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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schieberventil, das an einer Vakuumkammer in einer Halbleiterverarbeitungsvorrichtung angebracht ist und zum Öffnen und Schließen einer mit der Vakuumkammer in Verbindung stehenden Öffnung dient, und insbesondere auf ein nicht gleitendes Schieberventil, das dazu ausgestaltet ist, die Öffnung ohne Gleiten zu öffnen und zu schließen.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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In einer Halbleiterverarbeitungsvorrichtung wird ein Schieberventil dazu eingesetzt, eine Öffnung zu öffnen und zu schließen, die mit einer Vakuumkammer in Verbindung steht. Das Schieberventil umfasst im Allgemeinen eine Ventilplatte, die dazu ausgestaltet ist, die Öffnung zu öffnen und zu schließen, einen Ventilschaft, der mit der Ventilplatte gekoppelt ist, und einen Pneumatikzylinder, der mit dem Ventilschaft gekoppelt ist, und ist dazu ausgestaltet, die Öffnung zu öffnen und zu schließen, indem eine Ventildichtung der Ventilplatte durch Betätigen des Ventilschaftes mit dem Pneumatikzylinder zu und weg von einer Ventilsitzfläche um die Öffnung bewegt wird.
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Beispiele solcher Schieberventile umfassen ein System zum Öffnen und Schlie-ßen einer Ventilplatte, indem der Ventilschaft um einen Punkt als einen Schwenkpunkt gekippt wird, und ein System zum Öffnen und Schließen der Ventilplatte durch Bewegen des Ventilschaftes und der Ventilplatte in vertikaler Richtung relativ zu der Ventilsitzfläche.
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Bei diesen Systemen empfängt bei dem Schieberventil des Systems zum Öffnen und Schließen der Ventilplatte durch Kippen des Ventilschaftes die Ventildichtung eine vorbestimmte Presskraft, nachdem sie in Kontakt mit der Ventilsitzfläche getreten ist. Wird die Kippbewegung des Ventilschaftes weitergeführt, so wird die Ventilplatte relativ zu der Ventilsitzfläche in der Richtung entlang der Sitzfläche verschoben. Dementsprechend kann zwischen der Ventildichtung und der Ventilsitzfläche Reibung erzeugt werden, oder die Ventildichtung kann innerhalb einer Befestigungsnut rotieren, wodurch ein Abrasionspulver erzeugt wird, welches die Reinigung des Ventils beeinträchtigt.
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Im Gegensatz dazu besteht bei dem Schieberventil mit dem System zum Öffnen und Schließen der Ventilplatte durch Bewegen des Ventilschaftes und der Ventilplatte in vertikaler Richtung relativ zu der Ventilsitzfläche keine Befürchtung, dass Abrasionspulver erzeugt wird, da zwischen der Ventildichtung und der Ventilsitzfläche keine Reibung erzeugt wird. Das unten näher beschriebene Patentdokument japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung
JP H11-351 419 A offenbart ein nicht gleitendes Schieberventil, bei welchem zwischen der Ventildichtung und der Ventilsitzfläche keine Reibung erzeugt wird. Dieses Schieberventil umfasst mehrere Verbindungen, Ventilstößel und Führungsnuten, die zwischen einer Antriebsstange (Antriebswelle) des Pneumatikzylinders und dem Ventilschaft (Ventilstange) angeordnet sind, und ist dazu ausgestaltet, die Öffnung zu verschließen, indem die Ventilplatte von einer Öffnungsposition zu einer Position verschoben wird, in welcher sie der Öffnung parallel zu dem Ventilsitz um die Öffnung zugewandt ist, und indem dann die Ventilplatte in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz bewegt wird.
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US 7 066 443 B2 zeigt ein Schieberventil mit einem übertragungskammerseitigen und einem prozesskammerseitigen Ventilelement, die mit einer Welle verbunden sind und mit einem pneumatischen Zylinder betätigt werden, um Öffnungen auf der Transferkammerseite und der Prozesskammerseite zu öffnen. Die Welle ist mit einem Hebelelement verbunden, welches Laufrollen aufweist, die mit Nockennuten des jeweiligen Nockenelements in Eingriff stehen, wobei die Nockennuten eine gekrümmte Laufbahn aufweisen. Ferner sind Führungswalzen am Hebelelement angebracht, wobei diese in eine am unteren Abschnitt des Ventilgehäuses befestigte Führungsnut eingreifen.
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Dokument
DE 101 96 376 B4 beschreibt eine Ventilbaugruppe mit einem zwei Öffnungen aufweisenden Gehäuse, welches einen scheibenförmigen Pendelschieber enthält, der zwischen offenen und geschlossenen Stellungen verschwenkt werden kann. Der Schieberkörper ist über einen Schwenkarm mit einer drehbaren Welle verbunden, die an einem Ende mit einem Nockenschlitze aufweisenden Nockenelement verbunden ist. Am Gehäuse angeordnete, mit den Nockenschlitzen in Eingriff stehende Rollen führen bei einer Rotation der Welle zu einer Verschiebung der Welle parallel zur Wellenachse.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das in dem Patentdokument 1 beschriebene Schieberventil hat jedoch den Nachteil, dass die Zahl der Komponenten erhöht und der Aufbau kompliziert ist, so dass die Betätigung aufwendig ist, da ein Mechanismus zur Bewegung der Ventilplatte in vertikaler Richtung zu der Ventilsitzfläche durch Kombination von mehreren der Verbinder, Ventilstößel und Führungsnuten gebildet wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nicht gleitendes Schieberventil vorzuschlagen, das in der Lage ist, eine Öffnung zu öffnen und zu schlie-ßen, indem ein Ventilschaft und eine Ventilplatte in vertikaler Richtung relativ zu einem Ventilsitz bewegt werden, indem lediglich ein einfacher Mechanismus mit einem Nockenrahmen zwischen einer Antriebsstange eines Pneumatikzylinders und dem Ventilschaft angeordnet wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein nicht gleitendes Schieberventil mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
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Das Schieberventil umfasst: eine Ventilplatte, die in einem Ventilkasten aufgenommen ist, welche eine Öffnung aufweist; eine Ventildichtung, die an der Ventilplatte angebracht ist; einen mit der Ventilplatte gekoppelten Ventilschaft; einen Pneumatikzylinder mit einer Antriebsstange, die mit dem Ventilschaft gekoppelt ist: wobei die Ventilplatte so ausgestaltet ist, dass sie sich von einer vollständig geöffneten Position, an welcher die Ventilplatte der Öffnung nicht gegenüberliegt, über eine gegenüberliegende Position, an welcher die Ventilplatte der Öffnung gegenüberliegt, zu einer geschlossenen Position, an welcher die Ventilplatte die Öffnung durch Pressen der Ventildichtung auf eine Ventilsitzfläche um die Öffnung schließt, indem der Ventilschaft durch den Pneumatikzylinder bewegt wird.
