JP2022532485A - 方向制御バルブ - Google Patents

Abstract

バルブハウジング（１）に配置されている回転部材（９）が、貫通チャネル（１１）を貫通し、第１切替位置と第２切替位置との間で方向制御バルブを調整するために回転軸線（１０）のまわりで回転可能である。貫通チャネル（１１）の第１端部が回転軸線（１０）と同心であり、各切替位置において１次連結チャネル（６）が貫通チャネル（１１）を介して２次連結チャネル（７、８）のうち一方と連通し、他方から遮断される。回転部材（９）が、貫通チャネル（１１）の第２端部が開口し、球冠状に湾曲した外側面（１３）を有している。バルブハウジング（１）が、回転部材（９）の球冠状に湾曲した外側面（１３）の反対側にあって、２次連結チャネル（７、８）が開口し、球冠状に湾曲した内側面（１４）を有している。当該外側面（１３）および当該内側面（１４）は、最大で半球の領域にわたり延在している。【選択図】 図３

Description

本発明は、
バルブハウジングおよび前記バルブハウジングに配置された回転部材を備えている方向制御バルブであって、
前記バルブハウジングが、１次連結チャネルを有する１次連結部と、第１の２次連結チャネルを有する少なくとも１つの第１の２次連結部と、第２の２次連結チャネルを有する少なくとも１つの第２の２次連結部と、を備え、
前記回転部材が、貫通チャネルから貫通し、少なくとも１つの第１切替位置と１つの第２切替位置との間で前記方向制御バルブを調整するために回転軸線のまわりで回転可能であり、前記貫通チャネルの第１端部が回転軸線と同心であり、それぞれの切替位置において前記１次連結チャネルが前記貫通チャネルを介して前記２次連結チャネルのうち一方と連通し、前記２次連結チャネルのうち他方から遮断される方向制御バルブに関する。

さまざまな形態の方向制御バルブが知られている。従来の方向制御バルブによれば、球状の回転部材が回転軸線のまわりを回転する。公知の形態の１つによれば、当該球はＬ字型のチャネルを有している。したがって、チャネルは相互に垂直に延在する２つの部分によって形成されている。チャネルの一方の部分は、ボールの回転軸線に対して同軸に配置され、すべての回転位置で方向制御バルブの１次連結部に対して連結される。チャネルの他方の部分は、回転位置に応じて２次連結部の１つに対して連結される。この方向制御バルブの欠点は、特に方向制御バルブの公称サイズが大きい場合、そのサイズが比較的大きいことである。

本発明の目的は、全体のサイズが比較的小さい、前述のタイプの有利な方向制御バルブを提供することである。

本発明によれば、これは、請求項１の特徴を備えた方向制御バルブによって達成される。

本発明に係る方向制御バルブにおいて、回転部材は、貫通チャネルの第２端部が開口している球冠状に湾曲した外側面を有し、バルブハウジングは、回転部材の球冠状に湾曲した外側面の反対側にあって２次連結チャネルが開口している球冠状に湾曲した内側面を有する。回転部材の球冠状に湾曲した外側面およびバルブハウジングの球冠状に湾曲した内側面は、最大でも半球の領域にわたり広がっている。

バルブハウジングは、好ましくは、ハウジング上部およびハウジング下部を有し、当該両部材は、ハウジング封止リングによって封止された状態で相互に連結されている。ハウジング封止リングは、好ましくは、回転部材の回転軸線に対して垂直な平面に配置される。

ハウジング下部に配置された当接面に当接する支持面が回転部材に配置されていることが好ましい。これにより、回転部材は、ハウジングの下側の軸線に向かう方向について支持される。支持面および当接面は、好ましくは平坦であり、特に好ましくは回転軸線に対して垂直な平面に存在している。

