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HINTERGRUND
UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Fluidsteuerventile zum Betätigen einer
fluidbetätigten
Einrichtung, und insbesondere entweder Fluid- oder Primärfluidsteuerventile,
die eine oder mehrere Kugeln einsetzen. Obgleich die Prinzipien
der Erfindung sowohl auf pneumatische als auch auf Flüssigfluidsteuerventile
anwendbar ist, ist sie besonders auf pneumatische Hochdrucksteuerventile
sowie auf solche pneumatische Steuerungen anwendbar, die zum gezielten
Umschalten zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Auslaßdrücken ausgelegt
sind.
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Es
wurden vielerlei Fluidsteuerventile, insbesondere jene der pneumatischen
Beschaffenheit, für zahlreiche
Hochdruckanwendungen bereitgestellt, einschließlich jener, die in Verfahren
zum Blasformen von Kunststofflaschen oder anderer derartiger Behälter genutzt
werden. Obgleich solche Steuerventile für die Verfahren, auf die sie
angewendet wurden, im allgemeinen zufriedenstellend funktionierten,
hat sich herausgestellt, daß sie übermäßigem Verschleiß aufgrund
der beteiligten hohen Arbeitsfluiddrücke unterworfen waren und somit
eine relativ kurze Lebensdauer hatten. Zudem, ebenfalls teilweise
aufgrund der hohen Drücke
der Arbeitsfluide, waren solche bisher bereitgestellte Fluidsteuerventile
einem unannehmbaren, internen Arbeitsfluidverlust unterworfen, wie
etwa einem Übergangsverlust,
der beim Öffnen eines
Versorgungsabschnitts des Ventils und Schließen eines Auslaßabschnitts
des Ventils zum Zulassen eines Arbeitsfluids zu der fluidbetätigten Einrichtung
auftritt. Infolgedessen haben diese Faktoren beide zu den hohen
Betriebskosten und hohen Wartungskosten der Anlagen beigetragen,
in denen die bisher bereitgestellten Fluidsteuerventile benutzt wurden.
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Zudem
erfordern viele Anwendungen die Auswahlfähigkeit zwischen zwei oder
mehreren Steuerventilauslaßdrücken, insbesondere
in pneumatischen Anlagen. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung
sind die oben genannten Verfahren zum Blasformen von Kunststofflaschen
oder anderer derartiger Gefäße oder
Behälter.
Bei diesen Beispielverfahren ist es häufig erwünscht oder notwendig, der Form
anfangs einen relativ niedrigeren Druck zuzuführen, um den Kunststoff (oder
anderes Material) in den Formhohlraum einzuführen, und dann einen relativ
höheren
Druck zuzuführen,
um das Material in die gewünschte
Form zu überführen oder
auszudehnen, die durch die Gestalt der Form vorgeschrieben ist.
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Das
Dokument
EP 289 386
A1 offenbart ein hydraulisches Dreiwegeventil, das ein
Einlaßdrosselventil,
das mithilfe einer Feder in einer geschlossenen Position gehalten
ist, und ein Auslaßdrosselventil
umfaßt,
das mithilfe eines geführten
Zylinders gegen die geschlossene Position wirkt. Das hydraulische
Dreiwegeventil weist eine zweite Feder auf, die stärker als
die erste Feder ist und das Auslaßdrosselventil in eine geschlossene
Position vorspannt. Es ist ein elastischer Sperrmechanismus vorgesehen,
der das Auslaßdrosselventil
gegen die Kraft der zweiten Feder in einer offenen Position hält, wenn
der Zylinder nicht belastet ist. Ein Drosselweg verbindet die Kammer,
die den Zylinder beherbergt, mit der Verbindungsleitung.
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Das
Dokument
US 3 884 266 offenbart
ein hydraulisches Wegesteuerventil, das mehrere Paare Ventilsitzelemente
umfaßt,
die aus elastischem Material hergestellt und ko-axial in Reihe innerhalb eines Ventilkörpers angeordnet
sind. Das Steuerventil umfaßt
ferner eine Tellerspule mit einer Stange und mehreren Tellern, die
zwischen den Sitzelementen jeden Paares angeordnet sind. Die axiale
Verschiebung der Tellerspule läßt die Teller
gleichzeitig ein Sitzelement des Paars öffnen und das andere schließen. Jedes
Sitzelement weist einen ringförmigen Wandabschnitt
und einen Sitzabschnitt mit einer kreisförmigen Kontaktkante auf.
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Mit
der vorliegenden Erfindung soll ein verbessertes Hochdruck- oder
Mehrfachdruckfluidsteuerventil bereitgestellt werden, das erheblich
weniger Verschleiß unterworfen
ist und internen Arbeitsfluidverlust im wesentlichen zunichte macht,
somit zur langen Lebensdauer des Fluidsteuerventils beiträgt und sowohl
Anlagenbetriebskosten als auch Anlagenwartungskosten herabsetzt.
Ferner strebt die vorliegende Erfindung außerdem danach, ein derartiges Steuerventil
bereitzustellen, das imstande ist, die Verfahrensanlage mit zwei
oder mehr unterschiedlichen Drücken
zu versorgen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein Primärsteuerventil
zum Betätigen
einer fluidbetätigten
Einrichtung vorzugsweise folgendes auf: einen Einlaß in Verbindung
mit einer Quelle für
Arbeitsfluid, einen Auslaßkanal
und Port in Fluidverbindung mit der fluidbetätigten Einrichtung und einen
Fluidversorgungsdurchgang, der eine Fluidverbindung für das Arbeitsfluid
vom Einlaß zum
Auslaß vorsieht.
Das Steuerventil enthält
vorzugsweise einen im allgemeinen kegelstumpfförmigen Versorgungsventilsitz
in dem Fluidversorgungsdurchgang, wobei der Versorgungsventilsitz
ein stromabwärts
liegendes Ende mit geringerem Durchmesser und ein stromaufwärts liegendes
Ende mit größerem Durchmesser
aufweist. Ein im allgemeinen sphärischer
Versorgungskörper oder
Versorgungskugel ist wahlweise zwischen einer jeweiligen geschlossenen
Versorgungsposition und einer geöffneten
Versorgungsposition verschiebbar, und zwar in bzw. außer im wesentlichen
Linienkontakt zum Abdichten des Endes des Versorgungsventilsitzes
mit geringerem Durchmesser. Die sphärische Versorgungskugel weist
ein Sehnenmaß in
einem derartigen Linienkontakt mit dem stromabwärts liegenden Ende mit geringerem
Durchmesser auf, das kleiner als das stromaufwärts liegende Ende mit größerem Durchmesser
des Versorgungsventilsitzes ist. Diese Anordnung kann außerdem bei
einem Druckfluidsteuerventil gemäß der vorliegenden
Erfindung wie nachstehend beschrieben genutzt sein.