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Das Schieberventil umfasst einen Kupplungsmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, die Antriebsstange und den Ventilschaft so zu koppeln, dass sie relativ zueinander bewegbar sind; einen Parallelbewegungsmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, die Ventilplatte und den Ventilschaft parallel zu dem Ventilsitz von der vollständig offenen Position zu der gegenüberliegenden Position zu bewegen; und einen Vertikalbewegungsmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, die Ventilplatte und den Ventilschaft von der gegenüberliegenden Position in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz zu der geschlossenen Position zu bewegen, wobei der Kopplungsmechanismus folgendes aufweist: einen Stangenarm, der an der Antriebsstange befestigt ist; ein Hebelelement, das an dem Ventilschaft befestigt ist; und eine Kompressionsfeder, die zwischen dem Hebelelement und dem Stangenarm angeordnet ist, wobei der parallele Bewegungsmechanismus folgendes umfasst: ein Paar linker und rechter Nockenrahmen, die so an dem Stangenarm befestigt sind, dass sie einer linken Seitenfläche beziehungsweise einer rechten Seitenfläche des Hebelarms zugewandt sind; Führungsnuten, die so geformt sind, dass sie parallel zu dem Ventilsitz an den jeweiligen Nockenrahmen verlaufen; und Führungswalzen, die an einem Paar linker und rechter Rollenrahmen angebracht sind, welche an einer Haube fixiert sind, an welcher der Ventilkasten eingebracht ist, und die so ausgestaltet sind, dass sie in die Führungsnuten passen, wobei der Vertikalbewegungsmechanismus umfasst: Nockennuten, die jeweils an einem Paar von Nockenrahmen in der Richtung schräg zu dem Ventilsitz ausgebildet sind; und Nockenwalzen, die an der linken Seitenfläche beziehungsweise der rechten Seitenfläche des Hebelelements angebracht sind und so ausgestaltet sind, dass sie in die Nockennuten passen.
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Bei der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise eine der Führungsnuten und beide Nockennuten an jedem des Paares von Nockenrahmen ausgebildet, und die beiden Nockenwalzen sind an der linken Seitenfläche beziehungsweise der rechten Seitenfläche des Hebelelements angebracht.
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In diesem Fall sind die Führungsnuten vorzugsweise so ausgebildet, dass sie parallel zu einer Achse des Ventilschaftes verlaufen, und die beiden Nockennuten und die beiden Nockenwalzen, die in die Nockennuten passen, werden in zwei Stufen in der Richtung der Achse des Ventilschaftes vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Führungsnuten an einer Halbseite der Nockenrahmen in der Breitenrichtung ausgebildet sein, und die Nockennuten können an der anderen Halbseite des Nockenrahmens in der Breitenrichtung ausgebildet sein, oder die Führungsnuten können an äußeren Flächen der Nockenrahmen gegenüber dem Walzenrahmen ausgebildet sein, und die Nockennuten können an inneren Flächen der Nockenrahmen gegenüber dem Hebelelement ausgebildet sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Führungsnuten vorzugsweise Nuten, die an ihrem einen Ende offen sind, wobei mehrere der Führungswalzen an dem linken beziehungsweise rechten Walzenrahmen angebracht sind, wobei wenigstens eine Führungswalze von den mehreren Führungswalzen in die Führungsnuten eingesetzt ist, wenn die Ventilplatte an der vollständig offenen Position steht, und wobei alle Führungswalzen in die Führungsnuten passen, wenn die Ventilplatte an der gegenüberliegenden Position und der geschlossenen Position steht.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Nockennuten, die in zwei Stufen vorgesehen sind, eine erste Nockennut, die an einer Position näher bei der Ventilplatte angeordnet ist, und eine zweite Nockennut, die an einer Position weiter weg von der Ventilplatte angeordnet ist, und die Neigungswinkel der ersten Nockennut und der zweiten Nockennut relativ zu der Achse des Ventilschaftes sind gleich.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die in zwei Stufen angeordneten Nockennuten die erste Nockennut, die an einer Position näher bei der Ventilplatte angeordnet ist, und die zweite Nockennut, die an einer Position weiter weg von der Ventilplatte angeordnet ist, wobei die zweite Nockennut einen ersten Nutenabschnitt und einen zweiten Nutenabschnitt aufweist, deren Neigungswinkel relativ zu der Achse des Ventilschaftes sich voneinander unterscheiden, wobei der zweite Nutenabschnitt an einer Position weiter weg von der Ventilplatte angeordnet ist als der erste Nutenabschnitt, und wobei der Neigungswinkel des zweiten Nutenabschnitts größer ist als der Neigungswinkel der zweiten Nockennut relativ zu der Achse des Ventilschaftes.
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Außerdem sind gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils einer der Pneumatikzylinder an der linken Seite und der rechten Seite des Ventilschaftes in einem Zustand vorgesehen, in dem sie an der Haube befestigt sind, wobei der Stangenarm an den beiden Antriebsstangen angebracht ist, die sich von den beiden Pneumatikzylindern erstrecken, und wobei Zylindergehäuse als die Walzenrahmen dienen.
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Auf diese Weise wird bei dem Schieberventil gemäß der vorliegenden Erfindung die Erzeugung von Abrasionspulver zuverlässig vermieden ohne eine Reibung zwischen der Ventildichtung und dem Ventilsitz zu bewirken oder ohne eine Rotation der Ventildichtung innerhalb der Befestigungsnut zu erlauben, weil die Ventilplatte vertikal zu der Ventilsitzfläche verschoben wird und die Ventildichtung zu und weg von der Ventilsitzfläche bewegt.
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Da der Öffnungs- und Schließvorgang der Ventilplatte durch eine direkte Vorwärtsbewegung des Pneumatikzylinders mittels eines einfachen Mechanismus erreicht wird, der die zwischen der Antriebsstange und dem Ventilschaft angeordnete Nocke nutzt, wird außerdem der Aufbau des Betätigungsmechanismus einfach, weniger Komponenten werden benötigt und eine hohe Dichtkraft wird erreicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein Schnitt entlang der Linie I-I in 2, der eine erste Ausführungsform eines Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine linke Hälfte zeigt einen Zustand, in welchem eine Ventilplatte an einer Ventil-Offen-Position vorgesehen ist, und eine rechte Hälfte zeigt einen Zustand, in welchem die Ventilplatte an einer gegenüberliegenden Position steht.
- 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in 1.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptabschnitt aus 1 in explosionsartiger Darstellung zeigt.
- 4 ist ein vertikaler Schnitt, der eine linke Hälfte von 1 zeigt.
- 5 ist ein vertikaler Schnitt, der eine rechte Hälfte von 1 zeigt.
- 6 ist ein Schnitt ähnlich der rechten Hälfte von 1, wobei dargestellt ist, dass die Ventilplatte in einer geschlossenen Position ist.
- 7 ist ein vertikaler Schnitt durch 6.
- 8 ist eine Seitenansicht eines Hauptabschnitts, der eine Positionsbeziehung zwischen einer Haltewalze und einem Anschlagabschnitt darstellt, wenn die Ventilplatte in der geschlossenen Position ist.
- 9 ist ein Schnitt ähnlich 1, der eine zweite Ausführungsform eines Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine linke Hälfte einen Zustand darstellt, in welchem eine Ventilplatte an einer Ventil-Offen-Position steht, und eine rechte Hälfte einen Zustand zeigt, in welchem die Ventilplatte an einer gegenüberliegenden Position steht.
- 10 ist ein vertikaler Schnitt, der einen Zustand darstellt, in welchem die Ventilplatte zu einer geschlossenen Position in 9 verschoben ist.
- 11 ist ein Schnitt entlang der Linie XI-XI in 12, der eine dritte Ausführungsform eines Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei eine linke Hälfte einen Zustand zeigt, in welchem eine Ventilplatte an einer Ventil-Offen-Position ist, und eine rechte Hälfte einen Zustand zeigt, in welchem die Ventilplatte an einer gegenüberliegenden Position ist.
