DE68914473T2

DE68914473T2 - Drehbares Ventil.

Info

Publication number: DE68914473T2
Application number: DE68914473T
Authority: DE
Inventors: Ryohei Kinose; Ichiro Maeno; Ichiro Nakamura; Tadahiko Nogami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2009-01-18
Also published as: EP0325200A2; DE68914473D1; US5014748A; EP0325200A3; EP0325200B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Drehventils nach Anspruch 14.
Ein derartiges Drehventil wird in der FR-A-2 463 883 offenbart. Dieses Ventil weist einen rotierenden Ventilkörper mit zylindrischen Bohrungen auf. Der Ventilkörper ist axial innerhalb der Gehäuseteile angebracht, die jeweils zylindrische Öffnungen aufweisen, so daß eine Drehbewegung des Ventilkörpers die Fluidströmung durch die zylindrischen Bohrungen und die Öffnungen in den Gehäuseteilen steuern kann.
Bei einem weiteren herkömmlichen Drehventil dieser Art, wie es beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung 61-153073 offenbart wird, sind Rillen, die sich in axialer Richtung erstrecken, in einer Außenfläche eines zylindrischen Ventilkörpers und in einer Innenfläche eines Gehäuses zur Aufnahme des Ventilkörpers ausgebildet. Ein Ventilabschnitt zum Ausbilden von Steueröffnungen mit Kanten der Seitenflächen dieser inneren und äußeren Rillen wird verwendet, und ein scheibenförmiger Rotator ist direkt mit dem hinteren Abschnitt des Ventilkörpers gekoppelt, um den Ventilkörper anzutreiben und um einen Öffnungsbereich der Steueröffnungen zu ändern.
Wie ebenfalls in dieser Patentanmeldung beschrieben, sind parallel zu einer Rotationsmittelachse des Ventilkörpers Hülsen vorgesehen, und an beiden Seiten des Ventilkörpers ausgebildete Strömungskanäle sind durch die Hülsen voneinander getrennt. Andererseits sind zylindrische Bohrungen mit einem inneren Durchmesser, der im wesentlichen einem äußeren Durchmesser der Hülsen entspricht, koaxial zu den Hülsen im Gehäuse ausgebildet. Ein scheibenförmiger Rotator ist direkt mit einem Teil des Ventilkörpers gekoppelt, um den Ventilkörper anzutreiben. Die relative Bewegung zwischen den Hülsen und den zylindrischen Bohrungen bewirkt die Änderung des Öffnungsbereichs der Steueröffnungen, die von den Außenkanten der Hülse, den Innenkanten der zylindrischen Bohrungen und den Innen- und Außenkanten der Strömungskanäle gebildet werden.
Bei dem oben beschriebenen bekannten Stand der Technik wäre es schwierig oder unmöglich, eine hohe Fertigungsgenauigkeit zu gewährleisten, da die Innendurchmesserabschnitte der Gehäuse eine komplizierte Herstellung erfordern. Dadurch wird es unmöglich, eine hohe Steuerungsgenauigkeit zu gewährleisten. Es wäre auch schwierig, den Ventilabschnitt wiederzuverwenden, wenn die Kanten der Steueröffnungen aufgrund langfristiger Verwendung abgenutzt sind.
Wenn andererseits die Strömungskanäle im Ventilkörper ausgebildet sind, tritt das Problem auf, daß der Ventilkörper vergrößert würden um den Querschnittsbereich der Strömungskanäle zu erhöhen, um zufriedenstellende Strömungsmengen- Steuermerkmale zu gewährleisten. Da die Hülsen im Ventilkörper vorgesehen sind, ist es auch erforderlich, Trennwände und Außenwände mit ausreichend mechanischer Festigkeit zum Verhindern einer Verformung des Ventilkörpers in Hochdurckabschnitten anzubringen. Da die Struktur des Ventilkörpers kompliziert ist, würde zudem wahrscheinlich besonders in den Verbindungsteilen zwischen den Trennwänden und den Außenwänden eine Belastungskonzentration erzeugt. Um diesen Nachteil zu verhindern, ist es erforderlich, zusätzliche Verstärkungen anzubringen. Dadurch würde der Ventilkörper vergrößert, um die Trägheitsmomente zu erhöhen. Es wäre unmöglich, eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten.
Würden die Trägheitsmomente des Ventilkörpers erhöht, wurde auch, wie oben beschrieben, die für eine wünschenswerte Zuverlässigkeit erforderliche Antriebskraft erhöht. Es ist daher erforderlich, den Rotator zu vergrößern, um die Ausgabe des Antriebsabschnitts zu erhöhen. Da dadurch die Trägheitsmomente des Rotators per se erhöht wurden, würde das Sicherstellen einer höheren Zuverlässigkeit zusätzlich erschwert.
Da die Hülsen zum Festlegen der Steueröffnungen im Zusammenhang mit einer Spule und eine Aufnahme der Spule im allgemeinen eine komplizierte und genaue Fertigung erfordern, ist die Herstellung der Hülsen schwierig. Es tritt insbesondere das Problem auf, daß eine hoher technischer Standard und eine Anhahl von Fertigungsstufen erforderlich sind, um das räumliche Verhältnis der Kanten zum Festlegen des Überlappungsbereichs zu gewährleisten. Aufgrund der langen Verwendungsdauer ist es, wenn die Kanten der Steueröffnungen abgenutzt sind, auch bei weiterer Bearbeitung schwierig, den abgenutzten Ventilabschnitt für die wiederzuverwenden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehventil zu schaffen, das bei geringer Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit und eine hohe Steuergenauigkeit aufweist, das klein und leicht ist und dessen Ventilabschnitt leicht wiederverwendet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung eines Drehventils mit hoher Genauigkeit und einfacher Herstellung.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsförmen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
Die folgenden Zeichnungen zeigen Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Vier- Wege-Drehventil nach einer Ausführungsförm der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht aus der Perspektive der Position II-II in Fig. 1, die eine neutrale Position zeigt;
Fig. 3 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie III- III in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Ansicht aus der Perspektive der Position II-II in Fig. 1, die einen Zustand beim Öffnen zeigt;
Fig. 5 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie V-V in Fig.4;
Fig. 6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Vier- Wege-Drehventil einschließlich einer Antriebsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Draufsicht, die eine Struktur der in Fig. 6 gezeigten Antriebsvorrichtung zeigt;
Fig. 9 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts, der eine Modifikation des Ventilabschnitts zeigt;
Fig. 10 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform zeigt;
