DE60225607T2

DE60225607T2 - Durchflussregelvorrichtung

Info

Publication number: DE60225607T2
Application number: DE2002625607
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Yawara-mura Fukano; Tadashi Yawara-mura Uchino; Takamitsu Yawara-mura Suzuki
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2002-11-23
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2022-11-24
Also published as: CN1232892C; US6889706B2; TW571182B; EP1318341A3; DE60212309T2; TW200300878A; EP1318341A2; DE60225607D1; EP1672264B1; EP1318341B1; DE60212309D1; CN1431571A; US20030102032A1; KR100508674B1; EP1672264A1; KR20030045660A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussratensteuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beschreibung des Standes der Technik:
Eine Durchflussratensteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in dem Dokument JP 03022186 U gezeigt.
Das Dokument US 1,877,567 beschreibt einen Warm- und Kaltwassermischer für Duschen, wobei in einem Grundkörperabschnitt eine Mehrzahl von beabstandeten Unterteilungen oder Ablenkblechen vorgesehen ist. Die Unterteilungen wechseln ab und erstrecken sich jeweils über etwa die Hälfte einer Kammer, die in dem Grundkörperabschnitt ausgebildet ist, wobei eine Unterteilung an einer Seite der Vorrichtung und die andere Unterteilung an der gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist. Zwischen den Unterteilungen sind Ablenkelemente vorgesehen, die einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sind. Die Ablenkelemente sind so angeordnet, dass sie sich etwa im rechten Winkel zu den Unterteilungen nach innen erstrecken und so dass sie sich nicht vollständig über die Kammer erstrecken. Wenn das Wasser durch die Kammer hindurchtritt, bewirken die Unterteilungen, dass das Wasser in einer Wellenbewegung oder sinusförmigen Bewegung fließt, und die Ablenkelemente bewirken, dass das Wasser in einer turbulenten Bewegung fließt, wodurch das heiße und kalte Wasser über eine kurze Strömungslänge vollständig gemischt werden.
10 zeigt ein anderes herkömmliches Durchflussratensteuersystem zur Steuerung der Strömungsrate eines durch einen Fluiddurchgang fließenden Fluides.
Das Durchflussratensteuersystem 1 umfasst eine Pumpe 3, die ein Druckfluid, das in einem Tank 2 gespeichert ist, pumpt und fördert, ein Öffnungs-/Schließventil 5, das an der stromabwärtsseitigen Seite der Pumpe 3 über einen Rohrdurchgang 4 angeschlossen ist und einen Fluiddurchgang für das von der Pumpe 3 zugeführte Druckfluid öffnet/schließt, und ein Durchflussratensteuerventil 7, das an der stromabwärtsseitigen Seite des Öffnungs-/Schließventils 5 über einen Rohrdurchgang 6 angeschlossen ist und dass die Strömungsrate des durch den Fluiddurchgang fließenden Druckfluides steuert.
Ein Durchflussratensensor 8, der die Strömungsrate des Druckfluides, das durch den Fluiddurchgang fließt, erfasst, ist an der stromabwärtsseitigen Seite des Durchflussratensteuerventils 7 vorgesehen. Die Durchflussrate des Druckfluides, das durch den Fluiddurchgang fließt, wird an einem Indikator 9 auf der Basis eines Detektionssignals, das von dem Durchflussratensensor 8 zugeführt wird, angezeigt.
Ein elektropneumatischer Regler 11 ist über einen Rohrdurchgang 12 an das Durchflussratensteuerventil 7 angeschlossen, um den Druck der von einer Druckluftzufuhrquelle zugeführten Luft zu regeln, um einen festgelegten Pilot- oder Steuerdruck für eine Pilotkammer des Durchflussratensteuerventils 7 zu liefern. Der elektropneumatische Regler 11 steuert die von der Druckluftzufuhrquelle 10 zugeführte Luft auf der Basis eines Steuersignals von einer Steuerung 13 auf einen festgelegten Druck, so dass der Druck als ein Pilotdruck zur Verfügung gestellt wird.
Die Betriebsweise des oben beschriebenen herkömmlichen Durchflussratensteuersystems 1 wird schematisch erläutert. Das Druckfluid ist in dem Tank 2 gespeichert und wird durch die Pumpe 3 gefördert. Das Druckfluid wird in das Durchflussratensteuerventil 7 eingeführt, wenn das Öffnungs-/Schließventil 5 geöffnet wird. Der Pilotdruck wird durch den elektropneumatischen Regler 11 so geregelt, dass er einen festgelegten Druck hat, und in die Pilotkammer des Durchflussratensteuerventils 7 eingeführt. Der Ventilöffnungsgrad eines nicht dargestellten Ventilstopfens wird in dem Durchflussratensteuerventil 7 gesteuert, indem der in die Pilotkammer eingeführte Pilotdruck und der Druck (Primärdruck) des von dem Öffnungs-/Schließventil 5 zugeführten Druckfluides ausgeglichen werden.