貫通チャネルの第１端部を取り囲む１次封止リングが回転部材に配置され、当該１次封止リングが、バルブハウジング、好ましくはバルブハウジング下部に配置されているバルブハウジングの封止面に当接すること、または、貫通チャネルの第１端部を取り囲む封止面が回転部材に配置され、当該封止面がバルブハウジング、好ましくはハウジング下部に配置されている１次封止リングに当接することが好ましい。これにより、回転部材と、バルブハウジング、好ましくはハウジング下部との間の軸線方向のシールが実現される。封止面は平坦に形成されていることが好ましい。１次封止リングは、特に好ましくは、回転軸線に対して垂直な平面に配置されている。本発明の一実施形態では、封止面は、回転軸線に対して垂直な平面に存在していてもよい。他の実施形態では、封止面は回転軸線のまわりに延在する円錐面に存在していてもよい。

回転部材と、ハウジング、特にハウジング下部との間の軸線方向の封止に代えて、周方向の封止が実現されてもよい。回転部材の円筒状の外側面は、好ましくは貫通チャネルの第１端部の軸線領域に配置され、この場合、バルブハウジング、好ましくはハウジング下部の円筒状の封止面に当接してもよい。

本発明の有利な実施形態では、回転軸線に対して平行に延在する駆動シャフトが、回転部材の球冠状の外側面の頂点から延在し、バルブハウジング、好ましくはハウジング上部の開口部を封止状態で貫通している。

バルブハウジング、好ましくはハウジング上部に対する回転部材の径方向の案内のために、回転軸線に対して平行に延在しているバルブハウジングの案内面と、回転軸線に対して平行に延在している回転部材の案内面との間に配置されている、回転軸線を取り囲む周方向案内リングが設けられている。バルブハウジングの案内面は、ハウジング下部に配置されていることが好ましい。

第１および第２の２次連結チャネルの口を取り囲み、かつ、回転部材の球冠状に湾曲した外側面に当接する第１および第２の２次封止リングが、バルブハウジング、好ましくはハウジング上部の球冠状の内側面に適当に配置されている。本発明の一実施形態では、第１および第２の２次封止リングには、それぞれの圧力媒体ラインを介して圧力媒体によって圧力が作用し、これにより、封止リングの一方には、圧力媒体によって回転部材の球冠状に湾曲した外側面に対して圧力が作用し、圧力媒体の減圧状態または非加圧状態では、回転部材の球冠状の外側面に対してより低圧で静止するかまたは当該外側面から離間する。方向制御バルブが作動した際、回転部材の外側面における第１および第２の２次封止リングに作用する押圧力を低減または解消することができる。これにより、第１および第２の２次封止リングに作用する剪断応力を大幅に低減することができる。

方向制御バルブは、好ましくは、気体状の流体を案内するように設計されている。方向制御バルブが設計される圧力範囲は、例えば、１０^-2ｍｂａｒから２ｂａｒの範囲であってもよい。より狭い圧力範囲、例えば、０．１ｂａｒから１．１ｂａｒの範囲であってもよい。

１次連結チャネルの直径および２次連結チャネルの直径と同様に、貫通チャネルの直径は、好ましくは２５ｍｍ以上、特に好ましくは３５ｍｍ以上である。

本発明のさらなる利点および詳細は、添付の図面を参照して以下に説明される。図は部分的に簡略化され、概略的に示されている。

本発明に係る方向制御バルブの斜視図。 一の視線方向からの分解図。 他の視線方向からの分解図。 側面図。 図４の断面線Ａ－Ａに沿った断面図。 図４の断面線Ｂ－Ｂに沿った断面図。 下方からの俯瞰図。 方向制御バルブが第１切替位置にある状態での図７の断面線Ｃ－Ｃに沿った断面図。 方向制御バルブが第２切替位置にある状態での図７の断面線Ｃ－Ｃに沿った断面図。 回転部材（１次封止リングなし）の斜視図。 回転部材（１次封止リングなし）の側面図。 図１１の断面線Ｄ－Ｄに沿った断面図。 図１１に対して９０°回転された回転部材の側面図。 図１３の断面線Ｅ－Ｅに沿った断面図。 図１３の断面線Ｆ－Ｆに沿った断面図。 ハウジング上部の側面図。 図１６の断面線Ｇ－Ｇに沿った断面図。（２次封止リングおよび付加的封止リングなし）。 ２次シールの他の実施形態の説明図。