Fig. 11 ist eine ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Antriebsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 12 ist eine ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Antriebsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 13 ist eine ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Drei-Wege-Ventil nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist eine Ansicht aus der Perspektive der Position XIV-XIV in Fig. 13, die eine neutrale Position zeigt;
Fig. 15 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie XV-XV in Fig. 14;
Fig. 16 ist eine Ansicht aus der Perspektive der Position XIV-XIV in Fig. 13, die einen Zustand beim Öffnen zeigt;
Fig. 17 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16;
Fig. 18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Drei-Wege-Ventil einschließlich einer Antriebsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 19 ist die entwickelte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie XIX-XIX in Fig. 18, die einen zusammengesetzten Zustand zeigt;
Fig. 20 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform zeigt;
Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Servodrehventils des direkt angetriebenen Typs zeigt, das ein erfindungsgemäßes Drehventil verwendet;
Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform eines Servodrehventils des direkt angetriebenen Typs zeigt, das ein erfindungsgemäßes Drehventil verwendet; und
Fig. 23 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer hydraulischen Drucksteuervorrichtung für ein Walzwerk zeigt, bei der erfindungsgemäß das lineare Servodrehventil verwendet wird.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform bezieht sich auf einen Ventilabschnitt eines Vier-Wege-Ventils.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird im folgenden eine Struktur der Ausführungsform beschrieben.
Ein Ventilkörper 1 und Distanzstück 4 werden durch Gehäuseteile (Gehäuse) 2 und 3 festgeklemmt. Eine Dicke des Distanzstücks 4 ist in einem vorbestimmten Maße geringfügig größer als die axiale Dicke des Ventilkörpers 1. Wellen 5 und 6 erstrecken sich von den Hinterseiten des Ventilkörpers, um zusammen mit in den Gehäuseteilen 2 und 3 jeweils ausgebildeten Axialbohrungen 7 und 8 Radiallager zu bilden. Dadurch wird der Ventilkörper 1 relativ zu den Gehäuseteilen 2 und 3 und dem Distanzstück 4 um eine Rotationsmittelachse 9 drehbar gehalten.
Im Ventilkörper 1 sind parallel zu der Rotationsmittelachse 9 zylindrische Bohrungen 10 und 11 und Durchgangsbohrungen 12 und 13 ausgebildet. Andererseits sind in den Gehäuseteilen 2 und 3 Hülsen 14 und 15 und Zapfen 16 und 17 mit einem äußeren Durchmesser ausgebildet, der im wesentlichen dem inneren Durchmesser der zylindrischen Bohrungen 10 und 11 des Ventilkörpers 1 entspricht, und es sind Strömungskanäle 18 und 19 und 20 und 21 ausgebildet, die jeweils durch die Hülsen 14 und 15 und die Zapfen 16 und 17 voneinander getrennt sind. Im Gehäuseteil 2 sind Steueröffnungen 22 und 23 mit den inneren Abschnitten der Hülsen 14 und 15 verbunden, eine Zufuhröffnung 24 ist mit dem Strömungskanal 18 verbunden und eine Ausströmöffnung 25 ist mit dem Strömungskanal 19 verbunden. Auch die Strömungskanäle 18 und 20 stehen durch den Bohrungsabschnitt 12 miteinander in Verbindung und die Auch die Strömungskanäle 19 und 21 stehen durch den Bohrungsabschnitt 13 miteinander in Verbindung.
Die Wirkungsweise des Drehventils nach dieser Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen neutralen Zustand, d.h. einen Zustand, in dem das Ventil geschlossen ist, um den Fluidstrom zu unterbrechen. In diesem Zustand sind die Steueröffnungen 22 und 23 durch die Zufuhröffnung 24 und die Ausströmöffnung 25 voneinander getrennt, um den Fluidstrom zu unterbrechen, da die Innenkanten der zylindrischen Bohrungen 10 und 11 jeweils mit den Außenkanten der Hülsen 14 und 15 und der Zapfen 16 und 17 zusammentreffen.
Wenn der Ventilkörper 1, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, in der durch den Pfeil 26 angegebenen Richtung gedreht wird, werden auf beiden Seiten des Ventilkörpers 1 Öffnungsbereiche 27, 28 und 29, 30 gebildet, die von den Innenkanten der zylindrischen Bohrungen 10, 11 und den Außenkanten der Zapfen 16, 17 und den Innen- und Außenkanten der Strömungskanäle 18, 19 und 20, 21 festgelegt werden. Diese Öffnungsbereiche dienen als Steueröffnungen. Daher steht die Steueröffnung 22 durch die Steueröffnungen 27 und 28 mit der Ausströmöffnung 25 in Verbindung, wohingegen die Steueröffnung 23 durch die Steueröffnungen 29 und 30 mit der Zufuhröffnung 24 in Verbindung steht, so daß das Fluid, wie durch die Pfeile in Fig. 5 dargestellt, von der Zuführöffnung 24 zu der Steueröffnung 23 und von der Steueröffnung 22 zu der Ausströmöffnung 25 strömt. Wenn der Ventilkörper in die der durch den Pfeil 26 dargestellten Richtung entgegengesetzte Richtung gedreht wird, steht die Steueröffnung 22 ebenfalls mit der Zuführöffnung 24 in Verbindung und die Steueröffnung 23 steht mit der Ausströmöffnung 25 in Verbindung, so daß das Fluid rückwärts von der Zutubröffnung 24 zu der Steueröffnung 22 und von der Steueröffnung 23 zu der Ausströmöffnung 25 strömt. Die Öffnungsbereiche der Steueröffnungen sind proportional zu einer Winkelbewegung des Ventilkörpers. Da die Strömungsmenge von den Öffnungsbereichen abhängt, dient das Ventil als stufenloses, durchgehendes, variables Vier-Wege-Ventil des vorwärts und rückwärts drehenden Typs.
Bei einer Erhöhung der Winkelbewegug des Ventilkörpers 1 werden die Öffnungsbereiche der Steueröffnungen vergrößert, um die Strömungsmenge zu erhöhen. Entsprechend der erhöhten Strömungsmenge wird die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Strömungskanäle strömenden Fluids gesteigert, so daß die Geschwindigkeit sich allmählich der Strömungsgeschwindigkeit durch die Steueröffnungen annähert. Dadurch wird ein Druckabfall durch die Strömungskanäle gesteigert, so daß der Druckunterschied zwischen den stromabwärts und den stromaufwärts von den Steueröffnungen gelegenen Abschnitten verringert wird. Allmählich ist es unmöglich, die Wirkung der Strömungsmengensteuerung ausreichend zu nutzen. Dadurch sind die Strömungsmengen-Steuermerkmale des Ventils nicht im linearen Verhältnis. Um dies zu verhindern, ist es daher erforderlich, den Querschnittsbereich der Strömungskanäle im Vergleich zum Öffnungsbereich der Steueröffnungen zu erhöhen.
