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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 Ventil mit einem Ventilstopfen, der durch die Zufuhr eines Druckfluides oder eines elektrischen Stromes verschoben wird, um einen Verbindungszustandes eines Fluiddurchgangs durch Öffnen und Schließen des Ventilstopfens zu schalten.
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Beschreibung des Standes der Technik:
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Bisher wird ein Ventil dazu verwendet, einen Durchflusszustand eines Druckfluides durch Zuführen eines Druckfluides zu einem Stellglied oder alternativ durch Abführen von Druckluft in die Umgebung zu steuern.
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Ein solches Ventil, wie es beispielsweise in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-083879 beschrieben ist, umfasst einen Körper mit einem Fluiddurchgang, durch welchen ein Fluid strömt, einen Ventilstopfen, der zur Verschiebung im inneren des Körpers vorgesehen ist, und eine Elektromagneteinheit, die mit dem Körper verbunden ist und eine Spule aufweist, die durch Zufuhr eines elektrischen Stromes erregt wird. Durch die Erregung der Elektromagneteinheit wird eine Magnetkraft generiert, wodurch der Ventilstopfen durch Verschiebung eines beweglichen Eisenkerns geöffnet wird. Außerdem ist zwischen der Elektromagneteinheit und dem Körper eine Membran vorgesehen. Eine innere Umfangsseite der Membran ist in eine Ringnut einer mit dem Ventilstopfen verbundenen Welle eingesetzt, während die äußere Umfangsseite der Membran zwischen dem Körper und der Elektromagneteinheit gehalten wird, so dass eine Leckage von Druckfluid zwischen der Elektromagneteinheit und dem Inneren des Körpers, durch welchen das Fluid strömt, verhindert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Allgemeinen wird eine Membran, die bei einem Ventil der oben beschriebenen Art eingesetzt wird, aus einem elastischen Material, wie Gummi oder dergleichen hergestellt, das in der Lage ist, sich bei einer Verschiebung des Ventilstopfens flexibel zu biegen. Mit der Verschiebung werden aber Lasten an der inneren Umfangsseite der Membran generiert, weil die innere Umfangsseite integral mit dem Ventilstopfen verschoben wird, und durch die wiederholte Generierung solcher Belastungen treten allmählich Risse an dem Arbeitsbereich der Membran auf, was zu einer Verringerung der Lebensdauer der Membran führt. Da bei einer Verschiebung des Ventilstopfens die Membran verschoben wird, weil sie zu einem gewissen Grad deformiert wird, ist es außerdem schwierig, den Ventilstopfen mit hoher Geschwindigkeit zu betreiben, um die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilstopfens durchzuführen. Im Vergleich zu einer Situation, bei welcher der Ventilstopfen unabhängig verschoben wird, ist außerdem eine größere Antriebskraft erforderlich, was zu einem erhöhten Stromverbrauch der Elektromagneteinheit führt.
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Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil vorzuschlagen, bei welchem die Lebensdauer der Membran verbessert werden kann, wobei gleichzeitig Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilstopfens mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden sollen, wobei der Energieverbrauch oder der Druck des zur Betätigung des Ventils verwendeten Arbeitsfluides verringert werden soll.
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Die vorliegende Erfindung wird gekennzeichnet durch ein Ventil mit:
einem Ventilkörper mit Anschlüssen, denen ein Druckfluid zugeführt und von welchen das Druckfluid abgeführt wird;
einem Ventilstopfen, der verschiebbar im Inneren des Ventilkörpers vorgesehen ist, um einen Verbindungszustand der Anschlüsse umzuschalten;
einer Antriebseinheit, die mit dem Ventilkörper verbunden ist und die den Ventilstopfen bei der Zufuhr eines Stromes oder eines Arbeitsfluides zu der Antriebseinheit in einer axialen Richtung verschiebt;
einer flexiblen Membran in Form eines Blattes, die zwischen dem Ventilstopfen und dem Ventilkörper vorgesehen ist; und
einem Halteelement zum Halten der Membran, so dass sie relativ zu dem Ventilstopfen verschiebbar ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Ventil mit einer Antriebseinheit, die eine Verschiebung des Ventilstopfens durch einen elektrischen Strom oder durch die Zufuhr eines Arbeitsfluides bewirkt, eine flexible Membran in Form eines Blattes vorgesehen, die zwischen dem Ventilstopfen und dem Ventilkörper angeordnet ist, wobei die Membran durch das Haltelement gehalten wird und eine Verschiebung der Membran relativ zu dem Ventilstopfen möglich ist.