Daher wird der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens in dem Durchflussratensteuerventil 7 durch Ausgleichen des Pilotdruckes, der auf der Basis des Steuersignals von der Steuerung 13 gesteuert wird, und des Primärdruckes des von dem Öffnungs-/Schließventil 5 zugeführten Druckfluides eingestellt. Das Druckfluid wird zur Verfügung gestellt, nachdem es so gesteuert wurde, dass es die Durchflussrate entsprechend dem Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens aufweist.
Die Durchflussrate des von dem Durchflussratensteuerventil 7 kommenden Druckfluides wird durch den Durchflussratensensor 8 erfasst, und die erfasste Durchflussrate wird an dem Indikator 9 angezeigt.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Durchflussratensteuersystem 1 wird aber der Ventilöffnungsgrad des Durchflussratensteuerventils 7 durch den Pneumatikdruck (Pilotdruck) von dem elektropneumatischen Regler 11 gesteuert.
Daher tritt aufgrund der Antwortverzögerung, wenn der Ventilöffnungsgrad des nicht dargestellten Ventilstopfens gesteuert wird, eine gewisse Streuung der Durchflussrate auf, und es ist schwierig, die Durchflussrate stabil zu steuern.
Außerdem sind bei dem herkömmlichen Durchflussratensteuersystem 1 die Rohrdurchgänge zwischen den fluidbetätigten Vorrichtungen einschließlich bspw. des Öffnungs-/Schließventils 5 des Durchflussratensteuerventils 7 und des elektropneumatischen Reglers 11 über die Rohrdurchgänge 4, 6 angeschlossen. Daher ist der Verrohrungsvorgang kompliziert, der Installationsbereich wird vergrößert und der Arbeitsbereich wird vergrößert.
Außerdem treten bei dem herkömmlichen Durchflussratensteuersystem 1 manche Druckschwankungen, bspw. Pulsationen, in dem von dem Öffnungs-/Schließventil 5 zugeführten Druckventil auf, was bspw. auf den Förderbetrieb der Pumpe zurückzuführen ist. Daher ist es schwierig, die Durchflussrate durch das Durchflussratensteuerventil 7 stabil zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchflussratensteuervorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglicht, jegliche Antwortverzögerung zu vermeiden, wenn der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens gesteuert wird, die Gesamtvorrichtung zu verkleinern und den Installationsraum zu verringern.
Eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Durchflussratensteuervorrichtung, die es ermöglicht, Druckschwankungen, bspw. Pulsationen, zu dämpfen und die Durchflussrate eines Druckfluides stabil zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Durchflussratensteuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist, mit teilweisen Weglassungen, ein vertikaler Schnitt, der eine Durchflussratensteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik darstellt, welcher für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich ist;
2 ist ein vergrößerter vertikaler Teilschnitt, der einen Pulsations-Ausgleichsabschnitt der Durchflussratensteuervorrichtung gemäß 1 darstellt;
3 ist ein vergrößerter vertikaler Teilschnitt, der einen Durchflussratensteuermechanismus der Durchflussratensteuervorrichtung gemäß 1 darstellt;
4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Durchflussratensteuersystems darstellt, in welches die Durchflussratensteuervorrichtung gemäß 1 integriert ist;
5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer beispielhaften modifizierten Ausführungsform des Durchflussratensteuersystems gemäß 4 darstellt;
6 ist ein vertikaler Schnitt mit teilweisen Weglassungen, der eine Durchflussratensteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein vergrößerter vertikaler Teilschnitt, der einen Pulsations-Ausgleichsabschnitt der Durchflussratensteuervorrichtung, die in 6 gezeigt ist, dargestellt;
8 ist eine durchsichtige perspektivische Ansicht, die eine Mehrzahl von wellendissipierenden Vorsprüngen darstellt, die an einer Innenwand in einem Fluiddurchgang der in 6 gezeigten Durchflussratensteuervorrichtung vorgesehen sind;
9 ist ein vertikaler Schnitt entlang einer Linie IX-IX, die in 6 gezeigt ist; und
10 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines herkömmlichen Durchflussratensteuersystems darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Durchflussratensteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Die Durchflussratensteuervorrichtung 20 umfasst einen Verbindungsabschnitt 22, an welchen nicht dargestellte Rohre lösbar angeschlossen sind, wobei sie voneinander um einen festgelegten Abstand beabstandet sind, einen Pulsationsdämpfungsmechanismus 24, der an einer Seite in der axialen Richtung des Verbindungsabschnittes 22 vorgesehen ist, und einen Durchflussratensteuermechanismus 26, der an der anderen Seite in der axialen Richtung des Verbindungsabschnittes 22 vorgesehen ist.
