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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussratensteuervorrichtung, welche die Durchflussrate eines durch einen Fluiddurchgang fließenden Fluides steuern kann. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Durchflussratensteuervorrichtung, welche Druckverluste, die in dem durch den Fluiddurchgang fließenden Druckfluid auftreten, reduzieren kann.
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Durchflussratensteuervorrichtungen werden bisher dazu verwendet, die Durchflussrate eines durch einen Fluiddurchgang fließenden Druckfluides zu steuern. Bei einer solchen Durchflussratensteuervorrichtung wird die Drehwelle einer Drehantriebsquelle, bspw. eines Schrittmotors, so gedreht, dass ein Verschiebungselement, welches im Gewindeeingriff mit der Drehwelle steht, in einer axialen Richtung verschoben wird. Ein Ventilstopfen, der mit dem Verschiebungselement verbunden ist, wird durch die Verschiebung des Verschiebungselementes auf einem Ventilsitz aufgesetzt bzw. von diesem abgehoben, um die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang fließenden Druckfluides zu steuern.
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Beispielhaft ist eine herkömmliche Durchflussratensteuervorrichtung in
4 dargestellt. Hierbei wird ein Rotor
2, der in einem Schrittmotor
1 angeordnet ist, durch den Antrieb des als Antriebsquelle dienenden Schrittmotors
1 gedreht. Eine Antriebsstange
3, die in Gewindeeingriff mit einem zentralen Bereich des Rotors
2 steht, wird durch die Drehung des Rotors
2 in einer axialen Richtung vorwärts und rückwärts bewegt (vgl. die
japanische Patentoffenlegung Nr. 11-136925 ).
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Ein Ventilstopfen 4, der mit einem vorderen Ende der Antriebsstange 3 verbunden ist, wird durch die Verschiebung der Antriebsstange 3 integral mitverschoben, und der Ventilstopfen 4 wird von einem Ausgangsanschluss 6 eines Ventilkörpers 5 getrennt. Dementsprechend fließt Fluid, das von einem Einlassanschluss 7 des Ventilkörpers 4 zugeführt wird, über einen Auslassanschluss 6 nach außen.
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Eine dünnwandige Membran 8, die flexibel deformierbar ist, hat einen inneren Umfangsbereich, der zwischen dem Ventilstopfen 4 und dem vorderen Ende der Angriffsstange 3 angeordnet ist. Ein Außenkantenbereich der Membran 8 ist zwischen Bereichen des Ventilkörpers 5 angeordnet. Die Membran 8 sorgt für eine Luftdichtigkeit gegenüber dem durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließenden Fluid.
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Bei dem Durchflussratensteuerventil gemäß der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 11-136925 ändert sich der Grad, mit welchem der Ventilstopfen
4 geöffnet wird, gelegentlich in Abhängigkeit von den Nutzungsbedingungen, was dazu führt, die Durchflussrate des durch das Innere des Ventilkörpers
5 fließenden Fluides zu erhöhen oder zu verringern.
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Wenn bspw. die Durchflussrate des durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließenden Fluides erhöht oder verringert wird, werden der Ventilstopfen 4 und die Membran 8 in einer Richtung verschoben, um das Ventil zu öffnen (d. h. in Richtung des Pfeiles X1), oder in einer Richtung zum Schließen des Ventiles (d. h. in der Richtung des Pfeiles X2). Während dieses Vorgangs wird Fluiddruck des Fluides auf den Ventilstopfen 4 und die Membran 8 aufgebracht, die in einer Richtung verschoben werden, um das Ventil zu öffnen, und in Folge des Ventilstopfens 4 und der Membran 8 wird ein Widerstand in dem Fluidstrom erzeugt. Daher tritt in dem Fluid ein Druckverlust auf.
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Wenn der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens 4 durch den Antrieb des Schrittmotors 1 verringert wird, ist es notwendig, dass der Ventilstopfen 4 entgegen der Fließrichtung des Fluides, das durch das Innere des Ventilkörpers 5 fließt, in einer Richtung zum Schließen des Ventiles (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) verschoben wird. Daher wird im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens 4 erhöht wird, eine große Last auf den Schrittmotor 1 ausgeübt.
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Als Folge hiervon ist es notwendig, einen Schrittmotor 1 einzusetzen, der eine ausreichend große Antriebskraft aufweist, um den Ventilstopfen 4 und die Membran 8 entgegen dem Fluiddruck des Fluides zu verschieben. Daher ist ein großer Schrittmotor 1 erforderlich.