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Wenn der Ventilstopfen durch den Antrieb der Antriebseinheit geöffnet und geschlossen wird, kann dementsprechend die Membran durch die Wirkung des Halteelements relativ zu dem Ventilstopfen verschoben werden. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Membran insgesamt an dem Ventilstopfen befestigt ist, können somit Belastungen, die in der Nähe des Ventilstopfens generiert werden, verringert werden. Hierdurch können Belastungen, die auf die Membran ausgeübt werden, verringert werden und die Lebensdauer der Membran lässt sich verbessern. Da der Laufwiderstand (es heißt der Widerstand gegenüber einer Bewegung) der Membran als Folge der Tatsache verringert wird, dass das Halteelement eine Verschiebung der Membran gestattet, wenn der Ventilstopfen betätigt wird, kann außerdem die Antriebslast des Ventilstopfens bei seiner Verschiebung zusammen mit der Membran verringert werden und die Lebensdauer wird erhöht. Der Ventilstopfen kann mit hoher Geschwindigkeit geöffnet und geschlossen werden, und der Stromverbrauch bei einem Antrieb der Antriebseinheit mit elektrischem Strom oder ein Arbeitsdruck, wenn die Antriebseinheit mit einem Arbeitsfluid angetrieben wird, kann verringert werden.
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verdeutlicht in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein vertikaler Schnitt durch ein Elektromagnetventil als ein Beispiel eines Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Elektromagnetventils gemäß 1;
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3 ist ein vergrößerter Schnitt, der die Umgebung eines Ventilstopfens in dem Elektromagnetventil gemäß 1 zeigt;
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4 ist ein vergrößerter Schnitt, der einen Ventil-offen-Zustand des Elektromagnetventils gemäß 3 zeigt;
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5A ist ein vergrößerter Schnitt, der die Umgebung eines Innenkantenabschnitts der Membran in dem Zustand gemäß 3 zeigt;
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5B ist ein vergrößerter Schnitt, der die Umgebung eines Innenkantenabschnitts der Membran in dem Zustand gemäß 4 zeigt;
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6A + 6B sind vergrößerte Schnitte eines Elektromagnetventils, bei dem eine Membran gemäß einem modifizierten Beispiel eingesetzt wird; und
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7 ist ein vertikaler Schnitt durch ein luftbetriebenes Ventil als ein Beispiel eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein Elektromagnetventil 10, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst einen Ventilkörper 16 mit ersten und zweiten Anschlussöffnungen 12, 14, denen ein Druckfluid zugeführt und von denen das Druckfluid abgeführt wird, eine Elektromagneteinheit 22, die ein Gehäuse 20 aufweist und an einem Ende des Ventilkörpers 16 über einen Abstandshalter 18 angeordnet ist, und einen Ventilmechanismus 24 zum Umschalten von Verbindungszuständen zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 12, 14 bei Erregung der Elektromagneteinheit 22.
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Der Ventilkörper 16 hat einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, der sich an seiner einen Endseite öffnet, und erste und zweite Anschlüsse 12, 14, die sich nach außen öffnen, sind an einer Seitenfläche des Ventilkörpers 16 vorgesehen. Der erste Anschluss 12 wird über einen Schlauch oder dergleichen mit einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle verbunden, und ein Druckfluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, wird dem ersten Anschluss 12 zugeführt. Der zweite Anschluss ist über einen nicht dargestellten Schlauch oder dergleichen mit einer anderen Vorrichtung verbunden.
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Außerdem sind eine Verbindungskammer 30 und eine Aufnahmekammer 32 im Wesentlichen in der Mitte des Ventilkörpers 16 ausgebildet. Die Verbindungskammer 30 verbindet die ersten und zweiten Verbindungsdurchgänge 26, 28. Die Aufnahmekammer 32, in welcher der Ventilmechanismus 24 aufgenommen ist, steht mit der Verbindungskammer 30 in Verbindung.
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Außerdem ist der erste Anschluss 12 mit einer Seitenfläche der Verbindungskammer 30 über den ersten Verbindungsdurchgang 26 verbunden, der, nachdem er sich von der Seitenfläche senkrecht zu der Achse des Ventilkörpers erstreckt, in einem mittleren Abschnitt im Wesentlichen rechtwinklig umgebogen ist. Andererseits ist der zweite Anschluss 14 über den zweiten Verbindungsdurchgang 28, der sich von der Seitenfläche senkrecht zu der Achse des Ventilkörpers 16 erstreckt, mit einer Bodenfläche der Verbindungskammer 30 verbunden.
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Die Aufnahmekammer 32 umfasst einen ersten Stufenabschnitt 34, der sich an einer Endseite (in Richtung der Pfeils A) des Ventilkörpers 16 öffnet und seinen Durchmesser relativ zu der Verbindungskammer 30 an einem Bodenabschnitt an der Seite der Verbindungskammer 30 erweitert, einen zweiten Stufenabschnitt 36, dessen Durchmesser relativ zu dem ersten Stufenabschnitt 34 erweitert ist, und einen dritten Stufenabschnitt 38, dessen Durchmesser relativ zu dem zweiten Stufenabschnitt 36 erweitert ist. Der erste Stufenabschnitt 34 ist am nächsten bei der Seite der Verbindungskammer 30 (in der Richtung des Pfeils B) angeordnet, und der zweiten Stufenabschnitt 36 und der dritte Stufenabschnitt 38 sind nacheinander von der Verbindungskammer 30 (in der Richtung des Pfeils A) beabstandet.