In dem Drehventil nach dieser Ausführungsförm sind, um diese Anforderung ohne Vergrößerung des Ventilkörpers und damit ohne jede Erhöhung des damit verbundenen Trägheitsmoments zu erfüllen, die Hülsen, die Zapfen und die Strömungskanäle auf der Gehäuseseite ausgebildet, so daß die Größe des Querschnittsbereiches der Strömungskanäle die Größe des Ventilkörpers nicht direkt beeinflussen würde. Da die Struktur des Ventilkörpers einfach ist und das Auftreten einer Belastungskonzentration oder Verformung unwahrscheinlich wäre, ist es auch nicht nötig, den Ventilkörper zugunsten der mechanischen Formfestigkeit übermäßig groß auszuführen. Der Ventilkörper kann in kompakter Größe und mit geringem Gewicht gefertigt werden. Da dementsprechend das Drehmoment des Ventilkörpers verringert werden kann, ist es möglich, selbst bei einer geringen Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten. Da die Hochdruckteile, die sich von der Zufuhröffnung erstrecken und an der Steueröffnung enden, auf ein möglichst minimales Maß verringert werden können, kann ferner der gesamte Ventilabschnitt klein und leicht gefertigt werden.
Da die Strömungskanäle in der Gehäuseseite ausgebildet sind, ist es auch möglich, den Querschnittsbereich des Strömungskanals ohne jede ungünstige Auswirkung auf die Größe des Ventilkörpers, wie er oben beschrieben wurde, ausreichend zu steigern. Ein Druckabfall innerhalb des Ventils kann verringert werden. Da die Masse des Fluids, das sich zusammen mit der Drehung des Ventilkörpers bewegt, gering ist, ist es ferner möglich, die Antriebskraft entsprechend zu vermindern. Dadurch kann ein hydrodynamischer Vorteil gewährleistet werden.
Nach dieser Ausführungsform ist es ferner bei der Herstellung des Ventilabschnitts ausreichend, gleichzeitig die zylindrischen Bohrungen 10, 11 und die Bohrungen in den Gehäuseteilen 2 und 3 zu fertigen, auf denen jeweils die Hülsen 14, 15 und die Zapfen 16 und 17 angebracht werden sollen und dann die Hülsen und die Zapfen am Ventilkörper 1 zu befestigen. Auch die Einstellung des Überlappungsbereichs kann während des Bearbeitungsvorgangs durch Einstellen des inneren Durchmessers der zylindrischen Bohrungen und des äußeren Durchmessers der Zapfen auf einen vorbestimmten Größenunterschied erfolgen. Auch die Einstellung des Freiraums kann durch Einstellen eines Dickeunterschieds zwischen dem Ventilkörper 1 und dem Distanzstück 4 erfolgen. Das Fertigungsverfahren des Ventilabschnitts kann dementsprechend vereinfacht werden, und die Anzahl der Fertigungsschritte kann verringert werden. Ferner ist es möglich, eine hohe Steuergenauigkeit zu gewährleisten.
Wenn die Kanten der Öffnungen, d.h. die Innenkanten der Endabschnitte der zylindrischen Bohrungen 10, 11 und die Außenkanten der Endabschnitte der Hülsen 14, 15 und der Zapfen 16, 17 aufgrund langfristiger Nutzung abgenutzt sind oder wenn die Kanten der Öffnungen aufgrund mitgeschwemmter Fremdkörper teilweise beschädigt sind, wird darüber hinaus der abgenutzte oder beschädigte Teil durch erneutes Schleifen der Endflächen des Ventilkörpers 1 und der Gehäuseteile 2, 3 entfernt, und anschließend wird die Dicke des Distanzstücks 4 erneut eingestellt, so daß die Dicke des Distanzstücks 4 um die vorbestimmte Differenz größer ist als die axiale Dicke des Ventilkörpers 1. Dadurch kann der Ventilabschnift die Leistung so wieder herstellen, daß sie im wesentlichen der eines neuen Ventils entspricht.
Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dieser Aufbau ist aus dem Vier- Wege-Ventil nach der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform und einer Antriebsvorrichtung mit einem scheibenförmigen Rotator zusammengesetzt. Dadurch entsprechen die Struktur und die Arbeitsweise des Ventilabschnitts denen der vorhergehenden Ausführungsform.
Der scheibenförmige Rotator 30 ist einstückig mit der Welle 6 des Ventilkörpers 1 verbunden. Der Rotator 30 ist zwischen einem Magneten 31 mit einer kreisförmigen, flachen Oberfläche und einem Joch 32 festgeklemmt, um an einem vorbestimmten Raum drehbar zu sein. Der Magnet 31 und das Joch 32 sind am Gehäuseteil 3 befestigt. Mehrere Spulen 33 sind kreisförmig auf dem Rotator 30 angeordnet, so daß sich ihre Wickelrichtungen abwechselnd jeweils im Abstand von einem Winkel α ändern. Auch die Polarität jedes der Pole des Magneten wird in der Umfangsrichtung jeweils im Abstand von einem Winkel α geändert. Wenn sich der Ventilabschnitt in neutralem Zustand befindet, sind dann die Ränder der aneinander grenzenden Kerne 33 und der Rand der angrenzenden Pole des Magneten 31 um einen Winkel α/2 gegeneinander verschoben.
Wenn bei neutralem Zustand des Ventils der Strom in den Spulen 33 auf dem Rotator 30 in der durch die Pfeile in Fig. 8 angegebenen Richtung fließt, wird daher gemaß der Fleming'schen Linke-Hand-Regel eine elektromagnetische Kraft erzeugt. Aufgrund des oben beschriebenen Aufbaus wird die gesamte magnetische Kraft zeitgleich in der gleichen Richtung genutzt. Dadurch werden der Rotator 30 und der Ventilkörper 1, der direkt mit dem Rotator 30 gekoppelt ist, in der durch den Pfeil 34 angegebenen Richtung gedreht, so daß der Ventilabschnitt in dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Zustand gehalten wird. Wenn der Strom in der der durch den Pfeil in Fig. 8 angegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung fließt, werden auch der Rotator 30 und der Ventilkörper 1 in der der durch den Pfeil 34 angegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung gedreht. Dementsprechend ist es möglich, die Winkelverschiebung des Ventilkörpers entsprechend der Richtung des Stromausschlags des durch die Spulen 33 auf dem Rotator 30 fließenden Stroms einzustellen und die Strömungsmenge und die Richtung des Fluids proportional zu dieser Einstellung zu steuern.
Nach dieser Ausführungsform ist es, da der Rotator scheibenförmig ist, möglich, insbesondere eine Dicke der Antriebsvorrichtung zu verringern. Da das Trägheitsmoment des Ventilkörpers, wie oben beschrieben, gering ist, kann auch die Ausgabe der Antriebsvorrichtung klein sein, wodurch der Rotator in geringer Größe gefertigt werden kann. Es ist daher möglich, bei geringer Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten, und das gesamte Ventil kann in geringer Größen mit geringem Gewicht gefertigt werden. Ferner können der Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung der Antriebsvorrichtung verringert werden.