Die Durchflussratensteuervorrichtung 20 wird aufgebaut, indem der Verbindungsabschnitt 22, der Pulsationsdämpfungsmechanismus 24 und der Durchflussratensteuermechanismus 26 integral zusammengebaut werden.
Der Verbindungsabschnitt 22 umfasst einen ersten Verbinderkörper 30, der an einem Ende einen ersten Anschluss 28 aufweist, und einen zweiten Verbinderkörper 34, der an dem anderen Ende einen zweiten Anschluss 32 aufweist. Ein Fluiddurchgang 36 ist in den ersten und zweiten Verbinderkörpern 30, 34, die über ein Dichtelement im Wesentlichen koaxial verbunden sind, vorgesehen, um mit dem ersten Anschluss 28 und dem zweiten Anschluss 32 zu kommunizieren.
Außerdem umfasst der Verbinderabschnitt 22 innere Elemente 40 und Verriegelungsmuttern 42. Die inneren Elemente 40 stehen in Eingriff mit dem ersten Anschluss 28 bzw. dem zweiten Anschluss 32 und sind in Öffnungen der Rohre (Schläuche) 38 eingesetzt. Die Verriegelungsmuttern 42 sind in Gewindenuten, die an den Enden der ersten und zweiten Verbinderkörper 30, 34 eingeschnitten sind, eingeschraubt, um die Flüssigkeitsdichtigkeit der Verbindungsbereiche der Rohre 38 hierdurch zu gewährleisten.
Der Pulsationsdämpfungsmechanismus 24 ist an dem Verbindungsabschnitt 22, der nahe dem ersten Anschluss 28 angeordnet ist, vorgesehen. Der Pulsationsdämpfungsmechanismus 24 hat ein Gehäuse 46, das durch Verbinden einer Vielzahl von Blockelementen einschließlich einer an einer oberen Position angeordneten Kappe 44 gebildet wird.
Die Luft wird in die Kappe 44 über einen Druckfluidzufuhranschluss 50 eingeführt, der an eine Druckluftzufuhrquelle 48 angeschlossen ist. Ein Druckregulierabschnitt 54 ist in der Kappe 44 vorgesehen, um den Druck, der von dem Druckfluidzufuhranschluss 50 zugeführten Luft auf einen festgelegten Druck zu regeln und die druckregulierte Luft zu einem Durchgang 52 zu führen.
In dem Druckregulierabschnitt 54 wird die Luft von dem Druckfluidzufuhranschluss 50 einer Membrankammer (nicht dargestellt) zugeführt. Die Federkraft eines Federelementes, das durch einen nicht dargestellten Druckregelhandgriff eingestellt wird, wird mit der Druckkraft zum Pressen einer Membran (nicht dargestellt) durch den Druck des in die Membrankammer eingeführten Druckfluides ausgeglichen. Ein Stößel und ein Ventilstopfen, die nicht dargestellt sind, werden durch eine Biegungsaktion der nicht dargestellten Membran verschoben. Dementsprechend kann der Druck der von dem Druckfluidzufuhranschluss 50 zugeführten Luft auf einen gewünschten Druck reguliert werden.
Andererseits ist ein Pulsations-Ausgleichsabschnitt 58 unter dem Gehäuse 46 vorgesehen, um einen Ventilstopfen 56 zum Öffnen/Schließen des Fluiddurchgangs 36 (EIN/AUS-Betrieb) auf der Basis der Luft von dem Druckregulierabschnitt 54 zu betätigen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Pulsations-Ausgleichsabschnitt 58 mit einer Druckkammer 60 ausgestattet, in welche die Luft (Pilot- oder Steuerdruck) von dem Druckregulierabschnitt 54 über den Durchgang 52 eingeführt wird. Ein Ventilelement 52, das dem Fluiddurchgang 36 zugewandt ist, wird durch die in die Druckkammer 60 eingeführte Luft verschoben.
