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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegenden Erfindung betrifft
ein System zum Abdichten eines Kopfendes eines Zylinders gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein derartiges System ist beispielsweise aus EP-A-675
304 bekannt.
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Es ist üblich, ein Steuerventil zum
Steuern des Stroms von Material durch eine Rohrleitung einzusetzen.
Ein Typ Steuerventil weist einen Zylinder auf, der einen Einlass
an einem Kopfende des Zylinders und einen Auslass in einer Seitenwand
des Zylinders aufweist. Ein Kolben gleitet durch den Zylinder hindurch,
um den Materialstrom durch den Zylinder zu steuern. Die Position
des Kolbens wird von einer Feder und dem Strom von Material durch
eine Steuerleitung gesteuert. Wenn der Druck von Material an einer
Nase des Kolbens den Druck des Materials in der Steuerleitung und
der Feder an der Rückseite
des Kolbens übersteigt,
bewegt sich der Kolben in dem Zylinder nach oben und lässt Material
durch den Zylinder strömen.
In einer geschlossenen Position sind der Druck der Feder und des
Stroms durch die Steuerleitung an der Rückseite des Kolbens größer als
der Druck des Materials an der Nase des Kolbens. Der Kolben befindet
sich nahe am Kopf des Zylinders in der geschlossenen Position, wodurch
Material am Strömen
durch den Zylinder gehindert wird.
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Es ist des Weiteren üblich, einen
O-Ring zu verwenden, um den Zylinder abzudichten, wenn sich der
Kolben in der geschlossenen Position befindet. Wenn sich der Kolben
in die geschlossene Position bewegt, bewegt sich die Nase des Kolbens
durch die Mitte des O-Rings. Der O-Ring wird zwischen der Nase des
Kolbens und den Wänden
des Zylinders eingeschlossen, um den Zylinder abzudichten und Austreten
von Material an dem Kolben vorbei und in den Zylinder hinein zu
vermeiden. Der O-Ring wird in dem Zylinder festgehalten, indem er
in eine Nut im Inneren der Zylinderwand eingesetzt wird.
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Ein Problem besteht darin, dass der
Kolben den O-Ring aus der Nut herausziehen kann, wenn Druck den
Kolben aus der geschlossenen Position in eine offene Position bewegt.
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Wenn der O-Ring aus der Nut gelöst wird,
ist die durch den O-Ring erzeugte Dichtung möglicherweise nicht mehr ausreichend,
und es kann zum unerwünschten
Austreten von Material in den Zylinder hinein kommen. Es besteht
in der Technik ein Bedarf nach einem Halteelement, das verhindert,
dass der O-Ring aus der Nut des Zylinders gelöst wird. Die obenstehenden
und weitere Probleme werden gelöst und
ein technischer Fortschritt wird erreicht, indem ein System geschaffen
wird, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Nut in der Zylinderwand nah am Kopfende des Zylinders vorhanden.
Das Kopfende des Zylinders weist einen Absatz auf, der sich in eine Öffnung in
dem Kopfende unter der Nut hinein erstreckt. Ein Absatz, der sich
von einer Zylinderwand oder am Umfang eines Kolbens entlang erstreckt,
wird im Folgenden als Stufe bezeichnet. Ein O-Ring wird in die Nut
eingesetzt. Ein Halteelement ist ein Ring, der aus Metall oder anderem
starren Material besteht. Der Haltering weist einen Außendurchmesser
auf, der ungefähr dem
Durchmesser der Innenseite des Zylinders entspricht, sowie einen
Innendurchmesser, der kleiner ist als ein Innendurchmesser der Stufe.
Die Wand des Halteelementes hat eine Höhe, die es der Halteelementwand
erlaubt, sich in den O-Ring hinein zu erstrecken, wenn das Halteelement
auf der Stufe am Kopfende des Zylinders aufsitzt.