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Jede
Seite des bevorzugten kegelstumpfförmigen Versorgungsventilsitzes
weist einen Versorgungssitzwinkel bezüglich der Mittellinie des Versorgungsventilsitzes
auf, der größer ist
als ein von der Mittellinie des Versorgungsventilsitzes und einer
die sphärische
Kugel an dem oben genannten, im wesentlichen Linienkontakt tangierenden
Geraden gebildeter Winkel, wenn die Kugel in ihrer geschlossenen
Position ist. Das beinhaltete Winkelverhältnis der Ventilsitzwinkel
auf beiden Seiten der Mittellinie beträgt vorzugsweise ungefähr neunzig
Grad. Dies ergibt einen ringförmigen
Raum, der zwischen dem Versorgungsventilsitz und der sphärischen
Kugel ausgebildet ist und einen Bereich mit begrenztem Durchfluß stromaufwärts von
dem oben genannten im wesentlichen Linienkontakt definiert, wenn
sich die Versorgungskugel anfangs in ihre offene Position bewegt
und Hochdruckarbeitsfluid anfangs stromabwärts an der Versorgungskugel
vorbei durch das Ende mit geringerem Durchmesser des Ventilsitzes fließt. Dies
ist in hohem Grade vorteilhaft, da jegliche durch den anfänglichen
Fluß des
Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckarbeitsfluids durch den ringförmigen Bereich
mit begrenztem Durchfluß verursachte
Schallströmungserosion
im wesentlichen sofort zu einer stromaufwärts liegenden Oberfläche des
Versorgungsventilsitzes verschoben wird, die dem derart ringförmigen Bereich
mit begrenztem Durchfluß benachbart
ist. Höchst
bezeichnenderweise befindet sich eine derartige, stromaufwärts liegende
Oberfläche
des Versorgungsventilsitzes in einem Bereich, der nicht abdichtend
von der Versorgungskugel kontaktiert wird. Daher minimiert dieses
sofortige Verschieben des schallbeschädigungsempfindlichen Bereichs
im wesentlichen eine Schallerosion des nahezu „messerschneidenähnlichen", stromabwärts liegenden
Endes mit geringerem Durchmesser des Versorgungsventilsitzes, das
von der Versorgungskugel im wesentlichen linienkontaktiert wird.
Bei Steuerventilen gemäß der vor liegenden
Erfindung, die sowohl Versorgungs- als auch Ablaßventile aufweisen, ist eine ähnliche
Anordnung vorzugsweise im Ablaßkanal
in Fluidverbindung für
Ablaßfluid
zwischen dem Druckablaßkanal
(und Druckauslaß)
und dem Ablaßauslaß vorgesehen.
Wie oben angegeben, ist diese Anordnung ebenso auf ein Druckfluidsteuerventil
wie oben beschrieben anwendbar.
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Zudem
enthält
die vorliegende Erfindung vorzugsweise einen allgemein zylinderförmigen Hohlraum
direkt stromaufwärts
von den stromaufwärts
liegenden Enden mit größerem Durchmesser der
Versorgungs- und/oder Ablaßventilsitze,
wobei ein derartiger Hohlraum vorzugsweise größer im Durchmesser als das
stromaufwärts
liegende Ende mit größerem Durchmesser
der jeweiligen Ventilsitze ist. Eine zylinderförmige Tellerführung oder
Kugelführung
befindet sich in diesem Hohlraum mit vergrößertem Durchmesser des Fluiddurchgangs,
wobei die Kugelführung
eine mittlere, axial durchgehend verlaufende Führungsbohrung aufweist. Eine
Anzahl in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter, axial verlaufender
Führungsrippen
stehen radial nach innen in die Führungsbohrung vor, wobei die
Kugel für die
axiale Bewegung innerhalb radial nach innen zeigender Kanten der
Führungsrippen
zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position aufgenommen ist.
Der Innendurchmesser des oben genannten Hohlraums ist vorzugsweise
etwas größer als
der Außendurchmesser
der Kugelführung,
um die Kugelführung
und die Kugel radial etwas in den Hohlraum schwimmen zu lassen.
Dies ermöglicht
es der allgemein sphärischen
Kugel, sich im wesentlichen selbst zu zentrieren, um den abdichtenden
Linienkontakt mit dem Ende mit geringerem Durchmesser des jeweiligen
Versorgungs- oder Ablaßventilsitzes
zu realisieren. Derartige am Umfang entlang voneinander beabstandete
Führungsrippen
ermöglichen
es, daß Hochdruckarbeitsfluid
dazwischen fließt,
und daß die Kugelführung einen
Verschleiß der
Kugel und/oder des Ventilsitzes, im wesentlichen minimiert, der
sich ergäbe, wenn
es ihr/ihm möglich
wäre, in
dem Hochgeschwindigkeitsfluidstrom zu klappern oder sich anderweitig
radial zu bewegen. Eine derartige Kugelführung kann außerdem in
einem Fluidsteuerventil genutzt sein, wie unten beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung verhindert außerdem einen Übergangsverlust
in Hochdruckfluidsteuerventilen mit Versorgungs- sowie Ablaßventilen,
indem der Ablaßkugelaktuator
mit Strom versorgt wird, und somit die Ablaßseite des Steuerventil geschlossen
wird, kurz bevor der Versorgungskugelaktuator mit Strom versorgt
wird, der dann die Versorgungsseite öffnet und Versorgungsstrom
zum Druckkanal und zur Öffnung
einleitet.
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Die
oben genannten Kugeln (entweder für Primär- oder für Fluidsteuerventile) sind
vorzugsweise aus einem metallischen Material zusammengesetzt, wie
beispielsweise rostfreiem Stahl, und die oben genannten Kugelführungen
sind vorzugsweise aus einem synthetischem Material zusammengesetzt,
wie beispielsweise Nylon. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen,
daß, abhängig von
dem jeweils eingesetzten Arbeitsfluid (pneumatisch oder flüssig) sowie
von den jeweils beteiligten Arbeitsfluiddrücken sowie abhängig von
der jeweiligen Anwendung, in der das Fluidsteuerventil der vorliegenden Erfindung
eingesetzt ist, außerdem
andere metallische, synthetische oder nicht synthetische Materialien
für die
Kugeln und/oder die Kugelführungen
eingesetzt sein können.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem ein
Druckfluidsteuerventil zum gezielten Versorgen einer fluidbetätigten Einrichtung
mit mindestens zwei unterschiedlichen Arbeitsdrücken, entweder direkt oder
mithilfe eines Primärfluidsteuerventils,
wie das oben besprochene, bereit. Ein beispielhaftes Fluidsteuerventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist vorzugsweise folgendes auf: einen Hochdru ckeinlaß in Fluidverbindung
mit einer Quelle für
Arbeitsfluid, einen Niederdruckeinlaß in Fluidverbindung mit einer Quelle
für Arbeitsfluid
mit relativ hohem Druck und einen Druckfluidauslaßkanal,
der in Fluidverbindung mit der fluidbetätigten Einrichtung oder dem
Primärfluidsteuerventileinlaß steht.