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Der Abstandshalter 18 ist an einem Ende des Ventilkörpers 16 so angebracht, dass er dessen Öffnung abdeckt, und die Elektromagneteinheit (Antriebseinheit) 22 ist über den Abstandshalter 18 mit dem einen Ende verbunden. Die Elektromagneteinheit 22 umfasst ein als Zylinder mit Boden geformtes Gehäuse 20, einen Spulenkörper 42, auf den eine Spule 40 gewickelt ist und der im Inneren des Gehäuses 20 angeordnet ist, einen festen Eisenkern 44, der an einem Ende des Gehäuses 20 befestigt ist, und einen beweglichen Eisenkern 46, der an einer Innenseite des Spulenkörpers 42 angeordnet ist und in einer Richtung (in der Richtung des Pfeils B) gedrängt wird, in welcher er sich von dem festen Eisenkern 44 entfernt.
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Der Spulenkörper 42 umfasst ein Paar von Flanschen 48a, 48b, die an dem einen Endabschnitt und an einem anderen Endabschnitt des Spulenkörpers 42 vorgesehen sind. Der Durchmesser der Flansche 48a, 48b erweitert sich radial nach außen. Die Spule 40 ist zwischen den Flanschen 48a, 48b auf den Spulenkörper 42 gewickelt und auf diesem gehalten.
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Der feste Eisenkern 44 ist mit einer im Wesentlichen säulenförmigen Gestalt beispielsweise aus einem metallischen Material geformt. Der feste Eisenkern 44 ist in das Innere des Spulenkörpers 42 eingesetzt und weist an seinem einen Ende einen Vorsprung 50 auf, der in Eingriff mit dem Gehäuse 20 befestigt ist.
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Der bewegliche Eisenkern 46 ist mit einer im Wesentlichen säulenförmigen Gestalt beispielsweise aus einem magnetischen Material geformt und ist koaxial zu dem festen Eisenkern 44 angeordnet. An seinem einen Ende, das an der dem festen Eisenkern 44 entgegengesetzten Seite liegt (in der Richtung des Pfeils B) ist ein Paar von Eingriffsnuten 52 an einer Außenumfangsfläche des beweglichen Eisenkerns 46 ausgebildet. Die Eingriffsnuten 52 sind so geformt, dass sie mit der gleichen Querschnittsform in Richtungen senkrecht zu der Axialrichtung des beweglichen Eisenkerns 46 durchtreten. Außerdem sind die Eingriffsnuten 52 an symmetrischen Positionen um die Mittelachse des beweglichen Eisenkerns 46 ausgebildet.
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Der Ventilmechanismus 24 umfasst ein Verbindungselement 54, das mit einem Ende des beweglichen Eisenkerns 46 verbunden ist, einen Halter 56, der in der Aufnahmekammer 32 des Ventilkörpers 16 angeordnet ist, einen Ventilstopfen 58, der an einem Ende des Verbindungselements 54 gehalten wird, und eine Membran 60, die zwischen dem Halter 56 und dem Ventilstopfen 58 angeordnet ist. Das Verbindungselement 54 weist ein Paar von Armen 62 auf. Die Arme 62 sind voneinander beabstandet und an einem Ende des Verbindungselements 54 ausgebildet. Der bewegliche Eisenkern 46 und das Verbindungselement 54 werden durch Eingreifen der Arme 62 in die Eingriffsnut 52 des beweglichen Eisenkerns 46 koaxial miteinander verbunden. Außerdem ist eine Einsetzöffnung 64, in welche ein Schaft 74 des Ventilstopfens 58 eingesetzt ist, zentral an einem anderen Ende des Verbindungselements 54 ausgebildet.
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Zwischen dem Verbindungselement 54 und dem Abstandshalter 18 ist außerdem eine Feder 66 angeordnet. Das Verbindungselement 54 und ein Ventilelement 70 werden durch die elastische Kraft der Feder 66 zu der Seite des Ventilkörpers 16 (in der Richtung des Pfeils B) gepresst.
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Der Halter 56 ist an der Außenseite des Verbindungselements 54 vorgesehen, deckt dieses ab und liegt an seinem einen Ende an dem Abstandshalter 18 an. Außerdem ist das Verbindungselement 54 verschiebbar im Inneren des Halters 56 aufgenommen. Ein anderer Endabschnitt des Verbindungselements 54 steht mit den zweiten und dritten Stufenabschnitten 36, 38 des Ventilkörpers 16 in Eingriff, und eine Einsetzöffnung 68, in welche der Ventilstopfen 58 eingesetzt ist, ist im Zentrum des anderen Endabschnitts ausgebildet.