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Aus der
US 3,753,526 A ist eine temperaturansprechende Ventilanordnung bekannt, die ein zylinderförmiges Hauptteil umfasst, an dessen oberem Rand eine flexible Membran festgelegt ist, um einen Ventilsitz zu verschließen. Der untere Rand des Hauptteils wird durch eine weitere Membran verschlossen, die identisch zur oberen Membran ist. Die Membranen sind durch eine sich vertikal erstreckende Stange miteinander verbunden. Auf der Rückseite der oberen Membran ist eine nach oben und nach unten verschiebbare Jochbasis angeordnet. Der obere Endabschnitt der Stange umfasst eine Dichtung und ist mit der Jochbasis verschraubt, wodurch die erste Membran zwischen der Dichtung und der Jochbasis festgeklemmt ist. Die massive Jochbasis liegt im Wesentlichen gegen die gesamte obere Fläche der ersten Membran an, wobei ein Abschnitt zwischen der äußeren seitlichen Umfangsfläche der Jochbasis und der inneren Wand des oberen Gehäuseabschnittes freibleibt und die Membran in diesem Bereich auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite nicht mit der Jochbasis in Berührung ist.
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Die
US 3,985,333 A beschreibt ein Magnetventil, bei dem eine obere Membran und eine untere Membran zwischen einem Ventilgehäuse einerseits und einem oberen Membrangehäuse bzw. einem unteren Membrangehäuse andererseits eingespannt sind. Ein Membrankolben ist in vertikaler Richtung hin- und her bewegbar geführt und in einen Ventilschaft eingeschraubt, wodurch die untere Membran zwischen dem Membrankolben und dem Ventilschaft eingespannt ist. Der Ventilschaft ragt nach oben durch einen Ventilsitz und ist an seinem oberen Ende mit einem Anker verschraubt. Die obere Membran ist zwischen dem unteren Ende des Ankers und einer Dichtscheibe eingespannt. Die Membranen sind so ausgebildet, dass sich sich in einen freien Bereich zwischen dem Anker und dem oberen Membrangehäuse bzw. zwischen den Membrankolben und dem unterem Membrangehäuse hinbiegen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchflussratensteuervorrichtung vorzuschlagen, mit der Druckverluste, die in dem durch einen Fluiddurchgang fließenden Druckfluid erzeugt werden, wenn ein Ventilöffnungsgrad des Ventilmechanismus geändert wird, reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen vertikalen Teilschnitt durch ein Durchflussratensteuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt einen vertikalen Teilschnitt, der einen Ventil-Offen-Zustand des Durchflussratensteuerventils gemäß 1 darstellt,
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3 zeigt einen vergrößerten Schnitt, der einen Zustand darstellt, in dem der Ventilöffnungsgrad eines Ventilmechanismus des Durchflussratensteuerventils gemäß 1 um eine festgelegte Menge verringert ist, und
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4 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Durchflussratensteuerventil gemäß dem Stand der Technik.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Durchflussratensteuerventil, welches als Durchflussratensteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
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Das Durchflussratensteuerventil 10 umfasst einen Ventilkörper (Körper) 16 mit einem ersten Fluidanschluss 12 und einem zweiten Fluidanschluss 14 für die Zufuhr und Abfuhr eines Druckfluides, ein Abdeckelement 18, welches einen unteren Bereich des Ventilkörpers 16 abdeckt, einen ersten Körper 20, der auf den Ventilkörper 16 gesteckt ist, und einen Ventilmechanismus 22, der in dem ersten Körper 20 angeordnet ist und eine Durchflussrate des zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und dem zweiten Fluidanschluss 14 fließenden Druckfluides steuert.
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Das Durchflussratensteuerventil 10 umfasst außerdem einen zweiten Körper 24, der auf den ersten Körper 20 gesteckt ist, einen Antriebskraftübertragungsabschnitt 26, der in dem zweiten Körper 24 angeordnet ist, einen Antriebsabschnitt 28, der mit einem im Wesentlichen zentralen oberen Bereich des zweiten Körpers 24 verbunden ist und durch ein Steuersignal (Pulssignal), das von einer nicht dargestellten Stromquelle ausgegeben wird, mit Hilfe einer Steuerung angetrieben und gedreht wird, und einen Ausgleichsmechanismus (Gleichgewichtshaltemechanismus) 32, der zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Abdeckelement 18 angeordnet ist und einen Gleichgewichtszustand gegenüber der Druckkraft, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht wird, wenn das Druckfluid einem Fluiddurchgang 30 zugeführt wird, aufrecht erhält.