本発明に係る方向制御バルブの一実施形態が図１～図１７に示されている。方向制御バルブは、バルブハウジング１を備えている。バルブハウジング１は、ハウジング上部１ａおよびハウジング下部１ｂを備えている。両部材１ａ、１ｂは相互に螺合されまたはねじ込まれ、当該両部材１ａ、１ｂの間に配置されているハウジング封止リング２によって相互に封止またはシールされている。

バルブハウジング１は、１次連結部３と、第１の２次連結部４および第２の２次連結部５を有している。１次連結部３は１次連結チャネル６を構成し、第１の２次連結４は第１の２次連結チャネル７を構成し、第２の２次連結５は第２の２次連結チャネル８を構成する。

本実施形態では、１次連結部３および２次連結部４、５のそれぞれは、それらの自由端に配置された連結フランジを備えているパイプ部分を有している。図示されたのとは異なる他の連結方式が採用されていてもよい。

回転部材９は、バルブハウジング１に配置されている。当該回転部材１０は、方向制御バルブを第１切替位置および第２切替位置の間で調整するため、回転軸線１０のまわりに回転可能である。回転部材９は、貫通チャネル１１を有する。第１切替位置では、１次連結チャネル６は、貫通チャネル１１によって第１の２次連結チャネル７に対して連結されている。第２切替位置では、１次連結チャネル６は、貫通チャネル１１によって第２の２次連結チャネル８に対して連結されている。

少なくとも１次連結チャネル６のハウジング１の内部における開口部は、回転軸線１０と同心または同軸に延在している。本実施形態では、１次連結チャネル６の全体と１次連結部６の全体が回転軸線１０に対して同心に延在している。

１次連結チャネル６の開口部に連結している貫通チャネル１１の第１端部は、回転軸線１０と同心に延在している。１次連結チャネル６の開口部は、ハウジングの内部に連通し、かつ、図示されているように貫通チャネル１１の第１端部に相互に位置合わせされていることが好ましい。

したがって、方向制御バルブの第１切替位置および第２切替位置の両方において、１次連結チャネル６は、貫通チャネル１１に連通している。

貫通チャネル１１の第１端部に隣接する貫通チャネル１１の中心軸線の部分は、回転軸線１０に対して平行であり、かつ、これと共通の直線上にある。貫通チャネル１１は、第１端部から第２端部までの経路において少なくとも１つの湾曲したまたは屈曲した部分を有している。貫通チャネル１１の第２端部の領域における貫通チャネル１１の中心軸線の部分は、回転軸線１０に対して少なくとも３５°、好ましくは少なくとも４５°の角度１２をなしている。

貫通チャネル１１の直径は、好ましくは、当該経路の全体にわたり少なくとも実質的に一定である。

貫通チャネル１１の第２端部は、回転部材９の球冠状に湾曲した外側面１３において開口している。これは、ハウジング上部１ａの球冠状に湾曲した内側面１４の反対側にある。２次連結チャネル７、８は、内側面１４において開口しており、当該２次連結チャネル７、８の開口部は、回転軸線１０のまわりに少なくとも９０°、好ましくは少なくとも１００°だけ相互に離間して配置されている。

回転部材９は、１次封止リング１５によってハウジング下部１ｂから遮断または封止されている。本実施形態では、これは、回転部材９に配置され、ハウジング下部１ｂの平坦な封止面１６に当接している。１次封止リング１５および封止面１６のそれぞれは、回転軸線１０に対して垂直な平面に存在している。