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Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst der Ventilstopfen 58 das zylinderförmige Ventilelement 70, das an einem Ende des Ventilstopfens 58 ausgebildet ist, einen Grundkörperabschnitt 72, dessen Durchmesser relativ zu dem Ventilelement 70 verringert ist, und den Schaft 74, der an dem anderen Ende des Ventilstopfens 58 ausgebildet und mit dem Grundkörperabschnitt 72 verbunden ist. Das Ventilelement 70 des Ventilstopfens 58 ist in der Verbindungskammer 30 des Ventilkörpers 16 aufgenommen, und ein Kolben 76, der als ein Sitzelement dient, ist im Inneren des Ventilelements 70 angebracht. Der Kolben 76 besteht aus einem elastischen Material, wie Gummi oder dergleichen, und ist im Wesentlichen koplanar mit der Endfläche des Ventilelements 70 oder so, dass er etwas von der Endfläche vorsteht, vorgesehen.
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Der Grundkörperabschnitt 72 ist in die Einsetzöffnung 68 des Halters 56 eingesetzt, und eine Ringnut (Nut) 78, die radial nach innen zurückgesetzt ist, ist zwischen dem Grundkörperabschnitt 72 und dem Ventilelement 70 ausgebildet.
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Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, hat die Ringnut 78 einen rechteckigen Querschnitt und wird durch eine innere Umfangsfläche 80, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des Ventilstopfens 58 verläuft, und eine erste Wandfläche 82 und eine zweite Wandfläche 84 gebildet, die sich von den jeweiligen Enden der inneren Umfangsfläche 80 radial nach außen erstrecken. Des Weiteren ist die erste Wandfläche 82 an der Seite des Grundkörperabschnitts 72 (in der Richtung des Pfeils A) ausgebildet, die zweite Wandfläche 84 ist an der Seite des Ventilelements 70 (in der Richtung des Pfeils B) ausgebildet, und die erste Wandfläche 82 und die zweite Wandfläche 84 verlaufen jeweils senkrecht zu der inneren Umfangsfläche 80.
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Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, weist ein Abschnitt des Schaftes 74 angrenzend an den Grundkörperabschnitt 72 einen radial nach innen verringerten Durchmesser auf, so dass der Schaft 74, wenn er in die Einsetzöffnung 64 des Verbindungselements 54 eingesetzt wird, durch Einsetzen mit der Einsetzöffnung 64 verbunden wird. Dementsprechend werden der bewegliche Eisenkern 46 und der Ventilstopfen 58 über das Verbindungselement 54 einstückig miteinander verbunden. Außerdem stehen gegenüberliegende Enden der Feder 66 mit dem Abschnitt des Schaftes 74, der von der Einsetzöffnung 64 vorsteht, beziehungsweise mit einem vorstehenden Abschnitt des Abstandshalters 18 in Eingriff.
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Die Membran 60 ist beispielsweise aus einem elastischen Material, wie Gummi oder dergleichen, scheibenförmig ausgebildet. Die Membran 60 weist in ihrer Mitte ein Loch auf, in welches der Ventilstopfen 58 eingesetzt ist. Ein Innenkantenabschnitt 88 des Loches ist in die Ringnut 78 eingesetzt. Außerdem ist die Membran 60 flexibel und weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Andererseits wird ein Außenkantenabschnitt 90 der Membran 60 durch Installation an dem ersten Stufenabschnitt 34 des Ventilkörpers 16 zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Halter 56 gehalten. Hierdurch blockiert die Membran 60 die Verbindung zwischen der Verbindungskammer 30 und der Aufnahmekammer 32.
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Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, sind an den Innenkantenabschnitten 88 ein erster Vorsprung 92, der von der inneren Umfangsfläche 80 radial nach innen vorsteht, und zweite und dritte Vorsprünge 94, 96, die von einer Endfläche und einer anderen Endfläche des Innenkantenabschnitts 88 senkrecht relativ zu der inneren Umfangsfläche 80 vorstehen, ausgebildet. Die ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96 haben im Wesentlichen die gleiche Form mit im Wesentlichen bogenförmigem Querschnitt und sind so geformt, dass sie um eine festgelegte Höhe von der inneren Umfangsfläche, der einen Endfläche und der anderen Endfläche vorstehen.
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Des Weiteren können Spitzen der ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96 an der inneren Umfangsfläche 80, der ersten Wandfläche 82 und der zweiten Wandfläche 84 der Ringnut 78 anliegen. Da sie ringförmig ausgebildet sind, liegen die ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96 außerdem ringförmig an der Ringnut 78 an.