Ein derartiges Fluidsteuerventil enthält ferner einen normalerweise
geschlossenen Hochdruckventilmechanismus in Fluidverbindung zwischen
dem Hochdruckeinlaß und
dem Druckfluidauslaßkanal,
der gezielt einen Hochdruckfluidstrom von dem Hochdruckeinlaß zu dem
Auslaßkanal
fließen
läßt, sowie
einen normalerweise geöffneten
Niederdruckventilmechanismus in Fluidverbindung zwischen dem Niederdruckeinlaß und dem Druckfluidauslaßkanal,
der gezielt einen Niederdruckfluidstrom von dem Niederdruck zu dem
Druckfluidauslaßkanal
fließen
läßt. Es ist
ein Steueraktuator vorgesehen, der gezielt so betätigt werden
kann, daß er
den normalerweise geschlossenen Hochdruckventilmechanismus überführt und
den Hochdruckfluidstrom von dem Hochdruckeinlaß zu dem Druckfluidauslaßkanal fließen läßt. Dieses
Hochdruckfluid, das in den Druckfluidauslaßkanal geleitet wird, überführt den
normalerweise geöffneten
Niederdruckventilmechanismus in eine geschlossene Position, damit
ein Zurückfließen des
Fluidstroms zwischen dem Hochdruckeinlaß und dem Niederdruckeinlaß verhindert
wird. Durch die gezielte Betätigung
oder Versorgung des Steueraktuators mit Strom kann entweder Hochdruck-
oder Niederdruckarbeitsfluid (wie beispielsweise ein pneumatisches Arbeitsfluid)
dem Einlaß einer
fluidbtätigten
Einrichtung oder dem Einlaß eines
Primärfluidsteuerventils zugeführt werden,
wie das der oben beschriebenen Art oder nahezu jeglicher Art.
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Zumindest
einer oder vorzugsweise beide der oben besprochenen Hochdruck- und
Niederdruckventilmechanismen kann einen allgemein kegelstumpfförmigen Ventilsitz
enthalten, der sich in Fluidverbindung mit Druckfluidauslaßkanal in
einem Ventilfluiddurchgang befindet, wobei der Ventilsitz ein stromabwärts liegendes
Ende mit geringerem Durchmesser und ein stromaufwärts liegendes
Ende mit größerem Durchmesser
aufweist. Eine allgemein sphärische
Kugel ist wahlweise zwischen einer jeweiligen geschlossenen Versorgungsposition
und einer geöffneten
Position verschiebbar, und zwar in bzw. außer im wesentlichen Kugellinienkontakt
zum Abdichten des Endes des Ventilsitzes mit geringerem Durchmesser.
Die allgemein sphärische
Kugel weist vorzugsweise ein Sehnenmaß an dem Linienkontakt mit
dem stromabwärts
liegenden Ende mit geringerem Durchmesser auf, das kleiner als das
stromaufwärts
liegende Ende mit größerem Durchmesser
des Ventilsitzes ist. Der im allgemeinen kegelstumpfförmige Ventilsitz
weist vorzugsweise einen Sitzwinkel in Bezug zur Mittellinie des
Versorgungsventilsitzes auf, der größer ist als ein von der Mittellinie
des Ventilsitzes und einer die sphärische Kugel an dem Kugellinienkontakt
tangierende Gerade gebildeter Winkel, wenn sich die Kugel in der
geschlossenen Position befindet, wobei ein derartiger Sitzwinkel
vorzugsweise ungefähr
45 Grad beträgt,
so daß der
Gesamtsitzwinkel zwischen diametral gegenüberliegenden Abschnitten des
Ventilsitzes ungefähr
90 Grad beträgt.
Ein ringförmiger
Raum, der zwischen dem Ventilsitz und der sphärischen Kugel ausgebildet ist,
definiert dadurch einen Bereich mit begrenztem Durchfluß stromaufwärts von
dem Kugellinienkontakt zwischen der sphärischen Kugel und dem stromabwärts liegenden
Ende mit geringerem Durchmesser des Ventilsitzes, wenn sich die
sphärische
Kugel anfangs aus dem Linienkontakt in ihre offene Position bewegt und
das Arbeitsfluid anfangs stromabwärts an der Kugel vorbei durch
das Ende mit geringerem Durchmesser des Ventilsitzes fließt. Durch
eine derartige Anordnung wird jegliche durch den anfänglichen
Arbeitsfluidfluß an
der öffnenden
Kugel vorbei verursachte Schallströmungserosion im wesentlichen
sofort zu einem stromaufwärts
liegenden Bereich des Ventilsitzes verschoben, die dem Bereich mit
begrenztem Durchfluß benachbart
ist und nicht abdichtend von der sphärischen Kugel kontaktiert wird.
Dies minimiert eine Schallbeschädigung
an dem stromabwärts
liegenden Ende mit geringerem Durchmesser des Ventilsitzes, mit
dem die Kugel abdichtend in Eingriff genommen ist, wenn sie in ihrer
geschlossenen Position ist. Dies erhöht die Lebensdauer des Steuerventils
durch Minimieren des Verschleißes
des abdichtenden Abschnitts des Ventilsitzes in hohem Maße.
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Einer
oder beide der Fluidventildurchgänge kann
einen im allgemeinen zylinderförmigen
Hohlraum direkt stromaufwärts
von den stromaufwärts
liegenden Enden mit größerem Durchmesser
des Ventilsitzes enthalten, wobei der Hohlraum vorzugsweise größer im Durchmesser
als das stromaufwärts
liegende Ende mit größerem Durchmesser
ist. Der Ventilmechanismus enthält
vorzugsweise eine im allgemeinen zylinderförmige Kugelführung, die
sich in diesem Hohlraum des Fluiddurchgangs befindet, wobei die
Kugelführung
eine mittlere, axial durchgehend verlaufende Führungsbohrung aufweist. Die
Kugelführung
weist vorzugsweise eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander
beabstandeten, axial verlaufenden Führungsrippen auf, die radial
nach innen in die Führungsbohrung
vorstehen, wobei die Kugel für
die axiale Bewegung innerhalb radial nach innen zeigender Kanten
der Führungsrippen
zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position aufgenommen ist.
