DE112014003997T5

DE112014003997T5 - Fluidsteuerventil

Info

Publication number: DE112014003997T5
Application number: DE112014003997.7T
Authority: DE
Inventors: Kenji Shishido
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: JP6327421B2; TWI603002B; US20160208825A1; BR112016004469A2; KR102151463B1; CN105518310A; WO2015029866A1; JPWO2015029866A1; KR20160048776A; TW201533327A; US10030677B2; DE112014003997B4; CN105518310B; RU2641197C2; RU2016112129A; BR112016004469B1

Abstract

In einem Ventilgehäuse (2), das einen ersten Strömungsweg (10) und einen zweiten Strömungsweg (11) aufweist, die parallel zu einem ersten Anschluss (5) und einem zweiten Anschluss (6) angeschlossen sind, sind ein Nadelventilkörper (22), der eine Drosselöffnung (21) in dem ersten Strömungsweg (10) öffnet und schließt, ein Rückschlagventil (13), welches den zweiten Strömungsweg (11) öffnet und schließt, und ein Kolben (28), der durch die Interaktion des Druckes des Fluides, das in eine Druckkammer eingeführt wird, und der Federkraft einer Druckfeder (3) eine Öffnungs-/Schließsteuerung des Nadelventilkörpers (22) durchführt, vorgesehen. Der Nadelventilkörper (22) ist an der Spitze einer Stange (23) ausgebildet, die mit dem Kolben (28) gekoppelt ist. Innerhalb des Kolbens (23) und des Nadelventilkörpers (22) ist eine Verbindungsöffnung (40) ausgebildet, welche die Drosselöffnung (21) mit der Druckkammer (38) verbindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidsteuerventil, welches die Strömungsrate, Druck usw. eines Druckfluides steuert, das von einem Stellglied, beispielsweise einem hydropneumatischen Zylinder, zugeführt oder abgeführt wird.
Stand der Technik
Fluidsteuerventile, welche die Strömungsrate, Druck usw. eines Druckfluides steuern, das von einem Stellglied, beispielsweise einem hydropneumatischen Zylinder, zugeführt oder abgeführt wird, wenn das Stellglied angetrieben wird, sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und beispielsweise in den Dokumenten PTL 1, PTL 2 usw. beschrieben.
Diese Art von Fluidsteuerventil ist so aufgebaut, dass sie verschiedene Funktionen entsprechend ihrem Einsatzzweck als ein Fluidsteuerventil haben, das eine Zufuhrmengensteuerung, bei welcher die Strömungsrate während der Zufuhr von Gas beschränkt und die Strömungsrate bei der Abfuhr von Gas nicht eingeschränkt ist, als ein Fluidsteuerventil, das eine Auslassmengensteuerung durchführt, bei welcher die Strömungsrate bei der Zufuhr von Gas nicht beschränkt und die Strömungsrate bei der Abfuhr von Gas eingeschränkt ist, ein Fluidsteuerventil, das einen Schnellablass bei der Abfuhr von Gas durchführt, um eine Verzögerung bei der Aktivierung usw. zu verhindern, wobei üblicherweise ein Nadelventil, welches die Strömungsrate oder den Druck des Druckfluides durch Verkleinern des Strömungsweges einschränkt, ein Strömungsratenregelventil, welches einen Strömungsweg durch Zusammenwirken zwischen dem Fluiddruck und einer Federkraft öffnet und schließt, ein Rückschlagventil, welches das Druckfluid lediglich in einer Richtung durchtreten lässt, usw. kombiniert werden.
Bei den oben beschriebenen bekannten Fluidsteuerventilen sind aber das Nadelventil, das Durchflussratenregelventil, das Rückschlagventil usw. einzeln innerhalb des Ventilgehäuses aufgenommen, so dass der Aufbau häufig kompliziert und die Gesamtgröße hoch ist. Dies führt zu Problemen dahingehend, dass die Einstellung oder die Handhabung aufwendig ist und dass die Verwendung schwierig ist. Es wird daher angestrebt, ein Fluidsteuerventil zu schaffen, dessen Größe weiter reduziert und dessen Handhabung vereinfacht wird.
Druckschriften
Patentliteratur

PTL 1: japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-320503
PTL 2: japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-322128

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fluidsteuerventil vorzuschlagen, das ein rationelles Design hat, das einen einfachen Aufbau hat und dessen Größe weiter verringert ist, indem ein Nadelventil, ein Durchflussratenregelventil, ein Rückschlagventil usw. in rationeller Kombination und Anordnung in einem Ventilgehäuse aufgenommen werden.
Lösung des Problems
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe umfasst das Fluidsteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Ventilgehäuses, welches einen ersten Anschluss, durch welchen ein Druckfluid zugeführt wird, und einen zweiten Anschluss, durch welchen das Druckfluid abgeführt wird, aufweist, einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg, die parallel mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden sind, eine Nadelventileinheit, welche den ersten Strömungsweg öffnet und schließt, eine Rückschlagventileinheit, welche den zweiten Strömungsweg öffnet und schließt, und eine Öffnungs-/Schließsteuereinheit, die eine Öffnungs-/Schließsteuerung der Nadelventileinheit durchführt.
Die Nadelventileinheit, die Öffnungs-/Schließsteuereinheit und die Rückschlagventileinheit sind koaxial entlang einer Achse angeordnet. Die Nadelventileinheit umfasst eine Drosselöffnung, die einen Teil des ersten Strömungsweges bildet, und einen Nadelventilkörper, welcher die Drosselöffnung öffnet und schließt. Der Nadelventilkörper ist an einem distalen Ende einer Stange ausgebildet, die sich linear entlang der Achse erstreckt, und ist zusammen mit der Stange frei entlang einer Richtung der Achse verschiebbar. Die Rückschlagventileinheit ist so konfiguriert, dass sie die Strömung des Fluides von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss stoppt und die Strömung des Fluides von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss gestattet. Die Öffnungs-/Schließsteuereinheit umfasst einen Kolben, der an der Stange vorgesehen ist, eine Druckkammer, die an einer Seite des Kolbens ausgebildet ist, und eine Kompressions- oder Druckfeder zum Einstellen eines Betriebsdruckes des Kolbens, die an einer anderen Seite des Kolbens vorgesehen ist. Eine Verbindungsöffnung, welche die Drosselöffnung mit der Druckkammer verbindet, ist innerhalb der Stange und des Nadelventilkörpers ausgebildet. Ein Ende der Verbindungsöffnung hat eine Öffnung in einem distalen Ende des Nadelventilkörpers. Ein anderes Ende der Verbindungsöffnung steht mit der Druckkammer in Verbindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Nadelventilkörper so konfiguriert, dass der Nadelventilkörper dann, wenn der Fluiddruck in dem zweiten Anschluss niedriger ist als ein eingestellter Druckwert, der durch die Druckfeder vorgegeben wird, an einer Ursprungsposition steht, an welcher die Drosselöffnung nur eingeschränkt geöffnet ist, und so, dass dann, wenn der Fluiddruck in dem zweiten Anschluss höher wird, als der eingestellte Druck, der durch die Druckfeder vorgegeben wird, der Nadelventilkörper zusammen mit dem Kolben und der Stange verschoben wird, um die Drosselöffnung vollständig zu öffnen oder vollständig zu schließen.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Ventilgehäuse eine Trennwand ausgebildet, welche die Nadelventileinheit von der Öffnung-/Schließeinheit trennt, wobei sich die Stange luftdicht und frei gleitend durch die Trennwand erstreckt und wobei hierbei ein Dichtelement dazwischen vorgesehen ist, wobei der Nadelventilkörper integral mit einem Abschnitt der Stange ausgebildet ist, der an einer distalen Endseite des Dichtelementes vorgesehen ist, und wobei der Kolben an einem Abschnitt der Stange vorgesehen ist, der an einer hinteren Endseite des Dichtelementes liegt.
In diesem Fall ist vorzugsweise ein Durchmesser eines Gleitabschnitts der Stange, der luftdicht abgedichtet in der Trennwand gleitet, größer als ein Durchmesser des Nadelventilkörpers.