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Wie in 5A gezeigt ist, ist eine Dickendimension T1 von der Spitze des zweiten Vorsprungs 94 zu der Spitze des dritten Vorsprungs 96 im Wesentlichen gleich oder kleiner als eine Höhendimension zwischen der ersten Wandfläche 82 und der zweiten Wandfläche 84 in der Ringnut 78 (T1 ≤ T2). Im Einzelnen ist der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 so angebracht, dass der Innenkantenabschnitt 88 sich um eine festgelegte Strecke innerhalb der Ringnut 78 in der Dickenrichtung der Membran 60 (Richtung A oder B) bewegen kann, dass der erste Vorsprung 92 immer an der inneren Umfangsfläche 80 der Ringnut 78 anliegt, und dass der zweite Vorsprung 94 oder der dritte Vorsprung 96 an der ersten Wandfläche 82 oder der zweiten Wandfläche 84 der Ringnut 78 anliegt, wobei der erste Vorsprung 92 als ein Drehpunkt oder Stützpunkt dient. Also Folge hiervon kann ein luftdichter Zustand zwischen der Verbindungskammer 30 und der Aufnahmekammer 32 aufrechterhalten werden (vgl. 5A und 5B).
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Anders ausgedrückt dient die Ringnut 78 als ein Haltemittel, welches den Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 so hält, dass er sich um eine festgelegte Strecke in der Verschiebungsrichtung (der Richtung der Pfeile A und B) des Ventilstopfens 58 bewegen kann.
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Das Elektromagnetventil 10, das ein Bespiel eines Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweise und vorteilhafte Wirkungen des Elektromagnetventils 10 beschrieben. 1 zeigt einen AUS-Zustand, der ein nicht erregter Zustand ist, in dem der Spule 40 kein Strom zugeführt wird und in dem der bewegliche Eisenkern 46 durch die elastische Kraft der Feder 66 zu der Seite des Ventilkörpers 16 (in der Richtung des Pfeils B) verschoben ist, der Kolben 76 die Öffnungen des ersten Verbindungsdurchgangs 26 verschließt und die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 12 und dem zweiten Anschluss 14 blockiert ist.
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Wie in 5A gezeigt ist, liegt in diesem Fall an dem Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 der erste Vorsprung 92 an der inneren Umfangsfläche 80 der Ringnut 78 an, und der zweite Vorsprung 94 liegt an der ersten Wandfläche 82 der Ringnut 78 an. Hierdurch wird durch zwei Punkte der ersten und zweiten Vorsprünge 92, 94 ein luftdichter Zustand zwischen der Verbindungskammer 30 und der Aufnahmekammer 32 aufrechterhalten.
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In einem solchen AUS-Zustand wird die Spule 40 durch Aktivieren einer nicht dargestellten Stromquelle und Einschalten der Spule 40 erregt. Durch die Erregung der Spule 40 wird der bewegliche Eisenkern 46 zu der Seite des festen Eisenkerns 44 (in der Richtung des Pfeils A) gezogen, was mit einer Verschiebung des Verbindungselements 54 und des Ventilstopfens 58 integral in einer Richtung (der Richtung des Pfeils A) weg von dem Ventilkörper 16 verbunden ist. Dementsprechend trennt sich der Kolben 76 des Ventilstopfens 58 von der Öffnung des ersten Verbindungsdurchgangs 26 und durch Herstellung einer Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsdurchgang 26 und der Verbindungskammer 30 wird ein EIN-Zustand hergestellt, in welchem das von dem ersten Anschluss 12 zugeführte Druckfluid zu dem zweiten Anschluss 14 fließt.
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Zusammen mit der Verbindung des Ventilstopfens 58 erfährt zu dieser Zeit die Membran 60 eine Biegung um den Außenkantenabschnitt 90, weil sich der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 zu der Seite der Elektromagneteinheit 22 (in der Richtung des Pfeils A) verschiebt. Durch Bewegung des Innenkantenabschnitts 88 im Inneren der Ringnut 78 wird außerdem ein Zustand hergestellt (vgl. 5B), in welchem sich der zweite Vorsprung 94 von der ersten Wandfläche 82 entfernt und der dritte Vorsprung 96 an der zweiten Wandfläche 84 anliegt. Außerdem verbleibt der erste Vorsprung 92 in Anlage gegen die innere Umfangsfläche 80 der Ringnut 78.
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Als Folge hiervon wird in dem EIN-Zustand, in dem der Ventilstopfen 78 von der Öffnung des ersten Verbindungsdurchgangs 26 entfernt ist, eine Leckage des Druckfluides, das der Verbindungskammer 30 zugeführt wird, zu der Seite der Aufnahmekammer 32 (in der Richtung des Pfeils B) verhindert, weil die ersten und dritten Vorsprünge 92, 96 an der Ringnut 78 anliegen. Im Einzelnen wird an dem Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 durch zwei Punkte der ersten und dritten Vorsprünge 92, 96 ein luftdichter Zustand zwischen der Verbindungskammer 30 und der Aufnahmekammer 32 aufrechterhalten.