Es ist auch möglich, die Ausführungsform so zu ändern, daß die im Gehäuseteil 3 vorgesehenen Zapfen 16 und 17 durch die Hülsen ersetzt werden oder daß die jeweiligen Pole des Magneten 31 trapezförmig sind, um insgesamt die Form eines Vielecks zu bilden oder die jeweiligen Pole voneinander unabhängig und getrennt sein und eine kreisförmige oder vieleckige Form aufweisen können. Dadurch ist eine weitere Vereinfachung der Herstellung der Spulen möglich.
Wie in Fig. 9 gezeigt, kann der Ventilabschnitt auch nur aus dem Ventilkörper 1 und dem Gehäuseteil 2 zusammengesetzt sein. In diesem Fall sind die Zapfen 16 und 17 im Gehäuseteil 3 ausgebildet und die darin ausgebildeten Strömungskanäle können entbehrt werden. In gleicher Weise können in diesem Fall die zylindrischen Bohrungen 10 und 11 Durchgangsbohrungen in der axialen Richtung sein. Dies erleichtert die Herstellung des Ventils zusätzlich.
Fig. 10 zeigt eine Modifikation der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform. Anstelle der in der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform verwendeten Zapfen 16 und 17 werden Hülsen 16a und 17a verwendet. Zudem wird der Aufbau des Ventilkörpers 1 geändert, so daß der Teil des Ventilkörpers, der den mit der Ausströmöffnung 25 in Verbindung stehenden Strömungskanälen 19 und 21 gegenüberliegt, entfernt wird, und der Ventilkörper kann die mit der Zufuhröffnung 24 in Verbindung stehenden Strömungskanäle 18 und 20, die Hülsen 14, 15 und die Hülsen 16a, 17a und die zylindrischen Bohrungen 10 und 11 abdecken. Auch das Joch 32 wird weggelassen und das Gehäuseteil 3 kann die Funktion des Jochs übernehmen.
Da der Ventilkörper 1 weiter verkleinert wird, wird bei dieser Ausführungsform das Trägheitsmoment weiter verringert. Auch der Gleitbereich zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 und dem Ventilkörper wird weiter verringert, so daß selbst bei einer noch geringeren Antriebskraft eine höhere Zuverlässigkeit gewährleistet werden kann. Da die Durchgangsbohrung 13 auf der Seite der Ausströmöffnung weggelassen werden kann, wird auch die Herstellung des Ventilkörpers zusätzlich erleichtert. Da das Joch weggelassen wird, sind neben der Fertigung auch die Zusammenbau- und die Wartungsarbeiten leichter auszuführen.
Im allgemeinen werden verschiedene Werkstoffe verwendet, da sich das Joch der magnetischen Schaltung von dem verwendeten Gehäuseteil oder Gegenstand unterscheidet. Die Erfinder haben jedoch experimentell festgestellt, daß keinerlei praktisches Problem auftritt, selbst wenn das Gehäuseteil als Joch dient. Ein derartiger Aufbau ist daher möglich. Der Grund dafür ist, daß die magnetischen Leitungen, durch die der Magnetfluß leicht strömen kann, inherent vorgesehen sind und das Magnetfeld statisch ist, da das Gehäuseteil so beschaffen ist, daß es über ausreichend mechanische Festigkeit verfügt, um dem hohen Druck standzuhalten.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Antriebsabschnitts.
Ein direkt mit dem Ventilkörper gekoppelter Rotator 35 weist eine konische Form auf. Auch ein Magnet und eine Fläche eines Jochs 37 auf der Seite des Rotators 35 sind konisch geformt. Der Rotator 35 ist zwischen dem Magnet 36 und dem Joch 37 in einem vorbestimmten Raum drehbar festgeklemmt. Der Rotator 35 weist mehrere Spulen 38 auf, die abwechselnd in der Richtung ihrer Wicklungen im Abstand von einem Winkel β in der Umfangsrichtung übergeschaltet werden. Auch die Polaritäten des Magneten 36 werden abwechselnd im Abstand von einem Winkel β in der Umfangsrichtung übergeschaltet im neutralen Zustand sind die Ränder der jeweiligen Spule 38 und die Ränder der jeweiligen Pole des Magneten 36 um einen Winkel β/2 gegeneinander versetzt.
Es ist dementsprechend möglich, die Strömungsmenge des Fluids durch Einstellen der Winkelbewegung des Ventilkörpers entsprechend der Richtung und Stärke des durch die Spulen 38 fließenden Stroms auf die gleiche Weise zu steuern wie in der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, durch die optimale Auswahl der Kombination der radialen und der axialen Abmessungen einen Rotator mit hoher Antriebskraft und geringem Trägheitsmoment zu schaffen, da die Antriebskraft selbst bei konstanten Radialmaßen des Rotators 35 durch Steigern der axialen Länge des Rotators 35 gesteigert werden kann. Daher ist es möglich, die erforderliche Antriebskraft zu verringern und mit weniger Energie eine höhere Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Da der Rotator 35 konisch ist, ist auch die mechanische Festigkeit der Antriebsvorrichtung höher, sie hält einer höheren Antriebskraftübertragung stand und auch die Vibrationsfestigkeitsmerkmale sind überlegen. Daher ist die Gewährleistung einer höheren Zuverlässigkeit möglich.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung.
Ein direkt mit dem Ventilkörper verbundener Rotator 39 ist zylinderförmig. Auch ein Magnet 40 und eine Oberfläche eines Jochs 41 auf der Seite des Rotators 39 sind zylinderförmig. Der Rotator 39 ist an einem vorbestimmten Raum drehbar zwischen dem Magnet 40 und dem Joch 41 festgeklemmt. Der Rotator 39 weist mehrere Spulen 42 auf, deren Wicklungsrichtungen abwechselnd im Abstand von einem Winkel γ in der Umfangsrichtung geändert werden. Auch die Polaritäten des Magneten 40 werden abwechselnd im Abstand von einem Winkel γ in der Umfangsrichtung geändert. Im neutralen Zustand sind die Ränder der jeweiligen Pole des Magneten 40 und die Ränder der jeweiligen Pole der Spulen 42 um einen Winkel γ/2 gegeneinander versetzt.
Es ist dementsprechend möglich, die Strömungsmenge des Fluids durch Einstellen der Winkelbewegung des Ventilkörpers entsprechend der Richtung und Stärke des durch die Spulen 42 fließenden Stroms auf die gleiche Weise zu steuern wie in der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform wird, da das radiale Richtmaß des Rotators 39 konstant gehalten wird, die Antriebskraft proportional zu seiner axialen Länge erhöht, und es ist möglich, durch Auswahl einer optimalen Kombination von radialen und axialen Abmessungen einen Rotator mit hoher Antriebskraft und geringem Trägheitsmoment zu schaffen. Es ist daher möglich, die erforderliche Antriebskraft weiter zu verringern und selbst mit noch weniger Energie ein höhere Zuverlässigkeit zu erreichen.