代替的に、封止面１６が回転部材９に配置され、かつ、１次封止リング１５がハウジング下部１ｂに配置されていてもよい。

支持面２３が回転部材９に配置され、ハウジング下部１ｂに配置された当接面２４と当接している。支持面２３および当接面２４は平坦であり、回転軸線１０に対して垂直な平面に存在している。本実施形態では、回転部材９の支持面２３は、回転部材９の径方向外側の周縁部に配置されている。

第１の２次封止リング１７および第２の２次封止リング１８は、ハウジング上部１ａの球冠状に湾曲している内側面１４に配置されている。第１の２次封止リング１７は、内側面１４における第１の２次連結チャネル７の開口部を取り囲んでいる。第２の２次封止リングは、内側面１４における第２の２次連結チャネル８の開口部を取り囲んでいる。封止リング１７、１８は、回転部材９の球冠状に湾曲した外側面１３に当接する封止面を構成している。

第１切替位置では、第１の２次連結チャネル７は、貫通チャネル１１に連結され、当該チャネルは、好ましくは、連結領域において相互に整列されている。第２の２次連結チャネル８は、回転部材９の球冠状に湾曲している外側面１３によって閉塞されている。

第２の切替位置では、第２の２次連結チャネル８は、貫通チャネル１１に連結され、当該チャネルは、好ましくは、連結領域において相互に整列されている。第１の２次連結チャネル７は、回転部材９の球冠状に湾曲している外側面１３によって閉塞されている。

回転軸線１０に対して平行に延在している駆動シャフト１９は、回転部材９の球冠状の外側面１３の頂点から延在している。駆動シャフト１９は、ハウジング上部１ａの開口部を封止状態で貫通している。ハウジング上部１ａの開口部は回転軸線１０と同心または同軸である。駆動シャフト１９をハウジング上部１ａから遮断または封止するため、ここではハウジング上部１ａに配置され、駆動シャフト１９を取り囲む封止面に対して当接する封止リング２０が使用される。原則として、封止リング２０が駆動シャフト１９に配置され、かつ、封止面がハウジング上部１ａに配置されていてもよい。

駆動シャフト１９は、貫通チャネル１１の第１端部の反対側において回転部材９から延在している。

本実施形態では、封止リング２０のハウジングの外側に、駆動シャフト１９を回転可能に取り付けるためのボールベアリング２１がハウジング上部１ａに配置されている。

案内リング２２は、回転部材９を径方向に案内する際にも使用される。その前側の狭小面は、回転軸線１０に対して平行な方向を指している。案内リング２２は、回転軸線１０を同心円状に取り囲み、かつ、ハウジング下部１ｂに配置され、回転軸線１０に対して平行に延在しているバルブハウジング１の案内面、および、回転部材９に配置され、回転軸線１０に対して平行に延在している回転部材１０の間に配置されている。

第１切替位置および第２切替位置の間で方向制御バルブを調整するため、駆動シャフト１９は、概略的に図示されている駆動モータ２５によって駆動される。駆動モータ２５は、例えば、気圧式のモータであってもよい。

回転部材９の回転を制限するため、バルブハウジング１、好ましくは下部ハウジング部品１ｂに配置され、回転部材９の端部位置において回転部材９のカウンターストッパに当接する少なくとも１つのストッパ２６が用いられてもよい。カウンターストッパは、例えば、回転部材９のくぼみの周縁部によって構成されていてもよい。