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Der Ventilkörper 16 umfasst den ersten Fluidanschluss 12, welcher an einer Seite angeordnet ist, der das Druckfluid zugeführt wird, den zweiten Fluidanschluss 14, durch welches das von dem ersten Fluidanschluss 12 zugeführte Druckfluid abgeführt wird, und den Fluiddurchgang 30, der eine Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und dem zweiten Fluidanschluss 14 herstellt. Ein Ventilsitz 34, auf welchem ein Hauptventilkörper 52 (wird später beschrieben) sitzt, ist an einer Position an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Ventilkörpers 16 an der Seite des ersten Körpers 20 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) ausgebildet.
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Das plattenförmige Abdeckelement 18 ist mit dem Ventilkörper 16 an einer Seite (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) verbunden, die dem Ende gegenüber liegt, mit welchem der erste Körper 20 verbunden ist. Dementsprechend wird der Fluiddurchgang 30 des Ventilkörpers 16 durch das Abdeckelement 18 verschlossen.
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Eine Aussparung 36, die um eine festgelegte Tiefe in einer Richtung (d. h. die Richtung des Pfeiles X2) zurückgesetzt ist, um einen Abstand von dem Ventilkörper 16 zu haben, ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Abdeckelements 18 ausgebildet. Außerdem ist ein zylindrischer Federführungsabschnitt 38 in eine Richtung ausgebildet, die von einem im Wesentlichen zentralen Bereich der Aussparung 36 zu dem Ventilkörper 16 orientiert ist.
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Eine Führungsöffnung 40, die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Federführungsabschnitts 38 ausgebildet. Ein Führungsstift 108, der einen Teil eines Ausgleichsmechanismus 32 bildet, ist in später beschriebener Weise in die Führungsöffnung 40 eingesetzt.
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Eine Durchgangsöffnung 42, die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des ersten Körpers 20 ausgebildet. Eine erste Installationsöffnung 44, in welcher der Ventilmechanismus 22 angeordnet ist, ist so geformt, dass sie einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 42, und relativ zu der Durchgangsöffnung 42 an der Seite des Ventilkörpers 16 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) ausgebildet. Eine zweite Installationsöffnung 46, in welcher ein Teil des Antriebskraftübertragungsabschnitts 26 angeordnet ist, ist so geformt, dass sie einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 42, und relativ zu der Durchgangsöffnung 42 auf der Seite des zweiten Körpers 24 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) ausgebildet.
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Der Ventilmechanismus 22 ist zwischen dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 und der ersten Installationsöffnung 44 des ersten Körpers 20 angeordnet.
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Der Ventilmechanismus 22 umfasst ein zylindrisches bewegliches Element 48, welches durch die Drehung des Antriebsabschnitts 28 in der axialen Richtung verschiebbar ist, eine erste Scheibe 50, die integral mit dem Außenumfang des beweglichen Elementes 48 in Gewindeeingriff steht, einen Hauptventilkörper 52, der integral mit dem unteren Ende des beweglichen Elementes 48 verbunden ist, eine erste Membran (erstes flexibles Element) 54, die zwischen dem Hauptventilkörper 52 und der ersten Scheibe 50 angeordnet ist, und ein erstes Schutzelement 56, das Lasten, die auf einen Mantelabschnitt 68 der ersten Membran 54 ausgeübt werden, vermindert, wie es später beschrieben wird.
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Das bewegliche Element 48 kann in der axialen Richtung (d. h. in Richtung der Pfeile X1 und X2) in der Durchgangsöffnung 42 gleiten. Ein Innengewindeabschnitt 58 ist in dem beweglichen Element 48 ausgebildet, in welches das Ende einer Übertragungswelle 76 des Antriebskraftübertragungsabschnitts 26 eingeschraubt ist, wie es später beschrieben wird.
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Ein Puffer- oder Dämpfungselement 60, das aus einem elastischen Material besteht, ist in einer Ringnut an einer Endfläche der ersten Scheibe 50 angebracht, und zwar an der Seite des Antriebsabschnitts 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1). Ein Dichtelement 62 ist in einer Ringnut an einer äußeren Umfangsfläche der ersten Scheibe 50 angebracht. Durch das Dichtelement 62 wird in der ersten Installationsöffnung 44 ein luftdichter Zustand gehalten. Die erste Scheibe 50 kann entlang der inneren Umfangsfläche der zweiten Installationsöffnung 46 gleiten, so dass die erste Scheibe 50 als Führung dient, wenn der Ventilmechanismus 22 in der axialen Richtung verschoben wird.