Da der Rotator 39 zylinderförmig ist, sind seine mechanische Festigkeit und auch seine Vibrationsfestigkeitsmerkmale überlegen, während er einer noch höheren Antriebskraft standhält. Dadurch kann eine höhere Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 13 bis 17 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Drei-Wege-Ventil.
Die Struktur des erfindungsgemaßen Ventils wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben.
Ein Ventilkörper 43 ist durch ein Gehäuseteil 44 und ein Gehäuseteil 45 zusammen mit einem Distanzstück 46 festgeklemmt. Eine Dicke des Distanzstücks 46 ist um eine vorbestimmte Dickedifferenz größer als die axiale Dicke des Ventilkörpers 43. Auch Wellen 47 und 48 erstrecken sich von den Endflächen des Ventilkörpers 43, um zwischen in den Gehäuseteilen 44 und 45 ausgebildeten Axialbohrungen 49 und 50 ein Radiallager zu bilden. Dementsprechend ist der Ventilkörper so beschaffen, daß er sich relativ zu den Gehäuseteilen 44 und 45 und dem Distanzstuck 46 um eine Rotationsmittelachse 51 dreht.
Im Ventilkörper 43 sind parallel zur Rotationsmittelachse eine zylindrische Bohrung 52 und Durchgangsbohrungsabschnifte 53 und 54 ausgebildet. Andererseits weisen die Gehäuseteile 44 und 45 eine Hülse 55 und einen Zapfen 56 mit einem äußeren Durchmesser auf, der im wesentlichen einem inneren Durchmesser der im Ventilkörper 43 ausgebildeten zylindrischen Bohrung 52 entspricht, und Strömungskanäle 57, 58 und 59, 60, die so ausgebildet sind, daß sie durch die Hülse 55 und den Zapfen 56 voneinander getrennt sind. Im Gehäuseteil 44 steht eine Steueröffnung 61 mit einem Abschnitt des inneren Durchmessers der Hülse 55 in Verbindung, eine Zuführöffnung 62 steht mit einem Strömungskanal 57 in Verbindung und eine Ausströmöffnung 63 steht mit einem Strömungskanal 58 in Verbindung. Die Strömungskanäle 57 und 59 stehen durch den Durchgangsbohrungsabschnitt 53 miteinander in Verbindung und die Strömungskanäle 58 und 60 stehen durch den Durchgangsbohrungsabschnitt 54 miteinander in Verbindung.
Die Wirkungsweise des Drehventils nach dieser Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 14 bis 17 beschrieben.
Die Figuren 14 und 15 zeigen einen neutralen Zustand, d.h. den Zustand, in dem das Ventil geschlossen ist, um den Fluidstrom zu blockieren. In einem derartigen Zustand ist die Verbindung der Steueröffnung mit der Zufuhröffnung 62 und der Ausströmöffnung 63 blockiert, wodurch der Fluidstrom blockiert wird, da die Innenkante an die Außenkanten der Hülse 55 und des Zapfens 56 angrenzt.
Es wird davon ausgegangen, daß der Ventilkörper 43 in den durch den Pfeil 64 angegebenen Richtung gedreht wird, so daß der in den Figuren 16 und 17 dargestellte Zustand erreicht wird. Von den Innenkanten der zylindrischen Bohrung 52, den Außenkanten der Hülse 55 und des Zapfens 56 und den Innen- und Außenkanten der Strömungskanäle 57 und 59 umgebene Öffnungsabschnitte 65 und 66 entstehen, um als Steueröffnungen zu dienen. Daher steht die Steueröffnung 61 durch die Steueröffnungen 65 und 66 mit der Zufuhröffnung 62 in Verbindung, so daß das Fluid, wie durch die Pfeile in Fig. 17 dargestellt, von der Zufhröffnung 62 zur Steueröffnung 61 fließt. Wenn ferner das Drehventil 43 in die der durch den Pfeil 64 dargestellten Richtung entgegengesetzte Richtung gedreht wird, steht die Steueröffnung 61 mit der Ausströmöffnung 63 in Verbindung, so daß das Fluid von der Steueröffnung 61 zur Ausströmöffnung 63 fließt. Der Öffnungsbereich der Steueröffnungen ist dann proportional zur Winkelbewegung des Ventils 43 und die Strömungsmenge wird proportional zum Öffnungsbereich bestimmt. Dadurch dient das Ventil als stufenloses, durchgehendes, variables Drei-Wege-Ventil des vorwärts und rückwärts drehenden Typs.
Die Struktur ist nach dieser Ausführungsform dergestalt, daß die Größe des Querschnittsbereichs des Strömungskanals keinen direkten Einfluß auf die Größe des Ventilkörpers hat, da die Hülse, der Zapfen und die Strömungskanäle auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform des Vier-Wege-Ventils auf der Gehäuseseite ausgebildet sind. Da die Struktur des Ventilkörpers einfach ist und das Auftreten der Belastungskonzentration und Verformung unwahrscheinlich wären, ist es auch nicht erforderlich, den Ventilkörper aufgrund der mechanischen Formfestigkeit übermäßig zu vergrößern. Der Ventilkörper kann in geringer Größe und mit geringem Gewicht gefertigt werden. Es ist auch möglich, den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung der Antriebsvorrichtung zu senken. Da der Hochdruckabschnitt, der sich von der Zufuhröffnung erstreckt und bei der Steueröffnung endet, auf ein erforderliches Mindestniveau gedrückt wird, kann ferner der Ventilabschnitt selbst in geringer Größe und mit geringem Gewicht gefertigt werden.
Bei der Herstellung des Ventilabschnitts reicht es aus, die zylindrische Bohrung 52 des Ventilkörpers 43 und die Bohrungen der Gehäuseteile 44 und 45, auf denen die Hülse 55 und der Zapfen 56 angebracht werden sollen, gleichzeitig zu fertigen und anschließend die Hülse 55 und den Zapfen 56 auf dem Ventilkörper 43 anzubringen. Das Einstellen des Überlappungsbereichs kann ebenfalls bei der Fertigung durch Einstellen des Unterschieds in den Abmessungen zwischen dem inneren Durchmesser der zylindrischen Bohrung und dem äußeren Durchmesser der Hülse und des Zapfens auf ein vorbestimmtes Maß erfolgen. Dementsprechend ist es einfach, den Ventilabschnitt herzustellen und die Anzahl der Verarbeitungsschritte zu verringern. Ferner kann, selbst bei der Steuerung, eine hohe Genauigkeit gewährleistet werden.
Wenn die Kanten der Steueröffnungen, d.h. die Innenkanten des Endabschnitts der zylindrischen Bohrung 52 und die Außenkanten der Hülse 55 und des Zapfens 56 aufgrund langfristiger Nutzung abgenutzt sind oder wenn die Kanten der Öffnungen aufgrund mitgeschwemmter Fremdkörper teilweise beschädigt sind, wird zudem der beschädigte oder abgenutzte Abschnitt durch erneutes Schleifen der Endflächen des Ventilkörpers 43 und der Gehäuseteile 44 und 45 und Einstellen der Kanten der Öffnungen entfernt, so daß die Dicke des Distanzstücks 46 wieder um die vorbestimmte Dickedifferenz größer ist, als die axiale Dicke des Ventilkörpers 43.