- 12 ist ein Schnitt entlang der Linie XII-XII in 11.
- 13 ist ein vertikaler Schnitt durch eine linke Hälfte von 11.
- 14 ist ein vertikaler Schnitt durch eine rechte Hälfte von 1.
- 15 ist ein Schnitt ähnlich der rechten Hälfte von 11, wobei die Ventilplatte in einer geschlossenen Position dargestellt ist.
- 16 ist ein vertikaler Schnitt durch 15.
- 17 ist eine Seitenansicht, die einen Hauptabschnitt einer vierten Ausführungsform eines Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung in vereinfachter Weise darstellt und einen Zustand zeigt, in dem eine Ventilplatte an einer gegenüberliegender Position steht.
- 18 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die Ventilplatte von der Position in 17 zu einer geschlossenen Position verschoben ist.
- 19 ist eine Seitenansicht des Schieberventils gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen, wobei ein Zustand gezeigt wird, in welchem die Ventilplatte zum Vergleich mit 18 an der gegenüberliegenden Position steht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 bis 8 zeigen eine erste Ausführungsform eines nicht gleitenden Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Schieberventil 1A ist an einer Vakuumkammer in einer Halbleiterverarbeitungsvorrichtung angebracht, die dazu ausgestaltet ist, eine mit der Vakuumkammer in Verbindung stehende Öffnung zu öffnen und zu schließen, mit einem Ventilkasten 2, der eine Öffnung 3 aufweist, eine in dem Ventilkasten 2 aufgenommene Ventilplatte 5, eine Ventildichtung 6, die an der Ventilplatte 5 angebracht ist, einen Ventilschaft 7, der mit der Ventilplatte 5 gekoppelt ist, und einen Pneumatikzylinder 8, der eine mit dem Ventilschaft 7 gekoppelte Antriebsstange 9 aufweist, wobei die Ventilplatte 5 an einer der Öffnung 3 nicht gegenüberliegenden Position (vgl. die linke Hälfte von 1 und 4) eine vollständig geöffnete Position einnimmt, an welcher die Öffnung 3 vollständig geöffnet ist, eine gegenüberliegende Position, an welcher die Ventilplatte 5 der Öffnung 3 gegenüberliegt, diese aber nicht verschließt (vgl. die rechte Hälfte in 1 und 5), und eine geschlossene Position, an welcher die Ventildichtung 6 gegen einen Ventilsitz 10 um die Öffnung 3 gepresst und die Öffnung 3 geschlossen wird (vgl. 6 und 7), indem der Ventilschaft 7 durch den Pneumatikzylinder 8 bewegt wird.
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Der Ventilkasten 2 hat eine quadratische Kastenform, wie es sich aus 1 und 4 ergibt, weist die Öffnung 3 und eine Öffnung 4 mit einer in lateraler Richtung verlängerten rechteckigen Form an vorderen und hinteren Wänden 2a, 2b auf, die einander gegenüberliegen, und die Ventilplatte 5, die eine in lateraler Richtung verlängerte rechteckige Form aufweist und dazu ausgestaltet ist, die Öffnung 3 der vorderen Wand 2a zu öffnen und zu schließen, ist im Inneren des Ventilkastens 2 aufgenommen.
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Eine innere Fläche der vorderen Wand 2a weist die Ventilsitzfläche (Ventilsitz) 10 auf, die als eine flache Fläche mit einer rechteckigen Form oder einer elliptischen Form ausgebildet ist, um die Öffnung 3 zu umgeben, und die Ventildichtung 6, die eine rechteckige Form oder eine elliptische Form aufweist und dazu aus-gestaltet ist, in Anlage mit dem Ventilsitz 10 zu treten und die Öffnung 3 zu verschließen, ist an einer vorderen Fläche der Ventilplatte 5 angebracht.
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Ein oberes Ende des säulenförmigen Ventilschaftes 7 ist mit einem zentralen Bereich der Ventilplatte 5 gekoppelt, und ein unterer Endabschnitt des Ventilschaftes 7 tritt durch einen zylindrischen Abschnitt 11a in einem Zentrum einer Haube 11 hindurch, die hermetisch an einem Bodenabschnitt des Ventilkastens 2 befestigt ist und sich von dem Ventilkasten nach oben erstreckt, und ein Hebelelement 12 mit einem rechteckigen Querschnitt ist an dem unteren Ende befestigt. Ein unterer Endabschnitt des Hebelelements 12 steht etwas von dem unteren Endabschnitt des Ventilschaftes 7 nach unten vor. Eine Achse L1 des Ventilschaftes 7 verläuft parallel zu dem Ventilsitz 10.
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Ein Ende und das andere Ende eines Balgs 17, der durch Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Ventilschaftes 7 expandiert und kontrahiert wird, sind mit einem ringförmigen Befestigungselement 15 gekoppelt, das an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 11a der Haube 11 angebracht ist, so dass er zu einem inneren Umfang des zylindrischen Abschnitts 11a vorsteht. Ein ringförmiges Befestigungselement 16, dass an einem äußeren Umfang des Ventilschaftes 7 an einer Position in der Nähe der Ventilplatte 5 in luftdichter Weise angebracht ist, und das Innere des Ventilkastens 2 werden durch den Balg 17 vollständig von der Umgebung abgeschlossen.
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Zwei der Pneumatikzylinder 8 sind an Positionen an einer unteren Fläche der Haube 11 einander gegenüberliegend angebracht, wobei der Ventilschaft 7 zwischen ihnen in einer Stellung angeordnet ist, in welcher eine Achse L2 der Antriebsstangen 9 parallel zu der Achse L1 des Ventilschaftes 7 orientiert ist. Die Pneumatikzylinder 8 umfassen jeweils ein Zylindergehäuse 21 mit einer rechteckigen äußeren Umfangsfläche, einen Kolben 22, der in dem Zylindergehäuse 21 aufgenommen ist, so dass er in der Richtung der Achse L2 gleiten kann, und die Antriebsstange 9, deren oberes Ende mit dem Kolben 22 gekoppelt ist. Ein oberes Ende des Zylindergehäuses 21 ist an der Haube 11 befestigt. Die Antriebsstange 9 erstreckt sich von einer Endplatte 23, die an einem unteren Ende des Zylindergehäuses 21 angebracht ist, nach unten.
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Ein Ende und das andere Ende eines plattenförmigen Stangenarms 24 sind an unteren Enden der beiden Antriebsstangen 9, 9 befestigt, die sich von den beiden Pneumatikzylindern 8 aus erstrecken. Der Stangenarm 24 erstreckt sich in horizontaler Richtung zu einer Position unterhalb der unteren Enden des Ventilschaftes 7 und des Hebelelements 12. Eine Kompressionsfeder 25 ist zwischen einem zurückgesetzten Federsitz 24a, der an einer oberen Fläche eines Zentrums des Stangenarmes 24 angeordnet ist, und einem zurückgesetz- ten Federsitz 12a, der an einem Zentrum einer unteren Fläche des Hebelelements 12 ausgebildet ist, angeordnet.