Der Innendurchmesser des Hohlraums ist größer als der Außendurchmesser
der Kugelführung,
um die Kugelführung
radial in den Hohlraum schwimmen zu lassen, und um zu ermöglichen,
daß sich
die sphärische
Kugel im wesentlichen selbst zentriert, um den abdichtenden Linienkontakt
mit dem Ende mit geringerem Durchmesser des kegelstumpfförmigen Ventilsitzes
zu realisieren.
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Bei
jeglichen der Primär-
oder Druckfluidsteuerventile der vorliegenden Erfindung kann der kegelstumpfförmige Ventilsitz
alternativ in einer auswechselbaren Ventilsitzscheibe angeordnet
sein, die aus einem härteren
Material als der Ventilkörper
ist.
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Zusätzliche
Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen in
Verbindung mit den angefügten
Zeichnungen offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittdarstellung eines beispielhaften Fluidsteuerventils,
das kein Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
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2 ist
eine Endansicht des Fluidsteuerventils von 1.
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3 ist
eine Draufsicht auf das Fluidsteuerventil aus 1 und 2,
wobei die obere Abdeckung oder Kappe entfernt ist.
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4 ist
eine Draufsicht einer Kugelführung zum
Gebrauch mit jeglicher oder beiden einer Versorgungskugel und einer
Ablaßkugel
des Steuerventils von 1.
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5 ist
eine Seitenansicht der Kugelführung
von 4.
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6 ist
eine vergrößerte Detailansicht
des Versorgungsschiebeabschnitts der Steuerventile von 1, 10 und 14,
wobei die Versorgungskugel in ihrer geschlossenen Position gezeigt
ist.
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7 ist
eine 6 ähnelnde,
vergrößerte Detailansicht,
die die Versorgungskugel in ihrer anfangs öffnenden Position darstellt.
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8 ist
eine vergrößerte Detailansicht
des Ablaßschiebeabschnitts
der Steuerventile von 1, 10 und 14, wobei
die Ablaßkugel
in ihrer geschlossenen Position gezeigt ist.
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9 ist
eine 8 ähnelnde,
vergrößerte Detailansicht,
die die Ablaßkugel
in ihrer anfangs öffnenden
Bedingung darstellt.
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10 ist
eine Querschnittdarstellung eines beispielhaften Zweidruckfluidsteuerventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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10a ist eine Querschnittansicht gemäß Schnittlinie
10a-10a von 10.
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11 ist
eine Draufsicht des beispielhaften Zweidruckfluidsteuerventils von 10,
das mit einem Primärfluidsteuerventil,
wie es in 1 bis 9 dargestellt
ist, betriebsfähig
verbunden ist, wobei beide an einer Fluidrohrverzweigung angebracht sind.
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12 ist
eine Vorderansicht der Fluidsteuerventilanordnunq von 11.
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13 ist
eine Endansicht der Fluidsteuerventilanordnung von 11 und 12.
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14 ist
eine Querschnittdarstellung eines beispielhaften Druckfluidsteuerventils,
das demjenigen aus 10 ähnelt, jedoch eine alternative
Dreidruckversion des Fluidsteuerventils zeigt.
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15 ist
eine vergrößerte Detailansicht
einer alternativen Version des Kugelabschnitts eines Steuerventils
gemäß der Erfindung,
die eine auswechselbare Ventilsitzscheibe aufweist und auf jedes der
Fluidsteuerventile gemäß den 1 bis 14 anwendbar
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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6 bis 15 stellen
beispielhafte Hochdruck- und Mehrfachdruck-Primär- und Pneumatiksteuerventile
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Obgleich die Zeichnungen derartige pneumatische Fluidsteuerventile
zu Veranschaulichungszwecken zeigen, wird der Fachmann ohne weiteres
erkennen, daß die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung ebenso auf andere Arten von
Primär-
oder Fluidsteuerventilen sowie auf Fluidsteuerventile für entweder
pneumatische oder flüssige
Arbeitsfluide anwendbar sind.
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In 1 enthält ein Primärfluidsteuerventil 10 einen
Körper 12,
eine Steuerkappe 14, die beide mithilfe einer Anzahl Schrauben 18 an
einem Verteilerlement 16 befestigt sein können, wie
sie auch zur alternativen Verbindung untereinander mithilfe von Fluidrohren
ohne Benutzung des Verteilerelements 16 imstande sind,
wenn wechselweise gewindete Öffnung
vorgesehen sind.
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Das
beispielhafte Primärsteuerventil 10 enthält eine
Einlaßöffnung 20,
eine Auslaß-
oder Drucköffnung 22 und
eine Ablaßöffnung 24.
Ein Arbeitsfluidversorgungsdurchgang 28 versieht Arbeitsfluidverbindung
von der Einlaßöffnung 20 zur
Auslaßöffnung 22,
die etwa mithilfe des Verteilerelements 16 mit einer fluidbetätigten Einrichtung
verbunden ist. Gleichermaßen
versieht ein Ablaßdurchgang 30 Ablaßfluidverbindung
zwischen der Drucköffnung 22 und dem
Ablaßauslaß 24.
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Bei
dem beispielhaften Primärsteuerventil 10 enthalten
der Versorgungungs- bzw. Ablaßdurchgang 28 bzw. 30 einen
kegelstumpfförmigen
Versorgungsventilsitz 36 bzw. einen kegelstumpfförmigen Ablaßventilsitz 46.
Der Versorgungsventilsitz 36 enthält ein Ende 38 mit
geringerem Durchmesser und ein Ende 40 mit größerem Durchmesser.
Gleicherweise enthält
der Ablaßventilsitz 46 ein
Ende 48 mit geringerem Durchmes ser und ein Ende 50 mit
größerem Durchmesser.
Eine im allgemeinen sphärische Versorgungskugel 42 und
eine ähnliche,
im allgemeinen sphärische
Ablaßkugel 52 sind
zur Öffnungs- und
Schließbewegung
bezüglich
ihres jeweiligen kegelstumpfförmigen
Versorgungs- und Ablaßventilsitzes 36 und 46 vorgesehen.
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Die
Versorgungskugel 42 wird vorzugsweise beweglich durch einen
Versorgungssteueraktuator 80 betätigt, der Steuerluft aus einem
Steuerluftdurchgang 97 empfängt, welcher wiederum in Fluidverbindung
mit einem Steuerlufteinlaß 96 verbunden
ist. Wenn der Versorgungssteueraktuator 80 unter Strom gesetzt
wird, überträgt er die
Kraft der Steuerluft durch eine Versorgungsstößelstange 82 auf den
Versorgungskolben 81, um die Versorgungskugel 42 weg
vom Versorgungsventilsitz 26 zu überführen, wodurch sie den Versorgungsschiebeabschnitt
des Steuerventils 10 öffnet.