Dadurch kann der Ventilabschnitt ohne weiteres wieder verwendet werden, da er im Vergleich zu einem neuen Ventilabschnitt seine Funktion im wesentlichen gleichwertig erneut erfüllt.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 18 und 19 eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform zeigt einen Ventilkörper, der aus dem Ventilabschnitt des in den Figuren 13 bis 17 dargestellten Drei-Wege-Ventils und der Antriebsvorrichtung mit dem scheibenförmigen Rotator besteht. Die Arbeitsweise und die Struktur des Ventilkörpers entsprechen denen der vorher beschriebenen Ausführungsform.
Eine Welle 48 des Ventilkörpers 43 ist fest mit einen scheibenförmigen Rotator 67 gekoppelt. Der Rotator 67 ist zwischen dem Magnet 68 und dem Joch 69 mit kreisförmigen, flachen Oberflächen festgeklemmt, so daß er an einem vorbestimmten Raum drehbar ist, und der Magnet 68 und das Joch 69 sind fest am Gehäuseteil 59 angebracht. Mehrere Spulen 70 sind so auf dem Rotator 67 vorgesehen, daß ihre Wicklungsrichtungen abwechselnd in Umfangsrichtung im Abstand des Winkels α geändert werden. Die Polaritäten der jeweiligen Pole des Magneten 68 werden abwechselnd in Umfangsrichtung im Abstand des Winkels α geändert. Der Rotator 67 ist mit dem Ventilkörper 43 gekoppelt, so daß die Kanten der jeweiligen Spulen 70 und die Kanten der jeweiligen Pole des Magneten 68 um einen Winkel α/2 gegeneinander versetzt sind.
Es ist dementsprechend möglich, die Richtung und die Strömungsmenge des Fluids durch Einstellen der Winkelbewegung des Ventilkörpers entsprechend der Richtung und Stärke des Stromflußes durch die Spulen 70 auf dem Rotator 67 auf die gleiche Weise wie in der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform zu steuern.
Da der Rotator scheibenförmig ist, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, insbesondere eine Dicke der Antriebsvorrichtung zu vermindern, und da das Trägheitsmoment des Ventilkörpers, wie oben beschrieben, klein ist, ist es aufgrund der Tatsache, daß die Ausgabe der Antriebsvorrichtung vermindert werden kann, auch möglich, den Rotator zu verkleinern. Dementsprechend kann der gesamte Ventilkörper in geringer Größe und mit geringem Gewicht gefertigt werden, und es ist möglich, bei geringer Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten. Es ist auch möglich, den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung der Antriebsvorrichtung zu senken.
Zufälliger Weise ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den im Gehäuseteil 45 vorgesehenen Zapfen 56 durch die Hülse zu ersetzen. Was den Magnet 68 betrifft, so ist es möglich, ihn so zu modifizieren, daß die jeweiligen Pole des gesamten Magneten vieleckig sein können, oder die jeweiligen Pole können einzelne und voneinander unabhängige kreisförmige oder vieleckige Pole sein. Es ist daher möglich, die Herstellung weiter zu vereinfachen.
Bei dem Drei-Wege-Ventil nach dieser Ausführungsform kann ferner der Aufbau des Ventils auf die gleiche Weise wie bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform lediglich aus dem Ventilkörper 43 und dem Gehäuseteil 44 bestehen. Die Herstellung des Ventilabschnitts ist daher wesentlich einfacher.
Fig. 20 zeigt eine Modifikation der in den Figuren 18 und 19 gezeigten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist anstelle des in der in den Figuren 18 und 19 gezeigten Ausführungsförm vorgesehenen Zapfens 56 eine Hülse 56a vorgesehen. Der Aufbau des Ventilkörpers 43 ist dahingehend geändert, daß der den mit der Ausströmöffnung 63 in Verbindung stehenden Strömungskanälen 58 und 60 gegenüberliegende Teil des Ventilkörpers 43 entfernt wird und daß der Ventilkörper die mit der Zufuhröffnung 62 in Verbindung stehenden Strömungskanäle 57 und 59, die Hülse 55 und die mit der Steueröffnung 61 in Verbindung stehende Hülse 56a abdekken kann. Auch das Joch 69 wird weggelassen, und das Gehäuseteil 45 kann die Funktion des Jochs 69 übernehmen.
Da der Ventilkörper 43 in geringer Größe und mit geringem Gewicht gefertigt wird, wird bei dieser Ausführungsform das Trägheitsmoment weiter verringert. Da der Gleitflächenbereich zwischen dem Ventilkörper 43 und den Gehäuseteilen 44 und 45 klein ist, ist es möglich, bei weiter verringerter Antriebskraft eine höhere Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Da die Durchgangsbohrungen 54 auf der Seite der Ausströmöffnung weggelassen werden können, ist es auch wesentlich einfacher, den Ventilkörper 43 herzustellen. Da das Joch ebenfalls weggelassen wird, kann ferner die Zusammenbau- und Wartungsarbeit ebenso wie die Herstellung leicht ausgeführt werden.
Fig. 21 zeigt eine Ausführungsform eines Servodrehventilsystem des direkt angetriebenen Typs, das ein erfindungsgemäßes Drehventil verwendet.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Winkelbewegungsdetektor 71 zum Erfassen der Winkelbewegung zwischen dem Ventilkörper 43 und dem Rotator 67 vorgesehen. Eine Welle 72 des Winkelbewegungsdetektors 71 ist mit dem Ventilkörper 43 und dem Rotator 67 verbunden und dreht sich mit diesen. Wenn der Ventilkörper 43 durch die auf dem Rotator 67 erzeugte elektromagnetische Kraft gedreht wird, wird ein von dem Winkelbewegungsdetektor 71 erfaßtes Winkelbewegungssignal 73 an eine Steuervorrichtung 74 zurückübertragen, wo sein Wert mit einem Verschiebungssignal 77 eines zu steuernden Objekts 76 und einem Referenzwert 75 verglichen wird. Die Differenz zwischen diesen Werten wird verstärkt, um ein Steuerbefehlssignal 78 zu bilden, das an die Spulen 70 auf dem Rotator 67 geleitet wird, wodurch ein Positionsservosystem gebildet wird.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Wirkungsweise der vorherigen Ausführungsformen zu gewährleisten, und insbesondere ist es möglich, einen Eigenwert des Servoventils zu verbessern, da das Trägheitsmoment der drehenden Teile gering ist. Da es möglich ist, die elektrische Einstellung der für den Gebrauchzustand günstigsten Merkmale durch Einstellen jedes Faktors zu vereinfachen, können ferner hohe und stabile Frequenzmerkmale erreicht werden. Da der Energieverbrauch niedrig, die Warmeerzeugung der Antriebsvorrichtung gering und die Kraftverstärkungsleistung des Verstärkers klein ist, ist es möglich, die Größe des Verstärkers gering zu halten.
Auch Fig. 22 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Servodrehventilsystems des direkt angetriebenen Typs, das ein erfindungsgemäßes Drehventil verwendet.