Vorzugsweise umfasst das Fluidsteuerventil einen Öffnungsgradeinstellmechanismus zum Einstellen eines anfänglichen Öffnungsgrades der Nadelventileinheit.
Gemäß einer besonderen Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird der Öffnungsgradeinstellmechanismus durch Verbinden der Stange mit dem Kolben über eine Gewindekupplung gebildet, so dass sie in den Richtungen der Achse relativ zueinander verschiebbar sind, und der Nadelventilkörper wird verschoben, um den anfänglichen Öffnungsgrad der Stange einzustellen, indem die Position der Stange relativ zu dem Kolben eingestellt wird.
Gemäß einer anderen konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Öffnungsgradeinstellmechanismus einen Handgriff zum drehenden Betätigen der Stange und einen Nockenmechanismus, welcher die Stange durch die Rotation der Stange in den Richtungen der Achse verschiebt. Vorzugsweise umfasst der Nockenmechanismus eine spiralförmige Nockenfläche, die an dem Ventilgehäuse so ausgebildet ist, dass sie die Stange umgibt, und ein Bewegungselement, das an der Stange ausgebildet ist und die Nockenfläche berührt. Der Nockenmechanismus ist so konfiguriert, dass dann, wenn sich das Bewegungselement durch drehende Betätigung der Stange über den Handgriff entlang der Nockenfläche bewegt, die Stange und der Nadelventilkörper in den Richtungen der Achse verschoben werden, um den anfänglichen Öffnungsgrad einzustellen.
Gemäß einer noch weiteren konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Öffnungsgradeinstellmechanismus eine Einstellstange, die mit der Stange verbunden ist, und ein Einstellelement, welches die Einstellstange vorwärts und rückwärts bewegt, wobei das Einstellelement mit dem Ventilgehäuse so verschraubt ist, dass es frei vorwärts und rückwärts bewegbar ist, und wobei der Öffnungsgradeinstellmechanismus so konfiguriert ist, dass sich der Nadelventilkörper vorwärts und rückwärts bewegt, um den anfänglichen Öffnungsgrad einzustellen, wenn die Stange durch Betätigen des Einstellelements über die Einstellstange vorwärts und rückwärts bewegt wird.
Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Öffnungs-/Schließsteuereinheit so konfiguriert, dass der Kolben durch die Druckfeder in einer solchen Richtung vorgespannt wird, dass das Nadelventil geschlossen wird, und so, dass der Kolben durch den in die Druckkammer eingeführten Fluiddruck in einer solchen Richtung unter Druck gesetzt wird, dass der Nadelventilkörper geöffnet wird, oder die Öffnungs-/Schließsteuereinheit ist so konfiguriert, dass der Kolben durch die Druckfeder in einer solchen Richtung vorgespannt wird, dass der Nadelventilkörper geöffnet wird, und so, dass der Kolben durch den in die Druckkammer eingeführten Fluiddruck in einer solchen Richtung unter Druck gesetzt wird, dass der Nadelventilkörper geschlossen wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Funktion des Nadelventils und die Funktion des Strömungsratensteuerventils bei dem bekannten Fluidsteuerventil in einem zusammengebauten Zustand koaxial innerhalb des Ventilgehäuses integriert sind, kann ein Fluidsteuerventil erreicht werden, das im Vergleich zu dem bekannten Fluidsteuerventil einen einfachen Aufbau, eine geringere Größe und ein rationelles Design hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Anfangszustand.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Ausschnitts aus 1.
3 ist eine Draufsicht auf 1.
4 ist ein Schnitt, der einen vollständig offenen Zustand des Fluidsteuerventils gemäß 1 zeigt.
5 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerschaltung zeigt, welche einen hydropneumatischen Zylinder mit Hilfe des Fluidsteuerventils gemäß 1 steuert.
6 ist ein Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Anfangszustand.
7 ist ein Schnitt durch das Fluidsteuerventil gemäß 6 in einem vollständig geschlossenen Zustand.
8 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerschaltung zeigt, welche einen hydropneumatischen Zylinder mit Hilfe des Fluidsteuerventils gemäß 6 steuert.
9 ist ein Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Fall gezeigt ist, in dem ein anfänglicher Öffnungsgrad einer Nadelventileinheit auf einen minimalen Öffnungsgrad eingestellt ist.
10 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, die durch Schneiden eines Gehäuses eine spiralförmige Nockenfläche zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Nadelventilkörpers.
12 ist ein Schnitt in dem Fall, in welchem der anfängliche Öffnungsgrad der Nadelventileinheit des Fluidsteuerventils gemäß 6 auf einen maximalen Öffnungsgrad eingestellt wurde.
Beschreibung von Ausführungsformen
Die 1 bis 4 sind Diagramme, welche eine erste Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Das Fluidsteuerventil 1A ist ein Fluidsteuerventil mit einem Zufuhrsteuerungsmodus, welches die Strömungsrate eines Druckfluides (beispielsweise Druckluft), welches einem hydropneumatischen Stellglied, beispielsweise einem hydropneumatischen Zylinder, zugeführt wird, steuert.
Das Fluidsteuerventil 1A hat ein Ventilgehäuse 2 mit einem ersten Anschluss, durch welchen das Druckfluid zugeführt wird, und einem zweiten Anschluss, durch welchen das Druckfluid ausgegeben wird. Das Ventilgehäuse 2 besteht aus einem hohlen zylindrischen Grundkörper 3, welcher den zweiten Anschluss 6 an einer Seite eines ersten Endes 3a der zentralen Öffnung aufweist, d. h. an seinem Ende in einer Richtung der Achse L, und einem Anschlussblock 4, der an seinem distalen Ende den ersten Anschluss 5 aufweist. Ein Einsetz- oder Anschlussabschnitt 3c des Grundkörperblocks 3 ist in einen Rohrabschnitt 4a eingesetzt, der an einem hinteren Endabschnitt des Anschlussblocks 4 ausgebildet ist, so dass der Anschlussabschnitt 3c um die Achse L schwenkbar ist. O-Ringe 7 sind zwischen einer inneren Umfangsfläche an einem oberen Endabschnitt und einer inneren Umfangsfläche an einem unteren Endabschnitt des Rohrabschnitts 4a und einer äußeren Umfangsfläche eines oberen Endabschnitts und einer äußeren Umfangsfläche eines unteren Endabschnitts des Einsetzabschnitts 3c angeordnet.
Ein einfacher Rohrverbinder 8 ist an dem ersten Anschluss 5 angebracht. Wenn bei dem Rohrverbinder 8 ein Ende einer Leitung, die mit dem hydropneumatischen Zylinder oder dergleichen verbunden ist, in den Rohrverbinder 8 eingesetzt wird, beißt eine Mehrzahl von Verriegelungselementen 8a in einen Außenumfang der Leitung ein und verriegelt dadurch die Leitung, so dass die Leitung nicht herausrutschen kann. Wenn eine Lösehülse 8b in den Rohrverbinder 8 hineingedrückt wird, erweitert ein distales Ende der Lösehülse 8b die Verriegelungselemente 8a nach außen und trennt die Verriegelungselemente 8a von der Leitung, so dass die Leitung herausgezogen werden kann.
Innerhalb des Hauptblockes 3 sind ein erster Strömungsdurchgang 10 und ein zweiter Strömungsdurchgang 11, die parallel mit dem ersten Anschluss 4 und dem zweiten Anschluss 6 verbunden sind, eine Nadelventileinheit 12, welche den ersten Strömungsweg 10 öffnet und schließt, eine Rückschlagventileinheit 18, welche den zweiten Strömungsweg 11 öffnet und schließt, und eine Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14, die eine Öffnungs-/Schließsteuerung der Nadelventileinheit 12 durchführt, vorgesehen. Die Nadelventileinheit 12, die Rückschlagventileinheit 13, die Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14 und der zweite Anschluss 6 sind entlang der einzigen Achse L koaxial angeordnet.