Wenn der Versorgungssteueraktuator 80 von der Stromquelle
getrennt wird, wird die Kugel 42 unter dem Einfluß des Einlaßfluiddrucks und
einer Rückstellfeder 58 in
ihre geschlossene Position rückgeführt.
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Gleicherweise
wird die Ablaßkugel 52 durch die
Erregung eines Ablaßsteueraktuators 90,
der zum Ausüben
der Steuerluftkraft mithilfe einer Ablaßstößelstange 92 auf einen
Ablaßkolben 91 auf
die Ablaßkugel 52 wirkt,
in ihre geschlossene Position bezüglich des Ablaßventilsitzes 46 überführt. Nach dem
Aberregen des Ablaßsteueraktuators 91 wird die
Ablaßkugel 52 unter
dem Einfluß von
Hochdruckarbeitsfluid in dem Ablaßdurchgang 30 zurück in ihre offene
Position überführt.
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Der
Fachmann wird ohne weiteres erkennen, daß anstelle des beispielhaften
elektro-pneumatischen Versorgungssteueraktuators 80 und
elektro-pneumatischen Ablaßsteueraktuators 90 alternativ
andere Aktuatoren eingesetzt sein können. Zu derartigen Betätigungseinrichtungen
könnten
elektro-mecha nische Solenoide, entweder lokal oder entfernt, mechanische
Bewegungsübertragungseinrichtungen
oder vielerlei andere Betätigungseinrichtungen
gehören,
die dem Fachmann allgemein bekannt sind.
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Unter
anfänglicher
Bezugnahme auf die 6 und 7 enthält das in
den Zeichnungen dargestellte Hochdruckfluidsteuerventil 10 außerdem vorzugsweise
einen im allgemeinen zylinderförmigen Versorgungshohlraum 60 direkt
stromaufwärts
von dem stromaufwärts
liegenden Ende 40 mit größerem Durchmesser des Versorgungsventilsitzes 36.
Wie in 4 bis 6 dargestellt, ist eine im allgemeinen zylindrische
Versorgungskugelführung 62 stromaufwärts innerhalb
des bevorzugten, diametral vergrößerten,
zylindrischen Versorgungshohlraums 60 vorgesehen. Die Versorgungskugelführung 62 enthält eine
im allgemeinen zylinderförmige,
mittlere, axial durchgehend verlaufende Versorgungsführungsbohrung 64 mit
einer Anzahl von über
dem Umfang verteilten zueinander beabstandeten, axial verlaufendern
Versorgungsführungsrippen 66,
die radial nach innen in die Versorgungsführungsbohrung 64 vorstehen.
Die Versorgungskugel 42 ist für die axiale Bewegung innerhalb
der radial nach innen zeigenden Kanten der Versorgungsführungsrippen 66 zwischen
ihrer offenen und geschlossenen Position bezüglich des Versorgungsventilsitzes 36 aufgenommen.
Wie insbesondere in 6 und 7 dargestellt,
ist der Innendurchmesser des Versorgungshohlraums 60 etwas
größer als
der Außendurchmesser
der Versorgungskugelführung 62,
um dadurch die Kugelführung 62 und
die Kugel 42 radial in den Versorgungshohlraum 60 schwimmen
zu lassen, wodurch wiederum ermöglicht
ist, daß sich
die im allgemeinen sphärische
Versorgungskugel 42 selbst zentriert, um den abdichtenden,
im wesentlichen Linienkontakt 44 mit dem Ende 38 mit
geringerem Durchmesser des Versorgungsventilsitzes 36 zu
realisieren.
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Zudem
erstrecken sich die Versorgungsführungsrippen 66 vorzugsweise
axial stromabwärts zum
Ausbilden eines Versorgungsführungsrippenerweiterungsabschnitts 63 an
einem Ende der Versorgungskugelführung 62.
Ein elastischer Ring 61, wie etwa ein O-Ring, umgibt den
Erweiterungsabschnitt 63, um die Kugelführung 62 elastisch
zum gegenüberliegenden,
stromaufwärts
liegenden Ende des Versorgungshohlraums 60 zu überführen, und
zwar aufgrunddessen, daß der
elastische Ring 61 zwischen dem Boden des Versorgungshohlraums 60 und
dem Rest der Versorgungskugelführung 62 zusammengedrückt ist.
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Es
ist zu beachten, daß die
obige Anordnung wie in 4 bis 7 dargestellt,
typisch in Bezug auf den kegelstumpfförmigen Ablaßventilsitz 46 mit seinem
stromaufwärts
liegenden Ende 48 mit geringerem Durchmesser und seinem
stromabwärts
liegenden Ende 50 mit größerem Durchmesser zur Linienkontaktanlage
des Endes 48 mit geringerem Durchmesser durch die im allgemeinen
sphärische Ablaßkugel 52 ist,
welche alle in 1 gezeigt sind. Gleicherweise
ist die Versorgungskugelführung 62, die
in 4 und 5 dargestellt ist, im wesentlichen
typisch für
die Ablaßkugelführung 72,
die in dem diametral vergrößerten,
zylinderförmigen
Ablaßhohlraum 70 aufgenommen
ist und eine ähnliche, mittlere
Ablaßführungsbohrung 74 und ähnliche
Ablaßführungsrippen 76 aufweist
und die außerdem
in 1, 8 und 9 zu sehen
ist.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 6 und 7,
die eine vergrößerte Detailansicht
des Versorgungsschiebeabschnitts des beispielhaften Steuerventils 10 darstellen,
ist die Kugel 42 in ihrer geschlossenen Position in 6 gezeigt.
In dieser Position ist die Kugel 42 abdichtend in im wesentlichen
Linienkontakt 44 mit der Kante des Endes 38 mit
geringerem Durchmesser des Versorgungsventilsitzes 36 in
Anlage. In ähnlicher
Weise ist die Kugel 42 in teilweise geöffnetem und dadurch aus dem
Linienkontakt 44 gebrachten Zustand in 7 gezeigt. Der
kegelförmige
Versorgungsventilsitz 36 weist vorzugsweise einen Ventilsitzwinkel 37 (bezüglich der Mittellinie 57 des
Ventilsitzes 36) auf, der etwas größer als der Tangentenwinkel 59 der
Tangentenlinie 56 zur Kugel (bezüglich der Mittellinie 57)
ist, wenn die Kugel in dem im wesentlichen Linienkontakt 44 ist, der
in 6 gezeigt ist.