Bei dieser Ausführung ist eine Torsionsfeder 79 auf den Wellen des Ventilkörpers 43 und des Rotators 67 vorgesehen. Die Torsionsfeder 79 steht an einem Ende mit dem Ventilkörper 43 und dem Rotator 67 und am anderen Ende mit dem Magnet 68 in Verbindung.
Wenn der Ventilkörper 43 und der Rotator 67 gedreht werden, wird dementsprechend in der Torsionsfeder 79 ein Drehungsmoment gegen die Drehung erzeugt. Der Ventilkörper 43 und der Rotator 67 werden in der Position angehalten, in der dieses Moment das Moment der auf dem Rotator 67 erzeugten Antriebskraft ausgleicht, wodurch die Strömungsmenge des Fluids bestimmt wird. In der Steuervorrichtung 74 werden der Referenzwert 75 und das Verschiebungssignal 77 des zu steuernden Objekts 76 miteinander verglichen, um die Differenz dieser Werte zu verstärken und die Abweichung an die Spulen 70 auf dem Rotator 67 anzulegen, um ein Positionsservosystem zu bilden.
Auch bei dieser Ausführungsform können die gleichen Wirkungen, die den vorhergehenden Ausführungsformen zu eigen sind, erreicht werden, und die Trägheit der drehenden Teile ist gering. Es ist daher möglich, den Eigenwert des Servoventils selbst mit einer weichen Feder auf einfache Weise zu steigern. Es ist möglich, mit einer geringen Antriebskraft hohe und stabile Frequenzmerkmale zu erreichen. Da der Energieverbrauch niedrig ist, ist dementsprechend die Wärmeerzeugung der Antriebsvorrichtung gering. Da die Kraftverstärkungsfähigkeit der Steuervorrichtung gering sein kann, ist es möglich, die Größe der Steuervorrichtung gering anzulegen. Da eine Torsionsfeder verwendet wird, ist im Gegensatz zu einer Spannfeder oder einer Druckfeder beispielsweise bei einer Gummifeder auch die Beeinträchtigung der Poisson'schen Konstante gering, und eine Hysterese ist klein, so daß es möglich ist, eine höhere Steuergenauigkeit zu gewährleisten.
Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform einer hydraulischen Steuereinheit für eine Walzmaschine, die ein erfindungsgemaßes Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs verwendet.
Eine Walzmaschine 80 umfaßt einen Hydraulikzylinder 82, der als Druckvorrichtung zum Aufbringen einer Walzlast auf einen zu walzenden Werkstoff 81 verwendet wird und ein Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs 85, das in einem Zwischenraum in einer Leitung 84 zur Zufuhr eines Hochdruckfluids von einer hydraulischen Krafteinheit 83 zum Hydraulikzylinder 82 angebracht ist. Auch ein Verschiebungsdetektor 86 ist in dem Hydraulikzylinder 82 vorgesehen. Ein von dem Verschiebungsdetektor 86 erfaßtes Verschiebungssignal 87 wird an eine Steuervorrichtung 88 zurückgeleitet. Anschließend werden in der Steuervorrichtung 88 das Verschiebungssignal 87 und ein Referenzwert 89 miteinander verglichen, um die Abweichung zwischen diesen Werten zu verstärken und ein Befehlssignal 90 an das Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs 85 zu leiten.
Da das Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs 85 auf einfache Weise mit hoher Steuergenauigkeit gefertigt werden kann, ist es dementsprechend bei dieser Ausführungsform möglich, die Dicke eines ausgegebenen plattenförmigen Werkstoffs aus dem gewalzten Werkstoff 81 genau zu steuern. Es ist daher möglich, trotz verschiedener Parameteränderungen auf durchgehend stabile Weile ein Walzerzeugnis guter Qualität herzustellen. Da das Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs 85 bei einer kleinen Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit gewährleisten kann, kann auch die Kraftverstärkungsfähigkeit der Steuervorrichtung 88 gering sein, die Größe der Steuervorrichtung 88 kann gering gehalten werden und der Energieverbrauch oder die Wärmeerzeugung können verringert werden.
Wie oben beschrieben, werden bei dem erfindungsgemäßen Drehventil die Teile, die einem hohen Druck ausgesetzt sind, auf das geringst mögliche Maß verkleinert, die Struktur des Ventilkörpers ist einfach, und die Dicke des Ventilkörpers kann verringert werden, der Ventilabschnitt kann klein und leicht angelegt sein. Bei der Herstellung des Ventilabschnitts ist es zudem möglich, eine gleichzeitige Bearbeitung durchzuführen, und es ist einfach, den Überlappungsbereich und den Freiraum einzustellen. Es ist möglich, eine einfache Herstellung mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten. Es ist daher einfach, die Anzahl der Fertigungsschritte zu vermindern und die Herstellungskosten zu senken.
Da der Ventilkörper klein angelegt ist und ein geringes Trägheitsmoment aufweist, ist es auch möglich, bei geringer Antriebskraft eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten. Daher kann eine kleine Antriebsvorrichtung verwendet werden. Dadurch können der Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung der Antriebsvorrichtung verringert werden.
Wenn die Kanten der Steueröffnungen aufgrund langfristiger Nutzung abgenutzt sind, ist es ferner möglich, die ursprüngliche Leistung durch Wiederverwendung des Ventilabschnitts wieder herzustellen. Der Ventilabschnitt kann wiederverwendet werden. Dies kann auf einfache Weise erreicht werden.
Wenn dementsprechend das erfindungsgemaße Drehventil für ein Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs verwendet werden kann, ist es möglich, bei hoher Steuergenauigkeit die Größe und das Gewicht des Ventils gering zu halten. Es ist ferner möglich, den Eigenwert des Servodrehventils zu verbessern und auf einfache Weise eine gute Reaktionsfähigkeit zu gewährleisten. Es ist daher möglich, die Größe der Steuervorrichtung ebenso wie die des Servoventils zu verringern, und der Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung des Systems können vermindert werden. Die Kosten oder Betriebskosten des gesamten Systems können gesenkt werden und bieten damit einen wirtschaftlichen Vorteil.
Wenn dementsprechend das erfindungsgemäße Servodrehventil des direkt angetriebenen Typs für eine hydraulische Steuervorrichtung für eine Walzmaschine verwendet wird, ist es möglich, ein Steuersystem mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu schaffen. Es ist möglich, das System immer unter guten Walzbedingungen zu halten. Es ist möglich, stabile und gut gewalzte Produkte zu erhalten. Dementsprechend ist es möglich, Qualität und Ertrag der Walzprodukte zu verbessern.
Mit der vorliegenden Erfindung können daher sowohl ein wirtschaftlicher als auch ein technischer Vorteil gewährleistet werden.