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Das Halteelement wird in den Zylinder
hinein und durch den O-Ring hindurch gepresst. Eine Fläche des
Zylinders wird durch die Stufe festgehalten. Eine zweite Fläche des
Halteelementes erstreckt sich in den O-Ring hinein, und die Halteelementwand drückt an den
O-Ring, um den O-Ring in der Nut zu halten. Der O-Ring seinerseits
presst an die Halteelementwand und hält das Halteelement fest. In
einer bevorzugten Ausführung
weisen sowohl das erste als auch das zweite Ende der Halteelementwände Führungsfasen
bzw. abgewinkelte schräge
Kanten auf, um Beschädigung
des O-Rings beim Einführen
und Entnehmen des Halteelementes zu vermeiden.
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Einführen und Entnehmen des Halteelementes
können
unter Verwendung des Kolbens als Werkzeug ausgeführt werden. Das Einführen wird
unter Verwendung eines ersten Endes bzw. der Nase des Kolbens ausgeführt. Der
Kolben weist einen Absatz bzw. eine Stufe um den Durchmesser der
Nase herum auf. Das Halteelement passt über die Nase, wobei eine Fläche des
Halteelementes auf der Stufe aufsitzt. Der Kolben schiebt das Halteelement
durch den Zylinder und durch den O-Ring, bis die andere Fläche des
Halteelementes auf der Stufe in der Nähe des Kopfendes des Zylinders
aufsitzt.
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Das Einführen des O-Rings und des Halteelementes
wird auf folgende Weise ausgeführt.
Zunächst
wird der O-Ring in die Nut im Inneren der Zylinderwand eingeführt. Das
Halteelement wird dann von einem ersten Ende des Zylinders gegenüber dem
Kopfende des Zylinders her in den Zylinder eingesetzt. Das Halteelement
wird in den Zylinder hineingeschoben, bis eine erste Fläche des
Halteelementes auf einer Fläche
des O-Rings aufsitzt. Der Kolben wird dann mit der Nase zuerst in
den Zylinder eingesetzt. Der Kolben wird so lange nach unten geschoben,
bis die Stufe an der Nase mit einer zweiten Fläche des Halteelementes in Kontakt
kommt. Das Halteelement wird von dem Kolben durch den O-Ring geschoben,
bis die erste Fläche
des Halteelementes auf der Stufe am Kopfende des Zylinders aufsitzt.
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Ein hinteres Ende des Kolbens wird
verwendet, um das Halteelement aus dem Zylinder zu entnehmen. Das
hintere Ende weist eine Stufe mit einem Außendurchmesser auf, der kleiner
ist als der Innendurchmesser der Stufe am Kopf des Zylinders und
größer als
der Durchmesser der Innenseite des Halteelementes. Das Entnehmen
des Halteelementes wird auf folgende Weise ausgeführt. Zunächst wird
der Kolben aus dem Zylinder entfernt. Das hintere Ende des Kolbens
wird dann in einen Einlass am Kopf des Zylinders eingeführt. Die
Stufe am hinteren Ende des Kolbens kommt mit dem Innendurchmesser
des Halteelementes in Kontakt und ermöglicht es, dass das hintere
Ende des Kolbens Kraft auf das Halteelement ausübt. Das hintere Ende des Kolbens wird
dann durch den Zylinder nach oben geschoben. Es wird eine Kraft
auf das Halteelement ausgeübt, die
das Halteelement durch den O-Ring und durch den Zylinder schiebt.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die obenstehenden und weitere Merkmale der
vorliegenden Erfindung werden aus der Lektüre der folgenden ausführlichen
Beschreibung und der folgenden Zeichnungen verständlich.
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1 zeigt
ein normales Steuerventil, das ein Halteelement der vorliegenden
Erfindung beinhaltet;
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2 zeigt
eine Schnittansicht des normalen Halteventils;
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3 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht einer Kolbenbaugruppe aus einer
ersten Perspektive;
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4 zeigt
eine Schnittansicht der Kolbenbaugruppe;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Vorgangs zum Einführen des Halteelementes; und
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6 zeigt
eine Flussdiagramm zum Entnehmen des Halteelementes.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 zeigt
Steuerventil 100, das ein Gehäuse 110 aufweist.
Einlassflansch 101 und Auslassflansch 102 verbinden
Steuerventil 100 mit einer Rohrleitung (nicht dargestellt).
Material strömt über Einlass 103 in
Steuerventil 100 ein und tritt über Auslass 104 aus
Steuerventil 100 aus. Das Kolbenbaugruppengehäuse 105 bildet
einen zylindrischen Hohlraum zwischen Einlass 103 und Auslass 104.