Um den ersten Strömungsweg 10 und den zweiten Strömungsweg 11 zu bilden, ist ein erstes gestuftes hohles zylindrisches Element 15, dessen Durchmesser sich in mehreren Stufen ändert, in die Seite des ersten Endes 3a des Hauptblockes 3 eingesetzt, wobei eine Seite mit kleinem Durchmesser des gestuften hohlen zylindrischen Elements 15 in Richtung einer Innenseite des Hauptblockes 3 liegt. Der zweite Anschluss 6 ist in einem außen liegenden Endabschnitt (in der Zeichnung einem unteren Endabschnitt) des hohlen zylindrischen Elements 15 ausgebildet. Innerhalb des hohlen zylindrischen Elements 15 ist der erste Strömungsweg 10 ausgebildet, wobei sein eines Ende zu dem zweiten Anschluss 6 führt. Der zweite Strömungsweg 11 ist zwischen einem Außenumfang des hohlen zylindrischen Elements 15 und einem inneren Umfang des Hauptblockes 3 ausgebildet. Ein Ende des zweiten Strömungsweges 11 und des zweiten Anschlusses 6 stehen über mehrere Verbindungslöcher 16, die in einer Seitenfläche des hohlen zylindrischen Elements 15 ausgebildet sind, miteinander in Verbindung.
Außerdem kommen der erste Strömungsweg 10 und der zweite Strömungsweg 11 zusammen und bilden in einer Ventilkammer 17, in welcher ein innen liegender Endabschnitt (in der Zeichnung ein oberer Endabschnitt) des hohlen zylindrischen Elements 15 positioniert ist, einen gemeinsamen Strömungsweg und kommunizieren dann durch eine erste Strömungswegöffnung 18, die in einer Seitenfläche des Hauptblockes 3 ausgebildet ist, einen ringförmigen Strömungsweg 19, der zwischen einem inneren Umfang des Rohrabschnitts 4a und einem äußeren Umfangs des Einsetzabschnitts 3c ausgebildet ist, und eine zweite Strömungswegöffnung 20, die in dem Anschlussblock 4 ausgebildet ist, mit dem ersten Anschluss 5. Somit ist der gemeinsame Strömungsweg ein Teil des ersten Strömungsweges 10 und auch ein Teil des zweiten Strömungsweges 11.
Innerhalb des Abschnitts 15a mit kleinem Durchmesser, welcher den kleinsten Durchmesser an der innen liegenden Endseite des hohlen zylindrischen Elements 15 aufweist, ist eine Drosselöffnung 21 ausgebildet, die einen Teil der Nadelventileinheit 12 bildet. Die Drosselöffnung 21 bildet einen Teil des ersten Strömungsweges 10. Innerhalb dieser Drosselöffnung 21 ist ein sich verjüngender konischer Ventilkopfabschnitt 22a, der ein distales Ende des Nadelventilkörpers 22 bildet, von der Seite der Ventilkammer 17 in die Drosselöffnung 21 eingesetzt. Der Nadelventilkörper 22 und die Drosselöffnung 21 bilden die Nadelventileinheit 12.
Der Nadelventilkörper 22 ist an einem distalen Ende einer zylindrischen Stange 23 ausgebildet. Ein hinterer Endabschnitt der Stange 23 erstreckt sich linear entlang der Achse L zu der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14. Der Nadelventilkörper 22 und die Stange 23 sind aus einem Metallmaterial, das eine Stangenform hat, einstückig ausgebildet.
Das innen liegende Ende (das obere Ende in der Zeichnung) des Abschnitts 15a mit kleinem Durchmesser des hohlen zylindrischen Elements 15 ist zunächst zu einer radial außen liegenden Seite des Abschnitts 15 mit kleinem Durchmesser gebogen und dann zu der radial innen liegenden Seite des Abschnitts 15a mit kleinem Durchmesser zurückgebogen, so dass sein inneres Durchmesserende 15b einem konischen Abschnitt 22b des Nadelventilkörpers 22 zugewandt ist, der mit einem oberen Ende des Ventilkopfabschnitts 22a verbunden ist.
Die Rückschlagventileinheit 13 wird durch eine Lippendichtung mit einem V-förmigen Querschnitt gebildet und ist an einer solchen Position angeordnet, dass sie einen äußeren Umfang des Abschnitts 15a mit kleinem Durchmesser des hohlen zylindrischen Elements 15 umgibt, wobei ihre eine Lippe 13a in einer solchen Richtung gerichtet ist, dass die Strömung des Fluides von dem ersten Anschluss 5 zu dem zweiten Anschluss 6 gestoppt wird und die Strömung des Fluides von dem zweiten Anschluss 6 zu dem ersten Anschluss 4 gestattet wird.
In dem Hauptblock 3 ist einen Trennwand 25 ausgebildet, welche die Nadelventileinheit 12 von der Öffnung-/Schließsteuereinheit 14 trennt. Innerhalb einer Gleitöffnung 26, die in der Trennwand 25 ausgebildet ist, erstreckt sich die Stange 23 in luftdicht abgedichteter und frei gleitender Weise, wobei ein Dichtelement 27 an einem äußeren Umfang der Stange 23 angebracht ist. Außerdem ist in der Stange 23 der Nadelventilkörper 22 an einem Abschnitt ausgebildet, der an der Seite der Nadelventileinheit 12, d.h. an der Seite des distalen Endes des Dichtelements 27, angeordnet ist. Ein Kolben 28 ist an einem Abschnitt angebracht, der an der Seite des hinteren Endes des Dichtelements 27 angeordnet ist, d.h. an der Seite der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14.
Das Dichtelement 27 ist eine Lippendichtung und in einer solchen Richtung angeordnet, dass sie die Strömung des Druckfluids von der Ventilkammer 17 zu der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14 stoppt und die Strömung des Druckfluides von der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14 zu der Ventilkammer 17 gestattet.
Der Durchmesser eines Abschnitts (Gleitabschnitt) 23a der Stange 23, welcher luftdicht abgedichtet innerhalb der Gleitöffnung 26 gleitet, ist größer als der Durchmesser des Nadelventilkörpers 22, d.h. der Durchmesser eines zylindrischen Abschnitts 22d, welcher über einen konischen Abschnitt 22c mit dem Gleitabschnitt 23a verbunden ist, und der Durchmesser des Ventilkopfabschnitts 22a, welcher über den konischen Abschnitt 22b mit dem zylindrischen Abschnitt 22d verbunden ist. Durch diese Durchmesserdifferenz zwischen dem Gleitabschnitt 23a und dem Nadelventilkörper 22 wirkt auf den Nadelventilkörper 22 eine in der Zeichnung nach oben gerichtete Kraft, d.h. eine Kraft in einer Ventilöffnungsrichtung, wenn Fluiddruck auf dem Nadelventilkörper 22 wirkt.
Der Kolben 28 ist frei gleitend innerhalb einer Kolbenkammer 29 aufgenommen, die in einem Seitenabschnitt an der Seite des zweiten Endes 3b des Hauptblockes 3 ausgebildet ist, wobei ein Dichtelement 30 an einem Außenumfang des Kolbens 28 angebracht ist. Der Kolben 28 ist durch eine Schraubverbindung mit der Stange 23 verbunden. Somit werden der Kolben 28 und die Stange 23 miteinander verschraubt, indem ein Außengewindeabschnitt 23b, der an einem Abschnitt der Stange 23 ausgebildet ist, in eine Gewindeöffnung 31a, die in einem Abschnitt einer zentralen Öffnung 31 des Kolbens 28 ausgebildet ist, eingeschraubt wird. Durch Einstellen der Position der Stange 23 in den Richtungen der Achse L relativ zu dem Kolben 28 durch Drehen der Stange 23 kann das Ausmaß des Eintretens des Ventilkopfabschnitts 22a des Nadelventilkörpers 22 in die Drosselöffnung 21, d.h. ein anfänglicher Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21, der durch den Nadelventilkörper 22 definiert wird, nach Wunsch eingestellt werden. Somit kann die oben beschriebene Konfiguration, bei welcher der Kolben 28 und die Stange 23 miteinander verschraubt sind, als ein Öffnungsgradeinstellmechanismus 32 zum Einstellen des anfänglichen Öffnungsgrades der Drosselöffnung 21 bezeichnet werden.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 23c eine Betätigungsnut zur Verriegelung eines distalen Endes eines Schraubendrehers, wenn die Stange 23 gedreht werden soll, und das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Dichtelement, welches eine Lücke zwischen dem äußeren Umfang der Stange 23 und einem inneren Umfang des Kolbens 28 abdichtet.