Das Ventilelement 62 umfasst eine Gleitplatte 68, die zwischen einer oberen ersten Membran 64 und einer unteren zweiten Membran 66 angeordnet ist und die in der vertikalen Richtung verschiebbar ist, einen Ventilstopfen 56, der mit einem unteren zentralen Bereich der Gleitplatte 68 über ein Gewindeelement 70 verbunden ist und der sich einem Sitzabschnitt 72, der an dem Gehäuse 46 ausgebildet ist, annähert bzw. von diesem entfernt, ein Dichtelement 74, das an einer Ringnut an der äußeren Umfangsfläche der Gleitplatte 68 angebracht ist, und ein Zwischenelement 78, das zwischen der Gleitplatte 68 und dem Ventilstopfen 56 angeordnet ist und als ein Stopper dient, indem es mit einer geneigten Fläche 76, die an dem Gehäuse 76 ausgebildet ist, in Kontakt tritt.
Die erste Membran 64 ist bspw. aus einem Gummimaterial geformt und dient dazu, die Gleitplatte 68 zu schützen. Die zweite Membran 66 ist vorzugsweise aus z. B. einem Harzmaterial, wie Polytetrafluorethylen (PTFE) geformt, um die Flüssigkeitsdichtigkeit des Druckfluides zu erhalten und jegliche Flüssigkeitsansammlung auszuschließen. Auch wenn das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 fließt, die Druckschwankung, bspw. eine Pulsation, erfährt, kann die Druckschwankung des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides durch den Druck der Luft, die der Druckkammer 60 zugeführt wird, gedämpft werden, und es ist möglich, das Druckfluid mit einem im Wesentlichen konstanten Druck fließen zu lassen.
Der Durchflussratensteuermechanismus 26 umfasst ein Gehäuse 80, das mit dem zweiten Verbinderkörper 34 verbunden ist, und einen ersten Kolben 82 und einen zweiten Kolben 84, die in der Richtung des Pfeils X1 oder X2 entlang einer Kammer, die in dem Gehäuse 80 ausgebildet ist, verschiebbar sind.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der erste Kolben 82 einen unteren, ersten Vorsprung 86a mit einem großen Durchmesser und einen oberen, zweiten Vorsprung 86b mit einem kleinen Durchmesser auf. Der untere, erste Vorsprung 86a ist gleitend in das Gehäuse 80 eingesetzt. Eine Kolbendichtung 88a ist an einer Ringnut an der äußeren Umfangsfläche des ersten Kolbens 82 angebracht.
Der zweite Vorsprung 86b des ersten Kolbens 82 steht in Eingriff mit einer Vertiefung, die an einem unteren Bereich des zweiten Kolbens 84 ausgebildet ist. Ein Paar von Kolbendichtungen 88b, 88c ist an Ringnuten an der äußeren Umfangsfläche des zweiten Kolbens 84 angebracht. Der zweite Kolben 84 ist gleitend in das Gehäuse 80 eingesetzt.
Ein Federelement 90 ist zwischen der Innenseite des zweiten Kolbens 84 und dem zweiten Vorsprung 86b angeordnet. Der erste Kolben 82 und der zweite Kolben 84 werden durch die Federkraft des zweiten Federelementes 90 voneinander weggedrängt.
Eine durchgehende Gewindeöffnung 96 ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des zweiten Kolbens 84 ausgebildet und mit einer Antriebswelle 92 verschraubt, wie es später beschrieben wird.
Ein Stiftelement 98 ist an einer Nut der Seitenfläche des zweiten Kolbens 84 so angebracht, dass das Stiftelement 98 um eine festgelegte Länge vorsteht. Das Stiftelement 98 steht in Eingriff mit einer Eingriffsnut 100, die an der Seitenfläche des Gehäuses 80 ausgebildet ist. Das Stiftelement 98 verhindert, dass sich der zweite Kolben 84 in der Umfangsrichtung dreht, wenn der zweite Kolben 84 in der axialen Richtung verschoben wird.
Ein Ventilstopfen 102, der bspw. aus einem flexiblen Material, wie einem Harzmaterial oder einem Gummimaterial hergestellt ist, ist mit dem unteren Ende des ersten Kolbens 82 verbunden. Der Ventilstopfen 102 wird zusammen mit dem ersten Kolben 82 verschoben. Der Ventilstopfen 102 umfasst einen dickwandigen Abschnitt 104a, der an einem im Wesentlichen zentralen Bereich ausgebildet ist, und einen dünnwandigen Abschnitt 104b, der integral mit dem dickwandigen Abschnitt 104a ausgebildet ist. Der Ventilstopfen 102 ist so geformt, dass er flexibel biegbar ist.