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In der oben beschriebenen Weise wird gemäß der ersten Ausführungsform durch die Erregung der Elektromagneteinheit 22 der Ventilstopfen 58 in einer axialen Richtung verschoben, und in dem Elektromagnetventil 10, welches einen Durchflusszustand eines Druckfluides schalten kann, ist die Membran 60 zwischen dem Ventilstopfen 58 und dem Ventilkörper 16 angeordnet, und der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 ist in die Ringnut 78 des Ventilstopfens 58 eingesetzt. Indem der Innenkantenabschnitt 88 so vorgesehen wird, dass er sich etwas relativ zu dem Ventilstopfen 58 in der axialen Richtung (der. Richtung der Pfeile A und B) bewegen kann, und durch Bewegung des Innenkantenabschnitts 88 in der Ringnut 78 beim Öffnen und Schließen des Ventilstopfens 58 können Belastungen, die durch die Verschiebung des Ventilstopfens 58 in der Nähe des Innenkantenabschnitts 88 erzeugt werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Innenkantenabschnitt 88 vollständig an dem Ventilstopfen 58 befestigt ist, verringert werden. Als Folge hiervon können Lasten, die auf die Membran 60 aufgebracht werden, verringert werden, und die Haltbarkeit der Membran 60 lässt sicher verbessern.
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Da der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 sich beim Öffnen und Schließen des Ventilstopfens 58 etwas relativ zu dem Ventilstopfen 58 bewegen kann, kann außerdem der Laufwiderstand der Membran 60 bei der Betätigung des Ventilstopfens 58 verringert werden. Da die Membran 60 der Bewegung des Ventilstopfens 58 folgt, wobei sie sanft verschoben wird, wenn der Ventilstopfen 58 betätigt wird, können hierdurch Antriebslasten, die auf den Ventilstopfen 58 ausgeübt werden, verringert werden, und der Stromverbrauch der Elektromagneteinheit 22 lässt sich verringern. Anders ausgedrückt kann der Ventilstopfen 58 im Vergleich zu einem herkömmlichen Elektromagnetventil mit geringerem Stromverbrauch betrieben werden.
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Außerdem stehen die ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96, die an dem Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 vorgesehen sind, in ringförmigen Linienkontakt mit der inneren Umfangsfläche 80, der ersten Wandfläche 82 und der zweiten Wandfläche 84 der Ringnut 78. Hierdurch können die ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96 zuverlässig in Anlage an der inneren Umfangsfläche 80, der ersten Wandfläche 82 und der zweiten Wandfläche 84 gebracht werden, um die Abdichtung zu gewährleisten. Der Gleitwiderstand beim Verschieben des Innenkantenabschnitts 88 im Inneren der Ringnut 78 kann verringert werden und eine sanfte Verschiebung in axialer Richtung wird erleichtert. Da der erste Vorsprung 92 immer in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 80 steht, während einer der zweiten und dritten Vorsprünge 94, 96 wahlweise an der Ringnut 78 anliegt, wenn der Ventilstopfen 58 geöffnet und geschlossen wird, kann außerdem eine Abdichtung zuverlässig erreicht werden, indem immer zwei Punkte von den ersten bis dritten Vorsprüngen 92, 94, 96 anliegen.
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Es wurde außerdem ein Fall beschrieben, bei dem das Elektromagnetventil 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, wie es in 1 gezeigt ist, so konfiguriert ist, dass der Ventilkörper 16 an der rechten Seite und die Elektromagneteinheit 22 horizontal an der linken Seite angeordnet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann das Elektromagnetventil 10 mit an einem unteren Abschnitt angeordnetem Ventilkörper 16 verwendet werden, und die Elektromagneteinheit 22 kann an einem oberen Teil des Ventilkörpers 16 angeordnet sein und sich in einer vertikalen Richtung erstrecken.
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Außerdem sind die Formen der ersten bis dritten Vorsprünge 92, 94, 96, die an dem Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 vorgesehen sind, nicht auf einen Fall beschränkt, bei dem sie, wie oben beschrieben, einen gekrümmten Querschnitt haben. Wie bei einer in den 6A und 6B gezeigten Membran 100 kann der Innenkantenabschnitt 88 beispielsweise mit einem dreieckigen Querschnitt ausgebildet sein, und erste bis dritte Vorsprünge 102, 104, 106 können jeweils an Spitzen des Innenkantenabschnitts 88 ausgebildet sein. Außerdem sind zwischen dem ersten Vorsprung 102 und dem zweiten Vorsprung 104 und zwischen dem ersten Vorsprung 102 und dem dritten Vorsprung 106 jeweils gerade Linien verbunden. Außerdem ist die Beziehung zwischen der Dickendimension von dem zweiten Vorsprung 104 zu dem dritten Vorsprung 106 und der Höhendimension zwischen der ersten Wandfläche 82 und der zweiten Wandfläche 84 in der Ringnut 78 in der gleichen Weise gewählt, wie sie oben mit Bezug auf die Membran 60 des Elektromagnetventils 10 gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform erläutert wurden.