Eine Endkappe 34 ist an einem Endabschnitt auf der Seite des zweiten Endes 3b der Kolbenkammer 29 befestigt. Wie es sich auch aus 3 entnehmen lässt, ist in der Endkappe 34 eine nicht kreisförmige Führungsöffnung 35 ausgebildet, die an Abschnitten ihres inneren Umfangs ein Paar von parallelen flachen Abschnitten 35a aufweist. Ein nicht kreisförmiger Führungsabschnitt 36, der an einem oberen Endabschnitt des Kolbens 28 ausgebildet ist, so dass er im Wesentlichen die gleiche Außenform hat wie die Führungsöffnung 35, ist in die Führungsöffnung 35 eingesetzt. Innerhalb des Führungsabschnitts 36 ist ein oberer Endabschnitt der Stange 23 zu einem Außenraum außerhalb der Endkappe 34 exponiert. Der Führungsabschnitt 36 und die Führungsöffnung 35 haben den Zweck, eine Rotation des Kolbens 28 zu verhindern, wenn die Stange 23 drehend betätigt wird, und bilden einen Rotationsverhinderungsmechanismus für den Kolben 28.
In der Kolbenkammer 29 ist eine Druckkammer 38 für die Zufuhr des Druckfluides zwischen einer ersten Fläche (untere Fläche) 28a des Kolbens 28 und der Trennwand 25 ausgebildet, und eine Druckfeder 39 ist zwischen einer zweiten Fläche (obere Fläche) 28b des Kolbens 28 und der Endkappe 34 angeordnet.
Um das Druckfluid in die Druckkammer 38 einzuführen, ist eine Verbindungsöffnung 40, welche den ersten Strömungsweg 10 (den zweiten Anschluss 6) mit der Druckkammer 38 verbindet, innerhalb der Stange 23 und des Nadelventilkörpers 22 ausgebildet. Ein erstes Ende 40a der Verbindungsöffnung 40 hat eine Öffnung in dem distalen Ende des Nadelventilkörpers 22, und ein zweites Ende 40b an der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsöffnung 40 hat eine Öffnung an einer Position in einer Seitenfläche der Stange 23, die von dem Dichtelement 27 der Seite der Druckkammer 38 zugewandt ist. Die Verbindungsöffnung 40 kommuniziert mit der Druckkammer 38 durch einen Spalt 41 zwischen dem äußeren Umfang der Stange 23 und einem inneren Umfang der Gleitöffnung 26.
Die Öffnungs-/Schließsteuerung des Nadelventilkörpers 22 wird durchgeführt, indem die Stange 23 durch die Interaktion zwischen der Betätigungskraft durch das Druckfluid, das in der Zeichnung nach oben (Ventilöffnungsrichtung) auf den Nadelventilkörper 22 wirkt, der Betätigungskraft durch das Druckfluid, das in der Zeichnung innerhalb der Druckkammer 38 nach oben auf den Kolben 28 wirkt, und der Federkraft der Kompressions- oder Druckfeder 39, die in der Zeichnung nach unten (Ventilschließrichtung) auf den Kolben 28 wirkt, in den Richtungen der Achse L vorwärts und rückwärts bewegt wird.
Bei dem Fluidsteuerventil 1A mit dem oben beschriebenen Aufbau wird der Kolben 28 während einer normalen Zeit, während der kein Fluiddruck auf den Nadelventilkörper 22 oder den Kolben 28 wirkt, durch die Federkraft der Druckfeder 39 zu der Position eines absteigenden Endes nach unten gedrückt (vgl. 1) und berührt einen Stoppabschnitt 38a der Druckkammer 38. Dies stellt einen Zustand her, in welchem die Stange 23 und der Nadelventilkörper 22 eine anfängliche oder Ursprungsposition einnehmen und die Drosselöffnung 21 durch den Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 eingeschränkt geöffnet ist. Der Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21 zu diesem Zeitpunkt ist ein anfänglicher Öffnungsgrad.
Wenn dem ersten Anschluss 5 ausgehend von diesem Zustand das Druckfluid zugeführt wird, fließt das Druckfluid von der eingeschränkt geöffneten Drosselöffnung 21 durch den ersten Strömungsweg 10 in einem Zustand mit reduziertem Druck oder eingeschränkter Strömungsrate zu dem zweiten Anschluss 6. Zu dieser Zeit wirkt der Fluiddruck aufgrund der Zufuhr zu der Druckkammer 38 durch die Verbindungsöffnung 40 auf den Nadelventilkörper 22 in der Zeichnung nach oben und wirkt gleichzeitig auf den Kolben 28 nach unten. Da dieser Druck gering ist, sorgt aber die Federkraft der Druckfeder 39 dafür, dass die Stange 23 und der Nadelventilkörper 22 in der Ursprungsposition bleiben.
Wenn der Fluiddruck in dem zweiten Anschluss 6 ansteigt, wird dieser Fluiddruck durch die Verbindungsöffnung 40 in die Druckkammer 38 eingebracht und wirkt in der Aufwärtsrichtung auf den Kolben 28. Wenn diese Betätigungskraft die Federkraft der Druckfeder 39 übersteigt, d.h. wenn die Betätigungskraft den eingestellten Druck, der durch die Druckfeder 39 vorgegeben wird, übersteigt, werden der Kolben 28 und die Stange 23 angehoben, so dass der Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 vollständig aus der Drosselöffnung 21 austritt und die Nadelventileinheit 12 vollständig geöffnet wird (vgl. 4).
Somit kann die Konfiguration der Nadelventileinheit 12 und der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14 als eine Konfiguration bezeichnet werden, bei der die Funktion des Nadelventils und die Funktion des Strömungsratensteuerventils des bekannten Fluidsteuerventils 1A zusammengefasst sind. Da die Funktion des Nadelventils und die Funktion des Strömungsratensteuerventils des bekannten Fluidsteuerventils zusammengefasst sind und die zusammengefasste Konfiguration koaxial innerhalb des Ventilgehäuses integriert ist, wird die Gestaltung des Fluidsteuerventils 1A im Vergleich zu dem bekannten Fluidsteuerventil vereinfacht. Daher wird es möglich, ein Fluidsteuerventil 1A zu erhalten, das eine geringe Größe und ein rationelles Design aufweist.
Das Fluidsteuerventil 1A wird beispielsweise dazu verwendet, einen hydropneumatischen Zylinder 70 zu steuern, wie bei der in 5 gezeigten Fluidschaltung. In diesem Beispiel ist der erste Anschluss 5 der Fluidsteuereinheit 1A mit einem elektromagnetischen Fünfwegeventil 71 verbunden, und der zweite Anschluss 6 ist mit einem kopfseitigen Anschluss 72a des hydropneumatischen Zylinders 70 verbunden. Zwischen dem elektromagnetischen Ventil 71 und dem stangenseitigen Anschluss 72b des hydropneumatischen Zylinders 70 ist außerdem ein Geschwindigkeitssteuerventil 73 angeschlossen, das durch ein Rückschlagventil 73a und ein Drosselventil 73b gebildet wird.
Bei der oben beschriebenen Fluidschaltung wird in dem in 5 gezeigten Zustand dem ersten Anschluss 5 des Fluidsteuerventils 1A kein Druckfluid (beispielsweise Druckluft) zugeführt. Daher nimmt der Nadelventilkörper 22 des Fluidsteuerventils 1A die Ursprungsposition ein und es wird ein Zustand hergestellt, in welchem die Drosselöffnung 21 in eingeschränkter Weise geöffnet ist, wie es in 1 und 2 gezeigt ist.
Wenn ausgehend von diesem Zustand das elektromagnetische Ventil 71 so geschaltet wird, dass dem ersten Anschluss 5 des Fluidsteuerventils 1A das Druckfluid zugeführt wird, fließt das Druckfluid mit eingeschränkter Strömungsrate von der Drosselöffnung 21 durch den ersten Strömungsweg 10 zu dem zweiten Anschluss 6 und fließt dann von dem zweiten Anschluss 6 in die kopfseitige Zylinderkammer 70a des hydropneumatischen Zylinders 70, wodurch ein Zylinderkolben 74 langsam durch eine Zufuhrsteuerung bewegt wird. Zu dieser Zeit fließt das Druckfluid auch durch die Verbindungsöffnung 40 in die Druckkammer 38. Da der Druck in der Kopfzylinderkammer 70a während der Bewegung des Zylinderkolbens 74 niedrig ist, bleibt aber der Nadelventilkörper 22 durch die Federkraft der Druckfeder 39 an seiner Ursprungsposition, d.h. an einer angehobenen drosselnden Position.