Eine Kolbenbaugruppe (in 3 dargestellt)
ist im Inneren von Kolbenbaugruppengehäuse 105 enthalten und
reguliert den Strom von Material durch Steuerventil 100.
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Steuer-Einlassanschluss 108 ist
eine Öffnung
in Gehäuse 110 nahe
an Einlass 103 und leitet einen Materialstrom in eine Steuer-Rohrleitung
(in 2 dargestellt) ab.
Steuer-Einlassanschluss 108 ist
mit einem Stopfen 118 dargestellt, der in x-Anschluss 108 eingeschraubt
ist. Steuer-Anschluss 109 ist eine Öffnung in einer Oberseite von
Kolbenbaugruppengehäuse 105,
die einen Steuer-Materialstrom zu einem zweiten Ende eines Zylinders
ableitet. Steuer-Auslassanschluss 107 ist eine Öffnung in Gehäuse 100 nahe
an Auslass 104 und führt
einen Materialstrom aus einer Steuerleitung (in 2 dargestellt) zu Auslass 104 zurück. Stopfen 117 ist
in Steuer-Auslassanschluss 107 eingeschraubt dargestellt. 2 ist eine Schnittansicht
von Steuerventil 100, das mit Steuerleitung 200 verbunden
ist. Steuerleitung 200 weist ein erstes Ende 201 auf,
das mit Steuer-Einlassanschluss 108 verbunden ist, um Material
vom Einlass von Steuerventil
100 aufzunehmen. Das Material
strömt
durch Steuerleitung 200 zu einer Leitung, die mit Steueranschluss 109 verbunden
ist. Das Material strömt
dann durch Steueranschluss 109 in einen Zylinder 220 von
Kolbenbaugruppe 250. Ein Steuer-Vorsteuerventil 202 befindet sich
stromab von y-Anschluss 109 in Steuerleitung 200.
Steuer-Vorsteuenrentil 202 ist eine Hahnbaugruppe, die
verstellt werden kann, um den Strom von Material durch Steuerleitung 200 zu
regulieren. Ein zweites Ende 205 von Steuerleitung 200 ist
mit Steuer-Auslassanschluss 107 verbunden, um Material von
Steuerleitung 200 zu dem Materialstrom über Auslass 104 nach
außen
zurückzuführen.
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Kolbenbaugruppe 250 besteht
aus einem Zylinder 220 und Kolben 221. Kolben 221 ist
gleitend im Inneren von Zylinder 220 angebracht. Zylinder 220 weist
ein Kopfende 231 mit einer Einlassöffnung 230 auf, die
an den Einlass 103 angrenzt, um einen Materialstrom von
Einlass 103 aufzunehmen. Auslassöffnung 232 befindet
sich in einer Seitenwand von Zylinder 220 und ermöglicht es
Material, durch Zylinder 220 zu Auslass 104 zu
strömen.
Kolben 221 gleitet im Inneren von Zylinder 220,
um den Materialstrom durch Zylinder 220 zu regulieren.
In einer geschlossenen Position ist Kolben 221 nahe am
Kopfende 231 und verhindert, dass Fluid in Zylinder 220 strömt. In einer
offenen Position grenzt Kolben 221 an ein zweites Ende 234 von
Zylinder 220 an, und der Strömungsweg zwischen Einlassöffnung 230 und Auslassöffnung 232 ist
frei. Kolben 221 kann jede Position zwischen der offenen
und geschlossenen Position einnehmen, um den Strömungsweg teilweise zu versperren
und den Strom von Material durch Zylinder 220 zu regulieren.
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Feder 222 weist ein erstes
Ende auf, das fest an einer oberen Innenwand von Zylinder 220 angebracht
ist, sowie ein zweites Ende, das fest an einem zweiten Ende von
Kolben 221 angebracht ist. Feder 222 dient dazu,
die Position von Kolben 221 im Inneren von Zylinder 220 zu
steuern. Die Position von Kolben 221 wird auf der Basis
eines Prinzips des ausgeglichenen Drucks gesteuert. Ein Materialstrom über Steueranschluss 109 übt einen
Druck P2 auf ein zweites Ende von Kolben 221 aus. Das Material
von Einlass 103 übt
Druck P1 auf ein Nasenende von Kolben 221 aus.