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Mit Bezug auf 3 ist ein Paar von linken und rechten Nockenrahmen 28, 28 parallel zu der Achse L1 des Ventilschaftes 7 an einer oberen Fläche des Stangenarms 24 in einer Anordnung befestigt, die jeweils einer linken Seitenfläche und einer rechten Seitenfläche des Hebelelements 12 gegenüberliegt. Eine Führungsnut 29 und zwei Nockennuten 30a, 30b sind jeweils an dem Nockenrahmen 28 so ausgebildet, dass sie durch die Nockenrahmen 28 hindurchtreten.
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Die Führungsnut 29 ist an einer Hälfte des Nockenrahmens 28 in der Breitenrichtung parallel zu der Achse L1 des Ventilschaftes 7 ausgebildet. Ein oberes Ende der Führungsnut 29 ist zur Umgebung offen. Die Nutenbreite der Führungsnut 29 ist über ihre gesamte Länge konstant. Die Führungsnut 29 kann an einer äußern Fläche des Nockenrahmens 28 so ausgebildet sein, dass sie diesen nicht durchtritt.
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Im Gegensatz dazu sind die Nockennuten 30a, 30b lineare Nuten mit einer konstanten Nutenbreite, die relativ zu der Achse L1 des Ventilschaftes 7 geneigt sind, und sind nach unten gesehen zu dem Ventilsitz 10 geneigt. Dann sind zwei der Nockennuten 30a, 30b an der anderen Hälfte des Nockenrahmens 28 in der Breitenrichtung an zwei Stufen in der Richtung der Achse L1 des Ventilschaftes 7 in einer Stellung vorgesehen, in der sie mit dem gleichen Winkel in der gleichen Richtung geneigt sind und daher parallel zueinander verlaufen.
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An jedem der Zylindergehäuse 21 der beiden Pneumatikzylinder 8, 8 an einer Innenfläche, die dem Ventilschaft 7 zugewandt ist, sind zwei Führungswalzen 31 a, 31 b, welche die gleiche, in die Führungsnut 29 passende Größe aufweisen, angebracht. Die beiden Führungswalzen 31a, 31b sind an Positionen getrennt voneinander in der vertikalen Richtung angeordnet. Wenn die Ventilplatte 5 und der Ventilschaft 7 an der vollständig offenen Position stehen, ist lediglich die untere erste Führungswalze 31a in die Führungsnut 29 des Nockenrahmens 28 eingesetzt. Wenn sich die Ventilplatte 5 und der Ventilschaft 7 zu der gegenüberliegenden Position bewegen, tritt auch die zweite Führungswalze 31 b in die Führungsnut 29 an einer Position nahe der gegenüberliegenden Position, so dass die Achse L1 des Ventilschaftes 7 parallel zu der Ventilsitzfläche 10 durch die Führungswalzen 31a, 31b gehalten wird. Der Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5 werden parallel zu dem Ventilsitz 10 von der vollständig offenen Position zu der gegenüberliegenden Position bewegt.
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Daher bilden die Nockenrahmen 28, die Führungsnuten 29 und die Führungswalzen 31a, 31b einen Parallelverschiebungsmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, den Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5 parallel zu der Ventilsitzfläche 10 von der vollständig offenen Position zu der gegenüberliegenden Position zu verschieben.
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Teile der Zylindergehäuse 21 dienen auch als Walzenrahmen zur Befestigung der Führungswalzen 31a, 31b. Daher werden bei der unten gegebenen Beschreibung Bereiche, an welchen die Führungswalzen 31a, 31b der Zylindergehäuse 21 angebracht sind, als „Walzenrahmen 32“ bezeichnet. Die Walzenrahmen 32 können jedoch getrennt von dem Zylindergehäuse 21 ausgebildet sein.
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An der linken Seitenfläche und der rechten Seitenfläche des Hebelelements 12 sind zwei Nockenwalzen 33a bzw. 33b angebracht, die in die beiden Nockennuten 30a, 30b des Nockenrahmens 28 passen. Die beiden Nockenwalzen 33a, 33b sind in der vertikalen Richtung getrennt voneinander an Positionen angeordnet, einzeln in die beiden Nockennuten 30a, 30b eingesetzt und werden durch eine Federkraft der Kompressionsfeder 25 an der vollständig offenen Position und der gegenüberliegenden Position zu oberen Enden der jeweiligen Nockennuten 30a, 30b gepresst.
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Wenn sich dann die Nockenrahmen 28 in einem Zustand nach oben bewegen, in welchem der Ventilschaft 7 durch einen später beschriebenen Stoppmechanismus an der gegenüberliegenden Position angehalten wird, werden die Nockenwalzen 33a, 33b durch die schrägen Nockennuten 30a, 30b durch die Aufwärtsbewegung der Nockennuten 30a, 30b gedrückt und in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz 10 verschoben. in Verbindung hiermit werden der Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5 in der gleichen Richtung verschoben, so dass die Ventildichtung 6 der Ventilplatte 5 gegen den Ventilsitz 10 gepresst wird, wodurch die Ventilplatte 5 die geschlossene Position einnimmt.
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Daher bilden die Nockennuten 30a, 30b und die Nockenwalzen 33a, 33b einen Vertikalverschiebungsmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, den Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5 in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz 10 zu verschieben.
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Der Stoppmechanismus umfasst Stoppwalzen 36, die an dem Hebelelement 10 angebracht sind, und Anschlagabschnitte 37, die an den Walzenrahmen 32 ausgebildet sind.
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Die Stoppwalzen 36 werden koaxial an den Außenseiten erster Nockenwalzen 33a angebracht, die an oberen Abschnitten vorgesehen und so geformt sind, dass sie kleiner sind als die ersten Nockenwalzen 33a. Die Stoppwalzen 36 können aber auch den gleichen Durchmesser aufweisen wie die ersten Nockenwalzen 33a.
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Die Anschlagabschnitte 37 sind an oberen Endabschnitten von zurückgesetzten Nuten 38 ausgebildet, wie an inneren Seitenflächen der Walzenrahmen 32 ausgebildet sind, wie sich aus 8 ergibt. Wenn der Ventilschaft 7 von der vollständig offenen Position zu der gegenüberliegenden Position verschoben wird, treten die Stoppwalzen 36 in Anlage mit den Anschlagabschnitten 37, so dass der Ventilschaft 7 an dieser Position anhält.
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Die Anschlagabschnitte 37 weisen jeweils eine flache Fläche 37a auf, die sich in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz 10 erstreckt, so dass dann, wenn der Ventilschaft 7 von der gegenüberliegenden Position zu der geschlossenen Position verschoben wird, nachdem die Stoppwalze 36 an dem Anschlagabschnitt 37 angeschlagen hat, sich die Stoppwalze 36 entlang der flachen Fläche 37a relativ zu dem Anschlagabschnitt 37 in der gleichen Richtung bewegt wie der Ventilschaft 7. Daher ist ein seitlicher Nutabschnitt 38a zur Aufnahme der bewegten Stoppwalze 36 an dem oberen Endabschnitt der zurückgesetzten Nut 38 ausgebildet.