本実施形態では、第１の２次封止リング１７および第２の２次封止リング１８は、回転部材９の封止状態を実現するため、圧力媒体、例えば圧縮空気によって回転部材９の外側面１３に対して押し付けられる。この目的のために、第１の２次封止リング１７および第２の２次封止リング１８のそれぞれは、ハウジング上部１ａの凹部または窪みに変位可能に取り付けられている。第１の２次封止リング１７および第２の２次封止リング１８のそれぞれの回転部材９から遠位にある側に、封止の信頼性を向上させるための付加的封止リング２８が配置されていてもよい。ただし、これは省略されてもよい。第１の２次封止リング１７および第２の２次封止リング１８、ならびに、選択的に付加的封止リング２８および２９が配置されている中空空間には、圧力媒体経路３０（ハウジング上部１ａに配置されている端部のみが図示されている。）を介して圧力媒体により圧力が作用する。回転部材９が回転軸線１０のまわりに回転すると、それぞれの圧力媒体通路３０が開放される。これにより、回転部材９におけるそれぞれの２次封止リング１７、１８の押圧力が解除される。

回転部材９は、本実施形態では、凹部２７（中空空間）を有する。その結果、回転部材９の質量が低減されている。当該中空空間は、方向制御バルブを加熱することができる加熱装置を受容するために用いられてもよい。電力供給線を加熱装置に供給するために、駆動シャフト１９は、図示されているように中空に設計されていてもよい。

圧力媒体が作用可能な２次封止リング１７の他の実施形態が図１８に示されている。ここでは、２次封止リング１７は管状に形成されている。圧力媒体が内部中空空間３２に導入されることにより、２次封止リングが「膨張」し、シール部材３１が回転部材９の表面に対して押し付けられる。減圧状態または非加圧状態では、シール部材を表面から離間させることができる。封止リング１８も同様に設計されうる。

本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な実施形態が実現可能である。例えば、回転部材９が軸方向のシール部材に代えて径方向シール部材によってハウジング下部１ｂに対して封止されていてもよい。例えば、案内リング２２に隣接する領域に、下部ハウジング部品１ｂの当接面２４に当接する１次封止リングが設けられ、この場合、当接面２４が封止面を形成してもよい。

回転部材９の円筒ドーム状の外側面１３が、円筒部材によって延長されていてもよく、回転部材９を径方向についてハウジング１、特にハウジング下部１ｂから封止するため、案内リング２２および／または１次封止リングが当該延長領域に配置されていてもよい。

１‥バルブハウジング
１ａ‥ハウジング上部
１ｂ‥ハウジング下部
２‥ハウジング封止リング
３‥１次連結部
４‥第１の２次連結部
５‥第２の２次連結部
６‥１次連結チャネル
７‥第１の２次連結チャネル
８‥第１の２次連結チャネル
９‥回転部材
１０‥回転軸線
１１‥貫通チャネル
１２‥角度
１３‥外側面
１４‥内側面
１５‥１次封止リング
１６‥封止面
１７‥第１の２次封止リング
１８‥第２の２次封止リング
１９‥駆動シャフト
２０‥封止リング
２１‥ボールベアリング
２２‥案内リング
２３‥支持面
２４‥当接面
２５‥駆動モータ
２６‥ストッパ
２７‥くぼみ
２８‥付加的封止リング
２９‥付加的封止リング
３０‥圧力媒体通路
３１‥封止部
３２‥中空空間。

Claims (10)