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Die erste Membran 54 besteht aus einem elastischen Material. Die erste Membran 54 weist einen inneren Umfangsabschnitt 66, der zwischen der ersten Scheibe 50 und einem Flanschabschnitt 64 des Hauptventilkörpers 52 angeordnet ist, einen dünnwandigen Mantelabschnitt 68, der sich von dem inneren Umfangsabschnitt 66 radial nach außen erstreckt, und einen Außenkantenabschnitt 70 auf, der an der äußeren Umfangsseite des Mantelabschnitts 68 ausgebildet ist. Der Außenkantenabschnitt 70 ist zwischen dem Ventilkörper 16 und dem ersten Körper 20 angeordnet. Der Hauptventilkörper 52 und der innere Umfangsabschnitt 66 der ersten Membran 54 sitzen auf dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 auf, so dass die Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und dem zweiten Fluidanschluss 14 blockiert ist.
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Das erste Schutzelement 56 ist in einem Raum angeordnet, der zwischen dem Mantelabschnitt 68 und der ersten Scheibe 50 ausgebildet ist.
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Seitenflächen der ersten Membran 54 und des Hauptventilkörpers 52 gegenüber dem Ausgleichsmechanismus 32 dienen als eine erste Druckaufnahmefläche (erster Druckaufnahmeabschnitt) 71, welche den Druck des Druckfluides aufnimmt, wenn das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließt.
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Eine Einsetzöffnung 72, die in der axialen Richtung durchtritt, ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des zweiten Körpers 24 ausgebildet. Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 26, der eine Drehantriebskraft von einer Drehantriebsquelle 90 (wird später beschrieben) des Antriebsabschnitts 28 auf den Ventilmechanismus 22 überträgt, ist in der Einsetzöffnung 72 angeordnet.
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Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 26 umfasst ein Kupplungselement 74, das in der Einsetzöffnung 72 des zweiten Körpers 24 angeordnet ist und mit einem Ende einer Drehwelle 92 der Drehantriebsquelle 90 in Eingriff steht, eine Übertragungswelle 76, die mit dem Kupplungselement 74 in Eingriff steht, ein Lager 78, welches die Übertragungswelle 76 drehbar hält und eine scheibenförmige Befestigungsplatte 80, welche das Lager 78 mit Hilfe von Gewindeelementen 79 an dem zweiten Körper 24 befestigt.
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Das Kupplungselement 74 ist im Wesentlichen säulenförmig ausgebildet. Ein Ende der Drehwelle 92 (wird später beschrieben) ist in eine erste Eingriffsöffnung 82 eingesetzt, die an einem Ende des Kupplungselementes 74 angeordnet ist, und ein Ende der Übertragungswelle 76 ist in eine zweite Eingriffsöffnung 84, die an dem anderen Ende angeordnet ist, eingesetzt.
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Somit steht die Drehwelle 92 mit einem Ende des Kupplungselements 74 in Eingriff, und die Übertragungswelle 76 steht mit dem anderen Ende des Kupplungselements 74 in Eingriff. Die Drehwelle 92 und die Übertragungswelle 76 werden in Rotationsrichtung relativ zu dem Kupplungselement gegenseitig reguliert. Daher wird die Übertragungswelle 76 durch die Drehung der Drehwelle 92 integral mitgedreht, während sie in einem Zustand ist, in dem sie durch das Lager 78 und mit Hilfe des Kupplungselementes 74 gehalten wird.
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Ein Ende der Übertragungswelle 76 ist in das bewegliche Element 48 eingesetzt. Das Ende der Übertragungswelle 76 liegt an der inneren Umfangsfläche des beweglichen Elementes 48 mit Hilfe eines Dichtelementes 86, das an der äußeren Umfangsfläche angebracht ist, an. Dadurch wird durch das Dichtelement 86 ein luftdichter Zustand in der Durchgangsöffnung 42 gehalten.
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Ein Außengewindeabschnitt 88 mit Gewindegängen, die in seine äußere Umfangsfläche eingeschnitten sind, ist an dem Ende der Antriebswelle 76 ausgebildet. Der Außengewindeabschnitt 88 ist in den Innengewindeabschnitt 58, der an der inneren Umfangsfläche des beweglichen Elementes 48 ausgebildet ist, eingeschraubt. Ein Freiraum (Spiel), der einen festgelegten Abstand in axialer Richtung liefert, ist zwischen dem Außengewinde 88 und dem Innengewindeabschnitt 58 ausgebildet, so dass die Übertragungswelle 76 in das bewegliche Element 48 eingeschraubt werden kann.