Der Ventilstopfen 102 öffnet/schließt den Fluiddurchgang 86, indem er sich von einem Sitzabschnitt 106, der an dem zweiten Verbinderkörper 34 ausgebildet ist, trennt oder indem er auf dem Sitzabschnitt 106 aufsetzt. Außerdem steuert der Ventilstopfen 102 die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 86 fließenden Druckfluides auf der Basis des Ventilhubweges des Ventilstopfens 102 (Verschiebungsweg des Ventilstopfens 102 in der axialen Richtung) sehr genau.
Ein ringförmiges Pufferelement 108 ist an der oberen Fläche des Ventilstopfens 102 vorgesehen, um den dünnwandigen Abschnitt 104b des Ventilstopfens 102 zu schützen. Das Pufferelement 108 ist bspw. aus einem elastischen Element, wie Gummi, hergestellt, und wird durch die untere Fläche des Gehäuses 80 gehalten.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Kappe 110 an der oberen Seite des Durchflussratensteuermechanismus 26 vorgesehen und an einem oberen Be reich des Gehäuses 80 angebracht. Ein Linearstellglied 112 und ein Rotationserfassungsabschnitt 114 sind in der Kappe 110 vorgesehen. Das Linearstellglied 112 treibt den Ventilstopfen 102 an, indem eine nicht dargestellte Stromquelle eingeschaltet wird. Der Rotationserfassungsabschnitt 114 erfasst den Verschiebungsweg des Ventilstopfens 102 auf der Basis des Verschiebungsweges des Linearstellgliedes 112.
Ein Verbinder 120 ist nahe dem Rotationserfassungsabschnitt 114 angeordnet und wird dazu verwendet, ein Detektionssignal über einen Leitungsdraht 116 an eine Steuerung 118 zu senden.
Das Linearstellglied 112 umfasst einen Linearschrittmotor, der entsprechend einem Drehantriebssteuersystem (Pulssignal) von der Steuerung 118 eingeschaltet (ausgeschaltet) wird. Das Linearstellglied 112 umfasst einen nicht dargestellten Stator und einen nicht dargestellten Rotor, die in einem Gehäuse vorgesehen sind. Der nicht dargestellte Rotor wird durch die Wirkung eines magnetischen Erregungsstromes, der von der nicht dargestellten Stromquelle zugeführt wird, in einer festgelegten Richtung gedreht.
Die Antriebswelle 92 des Linearstellgliedes 112 ist durch seine Drehwirkung in der axialen Richtung (Richtung der Pfeile X1 oder X2) verschiebbar vorgesehen.
Die Antriebswelle 92 des Linearstellgliedes 112 weist einen ersten Schaftabschnitt 122 und einen zweiten Schaftabschnitt 124 auf, in welche jeweils Gewindebereiche mit unterschiedlichen Steigungen eingeschnitten sind. Der Durchmesser des oberen, ersten Schaftabschnittes 122 ist größer als der Durchmesser des unteren, zweiten Schaftabschnittes 124.
Ein nicht dargestellter Lichtaussendeabschnitt und ein nicht dargestellter Lichtempfangsabschnitt sind an einander gegenüberliegenden Positionen vorgesehen, wobei sie voneinander einen festgelegten Abstand in dem Rotationserfassungsabschnitt 114 aufweisen. Ein nicht dargestellter Rotor ist in dem Rotationserfassungsabschnitt 114 vorgesehen und mit der Antriebswelle 92 des linearen Stellgliedes 112 verbunden, um sich zusammen mit der Antriebsquelle 92 zu drehen. Bei dieser Anordnung tritt das von dem Lichtaussendeelement emittierte Licht durch das Innere des Rotors und wird von dem Lichtempfangselement empfangen. Dementsprechend wird bspw. der Drehwinkel und die Drehzahl der Antriebswelle 92 des Linearstellgliedes 112 erfasst und als Detektionssignale an die Steuerung 118 gesandt.
Die Steuerung 118 berechnet den Verschiebungsweg der Antriebswelle 92 in der axialen Richtung auf der Basis des Erfassungssignals, bspw. der Drehzahl, und der Steigungsdaten der Antriebswelle 92 des Linearstellgliedes 112. Der Abstand zwischen dem Ventilstopfen 102 und dem Sitzabschnitt 106, d. h. der Ventilhubweg des Ventilstopfens 102 wird auf der Basis des Ergebnisses der durch die Steuerung 118 durchgeführten Berechnung errechnet.