Andererseits wird das Druckfluid, welches die Rückschlagventileinheit 13 in dem zweiten Strömungsweg 11 von dem ersten Anschluss 5 erreicht, durch die Rückschlagventileinheit 13 blockiert.
Wenn der Zylinderkolben 74 ein Hubende erreicht, steigt der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a an. Wenn dieser Druck den durch die Druckfeder 39 vorgegebenen eingestellten Druck übersteigt, wird der Nadelventilkörper 22 durch eine resultierende Kraft der hydropneumatischen Kraft, die auf den Nadelventilkörper 22 wirkt, und der hydropneumatischen Kraft, die auf den Kolben 28 wirkt, nach oben gedrückt, wie es in 4 gezeigt ist, so dass die Drosselöffnung 21 vollständig geöffnet wird. Daher wird das Druckfluid schnell der kopfseitigen Zylinderkammer 70a zugeführt.
Wenn als Nächstes das elektromagnetische Ventil 71 in den in 5 gezeigten Zustand umgeschaltet wird, wird das Druckfluid in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a sowohl von dem Rückschlagventil 13 als auch der Drosselöffnung 21 der Nadelventileinheit 12, die vollständig geöffnet ist, durch den ersten Anschluss 5 und das elektromagnetische Ventil 71 in einem anfänglichen Gasablasszustand, in welchem der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a hoch ist, schnell abgelassen. Wenn dann der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a gering wird, kehrt der Nadelventilkörper 22 durch die Federkraft der Druckfeder 39 zu der anfänglichen Position zurück, so dass die Drosselöffnung 21 wieder in einen eingeschränkt geöffneten Zustand überführt wird. Das Druckfluid in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a drückt aber die Rückschlagventileinheit 13 auf und wird durch den zweiten Strömungsweg 11 in einem frei fließenden Zustand abgeführt.
In den 1 und 2 kann durch Drehen der Stange 23 über den Öffnungsgradeinstellmechanismus 32 zur Verschiebung der Position der Stange 23 relativ zu dem Kolben 28 in den Zeichnungen nach unten, so dass der konische Abschnitt 22b des Nadelventilkörpers 22 in Kontakt mit dem inneren Durchmesserende 15b des hohlen zylindrischen Elements 15 tritt, das Fluidsteuerventil 1A in ein normalerweise geschlossenes Fluidsteuerventil geändert werden, bei dem der Nadelventilkörper 22 während einer normalen Zeit in einer Schließposition ist. In diesem Fall wird die Federkraft der Druckfeder 39 so eingestellt, dass der Nadelventilkörper 22 dann, wenn das Druckfluid, das dem ersten Anschluss 5 zugeführt wird, auf den Nadelventilkörper 22 wirkt, die Druckfeder 39 zusammendrückt und etwas ansteigt, so dass die Drosselöffnung 21 in eingeschränkter Weise geöffnet wird.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Fluidsteuerventil 1B gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Fluidsteuerventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration der Nadelventileinheit 12 und der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14, welche die Öffnungs-/Schließsteuerung der Nadelventileinheit 12 durchführt. Im Übrigen ist der Aufbau im Wesentlichen gleich. In der nachfolgenden Beschreibung wird daher im Wesentlichen der Aufbau der Nadelventileinheit 12 und der Öffnungs-/Schließsteuereinheit beschrieben. In der Beschreibung werden die gleichen Komponenten wie bei dem Fluidsteuerventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform verwendet wurden.
Bei dem Fluidsteuerventil 1B gemäß der zweiten Ausführungsform öffnet die Nadelventileinheit 12 eine Drosselöffnung 21 während einer normalen Zeit in eingeschränkter Weise, indem ein Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 etwas in die Drosselöffnung 21 eintritt. Der Öffnungsgrad (anfänglicher Öffnungsgrad) des Nadelventilkörpers 22 zu dieser Zeit wird durch einen Öffnungsgradeinstellmechanismus 32 festgelegt, der aus einer Einstellstange 51 und einem Einstellelement 50, das auch als eine Endkappe dient, besteht. Dieser Öffnungsgradeinstellmechanismus 32 wird später beschrieben.
An dem Nadelventilkörper 22 ist ein ringförmig abgestufter Abschnitt 22e, der auf einer Durchmesserdifferenz zwischen einer Stange 23 und dem Ventilkopfabschnitt 22a basiert, zwischen der Stange 23 und dem Ventilkopfabschnitt 22a so ausgebildet, dass er senkrecht zu einer Achse L steht. An einem oberen Endabschnitt eines Abschnitts 15a mit kleinem Durchmesser eines hohlen zylindrischen Elements 15 ist in einer Richtung senkrecht zu der Achse L ein ringförmiger Flanschabschnitt 15c ausgebildet, der dem abgestuften Abschnitt 22e zugewandt ist.
Außerdem sind bei der Öffnungs-/Schließsteuereinheit 14 die Stange 23 und ein Kolben 28 einstückig ausgebildet, eine Kompressions- oder Druckfeder 39 ist zwischen einer ersten Fläche 28a, die eine untere Fläche des Kolbens 28 ist, und einer Trennwand 25 angeordnet, und eine Druckkammer 38 für die Zufuhr eines Druckfluides ist zwischen einer zweiten Fläche 28b, die eine obere Fläche des Kolbens 28 ist, und dem Einstellelement 50 ausgebildet. Daher spannt die Druckfeder 39 den Kolben 28 in einer solchen Richtung vor, dass der Nadelventilkörper 22 die Drosselöffnung 21 öffnet, und das der Druckkammer 38 zugeführte Druckfluid setzt den Kolben 28 in einer solchen Richtung unter Druck, dass der Nadelventilkörper 22 die Drosselöffnung 21 verschließt.
Eine Verbindungsöffnung 40, welche die Druckkammer 38 und einen ersten Strömungsweg 10 verbindet, erstreckt sich durch einen zentralen Abschnitt der Stange 23. Ein erstes Ende 40a der Verbindungsöffnung 40 hat eine Öffnung in einem distalen Ende des Nadelventilkörpers 22. Ein gegenüberliegendes zweites Ende 40b der Verbindungsöffnung 40, die sich über eine Verbindungsöffnung 40 in die Einstellstange 51 erstreckt, die mit einem Endabschnitt der Stange 23 (oder des Kolbens 28) verschraubt ist, hat eine Öffnung in einer Seitenfläche der Einstellstange 51, die sich zu der Druckkammer 38 öffnet.
Das Einstellelement 50, das einen Teil des Öffnungsgradeinstellmechanismus' 32 bildet, übernimmt die Funktion der Endkappe, welche die Druckkammer 38 durch luftdichtes Abdecken eines offenen zweiten Endes 3b des Hauptblockes 3 definiert, und eine Funktion des Drückens auf die Einstellstange 51, um den anfänglichen Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21, der durch den Nadelventilkörper 22 definiert wird, einzustellen. Das Einstellelement 50 ist mit dem Hauptblock 3 so verschraubt, dass es in den Richtungen der Achse L frei vorwärts und rückwärts bewegbar ist, indem ein Innengewindeabschnitt 53, der an einer inneren Umfangsfläche der Endkappe 34 ausgebildet ist, auf einen Außengewindeabschnitt 52, der an einem Außenumfang eines Endabschnitts des Hauptblocks 3 ausgebildet ist, aufgeschraubt wird. Ein Endabschnitt der Einstellstange 51 steht in Kontakt mit einer inneren Fläche einer Dachwand 50a des Einstellelements 50.