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Wenn Vorsteuerventil 202 geschlossen
ist, kann kein Material zu Steuer-Auslassanschluss 107 strömen. Dadurch
entspricht Druck P2 am zweiten Ende von Kolben 221 Druck
P1 am Kopfende von Kolben 221. Druck P2, der von dem Steuerventil
und Feder
222 ausgeübt
wird, spannt Kolben 221 in die geschlossene Position, wenn
Vorsteuerventil 202 geschlossen ist. Wenn Vorsteuerventil 202 offen
ist, verringert sich der Druck P2 auf das zweite Ende von Kolben 212 durch
den Strom von Material zu Steuer-Auslassanschluss 107.
Die von P1 ausgeübte Kraft übersteigt
die von P2 ausgeübte
Kraft, so dass sich Kolben 221 auf die offene Position
zu bewegt. Material kann durch Zylinder 220 strömen. Je
weiter Vorsteuerventil 202 geöffnet wird, um so mehr wird P2
verringert, wodurch wiederum die Position von Kolben 221 in
Zylinder 220 gesteuert wird.
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Wenn sich Kolben 221 in
der geschlossenen Position befindet, ist eine Dichtung erforderlich,
um zu verhindern, dass Material um Kolben 221 herum und
in Zylinder 220 austritt. 3 und 4 zeigen die Bauteile von
Kolbenbaugruppe 250, mit denen Zylinder 220 abgedichtet
wird, wenn sich Kolben 221 in der geschlossenen Position
befindet. 3 ist eine auseinandergezogene
Ansicht der Bauteile von Kolbenbaugruppe 250, mit der Zylinder 220 abgedichtet wird. 4 ist eine Schnittansicht
von Zylinderbaugruppe 250, wobei sich Kolben 221 in
der geschlossenen Position befindet. In der folgenden Beschreibung
wird auf 3 und 4 Bezug genommen, um die Beziehung
von Bauteilen in der Kolbenbaugruppe 250 besser zu beschreiben.
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Kolbenbaugruppe 250 weist
einen O-Ring 300 auf, der in Zylinder 220 passt,
um Zylinder 220 abzudichten, wenn sich Kolben 221 in
der geschlossenen Position befindet. O-Ring 300 ist ein kreisförmiges Teil
aus Gummi oder einem anderen elastischen Material, das zu einem
Ring geformt ist. Der Umfang von O-Ring 300 ist etwas größer als
der Innenumfang von Zylinder 220. O-Ring 300 passt
in Nut 400 an der Innenwand von Zylinder 220 nahe
an dem Kopfende 231 von Zylinder 220. Nut 400 befindet
sich auf einer Höhe
in Zylinder 220, die es ermöglicht, dass Nase 320 von
Kolben 221 sicher an O-Ring 300 sitzt,
wenn sich Kolben 221 in der geschlossenen Position befindet
(wie in 4 dargestellt).
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Um zu verhindern, dass O-Ring 300 durch Kolben 221 aus
Nut 400 herausgezogen wird, wenn Kolben 221 auf
die offene Position zu nach innen gleitet, wird Haltering 310 in
Zylinder 220 eingesetzt. Haltering 310 drückt, wenn
er in Zylinder 220 eingeführt wird, an O-Ring 300,
um zu verhindern, dass O-Ring 300 aus Nut 400 herausgezogen
wird. Haltering 310 ist ein Ring, der aus einem Metall
oder anderem starren Material besteht.
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Führungsfasen 312 und 313 sind
schräge Kanten
an Haltering 310, die es Haltering 310 ermöglichen,
nach innen und nach außen
zu gleiten, ohne O-Ring 300 zu beschädigen. Stufe 401 nahe
an Öffnung 230 ist
vorhanden, um eine zweite Seite von Haltering 310 zu tragen.
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Stufe 401 spannt den Haltering
in eine Position, in der sich eine erste Seite von Haltering 310 im Inneren
von O-Ring 300 befindet und O-Ring 300 in Nut 400 hält. Dadurch
können
Haltering 310 und O-Ring 300 aneinander drücken und
einander festhalten. Die Höhe
von Wänden 311 von
Haltering 310 wird durch die Höhe von Nut 400 bestimmt.