Daher bestimmt die Steuerung 118 die Abweichung von dem voreingestellten Hubweg des Ventilstopfens 102, um den Hubweg des Ventilstopfens 102 so einzustellen, dass die Abweichung gleich Null sein sollte. Dementsprechend ist es möglich, die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides sehr genau zu steuern.
Das Durchflussratensteuerventil 20 ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
Wie in 4 gezeigt ist, wird das Druckfluid, das in dem Tank 132 gespeichert ist, durch Pumpen mit der Pumpe 130 dem Verbindungsabschnitt 22 der Durchflussratensteuervorrichtung 20 zugeführt. Das Druckfluid wird über den ersten Anschluss 28 des Verbindungsabschnittes 22 in den Pulsations-Ausgleichsabschnitt 58 eingeführt. In dem Druckregulierabschnitt 54 wird die von dem Druckfluidzufuhranschluss 50 zugeführte Luft in die nicht dargestellte Membrankammer eingeführt. Die Federkraft des Federelementes wird mit dem Druck der durch die Biegewirkung der nicht dargestellten Membran in die Membrankammer eingeführte Luft ausgeglichen. Dementsprechend wird die Luft auf einen gewünschten Druck reguliert.
Daher wird die Luft, die durch den Druckregulierabschnitt 54 auf den gewünschten Druck reguliert wurde, über den Durchgang 52 in die Druckkammer 60 des Pulsations-Ausgleichsabschnittes 58 eingeführt. Der Primärdruck des Druckfluides, das durch den Fluiddurchgang 36 fließt, wird mit dem Druck der in die Druckkammer 60 eingeführten Luft ausgeglichen.
Erfährt das durch den Fluiddurchgang 36 fließende Druckfluid Druckschwankungen, bspw. eine Pulsation, so wird die Druckschwankung des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides durch die der Druckkammer 60 zugeführte Luft gedämpft, und der Druck des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides kann im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Mit anderen Worten wird, wenn das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 fließt, eine Druckschwankung, bspw. eine Pulsation, erfährt, die Druckschwankung des Druckfluides über die zweite Membran 66 auf die Gleitplatte 68 übertragen, und die Gleitplatte 68 wird etwas auf und ab bewegt. Während dieses Vorgangs wird durch die Luft in der Druckkammer 60, die an der Seite gegenüber dem Fluiddurchgang 36 vorgesehen ist, wobei die Gleitplatte 68 dazwischen angeordnet ist, eine Pufferwirkung erzielt. Dementsprechend wird die Druckschwankung des Druckfluides gedämpft und in geeigneter Weise absorbiert.
Das Druckfluid von dem Pulsations-Ausgleichsabschnitt 58 fließt entlang des Fluiddurchgangs 36 und wird in den Durchflussratensteuermechanismus 26 eingeführt. In dem Durchflussratensteuermechanismus 26 wird der Hubweg des Ventilstopfens 102 zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Ventilstopfen 102 und dem Sitzabschnitt 106 durch Einschalten/Ausschalten des Linearstellgliedes 112 auf der Basis des Drehantriebssteuersignals von der Steuerung 118 bestimmt. Der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens 102 wird eingestellt. Das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 fließt, wird so gesteuert, dass es eine Durchflussrate entsprechend dem Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens 102 aufweist.
Die Steuerung 118 sendet ein Einschaltsignal an das Linearstellglied 112, um die ersten und zweiten Schaftabschnitte 122, 124 als der Antriebswelle 92 des Linearstellgliedes 112 in der Richtung des Pfeils X1 zu verschieben. Daher werden der erste Kolben 82 und der zweite Kolben 84, die mit dem zweiten Schaftabschnitt 24 in der durchgehenden Gewindeöffnung 96 verschraubt sind, durch die Drehung der Antriebswelle 92 nach oben verschoben. Dementsprechend wird auch der Ventilstopfen 102 nach oben verschoben, und der Ventilstopfen 102 wird von dem Sitzabschnitt 106 abgehoben.
Der Verschiebungsweg des Ventilstopfens 102 in der axialen Richtung wird durch den Rotationserfassungsabschnitt 114 als die Drehmenge des Linearstellgliedes 112 erfasst. Die Steuerung 118 steuert das Linearstellglied 112 so, dass der Ventilstopfen 102 an einer festgelegten Position auf der Basis des Erfassungssignals (Pulssignals) von dem Rotationserfassungsabschnitt 114 angehalten wird.