Claims

1. Drehventil mit

Gehäuseteilen (2, 3; 44, 45), wobei ein Gehäuseteil (2; 44) mit Fluidöffnungen (22 - 25; 61 - 63) versehen ist,

einem Ventilkörper (1, 43), der drehbar und koaxial innerhalb der Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) angeordnet ist und zumindest eine zylindrische Bohrung (10, 11; 52) aufweist, wobei eine Relativdrehung zwischen dem Ventilkörper (1; 43) und den Gehäuseteilen (2, 3; 44, 45) eine Fluidströmung durch die zumindest eine zylindrische Bohrung (10, 11; 52) und die Fluidöffnungen (22 - 25; 61 - 63) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das eine Gehäuseteil (2; 44) mit zumindest einer Hülse/Zapfen (14 - 17; 55, 56) versehen ist, zum Bilden von Steueröffnungen (27 - 30, 65, 66), die mit der zumindest einen zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) in Verbindung stehen, mit einem äußeren Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der zumindest einen zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) ist, die innere Kante der zumindest einen zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) ist mit der äußeren Kante der zumindest einen Hülse/Zapfen (14 - 17; 55, 56) ausgerichtet, wenn das Ventil zur Vermeidung einer Fluidströmung geschlossen ist.

2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1; 43) zwischen den Gehäuseteilen (2, 3; 44, 45) festgelegt ist, zusammen mit einem Distanzstück (4, 46) mit einer größeren Dicke als die axiale Dicke des Ventilkörpers (1; 43).

3. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) einen Strömungskanal (18; 57) in Verbindung mit einer Zuführöffnung (24; 62) und einen anderen Strömungskanal (19; 58) in Verbindung mit einer Ausströmöffnung (25; 63) aufweisen, die Strömungskanäle (18, 19; 57, 58) sind durch die Hülsen/Zapfen (14, 15, 16 17; 55, 56) voneinander getrennt.

4. Drehventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1; 43) die Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) der Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) und/oder die zylindrischen Bohrungen (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) bedeckt, die in Verbindung mit einer Steueröffnung (22, 23;61) stehen, die in den Gehäuseteilen (2, 3; 44, 45) ausgebildet ist.

5. Drehventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1; 43) Durchgangsbohrungen (12, 13; 53, 54) aufweist, die denselben in axialer Richtung durchdringen, zusätzlich zu den zylindrischen Bohrungen (10, 11; 52), die den Ventilkörper in axialer Richtung durchdringen, ein Gehäuseteil (2; 44) mit der Hülse (14, 15; 55) versehen ist, in koaxialem Verhältnis zu der zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43), wobei die Hülse einen äußeren Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich einem inneren Durchmesser der zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) ist, das andere Gehäuseteil (3; 54) mit der Hülse/Zapfen (16, 17; 56) versehen ist, in koaxialem Verhältnis zu der zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43), wobei die Hülse/Zapfen einen äußeren Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich einem inneren Durchmesser der zylindrischen Bohrung (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) ist, die Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) an beiden Seiten der Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) mit Strömungskanälen (18, 19, 20, 21; 57, 58, 59, 60) versehen sind, die voneinander durch die Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) getrennt sind und die Strömungskanäle (18, 19, 20, 21; 57, 58, 59, 60), die einander an beiden Seiten des Ventilkörpers (1; 43) gegenüberstehen, miteinander durch die Durchgangsbohrungen (12, 13; 53, 54) des Ventilkörpers (1; 43) verbunden sind.

6. Drehventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1; 43) die Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) der Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) bedeckt, und die zylindrischen Bohrungen (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) mit der Steueröffnung (22, 23; 61) und/oder einem Strömungskanal (18; 57) in Verbindung stehen, der mit der im Gehäuseteil (2; 44) ausgebildeten Zufuhröffnung (24; 62) in Verbindung steht.

7. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmittel vorgesehen sind, mit einem Rotator (30; 35; 39; 67), der an ein Teil des Ventilkörpers (1; 43) gekoppelt ist.

8. Drehventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mehrere Spulen (33, 70) aufweisen, deren Wickelrichtungen sich abwechselnd in einer Umfangsrichtung ändern, weiterhin einen scheibenförmigen Rotator (30; 67), der mit einem Teil des Ventilkörpers (1; 43) gekoppelt ist, einen Magnet (31; 68) mit sich abwechselnd in Umfangsrichtung ändernden Polaritäten und der eine runde oder vieleckige flache Fläche aufweist und mit einem Joch (32; 69) mit einer kreisförmigen oder vieleckigen flachen Fläche.

9. Drehventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mehrere Spulen (38) enthalten, deren Wickelrichtungen sich abwechselnd in einer Umfangsrichtung ändern, weiterhin einen konischen Rotator (35), der mit einem Teil des Ventilkörpers (1) gekoppelt ist, einen Magneten (36) mit sich abwechselnd in der Umfangsrichtung ändernden Polaritäten und einer konischen oder vieleckig konischen Fläche und ein Joch (37), das eine zylindrische oder vieleckig konische Fläche aufweist.

10. Drehventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mehrere Spulen (42) aufweisen, deren Wickelrichtungen sich abwechselnd in einer Umfangsrichtung ändern, weiterhin einen zylindrischen Rotator (39), der mit einem Teil des Ventilkörpers (1) gekoppelt ist, einen Magneten (40) mit Polaritäten, die sich abwechselnd in der Umfangsrichtung ändern und der eine zylindrische oder polygonal röhrenförmige Oberfläche aufweist, und einem Joch (41) mit einer zylindrischen oder polygonal röhrenförmigen Oberfläche.

11. Drehventil nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1; 43) direkt durch die Antriebsmittel angetrieben ist, zum Steuern einer Fluidströmung, wobei die Relativbewegung zwischen den zylindrischen Bohrungen (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) und den Hülsen/Zapfen (14, 15, 16, 17; 55, 56) verursacht, daß sich eine Öffnungsfläche der Steueröffnungen (27 - 30; 65, 66) ändert.

12. Drehventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkeldetektor (71) zum Erfassen einer Winkeländerung des Ventilkörpers (43) vorgesehen ist und der Rotator (67) mit dem Ventilkörper (43) gekoppelt ist, so daß ein Winkelbewegungssignal (73) von dem Winkelbewegungsdetektor (71) zurückgeführt wird, zum elektrischen Positionieren des Ventilkörpers (43) und des Rotators (67), der mit dem Ventilkörper (43) gekoppelt ist.

13. Drehventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torsionsfeder (79) um Schäfte des Ventilkörpers (43) vorgesehen ist und der Rotator (67) mit dem Ventilkörper (43) gekoppelt ist, zum Positionieren des Ventilkörpers (43) und des Rotators (67), der mit dem Ventilkörper (43) gekoppelt ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Drehventils nach Anspruch 1 bis 13, mit den folgenden Schritten:

- gleichzeitiges Herstellen der zylindrischen Bohrungen (10, 11; 52) des Ventilkörpers (1; 43) und der Bohrungen, in die die Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) der Gehäuseteile (2, 3; 44, 45) im zusammengebauten Zustand des Ventilkörpers (1; 43) und der Gehäuseteil (2, 3; 44, 45) montiert sind, und

- Montieren der Hülsen/Zapfen (14 - 17; 55, 56) auf den Gehäuseteilen (2, 3; 44, 45).