Wenn dann das Einstellelement 50 durch Drehen des Einstellelements 50 zu einer Seite des zweiten Anschlusses 6 vorwärts bewegt wird, werden der Kolben 28 und die Stange 23 über die Einstellstange 51 in der Zeichnung nach unten gedrückt und bewegt, so dass der Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 tief in die Drosselöffnung 21 eintritt und den Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21 verringert. Wenn das Einstellelement 50 zurück bewegt wird, werden der Kolben 28 und die Stange 23 in der Zeichnung nach oben verschoben, so dass der durch den Nadelventilkörper 22 definierte Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21 zunimmt.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 54 ein Dichtelement, welches einen Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Hauptblocks 3 und der inneren Umfangsfläche des Einstellelements 50 luftdicht abdichtet, und das Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Stopper, welcher die Position eines Vorwärtsbewegungsendes des Einstellelements 50 festlegt. Wenn das Einstellelement 50 zu einer Position vorwärts bewegt wird, an welcher der Stopper 55 mit einem innerhalb des Hauptblockes 3 vorgesehenen Verriegelungsabschnitt 3d verriegelt, wird der Öffnungsgrad des Nadelventilkörpers 22 minimal oder es wird vollständig geschlossen.
Bei dem Fluidsteuerventil 1B bewirkt die Federkraft der Druckfeder 39 während der normalen Zeit, während der kein Fluiddruck auf den Nadelventilkörper 22 oder den Kolben 28 wirkt, ein Ansteigen des Nadelventilkörpers 22, so dass der Ventilkopfabschnitt 22a etwas in die Drosselöffnung 21 eingesetzt wird und die Drosselöffnung 21 eingeschränkt geöffnet ist (vgl. 6).
Wenn dann, wie in 7 gezeigt, der Fluiddruck von der Verbindungsöffnung 40 in die Druckkammer 38 eingeführt wird, so dass die hydropneumatische Kraft, die auf den Kolben 28 wirkt, die Federkraft der Druckfeder 39 übersteigt, wird der Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 vollständig in die Drosselöffnung 21 eingesetzt, so dass der gestufte Abschnitt 22e in Kontakt mit dem Flanschabschnitt 15c an dem oberen Ende des hohlen zylindrischen Elements 15 tritt und dadurch die Drosselöffnung 21 verschließt.
Das Fluidsteuerventil 1B gemäß der zweiten Ausführungsform wird beispielsweise so wie in der in 8 gezeigten Fluidschaltung eingesetzt, bei welcher Fluidsteuerventile 1B sowohl zwischen einer kopfseitigen Zylinderkammer 70a als auch einer stangenseitigen Zylinderkammer 70b eines hydropneumatischen Zylinders 70 und einem elektromagnetischen Fünfwegeventil 71 angeschlossen sind.
Wenn das elektromagnetische Ventil 71 von einem in 8 gezeigten Zustand umgeschaltet wird, so dass der erste Anschluss 5 eines ersten Fluidsteuerventils 1B-1, das mit der kopfseitigen Zylinderkammer 70a verbunden ist, mit dem Druckfluid versorgt wird, fließt das Druckfluid mit eingeschränkter Strömungsrate von der eingeschränkt offenen Drosselöffnung 21 durch den ersten Strömungsweg 10 in den zweiten Anschluss 6 und fließt von dem zweiten Anschluss 6 durch einen kopfseitigen Anschluss 72a des hydropneumatischen Zylinders 70 in die kopfseitige Zylinderkammer 70a. Hierdurch wird der Zylinderkolben 74 langsam durch eine Zufuhrsteuerung verschoben. Zu dieser Zeit fließt das Druckfluid auch durch die Verbindungsöffnung 40 in die Druckkammer 38. Da der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a während der Bewegung des Zylinderkolbens 74 niedrig ist, bleibt aber der Nadelventilkörper 22 aufgrund der Federkraft der Druckfeder 39 in seinem eingeschränkt angehobenen Zustand.
Andererseits wird das Druckfluid, welches die Rückschlagventileinheit 13 in dem zweiten Strömungsweg 11 von dem ersten Anschluss 5 erreicht, durch die Rückschlagventileinheit 13 blockiert.
Bei dem zweiten Fluidsteuerventil 1B-2, das mit der stangenseitigen Zylinderkammer 70b verbunden ist, wird außerdem das von der stangenseitigen Zylinderkammer 70b abgeführte Gas von dem stangenseitigen Anschluss 72b und dem zweiten Anschluss 6 durch die Rückschlagventileinheit 13 des zweiten Strömungsweges 11 und in einem frei strömenden Zustand von dem zweiten Anschluss 5 durch das Elektromagnetventil 71 abgeführt.
Wenn der Zylinderkolben 74 das Hubende erreicht, steigt der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a an. Wenn dann dieser Druck den Druckwert übersteigt, der durch die Druckfeder 39 in dem ersten Fluidsteuerventil 1B-1 vorgegeben wird, wird der Kolben 28 durch den Effekt des in die Druckkammer 38 eingeführten Druckfluides nach unten gedrückt. Daher wird auch der Nadelventilkörper 22 nach unten gedrückt, so dass der Ventilkopfabschnitt 22a vollständig in die Drosselöffnung 21 eingesetzt wird und gleichzeitig der abgestufte Abschnitt 22e den Flanschabschnitt 15c berührt, wie es in 7 gezeigt ist. Daher wird die Drosselöffnung 21 vollständig geschlossen und der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a wird aufrechterhalten.
Andererseits nimmt bei dem zweiten Fluidsteuerventil 1B-2 der Nadelventilkörper 22 eine normale Position ein, d.h. einen eingeschränkt offenen Zustand.
Wenn als Nächstes das Elektromagnetventil 71 in einen in 8 gezeigten Zustand umgeschaltet wird, drückt das Druckfluid in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a die Rückschlagventileinheit 13 in dem zweiten Strömungsweg 11 des ersten Fluidsteuerventils 1B-1 auf und wird daher in einem frei fließenden Zustand abgeführt, so dass der Druck in der kopfseitigen Zylinderkammer 70a sinkt und der Nadelventilkörper 22 die Drosselöffnung 21 öffnet. Anschließend wird das Druckfluid aus der kopfseitigen Zylinderkammer 70a durch die geöffnete Drosselöffnung 21 und die Rückschlagventileinheit 13 abgeführt.
Andererseits führt das zweite Fluidsteuerventil 1B-2 Operationen durch, die im Wesentlichen die gleichen sind wie die Operationen, die das erste Fluidsteuerventil 1B-1 durchführt, um den Kolben 28 vorwärts zu bewegen.
Die 9 bis 12 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Hauptunterschiede zwischen einem Fluidsteuerventil 1C gemäß der dritten Ausführungsform und dem Fluidsteuerventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform liegen in der Gestaltung des Ventilgehäuses 2 und der Gestaltung des Öffnungsgradeinstellmechanismus' 32, welcher den anfänglichen Öffnungsgrad der Nadelventileinheit 12 einstellt. Nachfolgend wird das Fluidsteuerventil 1C gemäß dieser dritten Ausführungsform beschrieben. In der Beschreibung werden von den Komponenten des Fluidsteuerventils 1C diejenigen Komponenten, die eine andere Form aber die gleiche Funktion haben wie die des Fluidsteuerventils 1A der ersten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie sie bei dem Fluidsteuerventil 1A verwendet wurden. Komponenten, die im Wesentlichen die gleiche Form und Funktion haben wie bei dem Fluidsteuerventil 1A werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie sie für das Fluidsteuerventil 1A verwendet wurden, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet.