Die Steuerung 118 zählt die Pulssignale von dem Rotationserfassungsabschnitt 114 und sendet ein Abschaltsignal an das Linearstellglied 112, wenn eine festgelegte, voreingestellte Pulszahl gezählt ist, so dass der Antrieb des Linearstellgliedes 112 gestoppt wird. Die Steuerung 118 kann den Verschiebungsweg der Antriebswelle 92 aus der Drehmenge, bspw. der Drehzahl und dem Drehwinkel der Antriebswelle 92, und der Gewindesteigung des zweiten Schaftabschnittes 124, der mit dem zweiten Kolben 84 verschraubt ist, berechnen. Als Folge hiervon kann der Hubweg des Ventilstopfens 102 sehr genau gesteuert werden, und die Durchflussrate des Druckfluides, die dem Hubweg des Ventilstopfens 102 entspricht, kann sehr genau gesteuert werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Hubweg des Ventilstopfens 102 auf der Basis des Drehantriebssteuersignals von der Steuerung 118 gesteuert. Daher kann der Ventilöffnungsgrad des Ventilstopfens 102 anders als beim Stand der Technik ohne eine Streuung der Antworten reguliert werden, und es ist möglich, die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides stabil zu steuern.
Die Vorrichtung ist bspw. so aufgebaut, dass das Öffnungs-/Schließventil 5, das Durchflussratensteuerventil 7 und der elektropneumatische Regler 11, die sich auf den Stand der Technik beziehen, integral zusammengebaut sind. Daher ist es nicht notwendig, eine Verrohrung zum Anschließen der jeweiligen fluidbetätigen Vorrichtungen durchzuführen. Daher tritt an den Verrohrungsmaterialien keine Flüssigkeitsleckage oder dgl. auf. Die gesamte Vorrichtung kann verkleinert werden, und es ist möglich, den Installationsraum zu verringern.
Außerdem ist, wie in 5 gezeigt ist, ein Durchflussratensensor 140 in dem Fluiddurchgang an der stromabwärtsseitigen Seite der Durchflussratensteuervorrichtung 20 angeordnet, um die Feedback-Steuerung (Regelung) durch Senden eines Sensorerfassungssignals von dem Durchflussratensensor 140 in die Steuerung 118 durchzuführen. Daher ist es möglich, die Durchflussrate des durch den Fluiddurchgang 86 in Echtzeit zu überwachen.
Bei dieser Anordnung vergleicht die Steuerung 118 die voreingestellten Durchflussratendaten mit dem Sensorerfassungssignal von dem Durchflussratensensor 140, um den Ventilhubweg des Ventilstopfens 102 so einzustellen, dass die Differenz zwischen den Werten gleich Null sein sollte. Dementsprechend ist es möglich, die Durchflussrate des tatsächlich durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Fluides sehr genau zu steuern.
Als Nächstes wird eine Durchflussratensteuervorrichtung 150 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den 6 bis 9 dargestellt. Die Aufbaukomponenten, die die gleichen sind wie diejenigen der Durchflussratensteuervorrichtung 20 gemäß der oben beschriebenen und in 1 gezeigten Ausführungsform werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf ihre erneute detaillierte Erläuterung wird verzichtet.
Die Durchflussratensteuervorrichtung 150 gemäß der Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Mehrzahl von wellendissipierenden Vorsprüngen (Vorsprüngen) 177a bis 177f, die an der inneren Wand des Fluiddurchgangs 36 nahe bei dem ersten Anschluss 28 vorgesehen sind und die um festgelegten Längen von der inneren Wandfläche zu dem internen Zentrum des Fluiddurchgangs 36 vorstehen.
Wie in den 8 und 9 dargestellt ist, haben die mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f im Wesentlichen Trapezform, wobei sich ihre Breiten allmählich von der inneren Wand des Fluiddurchgangs 36 zu der Mitte des Fluiddurchgangs 36 erweitern. Jede der mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f weist einen gekrümmten Abschnitt 179 mit einem angefasten Ende und eine etwas vertiefte Aussparung 181 auf. Die mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f sind so angeordnet, dass sie voneinander um festgelegte Abstände helixförmig im Uhrzeigersinn an der inneren Umfangswandfläche des Fluiddurchgangs 36 beabstandet sind.