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Der Antriebsabschnitt 28 umfasst eine Drehantriebsquelle 90, die entsprechend eines Steuersignals (Pulssignals), das von einer nicht dargestellten Stromquelle ausgegeben wird, mit Hilfe der Steuerung gedreht wird, und eine Drehwelle 92, welche eine rotatorische Kraft der Drehantriebsquelle 90 überträgt.
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Die Drehantriebsquelle 90 ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des zweiten Körpers 24 so angeordnet, dass ein Eingriffsvorsprung 94, der zu dem zweiten Körper 24 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) vorsteht, in die Einsetzöffnung 72 des zweiten Körpers 24 eingreift. Die Drehwelle 92 wird durch die Einsetzöffnung 72 des zweiten Körpers 24 eingesetzt. Außerdem wird die Drehwelle 92 in die erste Eingriffsöffnung 82 des Kupplungselements 74 eingesetzt.
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Die Drehantriebsquelle 90 besteht bspw. aus einem Schrittmotor, der schrittweise entsprechend der Pulszahl des Steuersignals (Pulssignals), das von einer nicht dargestellten Steuerung ausgegeben wird, gedreht wird.
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Ein nicht dargestellter Detektionsabschnitt ist für die Drehantriebsquelle 90 vorgesehen, um den Drehweg zu erfassen, bspw. als Umdrehungszahl oder als Drehwinkel der Drehantriebsquelle 90. Der Detektionsabschnitt besteht bspw. aus einem Encoder (Winkelgeber), der integral so vorgesehen ist, dass der Detektionsabschnitt koaxial zu der Drehantriebsquelle 90 angeordnet ist.
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Der Ausgleichsmechanismus 32 ist zwischen dem Ventilkörper 16 und der Abdeckung 36 des Abdeckelementes 18 so angeordnet, dass der Ausgleichsmechanismus 32 dem Ventilmechanismus 22 gegenüberliegt.
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Der Ausgleichsmechanismus 32 umfasst ein Verbindungselement 98, das mit Hilfe einer Verbindungswelle 96 mit dem Hauptventilkörper 52 verbunden ist, eine zweite Scheibe 100, die mit dem Verbindungselement 98 verschraubt ist, eine zweite Membran (zweites flexibles Element) 102, dessen innere Umfangsseite zwischen dem Verbindungselement 98 und der zweiten Scheibe 100 angeordnet ist, eine Feder 104, welche das Verbindungselement 98 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) drängt, ein zweites Schutzelement 106, welches zwischen dem Mantelabschnitt 68 der zweiten Membran 102 und der zweiten Scheibe 100 angeordnet ist, und einen Führungsstift 108, der relativ zu dem Verbindungselement 98 an der Seite des Abdeckelementes 18 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) angeordnet ist. Das zweite Schutzelement 106 ist integral mit dem Mantelabschnitt 68 der zweiten Membran 102 verschiebbar, so dass der Mantelabschnitt 68, der dünnwandig ist, durch das Schutzelement 106 geschützt wird.
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Ein Ende der länglichen Verbindungswelle 96 ist integral mit dem Hauptventilkörper 52 verschraubt, während ihr anderes Ende mit dem Verbindungselement 98 verschraubt ist. Im Einzelnen sind der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 miteinander mit Hilfe der Verbindungswelle 96 verbunden, und der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 sind miteinander mit Hilfe der Verbindungswelle 96 linear und koaxial entlang einer geraden Linie verbunden.
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Die zweite Membran 102 besteht aus einem elastischen Material. Die zweite Membran 102 umfasst einen inneren Umfangsabschnitt 66, der zwischen der zweiten Scheibe 100 und dem Flanschabschnitt 64 des Verbindungselements 98 angeordnet ist, einen dünnwandigen Mantelabschnitt 68, der sich radial nach außen von dem inneren Umfangsabschnitt 66 erstreckt und einen Außenkantenabschnitt 70, der an einer Außenumfangsseite des Mantelabschnitts 68 ausgebildet ist. Der Außenkantenabschnitt 70 ist zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Abdeckelement 18 angeordnet.
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Seitenflächen der zweiten Membran 102 und des Verbindungselements 98, die dem Ventilmechanismus 22 gegenüberliegen, dienen als eine zweite Druckaufnahmefläche (zweiter Druckaufnahmeabschnitt) 110 und nehmen einen Druck des Druckfluides auf, wenn das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließt.