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Außerdem bewegt sich beim Öffnen und Schließen des Ventilstopfens 58 der Innenkantenbereich 88 der Membran 100 im Inneren der Ringnut 78, so dass dann, wenn das Ventil geöffnet ist, ein Zustand hergestellt wrid, in welchem der zweite Vorsprung 104 von der ersten Wandfläche 82 der Ringnut 78 beabstandet ist, der dritte Vorsprung 106 an der zweiten Wandfläche 84 anliegt, und der dritte Vorsprung 102 an der inneren Umfangsfläche 80 der Ringnut 78 anliegt (vgl. 6B). Dementsprechend wird durch die ersten und dritten Vorsprünge 102, 106 eine luftdichte Abdichtung zwischen der Kommunikationskammer 30 und der Aufnahmekammer 32 des Ventilkörpers 16 erreicht.
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Wenn andererseits das Ventil geschlossen ist und der Ventilstopfen 58 an der Seitenfläche der Kommunikationskammer 30 anliegt, wird ein Zustand hergestellt, in dem der dritte Vorsprung 106 von der zweiten Wandfläche 84 der Ringnut 78 getrennt ist, der zweite Vorsprung 104 an der ersten Wandfläche 82 anliegt, und der erste Vorsprung 102 an der inneren Umfangsfläche 80 der Ringnut 78 anliegt (vgl. 6A). Dementsprechend wird durch die ersten und zweiten Vorsprünge 102, 104 eine luftdichte Abdichtung zwischen der Kommunikationskammer 30 und der Aufnahmekammer 32 des Ventilkörpers 16 erreicht.
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Als nächstes ist ein pneumatisch betriebenes Ventil 150 als ein Beispiel eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform in 7 gezeigt. Diejenigen Aufbauelemente, die die gleichen sind wie bei dem Elektromagnetventil 10 gemäß der ersten Ausführungsform, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf die detaillierte Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet.
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Das pneumatisch betriebene Ventil 150 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Elektromagnetventil 10 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass statt der Elektromagneteinheit 22 ein Zylinder 154 mit einem Kolben 152, der durch die Zufuhr von Pilotluft (Arbeitsfluid) verschiebbar ist, als Antriebseinheit vorgesehen ist.
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Wie in 7 gezeigt ist, umfasst der Zylinder 154 des pneumatisch betriebenen Ventils 150 ein Zylinderkörper 156, der mit einem Ende des Ventilkörpers 16 verbunden ist, den Kolben 152, der entlang des Inneren des Zylinderkörpers 156 verschiebbar ist, und eine Kopfabdeckung 158, welche das Ende des Zylinderkörpers 156 verschließt und abdichtet.
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Außerdem wird Pilotluft von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle einen Zufuhranschluss 160 zugeführt, der sich an einer Seitenfläche des Zylinderkörpers 156 öffnet. Die Pilotluft wird einer Zylinderkammer 162 zugeführt, die im Inneren des Zylinderkörpers 156 ausgebildet ist. Der Kolben 152 wird durch die Pilotluft zu der Seite der Kopfabdeckung 158, das heißt in einer Richtung weg von dem Ventilkörper 16 (in der Richtung des Pfeils A) gedrückt und verschoben. Die Zylinderkammer 162 wird durch die Kopfabdeckung 158 verschlossen und abgedichtet.
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Der Kolben 152 ist mit einem Kopfabschnitt 164, der im Inneren der Zylinderkammer 162 vorgesehen ist, und einem Stangenabschnitt 166, der zu der Seite des Ventilkörpers 16 (in der Richtung des Pfeils B) vorsteht und mit dem Zentrum des Kopfabschnitts 164 verbunden ist, ausgestattet. Das Verbindungselement 54 ist mit einem Paar von Eingriffsnuten 52 verbunden, die an dem Ende des Stangenabschnitts 166 ausgebildet ist, wodurch der Ventilstopfen 58 und der Kolben 152 integral miteinander verbunden werden.
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Außerdem ist in einer Ringnut an einer äußeren Umfangsfläche des Kopfabschnitts 164 an dem Kolben 152 eine Kolbendichtung 168 installiert. Eine Stangendichtung 170 ist in einer Ringnut an einer äußeren Umfangsfläche des Stangenabschnitts 166 angebracht. Durch Gleitkontakt dieser Elemente mit der inneren Wandfläche der Zylinderkammer 162 wird Pilot- oder Steuerluft, die der Zylinderkammer 162 zugeführt wird, an einer Leckage nach außen gehindert.