1. バルブハウジング（１）および前記バルブハウジング（１）に配置された回転部材（９）を備えている方向制御バルブであって、
   前記バルブハウジング（１）が、１次連結チャネル（６）を有する１次連結部（３）と、第１の２次連結チャネル（７）を有する少なくとも１つの第１の２次連結部（４）と、第２の２次連結チャネル（８）を有する少なくとも１つの第２の２次連結部（５）と、を備え、
   前記回転部材（９）が、貫通チャネル（１１）を貫通し、少なくとも１つの第１切替位置と１つの第２切替位置との間で前記方向制御バルブを調整するために回転軸線（１０）のまわりで回転可能であり、前記貫通チャネル（１１）の第１端部が回転軸線（１０）と同心であり、それぞれの切替位置において前記１次連結チャネル（６）が前記貫通チャネル（１１）を介して前記２次連結チャネル（７、８）のうち一方と連通し、前記２次連結チャネル（７、８）のうち他方から遮断され、
   前記回転部材（９）が、前記貫通チャネル（１１）の第２端部が開口し、かつ、球冠状に湾曲した外側面（１３）を有し、
   前記バルブハウジング（１）が、前記回転部材（９）の球冠状に湾曲した前記外側面（１３）の反対側にあって、前記２次連結チャネル（７、８）が開口し、かつ、球冠状に湾曲した内側面（１４）を有し、
   前記回転部材（９）の湾曲した前記外側面（１３）および前記バルブハウジング（１）の湾曲した前記内側面（１４）は、最大で半球の領域にわたり延在している
   方向制御バルブ。
2. 請求項１に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記バルブハウジング（１）のハウジング上部（１ａ）が球冠状に湾曲した前記内側面（１４）を有し、前記１次連結部（３）を有するハウジング下部（１ｂ）に対して封止リング（２）により封止状態で連結されている
   方向制御バルブ。
3. 請求項２に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記ハウジング下部（１ｂ）に配置された当接面（２４）に当接する支持面（２３）が回転部材（９）に配置され、前記支持面（２３）および前記当接面（２４）は平坦に形成されている
   方向制御バルブ。
4. 請求項３に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記支持面（２３）および前記当接面（２４）が、前記回転軸線に対して垂直な平面に存在する
   方向制御バルブ。
5. 請求項１～４のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記貫通チャネル（１１）の第１端部を取り囲む１次封止リング（１５）が前記回転部材（９）に配置され、当該１次封止リング（１５）が前記バルブハウジング（１）に配置された封止面（１６）に当接する、または、
   前記貫通チャネル（１１）の第１端部を取り囲む封止面が前記回転部材（９）に配置され、当該封止面が前記バルブハウジング（１）に配置された１次封止リングに当接する
   方向制御バルブ。
6. 請求項１～５のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記回転軸線（１０）に対して平行に延在する駆動シャフト（１９）が、球冠状の前記外側面（１３）の頂点から延在し、前記バルブハウジング（１）の開口部を封止状態で貫通する
   方向制御バルブ。
7. 請求項１～６のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記貫通チャネル（１１）の中心軸線が、前記貫通チャネル（１１）の第１端部の領域では前記回転部材（１０）に対して平行に延在し、かつ、前記貫通チャネル（１１）の第２端部の領域では前記貫通チャネル（１１）に対して少なくとも３５°の角度（１２）をなしている
   方向制御バルブ。
8. 請求項１～７のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記回転軸線（１０）に対して平行に延在する前記バルブハウジング（１）の案内面および前記回転部材（１０）に対して平行に延在する前記回転部材（１０）の案内面の間に、前記回転軸線（１０）を取り囲む案内リング（２２）が配置されている
   方向制御バルブ。
9. 請求項１～８のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
   前記バルブハウジング（１）の球冠状の前記内側面（１４）において、前記回転部材（９）の球冠状に湾曲している前記外側面（１３）に対して当接する、前記第１の２次連結チャネル（７）の開口部を取り囲む第１の２次封止リング（１７）および前記第２の２次連結チャネル（８）の開口部を取り囲む第２の２次封止リング（１８）が配置されている
   方向制御バルブ。
10. 請求項１～９のうちいずれか１項に記載の方向制御バルブにおいて、
    前記第１の２次封止リング（１７）および前記第２の２次封止リング（１８）が、圧力媒体によってそれぞれの圧力媒体ライン（３０）を介して、球冠状に湾曲した前記回転部材（９）の前記外側面（１３）に対して当接可能であり、それぞれの前記２次封止リング（１７、１８）が、前記圧力媒体ライン（３０）の非加圧状態において、前記回転部材（９）の球冠状の前記外側面（１３）に対して低圧で当接するまたは前記回転部材（９）の球冠状の前記外側面（１３）から離間する
    方向制御バルブ。

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