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Die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmeoberfläche 110 ist so gestaltet, dass sie im Wesentlichen äquivalent zu der Druckaufnahmefläche der ersten Druckaufnahmeoberfläche 71, die aus der ersten Membran 54 und dem Hauptventilkörper 52 des Ventilmechanismus 22 besteht, ist.
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Ein Ende der Feder 104 ist um eine äußere Umfangsseite des Federführungsabschnitts 38 eingesetzt, während ihr anderes Ende in einer Federaufnahmeöffnung 112, die an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Verbindungselements 98 ausgebildet ist, angebracht ist.
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Der Führungsstift 108 ist in axialer Richtung verschiebbar in die Führungsöffnung 40 des Federführungsabschnitts 38 eingesetzt. Dadurch wird der Führungsstift 108 in geeigneter Weise in axialer Richtung geführt, während das Verbindungselement 98 mit Hilfe der Verbindungswelle 96 integral mit dem Ventilmechanismus 22 verschoben wird.
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Die obige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt ein Durchflussratensteuerventil 10, das als die Durchflussratensteuervorrichtung dient. Es besteht jedoch keine besondere Einschränkung hierauf, solange die Durchflussratensteuervorrichtung eine Durchflussratensteuerfunktion für das Druckfluid linear im Verhältnis zu einem Steuersignal einer nicht dargestellten Steuerung oder dgl. ausführt.
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Das Durchflussratensteuerventil 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
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1 zeigt einen Ventil-Geschlossen-Zustand, in dem die erste Membran 54 des Ventilmechanismus 22 auf dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 aufsitzt, wodurch die Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 12 und dem zweiten Fluidanschluss 14 blockiert wird.
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Ausgehend von dem oben beschriebenen Ventil-Geschlossen-Zustand wird zunächst auf der Basis eines festgelegten voreingestellten Wertes ein Steuersignal von einer nicht dargestellten Stromquelle mit Hilfe der Steuerung an die Drehantriebsquelle 90 des Antriebsabschnitts 28 ausgegeben. Dementsprechend wird die Drehwelle 92 der Drehantriebsquelle 90 entsprechend dem Steuersignal gedreht.
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Das Kupplungselement 74, an dem mit Hilfe der ersten Eingriffsöffnung 82 angegriffen wird, wird durch die Drehung der Drehwelle 92 gedreht. Außerdem wird die Übertragungswelle 76, die mit der zweiten Eingriffsöffnung 84 in Eingriff steht, durch die Drehung des Kupplungselements 74 gedreht.
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Das bewegliche Element 48, das mit dem Ende der Antriebswelle 76 verschraubt ist, wird durch eine Schraubwirkung entlang einer inneren Umfangsfläche der Durchgangsöffnung 42 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) verschoben. Mit anderen Worten wird die Drehbewegung der Übertragungswelle 76 in eine geradlinige Bewegung in einer axialen Richtung (d. h. der Richtung des Pfeiles X1) des beweglichen Elementes 48 umgewandelt, und zwar durch den Gewindeeingriff zwischen dem Außengewindeabschnitt 88 der Übertragungswelle 76 und dem Innengewindeabschnitt 58 des beweglichen Elementes 48.
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Hierdurch werden, wie in 2 gezeigt, der Hauptventilkörper 52, die erste Membran 54 und die erste Scheibe 50, die mit dem unteren Ende des beweglichen Elementes 48 verbunden sind, integral zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) verschoben. Wenn der Ventilmechanismus 22 zu dem Antriebsabschnitt 28 verschoben wird, schlägt das Pufferelement 60, das an der ersten Scheibe 50 angebracht ist, an einer Endfläche der ersten Installationsöffnung 44 an, so dass ein auf den Ventilmechanismus 22 ausgeübter Stoß absorbiert wird.
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Anschließend wird der Ventilmechanismus 22 zu dem Antriebsabschnitt 28 verschoben, und der Hauptventilkörper 52 und die Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 66 der ersten Membran 54 werden von dem Ventilsitz 34 des Ventilkörpers 16 abgehoben. Als Folge hiervon stehen der erste Fluidanschluss 12 und der zweite Fluidanschluss 14 miteinander über den Fluiddurchgang 30 in Verbindung, und das Druckfluid fließt von dem ersten Fluidanschluss 12 zu dem zweiten Fluidanschluss 14.