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Diese
Anordnung hat einen Winkelraum 43 zur Folge, der einen
Versorgungsstrombereich mit begrenztem Durchfluß gerade stromaufwärts von dem
Versorgungslinienkontakt 44 und dem Ende 38 mit
geringerem Durchmesser erzeugt, wenn sich die Versorgungskugel 42 aus
dem Linienkontakt 44 in ihre offene Position bewegt, die
in 7 gezeigt ist, wenn Arbeitsfluid stromabwärts an der
Versorgungskugel 42 vorbei durch das Ende 38 mit
geringerem Durchmesser des Versorgungsventilsitzes 36 fließt. Dies
führt dazu,
daß jegliche
Schallströmungserosion,
die durch derartigen anfänglichen
Strom von Hochdruckarbeitsfluid bewirkt ist, im wesentlichen sofort
zu einem stromaufwärts
liegenden Bereich 45 des Versorgungsventilsitzes 36 verschoben
wird. Dies ist dahingehend in hohem Grade vorteilhaft, daß sich eine
derartige durch Schallströmungserosion
erzeugte Abnutzung oder Schaden zu einem Bereich des Versorgungsventilsitzes 36 verschiebt,
der dem ringförmigen
Bereich 43 benachbart ist und niemals in Abdichtungskontakt
mit der Kugel 42 steht. Dies minimiert im wesentlichen
eine Schallbeschädigung des
stromabwärts
liegenden Abdichtungsendes 38 mit geringerem Durchmesser
des Versorgungsventilsitzes 36, das der einzige Ventilsitzbereich
ist, der jemals in im wesentlichen Linienkontakt 44 mit
der Kugel 42 steht. Infolgedessen ist die Beschädigung und Abnutzung
der eigentlichen abdichtenden Fläche
des Ventilsitzes 36 auf der Kugel 42 minimiert
und die Lebensdauer des beispielhaften Steuerventils 10 in
hohem Maße
verlängert.
Dies wiederum reduziert in sehr erheblichem Maße entsprechend die Stillstandszeit
und die Wartungskosten für
eine Anlage, die ein Steuerventil 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung einsetzt.
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Wie
der Fachmann ohne weiteres erkennen wird, gleicht die oben beschriebene
Funktion der Kugel 42 bezüglich des Versorgungsventilsitzes 36 wie in 6 und 7 gezeigt
der der Funktion und dem Verhältnis
der Ablaßkugel 52 bezüglich des
Ablaßventilsitzes 46 mit
seinem Ende 48 mit geringerem Durchmesser und seinem Ende 50 mit
größerem Durchmesser.
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Unter
Bezugnahme vor allem auf 8 und 9 enthält das beispielhafte
Hochdruckfluidsteuerventil 10, das in den Zeichnungen dargestellt,
außerdem
vorzugsweise einen im allgemeinen zylinderförmigen Ablaßhohlraum 70 unmittelbar
stromabwärts
von dem stromabwärts
liegenden Ende 50 mit größerem Durchmesser des Ablaßventilsitzes 46. Eine
im allgemeinen zylinderförmige
Ablaßkugelführung 72 (ähnlich der
der Versorgungskugelführung 62 von 5 und 6)
ist stromabwärts
innerhalb des bevorzugten, diametral erweiterten, zylinderförmigen Ablaßhohlraums 70 vorgesehen.
Die Ablaßkugelführung 72 enthält eine
im allgemeinen zylinderförmige,
mittlere, axial durchgehend verlaufende Ablaßführungsbohrung 74 mit
einer Anzahl in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter, axial
verlaufender Ablaßführungsrippen 76,
die radial nach innen in die Ablaßführungsbohrung 74 vorstehen.
Die Ablaßkugel 52 ist
für die
axiale Bewegung innerhalb der radial nach innen zeigenden Kanten
der Ablaßführungsrippen 76 zwischen
ihrer offenen und geschlossenen Position bezüglich des Ablaßventilsitzes 46 aufgenommen.
Der Innendurchmesser des Ablaßhohlraums 70 ist
etwas größer als
der Außendurchmesser
der Ablaßkugelführung 72,
um dadurch die Kugelführung 72 und
die Kugel 52 radial in den Ablaßhohlraum 70 schwimmen
zu lassen, wodurch wiederum ermöglicht
ist, daß sich
die im allgemeinen sphärische
Ablaßkugel 52 selbst
zentriert, um den abdichtenden, im wesentlichen Linienkontakt 54 mit dem
Ende 48 mit geringerem Durchmesser des Ablaßventilsitzes 46 zu
realisieren.
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Die
Ablaßführungsrippen 76 erstrecken
sich vorzugsweise axial stromaufwärts zum Ausbilden eines Ablaßführungsrippenerweiterungsabschnitts 73 an
einem Ende der Ablaßkugelführung 72.
Ein elastischer Ring 71, wie etwa ein O-Ring, umgibt den
Erweiterungsabschnitt 73, um die Kugelführung 72 elastisch
zum gegenüberliegenden,
stromabwärts liegenden
Ende des Versorgungshohlraums 70 zu überführen, und zwar aufgrunddessen,
daß der
elastische Ring 71 zwischen dem Boden des Ablaßhohlraums 70 und
dem Rest der Ablaßkugelführung 72 zusammengedrückt ist.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 8 und 9,
die eine vergrößerte Detailansicht
des Ablaßschiebeabschnitts
des beispielhaften Steuerventils 10 darstellen, ist die
Ablaßkugel 52 in
ihrer geschlossenen Position in 8 gezeigt.
In dieser Position ist die Kugel 52 abdichtend in im wesentlichen Linienkontakt 54 mit
der Kante des Endes 48 mit geringerem Durchmesser des Ablaßventilsitzes 46 in Anlage.
In ähnlicher
Weise ist die Kugel 52 in teilweise geöffnetem und dadurch aus einem
derartigen im wesentlichen Linienkontakt 54 bewegten Zustand
in 9 gezeigt. Der kegelförmige Ablaßventilsitz 46 weist
vorzugsweise einen Ventilsitzwinkel 47 (bezüglich der
Ablaßmittellinie 67 des
Ventilsitzes 46) auf, der etwas größer als der Ablaßtangentenwinkel 69 der
Ablaßtangentenlinie 65 zur
Ablaßkugel 52 (bezüglich der
Mittellinie 67) ist, wenn die Kugel 52 in dem
im wesentlichen Linienkontakt 54 ist, der in 8 gezeigt
ist.