Wie in 9 gezeigt ist, umfasst ein Ventilgehäuse 2 des Fluidsteuerventils 1C einen Anschlussblock 4 mit einem ersten Anschluss 5 und einen Hauptblock 3 mit einem zweiten Anschluss 6. Bei diesem Fluidsteuerventil 1C übernimmt der Anschlussblock 4 die meisten derjenigen Funktionen, die der Hauptblock 3 und das hohle zylindrische Element 15 bei dem Fluidsteuerventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform haben. Dies ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Innerhalb eines Rohrabschnitts 4a des Anschlussblocks 4 (nachfolgend der Einfachheit halber als ein "äußerer Rohrabschnitt 4a" bezeichnet) ist ein hohler zylindrischer Innenrohrabschnitt 4b, der sich entlang der Achse L erstreckt, integral mit dem äußeren Rohrabschnitt 4a an einem oberen Endabschnitt des äußeren Rohrabschnitts 4a verbunden und somit konzentrisch mit dem äußeren Rohrabschnitt 4a ausgebildet. Zwischen einem Außenumfang des inneren Rohrabschnitts 4b und einem inneren Umfang des äußeren Rohrabschnitts 4a ist ein ringförmiger Strömungsweg 19 ausgebildet, der zu dem ersten Anschluss 5 führt. Ein oberer Endabschnitt 4c des inneren Rohrabschnitts 4b steht nach oben über das obere Ende des äußeren Rohrabschnitts 4a hinaus vor, und ein unterer Endabschnitt des inneren Rohrabschnitts 4b steht nach unten über ein unteres Ende des äußeren Rohrabschnitts 4a vor. Der Hauptblock 3 ist mit einem Außenumfang eines unteren Endabschnitts des äußeren Rohrabschnitts 4a verbunden, wobei ein Dichtelement 57 dazwischen so angeordnet ist, dass es einen Abschnitt des unteren Endabschnitts des inneren Rohrabschnitts 4b, der über den äußeren Rohrabschnitt 4a vorsteht, umgibt.
Ein Abschnitt 4d mit kleinem Durchmesser ist einstückig mit dem unteren Endabschnitt des inneren Rohrabschnitts 4b ausgebildet. Innerhalb des Abschnitts 4d mit kleinem Durchmesser sind ein erster Strömungsweg 10 und eine Drosselöffnung 21 ausgebildet. An einem Außenumfang des Abschnitts 4d mit kleinem Durchmesser sind ein zweiter Strömungsweg 11 und eine Rückschlagventileinheit 13 vorgesehen. Der erste Strömungsweg 10, der sich von der Drosselöffnung 21 erstreckt, steht über die Ventilkammer 17 und eine Strömungswegöffnung 59, die in einer Seitenfläche des inneren Rohrabschnitts 4b ausgebildet ist, mit dem ringförmigen Strömungsweg 19 in Verbindung. Der zweite Strömungsweg 11 steht mit dem ringförmigen Strömungsweg 19 durch einen ringförmigen Verbindungsdurchgang 60, der zwischen einem Außenumfang des unteren Endabschnitts des inneren Rohrabschnitts 4b und einem inneren Umfang des Hauptblocks 3 ausgebildet ist, in Verbindung.
Innerhalb des inneren Rohrabschnitts 4b sind außerdem die Ventilkammer 17 und eine Kolbenkammer 29 ausgebildet, wobei eine Trennwand 25 dazwischen vorgesehen ist. Eine rohrförmige Führung 58 aus Messing ist luftdicht und in fixierter Weise in die Trennwand 25 eingesetzt. Eine Stange 23 wird frei gleitend von der Führung 58 gehalten, wobei ein Dichtelement 27 dazwischen angeordnet ist. Ein Nadelventilkörper 22 ist einstückig mit einem distalen Ende (unteres Ende) der Stange 23 ausgebildet. Ein konischer Ventilkopfabschnitt 22a des Nadelventilkörpers 22 ist in die Drosselöffnung 21 eingesetzt. Einstückig mit einem Abschnitt der Stange 23, der in der Kolbenkammer 29 positioniert ist, ist ein Kolben 28 ausgebildet.
Da die mit der Trennwand 25 integrierte Führung 58 die Funktion der Unterteilung der Ventilkammer 17 und der Kolbenkammer 29 übernimmt, kann gesagt werden, dass die Führung 58 einen Teil der Trennwand 25 bildet.
Eine rohrförmige Endabdeckung 61 aus Messing ist an dem oberen Endabschnitt 4c des inneren Rohrabschnitts 4b angebracht. Ein oberer Endabschnitt 23d der Stange 23 erstreckt sich durch einen Deckelabschnitt 61a der Endabdeckung 61 und steht über die Endabdeckung 61 vor. Eine Kompressions- oder Druckfeder 39 ist zwischen einer unteren Oberfläche des Deckelabschnitts 61a der Endabdeckung 61 und einer oberen Fläche des Kolbens 28 angeordnet.
Der Öffnungsgradeinstellmechanismus 32 umfasst einen Handgriff 62 zum drehenden Betätigen der Stange 23 und einen Nockenmechanismus 63, der die Stange 23 in den Richtungen der Achse L verschiebt, wenn sich die Stange 23 dreht.
Der Handgriff 62 ist ein hohles zylindrischen kappenförmiges Element und ist an dem oberen Endabschnitt 4c des inneren Rohrabschnitts 4b so angebracht, dass er frei gedreht werden kann, wobei er den oberen Endabschnitt 4c, die Endabdeckung 61 und den oberen Endabschnitt 23d der Stange 23 abdeckt. Der obere Endabschnitt 4c der Stange 23 ist in eine Verriegelungsöffnung 62a, die in dem Handgriff 62 ausgebildet ist, eingesetzt. Die Verriegelungsöffnung 62a ist eine nicht kreisförmige Öffnung, die ein Paar von flachen Abschnitten an einander zugewandten Positionen an der Öffnungswand aufweist. Der obere Endabschnitt 23d der Stange 23 hat ebenfalls ein Paar von flachen Abschnitten an gegenüberliegenden Positionen an dem äußeren Umfang. Diese flachen Abschnitte berühren einander gegenseitig und verriegeln miteinander, so dass der Handgriff 62 und die Stange 23 in Rotationsrichtung fixiert sind.
Der Nockenmechanismus 63 umfasst ein Bewegungselement 63b, das an der Stange 23 ausgebildet ist, und eine spiralförmige Nockenfläche 63a, die an einer Position oberhalb der Trennwand 25 innerhalb des inneren Rohrabschnitts 4b des Anschlussblockes 4 so ausgebildet ist, dass sie die Stange 23 umgibt.
Die Nockenfläche 63a ist, wie sich aus 10 ergibt, in einer solchen Richtung geneigt, dass die Höhe der Nockenfläche 63a im Uhrzeigersinn allmählich geringer wird, d.h. in einer Richtung zu der Drosselöffnung 21. Ein Stopper 63c, den das Bewegungselement 63b berührt, ist an einem Übergangsbereich zwischen dem untersten Abschnitt und dem höchsten Abschnitt der Nockenfläche 63a ausgebildet.
Wie sich aus 11 ergibt, erstreckt sich andererseits das Bewegungselement 63b von einer unteren Fläche des Kolbens 28, die mit der Stange 23 integriert ist, in den Richtungen der Achse L entlang einer Seitenfläche 23, und eine untere Endfläche 63d des Bewegungselements 63b steht in Kontakt mit der Nockenfläche 63a.
Wenn dann die Stange 23 mit Hilfe des Handgriffs 62 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn drehend betätigt wird, wird das Bewegungselement 63b entlang der schrägen Nockenfläche 63a verschoben, so dass die Stange 23 in den Richtungen der Achse L vorwärts und rückwärts bewegt wird. Daher ändert sich das Maß des Eintritts des Ventilkopfabschnitts 22a des Nadelventilkörpers 22 in die Drosselöffnung 21. Dadurch wird der anfängliche Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21 eingestellt.
9 zeigt einen Zustand, in welchem das Bewegungselement 63b in Kontakt mit einem untersten Abschnitt der Nockenfläche 63a steht, so dass die Stange 23, d.h. der Nadelventilkörper 22, eine Position einnimmt, in der sie am Weitesten vorwärts bewegt ist. Dies führt zu einem Zustand, in welchem der anfängliche Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21, der durch den Nadelventilkörper 22 definiert wird, ein minimaler Öffnungsgrad ist. Wenn die Stange 23 ausgehend von diesem Zustand mit Hilfe des Handgriffs 62 etwa eine Umdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, bewegt sich das Bewegungselement 63b entgegen dem Uhrzeigersinn entlang der Nockenfläche 63a, so dass die Stange 23, d.h. der Nadelventilkörper 22, während der Drehung in den Richtungen der Achse L rückwärts bewegt wird. Wenn sich das Bewegungselement 63b zu dem höchsten Abschnitt der Nockenfläche 63a bewegt und den Stopper 63c berührt, nimmt der Nadelventilkörper 22 eine in 12 gezeigte Position der maximalen Entfernung an, und der anfängliche Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21, der durch den Nadelventilkörper 22 definiert wird, wird der maximale Öffnungsgrad.
