sechste Kammer 212,
den sechsten Durchgang 210 und den Primäranschluss 24, die
gegenseitig miteinander in Verbindung stehen, schnell nach außen abgelassen
(vgl. die Kurve C in 10).
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Dadurch wird der Sekundärdruck auf
einen Druck verringert, der nicht größer ist als der durch die Vorspannkraft
des Federelements 250 eingestellte festgelegte Druck. Dementsprechend
wird der Ventilstopfen 244 auf dem Sitzabschnitt 246 aufgesetzt, um
den Ventil-geschlossen-Zustand zu erhalten. Als Folge hiervon wird
das Druckfluid, das von der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des
Zylinders 114 zugeführt
wird, um durch den Sekundäranschluss 30 hindurchzutreten,
mit Hilfe des zweiten Durchflussrateneinstellabschnitts 264 und
des ersten Durchflussrateneinstellabschnitts 214 auf die
festgelegte Durchflussrate gedrosselt und von dem Primäranschluss 24 abgeführt. Dadurch
wird die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 124 des
Zylinders 114 gesteuert.
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Wie oben beschrieben wurde, ist es
bei der weiteren Ausführungsform
möglich,
das Auftreten des sogenannten Herausspring-Phänomens des Kolbens 124 zuverlässig zu
verhindern. Außerdem
kann der Primärdruck
schnell zugeführt
und der Sekundärdruck
schnell abgeführt
werden, nachdem der Kolben 124 an der ersten Endposition
angekommen ist. Dadurch wird jegliche Verzögerung der Druckübertragung
vermieden.
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Als nächstes zeigt 11 eine charakteristische Kurve eines
Druck/Durchflussraten-Steuerventils (nicht dargestellt) gemäß dem Stand
der Technik. Wie sich deutlich aus 11 ergibt,
wird bei dem Falle des Standes der Technik der Druckwert des Druckfluids,
das der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des Zylinders zugeführt wird,
plötzlich
erhöht.
Dadurch tritt das sogenannte Herausspring-Phänomen des Kolbens 124 auf.
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Im Gegensatz dazu wird, wie in 10 gezeigt, bei der weiteren
Ausführungsform
der Erfindung die Durchflussrate des von dem Primäranschluss 24 zugeführten Druckfluids über den
ersten Durchflussrateneinstellabschnitt 214 und den zweiten
Durchflussrateneinstellabschnitt 264 gedrosselt. Dadurch
wird die plötzliche
Erhöhung
des Druckes des der kopfseitigen Zylinderkammer 122 des
Zylinders 114 zugeführten
Druckfluids unterdrückt
und das sogenannte Herausspring-Phänomen des Kolbens 124 vermieden.