Der Innendurchmesser von Haltering 310 ist kleiner als
der Innendurchmesser von Absatz 401, um das Entfernen von
Haltering 310 zu erleichtern.
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Um die Notwenigkeit eines Werkzeugs
zum Einsetzen von Haltering 310 in Zylinder 220 zu
umgehen, ist Kolben 221 so ausgeführt, dass er beim Vorgang des
Einführens
und Entnehmens von Haltering 310 eingesetzt werden kann.
Kolben 221 weist eine Nase 320 mit einer vorstehenden
Stufe 321 um Nase 320 herum auf. Stufe 321 hat
einen Außendurchmesser,
der im Wesentlichen dem Innendurchmesser von Haltering 310 entspricht,
jedoch kleiner ist als dieser. Nase 320 passt in Haltering 310,
wobei Stufe 321 mit einem ersten Ende von Haltering 310 in
Kontakt kommt, um sie bei dem unten beschriebenen Vorgang des Einführens einzusetzen.
Ein zweites Ende 325 von Kolben 221 weist eine
vorstehende Stufe 326 auf, die einen Außenumfang hat, der größer ist als
der Innenumfang von Haltering 310 und kleiner als der Außenumfang
von Stufe 401. Das zweite Ende 325 von Kolben 321 kann
in die Kopf-Einlassöffnung 330 von
Zylinder 220 passen und kann bei dem unten beschriebenen
Vorgang des Entnehmens eingesetzt werden.
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5 ist
ein Flussdiagramm eines Vorgangs 500 zum Einführen von
O-Ring 300 und Haltering 310 in Zylinder 220 unter
Verwendung von Kolben 221 als Einführwerkzeug. Vorgang 500 beginnt
in Schritt 501 mit dem Einführen
von O-Ring 300 in Nut 400 von Zylinder 220.
In Schritt 502 wird Haltering 310 von der zweiten Seite
234 her in Zylinder 220 eingeführt. Haltering 310 sitzt
dann auf, so dass ein erstes Ende von Haltering 310 in
Schritt 503 gleichmäßig auf
O-Ring 300 aufsitzt.
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In Schritt 504 wird Kolben 221 in
ein zweites Ende 234 von Zylinder 220 direkt eingeführt, wobei sich
Nase 320 direkt über
Haltering 310 befindet. Nase 320 tritt durch Haltering 310 hindurch,
bis Stufe 321 in Schritt 506 mit einer zweiten
Fläche
von Haltering 310 in Kontakt ist. Kolben 221 wird
dann in Schritt 506 in Zylinder 220 eingeführt, so
dass eine Kraft auf Haltering 310 ausgeübt wird. Führungsfase 320 führt Haltering 310 über eine
Innenfläche
von O-Ring 300. Vorgang 500 endet in Schritt 507,
wenn Haltering 310 durch O-Ring 300 geschoben
wird, bis eine erste Fläche
von Haltering 310 mit Stufe 401 in Kontakt kommt.
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6 stellt
einen Entnahmevorgang 600 zum Entnehmen von Haltering 310 unter
Verwendung eines zweiten Endes von Kolben 221 dar. Vorgang 600 beginnt
in Schritt 601 mit dem Entnehmen von Kolben 221 aus
Zylinder 220. In Schritt 602 wird ein zweites
Ende von Kolben 221 in Öffnung 230 von Zylinder 220 eingeführt. Stufe 326 von
Kolben 221 kommt in Schritt 603 mit einer ersten
Fläche
von Haltering 310 in Kontakt. Es wird eine Kraft auf Haltering 310 ausgeübt, indem
Kolben 221 in Schritt 604 in Zylinder 220 hineingeschoben
wird. In Schritt 605 tritt Haltering 310 von Führungsfase 313 geführt durch O-Ring 300 hindurch.
Vorgang 600 endet in Schritt 606 mit dem Entnehmen
von Haltering 310 aus Zylinder 220 über eine Öffnung in
der zweiten Seite 234 von Zylinder 220.