Bei dieser Anordnung ist, wie in 9 gezeigt ist, der erste wellendissipierende Vorsprung 177a, der am nächsten an dem ersten Anschluss 28 angeordnet ist, um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils A geneigt, der zweite wellendissipierende Vorsprung 177b ist um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils B geneigt, der dritte wellendissipierende Vorsprung 177c ist um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils C geneigt, der vierte wellendissipierende Vorsprung 177d ist um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils D geneigt, der fünfte wellendissipierende Vorsprung 177e ist um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils E geneigt und der sechste wellendissipierende Vorsprung 177f ist um einen festgelegten Winkel in der Richtung des Pfeils F geneigt. Die Zahl der mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f ist nicht auf sechs beschränkt. Eine gewünschte Zahl der wellendissipierenden Vorsprünge kann beispielsweise entsprechend dem Bohrungsdurchmesser und der Länge des Strömungsdurchgangs des Fluiddurchgangs 36 gewählt werden.
Wenn in dem Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 strömt, eine Pulsation auftritt, kollidiert das pulsierende Druckfluid mit den mehreren wellendissipierenden Vorsprüngen 177a bis 177f. Die Pulsationsenergie, die in dem Druckfluid enthalten ist, kann durch die mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f verteilt und dissipiert werden.
Auch wenn das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 strömt, Druckfluktuationen, wie Pulsationen, erfährt, kollidiert daher das Druckfluid mit den mehreren wellendissipierenden Vorsprüngen 177a bis 177f, die an der Innenwand des Fluiddurchgangs 36 vorstehen, und die Pulsationsenergie wird gedämpft. Außerdem wird die Pulsationsenergie des durch den Fluiddurchgang 36 fließenden Druckfluides durch den Druck der der Druckkammer 60 zugeführten Luft gedämpft. Dadurch strömt das Druckfluid, wobei es auf einem im Wesentlichen konstanten Druck gehalten wird.
Tritt die Druckfluktuation, beispielsweise eine Pulsation, in dem durch den Fluiddurchgang 36 strömenden Fluid auf, kollidiert das pulsierende Druckfluid mit den geneigten Oberflächen der mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f. Die in dem Druckfluid enthaltene Pulsationsenergie wird durch die mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f verteilt. Dementsprechend kann die Pulsationsenergie sanft dissipiert werden.
Wie oben beschrieben wurde, kollidiert auch dann, wenn das Druckfluid, das durch den Fluiddurchgang 36 strömt, die Druckfluktuation, beispielsweise als Pulsation, erfährt, das Druckfluid mit den mehreren wellendissipierenden Vorsprüngen 177a bis 177f, die an der Innenwand des Fluiddurchgangs 36 vorstehen, und die Pulsationsenergie wird gedämpft. Außerdem wird die Pulsationsenergie des durch den Fluiddurchgang 36 strömenden Druckfluides durch den Druck der der Druckkammer 60 zugeführten Luft gedämpft. Dadurch strömt das Druckfluid, wobei es auf einem im Wesentlichen konstanten Druck gehalten wird.
Als Folge hiervon kann die Druckfluktuation, beispielsweise als Pulsation des Druckfluides, durch einen einfachen Aufbau, wie die mehreren wellendissipierenden Vorsprünge 177a bis 177f, die von der Innenwand des Fluiddurchgangs 36 als der Pulsationsdämpfungsmechanismus 24 vorstehen, sanft gedämpft werden. Dadurch ist es möglich, eine Vergrößerung der Gesamtvorrichtung zu vermeiden, wodurch eine Erhöhung der Produktionskosten vermieden wird.

Claims

Eine Durchflussratensteuervorrichtung zur Steuerung einer Durchflussrate eines Druckfluides, welches durch einen Fluiddurchgang (36) fließt, wobei die Durchflussratensteuervorrichtung aufweist; einen Ventilstopfen (102) zum Öffnen/Schließen des Fluiddurchgangs (36) und einen Pulsationsdämpfungsmechanismus (24) zur Dämpfung von Druckschwankungen, die durch Pulsationen des durch den Fluiddurchgang (36) fließenden Druckfluides bewirkt werden, wobei der Pulsationsdämpfungsmechanismus (24) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (177a bis 177f) aufweist, die von einer Innenwand des Fluiddurchgangs (36) vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Vorsprünge (177a bis 177f) im Wesentlichen eine Trapezform aufweist, wobei eine Breite der Trapezform sich allmählich von der Innenwand des Fluiddurchgangs (36) zu einer Mitte des Fluiddurchgangs (36) erweitert.
Die Durchflussratensteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Vorsprünge (177a bis 177f) helixförmig in einer Axialrichtung des Fluiddurchgangs (36) angeordnet sind.
Die Durchflussratensteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein abgeschrägter gekrümmter Abschnitt (179) und eine Vertiefung (181) an einem Ende jedes der Vorsprünge (177a bis 177f) ausgebildet sind, an welchem die Breite am Stärksten erweitert ist.