Der Handgriff 62 kann an jeder beliebigen Drehposition verriegelt werden. Entsprechend dem Drehwinkel des Handgriffs 62 kann der anfängliche Öffnungsgrad der Drosselöffnung 21 auf jeden gewünschten Grad zwischen dem minimalen Öffnungsgrad und dem maximalen Öffnungsgrad eingestellt werden.
Die Gestaltung und Betriebsweise des Fluidsteuerventils 1C gemäß der dritten Ausführungsform bis auf das was oben beschrieben wurde, sind im Wesentlichen die gleichen wie bei dem Fluidsteuerventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird auf deren Beschreibung hier verzichtet.
Bezugszeichenliste

1A, 1B, 1C: Fluidsteuerventil
2: Ventilgehäuse
5: erster Anschluss
6: zweiter Anschluss
10: erster Strömungsweg
11: zweiter Strömungsweg
13: Rückschlagventileinheit
14: Öffnungs-/Schließsteuereinheit
21: Drosselöffnung
22: Nadelventilkörper
23: Stange
25: Trennwand
27: Dichtelement
28: Kolben
32: Öffnungsgradeinstellmechanismus
38: Druckkammer
39: Kompressions- oder Druckfeder
40: Verbindungsöffnung
50: Einstellelement
51: Einstellstange
62: Handgriff
63: Nockenmechanismus
63a: Nockenfläche
63b: Bewegungselement
L: Achse

Claims

Ein Fluidsteuerventil mit: einem ersten Strömungsweg und einem zweiten Strömungsweg, die parallel mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden sind, einer Nadelventileinheit, welche den ersten Strömungsweg öffnet und schließt, einer Rückschlagventileinheit, welche den zweiten Strömungsweg öffnet und schließt, und einer Öffnungs-/Schließsteuereinheit, welche eine Öffnungs-/Schließsteuerung der Nadelventileinheit durchführt, die jeweils in einem Ventilgehäuse vorgesehen sind, welches einen ersten Anschluss, durch den ein Druckfluid zugeführt wird, und einen zweiten Anschluss, durch welchen das Druckfluid ausgegeben wird, aufweist, wobei die Nadelventileinheit, die Öffnungs-/Schließsteuereinheit und die Rückschlagventileinheit koaxial entlang einer Achse angeordnet sind, wobei die Nadelventileinheit eine Drosselöffnung aufweist, die einen Teil des ersten Strömungsweges bildet, und einen Nadelventilkörper, welcher die Drosselöffnung öffnet und schließt, und wobei der Nadelventilkörper an einem distalen Ende einer Stange, die sich linear entlang der Achse erstreckt, ausgebildet ist und zusammen mit der Stange frei entlang der Richtung der Achse verschiebbar ist, wobei die Rückschlagventileinheit so konfiguriert ist, dass sie ein Strömen des Fluides von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss stoppt und das Strömen des Fluides von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss gestattet, wobei die Öffnungs-/Schließsteuereinheit einen an der Stange vorgesehenen Kolben aufweist, eine Druckkammer, die an einer Seite des Kolbens ausgebildet ist, und eine Kompressions- oder Druckfeder zum Einstellen eines Betriebsdruckes des Kolbens, die an einer anderen Seite des Kolbens vorgesehen ist, und wobei eine Verbindungsöffnung, welche die Drosselöffnung und die Druckkammer verbindet, innerhalb der Stange und des Nadelventilkörpers ausgebildet ist, wobei ein Ende der Verbindungsöffnung eine Öffnung in einem distalen Ende des Nadelventilkörpers aufweist und ein anderes Ende der Verbindungsöffnung mit der Druckkammer in Verbindung steht.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, wobei der Nadelventilkörper an einer Ursprungsposition, an welcher die Drosselöffnung eingeschränkt geöffnet ist, bleibt, wenn der Fluiddruck in dem zweiten Anschluss geringer ist als ein eingestellter Druck, der durch die Druckfeder vorgegeben wird, und wobei der Nadelventilkörper zusammen mit dem Kolben und der Stange so verschoben wird, dass er die Drosselöffnung vollständig öffnet oder vollständig schließt, wenn der Fluiddruck in dem zweiten Anschluss größer wird als der eingestellte Druck, der durch die Druckfeder vorgegeben wird.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, wobei in dem Ventilgehäuse eine Trennwand ausgebildet ist, welche die Nadelventileinheit und die Öffnungs-/Schließsteuereinheit voneinander trennt, wobei sich die Stange luftdicht und frei gleitend durch die Trennwand erstreckt und ein Dichtelement dazwischen vorgesehen ist, wobei der Nadelventilkörper integral mit einem Abschnitt der Stange, der an einer distalen Endseite des Dichtelementes liegt, ausgebildet ist, und wobei der Kolben an einem Abschnitt der Stange vorgesehen ist, der an einer hinteren Endseite des Dichtelementes liegt.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 3, wobei ein Durchmesser eines Gleitabschnitts der Stange, der luftdicht innerhalb der Trennwand gleitet, größer ist als ein Durchmesser des Nadelventilkörpers.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, außerdem umfassend einen Öffnungsgradeinstellmechanismus zum Einstellen eines anfänglichen Öffnungsgrades der Drosselöffnung, der durch den Nadelventilkörper definiert wird.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 5, wobei der Öffnungsgradeinstellmechanismus dadurch gebildet wird, dass die Stange und der Kolben durch Verschrauben so miteinander verbunden werden, dass sie in den Richtungen der Achse relativ zueinander verschiebbar sind und dass der Nadelventilkörper verschoben wird, um den anfänglichen Öffnungsgrad durch ein Einstellen der Position der Stange relativ zu dem Kolben einzustellen.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 5, wobei der Öffnungsgradeinstellmechanismus einen Handgriff zum drehenden Betätigen der Stange und einen Nockenmechanismus, welcher die Stange durch die Rotation der Stange in den Richtungen der Achse verschiebt, aufweist.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 7, wobei der Nockenmechanismus eine spiralförmige Nockenfläche aufweist, die an dem Ventilgehäuse so ausgebildet ist, so dass sie die Stange umgibt, und ein Bewegungselement, das an der Stange ausgebildet ist und die Nockenfläche berührt, und wobei der Nockenmechanismus so ausgestaltet ist, dass die Stange und der Nadelventilkörper in den Richtungen der Achse verschoben werden, um den anfänglichen Öffnungsgrad einzustellen, wenn das Bewegungselement durch drehendes Betätigen der Stange über den Handgriff entlang der Nockenfläche bewegt wird.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 5, wobei der Öffnungsgradeinstellmechanismus eine Einstellstange aufweist, die mit der Stange verbunden ist, und ein Einstellelement, welches die Einstellstange vorwärts und rückwärts bewegt, wobei das Einstellelement mit dem Ventilgehäuse so verschraubt ist, dass es frei vorwärts und rückwärts bewegbar ist, und wobei der Öffnungsgradeinstellmechanismus so konfiguriert ist, dass der Nadelventilkörper zum Einstellen des anfänglichen Öffnungsgrades vorwärts und rückwärts bewegt wird, wenn die Stange durch Betätigen des Einstellelements über die Einstellstange vorwärts und rückwärts bewegt wird.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, wobei die Öffnungs-/Schließsteuereinheit so konfiguriert ist, dass der Kolben durch die Druckfeder in einer solchen Richtung vorgespannt wird, dass der Nadelventilkörper geschlossen wird und dass der Kolben durch den in die Druckkammer eingeführten Fluiddruck in einer solchen Richtung unter Druck gesetzt wird, dass der Nadelventilkörper geöffnet wird.
Das Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, wobei die Öffnungs-/Schließsteuereinheit so konfiguriert ist, dass der Kolben durch die Druckfeder in einer solchen Richtung vorgespannt wird, dass der Nadelventilkörper geöffnet wird, und dass der Kolben durch den in die Druckkammer eingebrachten Fluiddruck in einer solchen Richtung unter Druck gesetzt wird, dass der Nadelventilkörper geschlossen wird.