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Hierbei weist die Kompressionsfeder 25, die zwischen dem Stangenarm 24 und dem Hebelelement 12 angeordnet ist, eine Federkraft auf, die groß genug ist, die Gewichte der Ventilplatte 5, des Ventilschaftes 7 und des Hebelelements 12 zu tragen. Indem die Nockenwalzen 33a, 33b durch diese Federkraft gegen die oberen Enden der Nockennuten 30a, 30b gepresst werden, werden der Ventilschaft 7 und der Stangenarm 24 verbunden, wenn sich die Ventilplatte 5 von der vollständig offenen Position zu der gegenüberliegenden Position bewegt. Die Kompressionsfeder 25 wird zusammen gepresst, wenn die Ventilplatte 5 von der gegenüberliegenden Position zu der geschlossenen Position verschoben wird, und eine Relativbewegung zwischen dem Ventilschaft 7 und dem Stangenarm 24 wird gestattet. Daher bildet die Kompressionsfeder 25 einen Kopplungsmechanismus zum Koppeln des Hebelelements 12 und des Stangenarms 24, um eine Relativverschiebung zwischen dem Ventilschaft 7 und der Antriebsstange 9 zu erlauben.
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Nachfolgend wird die Betriebsweise des Schieberventils 1A, das den oben beschriebenen Aufbau hat, erläutert. Die linke Hälfte in 1 und 4 zeigt einen Zustand, in welchem die Ventilplatte 5 die vollständig offene Position einnimmt, in der sie von der Öffnung 3 wegbewegt und zu einem unteren Endabschnitt des Ventilkastens 2 zurückgezogen ist. Zu dieser Zeit fährt die Antriebsstange 9 des Pneumatikzylinders 8 vollständig nach unten aus, der Ventilschaft 7 und die Ventilplatte nehmen die unterste Position ein, die jeweiligen Nockenwalzen 33a, 33b werden durch die Federkraft der Kompressionsfeder 25 gegen die oberen Enden der Nockennuten 30a, 30b gepresst, wodurch die Antriebsstange 9 und der Ventilschaft 7 in einem Zustand sind, in dem sie über den Stangenarm 24, den Nockenrahmen 28 und das Hebelelement 12 verbunden werden, die untere erste Führungswalze 31a von den beiden Führungswalzen 31a, 31b ist in die Führungsnut 29 eingesetzt, und die Stoppwalze 36 bewegt sich weg von dem Anschlagabschnitt 37 und wird an einem unteren Bereich der zurückgesetzten Nut 38 angeordnet.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung werden die Antriebsstange 9, der Stangenarm 24 und der Nockenrahmen 28, die in fester Beziehung zueinander stehen, als eine „stangenseitige Anordnung“ bezeichnet. Das Hebelelement 12, der Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5, die ebenfalls in einer festen Beziehung zueinander stehen, werden als „schaftseitige Anordnung“ bezeichnet.
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Wenn ein oberer Anschluss 8a des Pneumatikzylinders 8 von dem Zustand der vollständig geöffneten Position zur Umgebung geöffnet wird, und Druckluft einem unteren Anschluss 8b zugeführt wird, um die Antriebsstange 9 nach oben zu verschieben, werden die stangenseitige Anordnung und die schaftseitige Anordnung integral miteinander nach oben verschoben, und, wie es in der rechten Hälfte von 1 und 5 gezeigt ist, die Ventilplatte 5 ist der Öffnung 3 zugewandt. Die Ventildichtung 6 erreicht aber die gegenüberliegende Position getrennt von dem Ventilsitz 10.
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Zu dieser Zeit wird in einem frühen Stadium der Aufwärtsbewegung der stangenseitigen Anordnung und der schaftseitigen Anordnung wie in 4 gezeigt der Nockenrahmen 28 durch die untere erste Führungswalze 31a, die in die Führungsnut 29 eingesetzt ist, geführt, wodurch eine parallele Verschiebung der stangenseitigen Anordnung und der schaftseitigen Anordnung in einem Zustand erfolgt, in welchem die Achse L1 des Ventilschaftes 7 parallel zu dem Ventilsitz 10 gehalten wird. Wenn dann die stangenseitige Anordnung und die schaftseitige Anordnung näher zu der gegenüberliegenden Position gelangen, tritt die zweite Führungswalze 31b in die Führungsnut 29, wie es in 5 gezeigt ist, und die Parallelverschiebung der stangenseitigen Anordnung und der schaftseitigen Anordnung werden durch die beiden Führungswalzen 31a, 31b geführt.
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Wenn die stangenseitige Anordnung und die schaftseitige Anordnung die gegenüberliegende Position erreichen, tritt die Stoppwalze 36 in Anlage mit dem Anschlagabschnitt 37 an dem oberen Ende der zurückgesetzten Nut 38, wie es durch eine gestrichelte Linie in 8 gezeigt ist, so dass die schaftseitige Anordnung an dieser Position anhält. Da die stangenseitige Anordnung aber die Kompressionsfeder 25 zusammenpresst und sich weiterhin nach oben bewegt, bewegen sich die an dem Nockenrahmen 28 ausgebildeten Nockennuten 30a, 30b relativ zu den Nockenwalzen 33a, 33b nach oben. Daher werden die Nockenwalzen 33a, 33b durch Nutenwände der schrägen Nockennuten 30a, 30b gedrückt und relativ zu dem Ventilsitz 10 in vertikaler Richtung in der Richtung zu dem Ventilsitz verschoben. Die schaftseitige Anordnung bewegt sich mit den Nockenwalzen 33a, 33b in der gleichen Richtung. Daher wird, wie in 6 und 7 gezeigt, die Ventildichtung 6 der Ventilplatte 5 gegen den Ventilsitz 10 gepresst und somit die Öffnung 3 geschlossen, so dass die Ventilplatte 5 die geschlossene Position einnimmt.
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Zu dieser Zeit wird die Bewegung der stangenseitigen Anordnung von der gegenüberliegenden Position zu der geschlossenen Position parallel zu dem Ventilsitz 10 durch den Nockenraum 28, der durch die beiden Führungswalzen 31a, 31b geführt wird, durchgeführt. Eine Reaktionskraft, die erzeugt wird, wenn die Ventildichtung 6 gegen den Ventilsitz 10 gepresst wird, wird durch die beiden Führungswalzen 31a, 31b über den Nockenrahmen 28 aufgenommen.
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Außerdem bewegt sich die Stoppwalze 36 in der gleichen Richtung wie die erste Nockenwalze 33a entlang der flachen Fläche 37a des Anschlagabschnitts 37, wie es durch eine durchgezogene Linie in 8 gezeigt wird, und wird in dem seitlichen Nutenabschnitt 38a aufgenommen.
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Wenn die Ventilplatte 5 die geschlossene Position einnimmt, bewegen sich die Nockenwalzen 33a, 33b nicht notwendigerweise zu den Positionen, die in Kontakt mit unteren Enden der Nockennuten 30a, 30b treten, und können entsprechend einer Presskraft der Ventildichtung 6 an Positionen vor den unteren Enden der Nockennuten 30a, 30b anhalten.
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Wenn das Schieberventil 1A geöffnet wird, wird der untere Anschluss 8b des Pneumatikzylinders 8 zur Umgebung geöffnet, und durch Zufuhr der Druckluft zu dem oberen Anschluss 8a wird ein zu dem Fall des Schließens des Schieberventils 1A umgekehrter Vorgang durchgeführt.