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Als nächstes werden die Betriebsweise und vorteilhafte Wirkungen des pneumatisch betriebenen Ventils 150 kurz erläutert. Ein AUS-Zustand, wie er in 7 gezeigt ist, wird als ein Ursprungszustand beschrieben, in welchem der Ventilstopfen 58 und der Kolben 152 durch die elastische Kraft der Feder 66 zu der Seite des Ventilkörpers 16 (in der Richtung des Pfeils B) verschoben sind, der Kolben 76 die Öffnung des ersten Verbindungsdurchgang 26 verschließt und die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 12 und dem zweiten Anschluss 14 unterbrochen ist.
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In einem solchen AUS-Zustand wird Pilot- oder Steuerluft von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle dem Zufuhranschluss 160 zugeführt. Durch die Pilot- oder Steuerluft, die in die Zylinderkammer 162 eingeführt wird, wird der Kopfabschnitt 164 des Kolben 152 zu der Seite der Kopfabdeckung 158 (in der Richtung des Pfeils A) gedrückt und verschoben. Dies ist verbunden mit einer Verschiebung des Verbindungselements 54 und des Ventilstopfens 58 integral mit dem Kolben 152. Dementsprechend trennt sich der Kolben 76 des Ventilstopfens 58 von der Öffnung des ersten Verbindungsdurchgangs 26, und durch Herstellen einer Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsdurchgang 26 und der Kommunikationskammer 30 wird ein EIN-Zustand hergestellt, in welchem das Druckfluid, das von dem ersten Anschluss 12 zugeführt wird, zu dem zweiten Anschluss 14 fließt.
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Verbunden mit der Verschiebung des Ventilstopfens 58 erfährt zu dieser Zeit die Membran 60 eine Biegung um den Außenkantenabschnitt 90, da der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 zu der Seite des Zylinders 154 (in der Richtung des Pfeils A) verschoben wird. Durch Bewegung des Innenkantenabschnitts 88 im Inneren der Ringnut 78 wird außerdem ein Zustand hergestellt, in dem sich der zweite Vorsprung 94 von der ersten Wandfläche 82 trennt und der dritte Vorsprung 96 an der zweiten Wandfläche 84 anliegt. Außerdem bleibt der erste Vorsprung 92 in Anlage gegen die innere Umfangsfläche 80 der Ringnut 78. Dementsprechend wird in einem EIN-Zustand, in welchem der Ventilstopfen 58 von der Öffnung des ersten Verbindungsdurchgangs 26 getrennt ist, dadurch, dass die ersten und dritten Vorsprünge 92, 96 an der Ringnut 78 anliegen, das Druckfluid, das der Kommunikationskammer 30 zugeführt wird, an einer Leckage zu der Seite der Aufnahmekammer (in der Richtung des Pfeils B) gehindert.
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In der oben beschriebenen Weise wird bei der zweiten Ausführungsform durch die Zufuhr von Pilot- und Steuerluft zu dem Zylinder 154 der Ventilstopfen 58 in einer axialen Richtung verschoben. In dem pneumatisch betriebenen Ventil 150, das einen Durchflusszustand eines Druckfluides schalten kann, ist die Membran 60 zwischen dem Ventilstopfen 58 und dem Ventilkörper 16 angeordnet, und der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 ist in die Ringnut 78 des Ventilstopfens 58 eingesetzt. Indem der Innenkantenabschnitt 88 so vorgesehen wird, dass er sich relativ zu dem Ventilstopfen 58 etwas in der axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) bewegen kann, und durch Verschiebung des Innenkantenabschnitts 88 innerhalb der Ringnut 78 beim Öffnen und Schließen des Ventilstopfens 58 können Belastungen, die bei einer Verschiebung des Ventilstopfens 58 in der Nähe des Innenkantenabschnitts 88 generiert werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Innenkantenabschnitt 88 insgesamt an dem Ventilstopfen 58 befestigt ist, verringert werden. Als Folge hiervon, können Lasten, die auf die Membran 60 aufgebracht werden, verringert werden, und die Haltbarkeit der Membran 60 lässt sich verbessern.
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Da der Innenkantenabschnitt 88 der Membran 60 etwas relativ zu dem Ventilstopfen 58 bewegt werden kann, wenn der Ventilstopfen 58 geöffnet und geschlossen wird, kann außerdem bei der Betätigung des Ventilstopfens 58 der Laufwiderstand (das heißt der Widerstand gegenüber einer Bewegung) der Membran 60 verringert werden. Da die Membran 60 der Bewegung des Ventilstopfens 58 folgt, wobei sie eine sanfte Verschiebung erfährt, wenn der Ventilstopfen 58 betätigt wird, kann hierdurch die Antriebslast, die auf den Ventilstopfen 58 aufgebracht wird, verringert werden, und der Arbeitsdruck der Pilot- oder Steuerluft, die dem Zylinder 154 zugeführt wird, kann reduziert werden. Anders ausgedrückt, kann der Ventilstopfen 58 im Vergleich zu einem herkömmlichen luftbetriebenen Ventil mit einem geringeren Arbeitsdruck angetrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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