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Diese
Anordnung hat einen Winkelraum 53 zur Folge, der einen
Ablaßstrombereich
mit begrenztem Durchfluß gerade
stromabwärts
von dem Ablaßlinienkontakt 54 und
dem Ende 48 mit geringerem Durchmesser erzeugt, wenn sich
die Ablaßkugel 52 aus
dem Linienkontakt 54 in ihre offene Position bewegt, die
in 9 gezeigt ist, wenn Ablaßfluid anfangs stromabwärts an der
Ablaßkugel 52 vorbei durch
das Ende 48 mit geringerem Durchmesser des Ablaßventilsitzes 46 fließt. Dies
führt dazu,
daß jegliche
Schallströmungserosion,
die durch derartigen anfänglichen
Strom von Hochdruckablaßfluid
bewirkt ist, im wesentlichen sofort zu einem stromaufwärts liegenden
Bereich verschoben wird, der dem Ablaßventilsitz 46 benachbart
ist. Dies ist dahingehend in hohem Grade vorteilhaft, daß sich eine
derartige durch Schallströmungserosion
erzeugte Abnutzung oder Schaden zu einem Bereich verschiebt, der
niemals in Abdichtungskontakt mit der Kugel 52 steht. Dies
minimiert im wesentlichen eine Schallbeschädigung des stromaufwärts liegenden
Abdichtungsendes 48 mit geringerem Durchmesser des Ablaßventilsitzes 46,
das der einzige Ventilsitzbereich ist, der jemals in im wesentlichen
Linienkontakt 54 mit der Kugel 52 steht. Infolgedessen
ist die Beschädigung und
Abnutzung der eigentlichen abdichtenden Fläche des Ventilsitzes 46 auf
der Kugel 52 minimiert und die Lebensdauer des beispielhaften
Steuerventils 10 entsprechend in hohem Maße verlängert. Dies wiederum
reduziert in sehr erheblichem Maße die Stillstandszeit und
die Wartungskosten für
eine Anlage, die ein Steuerventil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
einsetzt.
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Unter
Bezugnahme vor allem auf 1 ist der Übergangsverlust des beispielhaften
Fluidsteuerventils 10, das in den Zeichnungen dargestellt
ist, durch Erregen des Ablaßsteueraktuators 90 zum Schließen der
Ablaßkugel 52 gerade
kurz vor dem Erregen des Versorgungssteueraktuators 80 zum Öffnen der
Kugel 42 minimiert, wenn Hochdruckarbeitsfluid der Auslaß- oder
Drucköffnung 22 zugeführt werden
soll, um eine fluidbetätigte
Einrichtung zu betätigen.
Wegen der Ausrüstung
und Energie, die zum Anheben eines Arbeitsfluids in einen derartigen
Hochdruckzustand notwendig ist, reduziert dies die Betriebskosten
in hohem Maße,
die ansonsten aus übermäßigem Verlust
oder Ablassen von Hochdruckarbeitsfluid entstehen würden. Derartiges Hochdruckarbeitsfluid,
das entweder pneumatisch oder hydraulisch sein kann, vorzugsweise
jedoch pneumatisch ist, befindet sich häufig im Bereich von 300 psi Überdruck
bis 900 psi Überdruck
(21 Bar bis 62 Bar) und beträgt
in den oben genannten Blasformverfahren typischerweise ungefähr 600 psi Überdruck
(41 Bar).
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Schließlich sind
die Kugeln 42 und 52 beide oder jeweils aus einem
metallischen Material zusammengesetzt, wie etwa rostfreiem Stahl
oder metallischen oder nichtmetallischen Materialien, die vom Fachmann
für eine
gegebene Anwendung als vorteilhaft erachtet werden. Gleicherweise
sind die Versorgungskugelführung 62 und
die Ablaßkugelführung 72 beide
oder jeweils vorzugsweise aus einem synthetischen Material zusammengesetzt,
wie etwa Nylon, können
jedoch auch aus einem metallischen Material zusammengesetzt sein,
wie rostfreiem Stahl, oder anderen geeigneten Materialien, die dem
Fachmann bekannt sind.
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10 bis 15 stellen
verschiedene Versionen eines Fluidsteuerventils dar, das entweder
allein oder in Verbindung (auf der Versorgungsseite) mit dem Primärfluidsteuerventil
benutzt sein kann, welches oben in Verbindung mit 1 bis 9 beschrieben
wurde. Da viele der Bestandteile der in 10 bis 15 dargestellten
Ventile zumindest in der Funktion entweder identisch mit oder im
wesentlichen jenen der in 1 bis 9 dargestellten
Ventile ähnlich
sind, sind derartige Bestandteile in 10 bis 15 mit
denselben Bezugszeichen wie in 1 bis 9 bezeichnet,
jedoch um Zweihundert-, Dreihundert- bzw. Vierhundert erhöht sind.
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In 10 bis 13 enthält ein beispielhaftes
Fluidsteuerventil 210 einen Körper 212, eine Steuerkappe 214,
die beide an einem Verteilerelement 216 befestigt sein
können
(wie in 11 bis 13 gezeigt),
auf eine Art und Weise, wie oben in Verbindung mit 1 bis 9 dargestellt.
Es könnte
jedoch alternativ anstelle eines Verteilerelements 216 eine
Verbindung der verschiedenen Öffnungen durch
Fluidrohre ohne Benutzung des Verteilerelement 216 durch
Bereitstellung von gewindeten Öffnungen
in der Grundfläche
des Ventilkörpers 12 ausgeführt sein.
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Das
beispielhafte Fluidsteuerventil 210 enthält eine
Einlaßöffnung 220 mit
relativ hohem Druck und eine Einlaßöffnung 221 mit relativ
niedrigem Druck, die in Fluidverbindung mit separaten Arbeitsfluidquellen
für relativ
höhere
Drücke
bzw. relativ niedrigere Drücke
stehen. Derartige relativ höhere Drücke werden
hierin als „Hochdruck" bezeichnet, und
derartige relativ niedrigere Drücke
werden entsprechend als „Niederdrücke" bezeichnet.
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Ein
Druckfluidauslaßdurchgang 228 erstreckt
sich durch den Körper 212 des
Fluidsteuerventils 210 und steht in Fluidverbindung mit
einer Auslaßdrucköffnung 222.
Das Fluidsteuerventil 210 kann entweder allein oder in
Kombination mit einem Primärfluidsteuerventil
benutzt werden, wie etwa dem Primärfluidsteuerventil 10 von 1 bis 9. Bei
einer derartigen Anwendung kann das Fluidsteuerventil 210 seine
Druckauslaßöffnung 222 in
Fluidverbindung mit der Einlaßöffnung 20 des
Primärfluidsteuerventil 10 verbunden
aufweisen, entweder durch Fluidrohre oder durch das Verteilerelement 216.
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Das
Fluidsteuerventil 210 enthält außerdem einen normalerweise
geschlossenen Hochdruckventilmechanismus in Fluidverbindung zwischen
der Hochdruckeinlaßöffnung 220 und
dem Druckfluidauslaßdurchgang 228.
Gleicherweise steht ein normalerweise geöffneter Niederdruckventilmechanismus
in Fluidverbindung zwischen der Niederdruckeinlaßöffnung 221 und dem
Druckfluidauslaßdurchgang 228.