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Zu dieser Zeit wird zunächst die Kompressionsfeder 25 gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung der stangenseitigen Anordnung in einem Zustand allmählich ausgedehnt, in welchem die Stoppwalze 36 durch die Federkraft der Kompressionsfeder 25 an dem Anschlagabschnitt 37 anliegt. Daher bewegen sich der Nockenrahmen 28 und die Nockennuten 30a, 30b nach unten, und die Nockenwalzen 33a, 33b bewegen sich vertikal weg von dem Ventilsitz 10, wodurch sich die Ventildichtung 6 vertikal von dem Ventilsitz 10 wegbewegt und die stangenseitige Anordnung sich zu der gegenüberliegenden Position, die in der rechten Hälfte von 1 und 2 gezeigt ist, bewegt.
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Dann bewegen sich anschließend durch die weitere Abwärtsbewegung der Antriebsstange 9 die stangenseitige Anordnung und die schaftseitige Anordnung integral zu der vollständig geöffneten Position, wie es in der linken Hälfte von 1 und 4 gezeigt ist.
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Auf diese Weise wird bei dem Schieberventil 1A die Erzeugung von Abrasionspulver zuverlässig verhindert, ohne eine Reibung zwischen der Ventildichtung 6 und dem Ventilsitz 10 zu bewirken oder ohne eine Rotation der Ventildichtung 6 innerhalb der Befestigungsnut zu gestatten, weil die Ventilplatte 5 relativ zu dem Ventilsitz vertikal verschoben wird und die Ventildichtung 6 in vertikaler Richtung zu und weg von dem Ventilsitz 10 verschiebt.
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Da der Öffnungs- und Schließvorgang der Ventilplatte 5 relativ zu dem Ventilsitz 10 in der vertikalen Richtung durch eine direkte Vorwärtsbewegung des Pneumatikzylinders 8 durch einen Richtungswechselmechanismus mit Hilfe der Nockennuten 30a, 30b und der Nockenwalzen 33a, 33b, die zwischen der Antriebsstange 9 und dem Ventilschaft 7 angeordnet sind, durchgeführt wird, ist der Aufbau des Öffnungs- und Schließvorgangs einfach und eine geringere Zahl an Komponenten wird benötigt.
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9 und 10 zeigen eine zweite Ausführungsform des Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung, und ein Schieberventil 1B der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Stoppwalze 36, die mit dem Anschlagabschnitt 37 den Haltemechanismus bildet, koaxial mit der unteren zweiten Nockenwalze 33b, die eine der oberen und unteren beiden Nockenwalzen 33a, 33b ist, an dem Hebelelement 12 angebracht ist, und der Anschlagabschnitt 37 ist als ein zurückgesetzter Stufenabschnitt 40 an einem unteren Ende des Walzenrahmens 32 ausgebildet. Auch die Anordnung des Balges 17 ist anders.
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Mit anderen Worten wird der zurückgesetzte Stufenabschnitt 40 durch Ausschneiden eines Teils des unteren Endabschnitts der inneren Seitenfläche des Walzenrahmens 32 in eine zurückgesetzte Form gebildet. Ein Teil desselben entspricht dem Anschlagabschnitt 37 und der flachen Fläche 37a.
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Ein oberes Ende des Balges 17 ist mit einem ringförmigen Befestigungselement 41 gekoppelt, das an einer inneren Umfangsfläche der Haube 11 in luftdichter Weise befestigt ist. Ein unteres Ende des Balges 17 ist mit einem oberen Ende des Hebelelements 12 gekoppelt, das in luftdichter Weise mit dem Ventilschaft 7 verbunden ist.
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Da der Aufbau und die Betriebsweise der zweiten Ausführungsform bis auf die oben beschriebenen Unterschiede im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform, werden Haupt- und gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet und ihre erneute Beschreibung wird weggelassen.
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11 bis 16 zeigen eine dritte Ausführungsform des Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Teile eines Schieberventils 1C gemäß der dritten Ausführungsform, die sich von dem Schieberventil 1A der ersten Ausführungsform unterscheiden, sind Gestaltungen der Führungsnut 29 und der Führungswalzen 31a, 31b, die den Parallelverschiebungsmechanismus bilden, die Nockennuten 30a, 30b und die Nockenwalzen 33a, 33b, welche den Vertikalverschiebungsmechanismus bilden, und die Stoppwalze 36 und der Anschlagabschnitt 37, die den Stoppmechanismus bilden. Daher wird bei der unten stehenden Beschreibung eine Gestaltung beschrieben, die sich auf einen Horizontalverschiebungsmechanismus und den Stoppmechanismus bezieht.
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Wie in 11 und 12 gezeigt ist, weist jedes des Paares von Nockenrahmen 28, die an dem Stangenarm 24 befestigt sind, die Führungsnut 29 und die Nockennuten 30a, 30b an Positionen Rücken an Rücken an einer äußeren Seitenfläche und einer inneren Seitenfläche auf. Mit anderen Worten ist an den äußeren Seitenflächen der Nockenrahmen 28 gegenüber den Walzenrahmen 32 jeweils eine der Führungsnut 29 so ausgebildet, dass sie sich in der vertikalen Richtung entlang der Achse L1 des Ventilschaftes 7 erstreckt. Die beiden schrägen Nockennuten 30a, 30b, die in zwei, oberen und unteren Lagen ausgebildet sind, sind an den inneren Flächen der Nockenrahmen 28 gegenüber dem Hebelelement 12 ausgebildet. Die Tiefe der Nockennuten 30a, 30b und der Führungsnut 29 ist kleiner als die Hälfte der Dicke des Nockenrahmens 28. Die Positionen der Führungsnut 29 und der Nockennuten 30a, 30b können zueinander in der Breitenrichtung des Nockenrahmens 28 verschoben sein.
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Die beiden Führungswalzen 31a, 31b, die in die Führungsnuten 29 eingesetzt werden, sind an den inneren Seitenflächen der Walzenrahmen 32 angebracht. Die beiden Nockenwalzen 33a, 33b, die einzeln in die beiden Nockennuten 30a, 30b eingesetzt werden, sind an äußeren Seitenflächen des Hebelelements 12 angebracht.
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Die Nockenrahmen 28 sind so befestigt, dass sie zu einer Seite des Stangenarms 24 in der Breitenrichtung versetzt sind. Die Führungswalzen 31a, 31b und die Nockenwalzen 33a, 33b sind ebenfalls an Positionen angebracht, die entsprechend den Nockenrahmen 28 zu einer Seite des Walzenrahmens 32 und des Hebelelements 12 in der Breitenrichtung versetzt sind.
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Die Stoppwalzen 36 sind an den inneren Flächen der Walzenrahmen 32 an Positionen angebracht, die nicht mit den Nockenrahmen 28 kollidieren. Vorstehender Abschnitt 12b, deren obere Flächen als horizontale flache Flächen 37a ausgebildet sind, sind an beiden linken und rechten Flächen des Hebelelements 12 an Positionen angeordnet, die den Stoppwalzen 36 zugeordnet sind. Die Anschlagabschnitte 37, an welchen die Stoppwalzen 36 anschlagen, werden durch die vorstehenden Abschnitte 12b gebildet.
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Da der Aufbau bis auf das oben beschriebene im Wesentlichen der gleiche ist wie bei der ersten Ausführungsform werden Haupt- und gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet und auf ihre erneute Beschreibung wird verzichtet.