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Außerdem wird die Drehantriebsquelle 90 entsprechend dem Steuersignal, das von der nicht dargestellten Steuerung ausgegeben wird, gedreht, wodurch der Ventilmechanismus 22 in der axialen Richtung (d. h. in Richtung des Pfeils X1) verschoben wird. Dementsprechend ist es möglich, die Durchflussrate des durch das Innere des Fluiddurchgangs 30 fließenden Druckfluides zu steuern.
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Als nächstes wird ein Verfahren erläutert, bei dem der Ventilöffnungsgrad des Ventilmechanismus 22 um einen festgelegten Wert geändert wird, um die Durchflussrate des Druckfluides während eines Ventil-Offen-Zustandes, in dem der Ventilmechanismus 22 von dem Ventilsitz 34 abgehoben ist und das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann (vgl. 3) einzustellen, d. h. zu erhöhen oder zu verringern.
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Zunächst wird die Drehantriebsquelle 90 angetrieben, um die Drehwelle 92 auf der Basis eines Steuersignals, das von einer nicht dargestellten Steuerung zugeführt wird, zu drehen. Dies erfolgt in einem Zustand, in dem Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließt. Das bewegliche Element 48 wird durch die Drehung der Drehwelle 92 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) oder zu dem Ventilkörper 16 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) verschoben. Der Hauptventilkörper 52 und die erste Membran 54 des Ventilmechanismus 22, der mit dem beweglichen Element 48 verbunden ist, werden zu dem Antriebsabschnitt 28 oder zu dem Ventilkörper 16 verschoben. Dementsprechend ist es möglich, die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides einzustellen, d. h. zu erhöhen oder zu verringern.
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Andererseits wird, wie in 3 dargestellt ist, eine Druckkraft A durch das Druckfluid auf den Antriebsabschnitt 28 ausgeübt, wobei die Druckkraft A auf die erste Druckaufnahmefläche 71, die aus Seitenflächen des Hauptventilkörpers 52 und der ersten Membran 54 des Ventilmechanismus 22 besteht, aufgebracht wird. In ähnlicher Weise wird eine Druckkraft B durch das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 30 fließt, auf den Ventilkörper 16 aufgebracht, wobei die Druckkraft B auf die zweite Druckaufnahmefläche 110, die aus Seitenflächen des Verbindungselementes 98 und der zweiten Membran 102 des Ausgleichsmechanismus 32 besteht, aufgebracht wird.
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Die erste Druckaufnahmefläche 71 und die zweite Druckaufnahmefläche 110 sind so ausgebildet, dass ihre Druckaufnahmebereiche im Wesentlichen äquivalent zueinander sind. Daher ist die Größe der Druckkraft A, die den Ventilmechanismus 22 mit der ersten Druckaufnahmefläche 71 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) drängt, im Wesentlichen äquivalent zu der Größe der Druckkraft B ist, welche den Ausgleichsmechanismus 32 mit der zweiten Druckaufnahmefläche 110 zu dem Ventilkörper 16 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) drängt (A ≈ B).
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Dementsprechend heben die Druckkraft A und die Druckkraft B einander auf und stehen in Balance zueinander, wodurch ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, da die Richtung der Druckkraft A, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht wird (d. h. in Richtung des Pfeiles X1), und die Richtung der Druckkraft 6, die auf den Ausgleichsmechanismus 32 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) aufgebracht wird, einander entgegengesetzt sind.
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Somit wird ein Gleichgewichtszustand hergestellt, indem die Druckkraft A und die Druckkraft B einander ausgleichen. Daher werden der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 als Folge der Druckkraft des Druckfluides (Fluiddruck) nicht in der axialen Richtung (d. h. in Richtung der Pfeile X1 und X2) verschoben.
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Somit wird durch den Ausgleichsmechanismus 32 ein Gleichgewichtszustand erreicht. Wenn der Ventilmechanismus 22 durch die Drehantriebsquelle 90 zu dem Antriebsabschnitt 28 (d. h. in Richtung des Pfeiles X1) oder zu dem Ventilkörper 16 (d. h. in Richtung des Pfeiles X2) verschoben wird, wird der Strom des durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides nicht gestört.
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Somit wird das Druckfluid aufgrund einer Verschiebung des Ventilmechanismus 22 durch den Hauptventilkörper 52 und die erste Membran 54 zu dem Antriebsabschnitt 28 oder zu dem Ventilkörper 16 gepresst. In einer solchen Situation wird auch der Ausgleichsmechanismus 32 in integrierter Weise zu dem Ventilkörper 16 verschoben. Dementsprechend ist es möglich, einen Druckverlust, der in dem durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluid erzeugt wird, zu reduzieren.