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Die Ventilschließwirkung des Schieberventils 1C der dritten Ausführungsform wird in der gleichen Weise durchgeführt wie bei dem Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform, indem von dem Zustand der vollständig geöffneten Position, die in der linken Hälfte von 11 und 13 dargestellt ist, über den Zustand der gegenüberliegenden Position, die in der rechten Hälfte von 11 und 14 dargestellt ist, zu dem Zustand der geschlossenen Position, die in 15 und 16 dargestellt ist, fortgeschritten wird. Der Ventilöffnungsvorgang wird durchgeführt, indem der gleiche Weg in umgekehrter Reihenfolge beschritten wird.
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Zu dieser Zeit wird die Parallelverschiebung der stangenseitigen Anordnung und der schaftseitigen Anordnung relativ zu dem Ventilsitz 10 durch die Führungsnuten 29 und die Führungswalzen 31a, 31b geführt. Die Vertikalverschiebung der schaftseitigen Anordnung relativ zu der Ventilsitzfläche 10 wird durch die Nockennuten 30a, 30b und die Nockenwalzen 33a, 33b geführt. Dieser Punkt ist ebenfalls der gleiche wie bei dem Schieberventil 1a gemäß der ersten Ausführungsform.
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Im Gegensatz dazu treten im Hinblick auf die Stoppwalzen 36 und die Anschlagabschnitte 37, welche den Stoppmechanismus bilden, wenn das Hebelelement 12, das an dem Ventilschaft 7 befestigt ist, von der vollständig geöffneten Position nach oben zu der gegenüberliegenden Position verschoben wird, die oberen Flächen der Anschlagabschnitte 37 an dem Hebelelement 12 in Kontakt mit den Stoppwalzen 36, die an dem Walzenrahmen 32 angebracht sind, und das Hebelelement 12 wird an dieser Position angehalten. Wenn dann der Ventilschaft 7 durch die Wirkung des Vertikalverschiebungsmechanismus zu der geschlossenen Position verschoben wird, bewegt sich das Hebelelement 12 relativ zu der Stoppwalze 36 zu der geschlossenen Position.
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17 und 18 sind Seitenansichten, die Hauptabschnitte eines Schieberventils 1D gemäß einer vierten Ausführungsform in einer vereinfachten Weise zeigen. Ein Unterschied des Schieberventils 1D gemäß der vierten Ausführungsform zu den Schiebeventilen 1A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsformen liegt in der Form der Nockennuten 30a, 30b, insbesondere der Form der zweiten Nockennut 30b. Ein erforderlicher Schub eines Pneumatikzylinders (nicht dargestellt), welcher die Ventilplatte 5 öffnet und schließt, wird durch Differenzierung der Form der zweiten Nockennut 30b gegenüber der Form der zweiten Nockennut 30b der Schieberventile 1A bis 1C gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen verringert. Die Gestaltung des Schieberventils 1D gemäß der vierten Ausführungsform, die sich von den Schieberventilen 1 A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsformen unterscheidet, wird nachfolgend erläutert.
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Wie in 17 gezeigt ist, weist der Nockenrahmen 28 zwei der Nockennuten 30a, 30b auf, die in zwei Stufen in der Richtung der Achse L1 des Ventilschafts 7 angeordnet sind. Zwei der Nockenwalzen 33a, 33b, die an dem Hebelelement 12 angebracht sind, sind einzeln in die Nockennuten 30a, 30b eingesetzt.
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Eine der beiden Nockennuten 30a, 30b, die der Ventilplatte 5 näher liegt, das heißt die erste Nockennut 30a, ist eine lineare Nut mit einer konstanten Nutenbreite. Ein Neigungswinkel der ersten Nockennut 30a relativ zu der Achse L1 beträgt θ. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Neigungswinkel einer Nutenwand relativ zu der Seitenfläche 28a als der Neigungswinkel θ der ersten Nockennut 30a ausgedrückt, da eine Seitenfläche 28a des Nockenrahmens 28 parallel zu der Achse L1 des Ventilschaftes 7 verläuft. Dies gilt auch für die unten beschriebene zweite Nockennut 30b.
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Im Gegensatz dazu hat die zweite Nockennut 30b, die weiter von der Ventilplatte 5 entfernt ist, einen ersten Nutenabschnitt 30c und einen zweiten Nutabschnitt 30d, die die gleiche Nutenbreite und unterschiedliche Neigungswinkel haben. Ein Neigungswinkel θ1 des ersten Nutabschnitts 30c, der an der der Ventilplatte 5 näherliegenden Seite angeordnet ist, ist kleiner als der Neigungswinkel θ der ersten Nockennut 30a. Ein Neigungswinkel θ2 des zweiten Nutabschnitts 30d, der an der von der Ventilplatte 5 weiter entfernten Seite angeordnet ist, ist größer als der Neigungswinkel θ der ersten Nockennut 30a. Der Neigungswinkel θ1 des ersten Nutabschnitts 30c kann aber gleich dem Neigungswinkel 8 der ersten Nockennut 30a sein.
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Die Gestaltung des Schieberventils 1D gemäß der vierten Ausführungsform ist bis auf das oben beschriebene im Wesentlichen die gleiche wie bei einem der Schieberventile 1 A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsform. Daher werden Abschnitte bis auf die oben beschriebenen, die in 17 und 18 gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie bei den Schieberventilen 1 A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsformen, und die Betriebsweise des Schieberventils 1D wird nachfolgend beschrieben.
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17 zeigt einen Zustand, in dem die Ventilplatte 5 an der gegenüberliegenden Position steht, an welcher die Ventilplatte 5 der Öffnung 3 des Ventilkastens 2 zugewandt ist, die Öffnung 3 aber nicht schließt. Zu dieser Zeit sind die Ventilplatte 5, der Ventilschaft 7 und das Hebelelement 12 in integraler Beziehung miteinander in einem Zustand, in welchem die weitere Aufwärtsbewegung verhindert ist. Die erste Nockenwalze 33a, die eine der beiden Nockenwalzen 33a, 33b ist, ist an einem oberen Endabschnitt der ersten Nockennut 30a angeordnet. Die zweite Nockenwalze 33b ist an einem oberen Endabschnitt des ersten Nutabschnitts 30c der zweiten Nockennut 30b angeordnet, und die beiden Führungswalzen 31a, 31b, die an einem Walzenrahmen (nicht dargestellt) angebracht sind, sind in die Führungsnut 29, die an dem Nockenrahmen 28 ausgebildet ist, eingesetzt.
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In dem Zustand in 17, wenn der durch den Pneumatikzylinder angetriebene Nockenrahmen 28 durch die Führungswalzen 31a, 31b, die in die Führungsnut 29 eingesetzt sind, geführt wird und in der Richtung der Achse L1 verschoben wird, werden die Nockenwalzen 33a, 33b durch die schrägen Nockennuten 30a, 30b gedrückt und in der Zeichnung nach links verschoben, wie es in 18 dargestellt ist. Daher werden das Hebelelement 12, der Ventilschaft 7 und die Ventilplatte 5 verbunden und in vertikaler Richtung relativ zu dem Ventilsitz 10 zu dem Ventilsitz 10 verschoben. Die Ventildichtung 6 wird in Presskontakt mit dem Ventilsitz 10 gebracht und daher wird die Öffnung 3 verschlossen, so dass die Ventilplatte 5 die geschlossene Position annimmt. Zu dieser Zeit ist die zweite Nockenwalze 33b in dem zweiten Nutenabschnitt 30d der zweiten Nockennut 30b angeordnet.