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Wenn der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 miteinander ausgeglichen sind, werden außerdem der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 nicht in der axialen Richtung (d. h. in Richtung der Pfeile X1 und X2) verschoben. Daher wird eine Verschiebung des beweglichen Elementes 48 des Ventilmechanismus 22 zu dem Antriebsabschnitt 28 um die Größe des Spieles, das zwischen dem Innengewindeabschnitt 58 und dem Außengewindeabschnitt 88 der Übertragungswelle 76 ausgebildet ist, verhindert.
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Somit treten der Außengewindeabschnitt 88 und der Innengewindeabschnitt 58 nicht in plötzlichen Kontakt, was andernfalls durch das Spiel bewirkt würde, während das bewegliche Element 48 durch die Druckwirkung des Druckfluids um die Größe des Spiels in axialer Richtung gegenüber der Übertragungswelle 76 verschiebbar bleibt. Hierdurch ist es möglich, einen Stoß, der beim Kontakt zwischen der Übertragungswelle 76 und dem beweglichen Element 48 zwischen diesen erzeugt würde, zu vermeiden. Es ist auch möglich, die Haltbarkeit der Übertragungswelle 76, auf die der Außengewindeabschnitt 88 geschnitten ist, sowie die Haltbarkeit des beweglichen Elements 48, in welche der Innengewindeabschnitt 58 eingeschnitten ist, zu verbessern.
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Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Weise ein Ventilmechanismus 22 vorgesehen, der eine erste Druckaufnahmefläche 71 zur Aufnahme des Druckes des Druckfluides aufweist, und ein Ausgleichsmechanismus 32 an einer Position gegenüber dem Ventilmechanismus 22, wobei eine Verbindungswelle 96 zwischen diesen Elementen vorgesehen ist. Außerdem ist für den Ausgleichsmechanismus 32 eine zweite Druckaufnahmefläche 110, die einen Druckaufnahmebereich im Wesentlichen äquivalent zu dem der ersten Druckaufnahmefläche 71 aufweist, vorgesehen.
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Wenn das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann, ist außerdem die Größe der Druckkraft A, die durch das Druckfluid auf die erste Druckaufnahmefläche 71 des Ventilmechanismus 22 ausgeübt wird, im Wesentlichen äquivalent zu der Größe der Druckkraft B, die auf die zweite Druckaufnahmefläche 110 des Ausgleichsmechanismus 32 ausgeübt wird (A ≈ B). Daher heben die Druckkraft A und die Druckkraft B, die in im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen aufgebracht werden, einander auf.
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Wenn die Durchflussrate des Druckfluides geändert wird, während das Druckfluid durch den Fluiddurchgang 30 fließen kann, ist es daher möglich, einen Zustand zu schaffen, in dem die Druckkraft A, die auf den Ventilmechanismus 22 aufgebracht wird, mit der auf den Ausgleichsmechanismus 32 aufgebrachten Druckkraft B ausgeglichen ist. Dadurch wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, in dem der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 zueinander ausbalanciert sind. Dadurch ist es möglich, die Tendenz des Ventilmechanismus 22, einen Widerstand gegen den Strom des Druckfluides auszuüben, zu verhindern, und es ist möglich, den Druckverlust, der in dem durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluid erzeugt wird, zu reduzieren, weil der Ventilmechanismus 22 und der Ausgleichsmechanismus 32 in Perioden, wenn der Ventilöffnungsgrad durch Verschiebung des Ventilmechanismus 22 zur Erhöhung oder Verringerung der Durchflussrate des Druckfluides, das durch den Fluiddurchgang 30 fließt, geändert wird, in einem Gleichgewichtszustand gehalten werden.
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Wenn die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 30 fließenden Druckfluides mit Hilfe des Ventilmechanismus 22 gesteuert wird, wird ein Gleichgewichtszustand hergestellt, in dem der Ventilmechanismus 22 mit dem Ausgleichsmechanismus 32 ausbalanciert ist. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe des Ausgleichsmechanismus 32 die Antriebskraft zu erhalten, die erforderlich ist, wenn der Ventilmechanismus 22 zu dem Ventilkörper 16 verschoben wird.
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Somit ist es möglich, die Antriebslast, die auf die Drehantriebsquelle 90 ausgeübt wird, zu verringern. Dementsprechend kann eine Drehantriebsquelle 90 kleinerer Größe eingesetzt werden, so dass es möglich ist, die Kosten der Drehantriebsquelle 90 zu verringern.