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Anschließend wird ein Schub des Pneumatikzylinders, der auf den Nockenrahmen 28 wirkt, wenn die Öffnung 3 durch die Ventilplatte 5 geschlossen wird, unten erläutert, wobei der Fall der Schieberventile 1A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsformen und der Fall des Schieberventils 1D der vierten Ausführungsform verglichen werden.
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19 ist eine Seitenansicht eines Hauptabschnitts bei einem Fall, bei dem die Ventilplatte 5 an der geschlossenen Position ist, an welcher die Öffnung 3, bei den Schieberventilen 1A bis 1C der ersten bis dritten Ausführungsformen geschlossen ist. Zu dieser Zeit herrscht an der Seite der Öffnung 3 Umgebungsdruck P1 und an einer Rückseite der Ventilplatte 5 ein Vakuumdruck P2.
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In der gleichen Zeichnung, wobei W eine Druckkontaktkraft der Ventildichtung 6 auf den Ventilsitz 10 ist, ist D1 ein Abstand von dem Zentrum des Ventilsitzes 10 zu einem Wirkungspunkt T1, wobei eine Kraft der ersten Nockennut 30a auf die erste Nockenwalze 33a wirkt. D2 ist ein Abstand von dem Wirkungspunkt T1 zu einem Wirkungspunkt T2, an dem eine Kraft der zweiten Nockennut 30b auf die zweite Nockenwalze 33b wirkt. Eine Last W2, die auf den Wirkungspunkt T2 wirkt, ist W2 = W (D1/D2), und eine Last W1, die auf den Wirkungspunkt T1 aufgebracht wird, ist W1 = W + W2 in einer Richtung entgegengesetzt zu W2.
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Da der durch eine Schub Fc gedrückte Nockenrahmen 28 des Pneumatikzylinders an dem Wirkungspunkt T1 der ersten Nockennut 30a die Last W1 aufnimmt, wird zwischen der Nutenwand an der gegenüberliegenden Seite des Wirkungspunkts T1 und der ersten Nockenwalze 33a eine kleine Lücke gebildet. Daher ist eine Kraft F1 in der Richtung parallel zu dem Ventilsitz 10 durch die erste Nockennut 30a F1 = (-W1) · (tanθ), und ist eine Reaktionskraft relativ zu dem Schub Fc.
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Im Gegensatz dazu ist der Wirkungspunkt T2 der zweiten Nockennut 30b an der Nutenwandseite gegenüber von dem Wirkungspunkt T1 der ersten Nockennut 30a. Eine Kraft F2, die parallel zu dem Ventilsitz 10 durch die zweite Nockennut 30b wirkt, wird F2 = (+W2) · (tanθ) und wirkt in der gleichen Richtung wie der Schub Fc. Daher wird der erforderliche Schub Fc des Pneumatikzylinders Fc = F1 - F2.
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Im Gegensatz dazu ist in dem Fall des Schieberventils 1D gemäß der vierten Ausführungsform die zweite Nockenwalze 33b innerhalb des zweiten Nutenabschnitts 30d der zweiten Nockennut 30b angeordnet, wie es in 18 dargestellt ist. Dementsprechend wird eine Kraft F2' in der Richtung parallel zu dem Ventilsitz 10 durch die zweite Nockennut 30b F2' = (+W2) · (tanθ2). Da θ2 > θ ist hierbei auch dann, wenn die Beziehung zwischen W, W1, W2, D1 und D2, die oben beschrieben wurde, die gleiche ist wie in dem Fall in 19, die Kraft F2' größer als F2 in 19. Daher wird der Wert des erforderlichen Schubes des Pneumatikzylinders Fc' = F1 - F2' kleiner als der Wert von Fc in 19.
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Dementsprechend kann ein kompakter Pneumatikzylinder mit einem kleineren Schub als im Falle der ersten bis dritten Ausführungsformen als der oben beschriebene Pneumatikzylinder verwendet werden.
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Wenn die Ventilplatte 5 zu der geschlossenen Position verschoben ist und die Rückseite der Ventilplatte 5 den Vakuumdruck P2 erreicht und die Seite der Öffnung 3 den Umgebungsdruck P1 erreicht, liegt ein Fall vor, bei welchem die Lasten W1, W2, die auf die Wirkungspunkte T1, T2 aufgebracht werden, durch die Steigerung der Presskontaktkraft W der Ventildichtung 6 erhöht werden. Dementsprechend wird der Nockenrahmen 28 etwas nach unten verschoben, und die Menge der Kompression der Ventildichtung 6 wird verringert. Da der Unterschied zwischen den Kräften F1 und F2', das heißt F1 - F2', der in der entgegengesetzten Richtung wirkt, klein ist, wird jedoch die Größe der Abwärtsbewegung des Nockenrahmens 28 auf ein vernachlässigbares Maß verringert. Daher wird die Verringerung der Kompression der Ventildichtung 6 signifikant verkleinert, wodurch eine Leckage weiter eingeschränkt werden kann.
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Obwohl bei den jeweiligen Ausführungsformen zwei der Pneumatikzylinder 8 zum Öffnen und Schließen der Ventilplatte 5 vorgesehen sind, ist es auch möglich, lediglich einen Pneumatikzylinder vorzusehen und den Stangenarm 24 mit der Antriebsstange des Pneumatikzylinders zu koppeln.
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Obwohl bei den jeweiligen Ausführungsformen zwei der Führungswalzen 31a, 31b an den linken beziehungsweise rechten Walzenrahmen 32 angebracht sind, ist es auch möglich, alle Führungswalzen in die Führungsnut 29 einzusetzen, indem drei oder mehrere Führungswalzen an den entsprechenden Walzenrahmen 32 angebracht werden, was wenigstens eine Führungswalze bis auf einige Führungswalzen dazu veranlasst, in die Führungsnut 29 des Nockenrahmens 28 an der Position einzutreten, an welcher die Ventilplatte 5 vollständig geöffnet ist. Die bleibenden Führungswalzen werden an Positionen in die Führungsnut 29 eingesetzt, an welchen die Ventilplatte 5 an der gegenüberliegenden Position und der verschlossenen Position angeordnet ist.
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Es ist auch möglich, die Anordnung des Balges 17 in dem Schieberventil der ersten Ausführungsform auf das Schieberventil gemäß der zweiten Ausführungsform anzuwenden, und im Gegensatz dazu die Anordnung des Balges 17 in dem Schieberventil bei der zweiten Ausführungsform auf die Schieberventile gemäß den ersten und dritten Ausführungsformen anzuwenden.
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Wenn das Schieberventil nicht in einem Vakuumzustand verwendet wird, kann außerdem auf den Balg auch ganz verzichtet werden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1A, 1B, 1C und 1D
- Schieberventil
- 2
- Ventilkasten
- 3
- Öffnung
- 5
- Ventilplatte
- 6
- Ventildichtung
- 7
- Ventilschaft
- 8
- Pneumatikzylinder
- 9
- Antriebsstange
- 10
- Ventilsitz
- 12
- Hebelelement
- 24
- Stangenarm
- 25
- Kompressionsfeder
- 28
- Nockenrahmen
- 29
- Führungsnut
- 30a, 30b
- Nockennut
- 30c
- erster Nutabschnitt
- 30d
- zweiter Nutabschnitt
- 31a, 31b
- Führungswalze
- 32
- Walzenrahmen
- 33a, 33b
- Nockenwalze
- L1
- Achse des Ventilschafts
- θ, θ1, θ2
- Neigungswinkel