Bei diesem beispielhaften Fluidsteuerventil 210 enthält der Hochdruckventilmechanismus
einen kegelstumpfförmigen
Ventilsitz 236, der wiederum ein Ende 238 mit
geringerem Durchmesser und ein Ende 240 mit größerem Durchmesser
enthält. Eine
Kugel 242, die vorzugsweise im allgemeinen sphärisch in
Form und Gestaltung ist, nimmt den Ventilsitz 236 in einen
im wesentlichen Linienkontakteingriff, auf eine Art und Weise, die
detaillierter in Verbindung mit dem Ventilsitz 36 und der
Kugel 42 von 1 bis 9 erläutert ist.
Gleicherweise enthält
der Niederdruckventilmechanismus einen Ventilsitz 246 mit
einem Ende 248 mit geringerem Durchmesser und einem Ende 250 mit
größerem Durchmesser,
wobei die Niederdruckkugel 252 mit dem Ende 248 mit
geringerem Durchmesser in derselben Linienkontaktart wie oben besprochen
in Anlage ist.
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Die
Hochdruckkugel 242 ist innerhalb einer Hochdruckkugelführung 262 aufgenommen,
die der Kugelführung 62 von 1 bis 9 gleicht.
Auf ähnliche
Art und Weise ist die Niederdruckkugel 252 innerhalb einer
Niederdruckkugelführung 272 aufgenommen.
Hinsichtlich ihrer radialen Schwimm- und Kugelzentrierfähigkeiten
sind die Führungen 262 und 272 im
wesentlichen identisch mit den Führungen 62 und 72 von 1 bis 9.
Der einzige Unterschied zwischen den Führungen 262 und 272 und
den oben besprochenen Führungen 62 und 72 ist,
daß sich
die Rippen 266 und 276 nicht notwendigerweise
axial am Ende ihrer jeweiligen Führungen 262 und 272 vorbei erstrecken.
Bei einer derartigen Anordnung sind anstelle der O-Ringe 61 und 71 von 1 bis 9 elastische
gewellte Scheiben oder gewellte Federscheiben 261 und 271 vorgesehen,
um die jeweiligen Führungen 262 und 272 zu
ihren jeweiligen, sachgemäßen Positionen
innerhalb der jeweiligen Führungsbohrungen 264 und 274 hin
vorzuspannen. In im wesentlich allen anderen Aspekten arbeiten die Kugelführungen 262 und 272 jedoch
auf eine im wesentlichen identische Art und Weise wie die entsprechenden,
oben besprochenen Kugelführungen 62 und 72.
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Bei
dem bevorzugten Fluidsteuerventil 210 ist die Hochdruckkugel 242 durch
eine Rückholfeder 258 in
ihre norma lerweise geschlossene Position vorgespannt, die auf die
Kugel 242 über
einen Kugelsitz 275 einwirkt. Ein Steueraktuator 280 ist
in Verbindung mit der Hochdruckkugel 242 bereitgestellt
und gezielt zum Überführen der
Kugel 242 aus ihrem jeweiligen Ventilsitz 236 und
in ihre offene Position betätigbar,
wobei der Steueraktuator 280 über die hochdruckarbeitende
Kolbenanordnung 281 und die Stößelstange 282 wirkt.
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Bei
dem Niederdruckmechanismus ist die Kugel 252 in einer normalerweise
offenen Position unter dem Einfluß des Niederdruckarbeitsfluids
aus dem Niederdruckeinlaß 221,
der auf die Kugel 252 und gegen die Vorspannkraft einer
Rückholfeder 251 mit
geringer Kraft wirkt. Die Niederdruckkugel 252 ist in einem
Rückhaltekörper 249 mit
einer im allgemeinen U-förmigen
sich hierdurch erstreckenden Öffnung 278 aufgenommen,
wie in 10a dargestellt, und der Öffnungsweg
der Niederdruckkugel 252 ist durch ihren Kontakt mit einer
Anschlagstange oder einem Anschlagstift 277 begrenzt, die/der
mit dem Rückhaltekörper 249 verbunden
ist und sich in die Rückhaltekörperöffnung 278 erstreckt.
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Im
Betrieb kann das Fluidsteuerventil 210 zum wahlweise Versorgen
von entweder einer fluidbetätigten
Einrichtung oder des Einlasses eines Primärsteuerventils (wie etwa dem
oben besprochenen Primärsteuerventil 10)
durch die Auslaßdrucköffnung 222 des
Fluidsteuerventils 210 mit einem von zwei unterschiedlichen
Arbeitsfluiddrücken
(vorzugsweise einem pneumatischen Arbeitsfluid) benutzt werden. Anfangs
wird der Niederdruckeinlaßöffnung 221 eine Quelle
von relativem Niederdruckarbeitsfluid zugeführt, das die normalerweise
offene Kugel 252 zum Druckfluidauslaßdurchgang 228 und
der Auslaßdrucköffnung 222 durchläuft. Ein
derartiges relatives Niederdruckarbeitsfluid übt genügend Kraft auf die Niederdruckkugel 252 aus,
um sie in ihrer offenen Position gegen die Vorspannkraft der Niederdruckrückholfeder 251 zu
erhalten, solange Fluid in den Kreislauf fließt. Daher wird in diesem Zustand,
wie in 10 dargestellt, relatives Hochdruckarbeitsfluid, das
der Hochdruckeinlaßöffnung 220 zugeführt wird, von
dem relativen Niederdruckarbeitsfluid in dem Druckfluidauslaßdurchgang 228 durch
die normalerweise geschlossenen Hochdruckkugel 242 isoliert, die
unter dem Einfluß der
Rückholfeder 258 an
ihren jeweiligen Ventilsitz 236 überführt ist. Daher wird der Auslaßdrucköffnung 222 in
diesem Zustand relatives Niederdruckarbeitsfluid zugeführt.
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Wenn
es jedoch erwünscht
ist, dem Druckfluidauslaßdurchgang 228 und
der Auslaßdrucköffnung 222 relatives
Hochdruckarbeitsfluid zuzuleiten, wird der Steueraktuator 280 gezielt
unter Strom gesetzt. Es ist zu beachten, daß der Steueraktuator 280 beispielsweise
pneumatisch, elektrisch oder mechanisch betrieben sein kann.
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Die
Erregung des Steueraktuators 280 bewirkt, daß die Kolbenanordnung 281 und
die Stößelstange
die Hochdruckkugel 242 gegen die Vorspannkraft der Rückholfeder 258 und
das Hochdruckfluid im Einlaß 220 in
ihre offene Position überführen. Diese Öffnung der
Hochdruckkugel 242 läßt relatives Hochdruckarbeitsfluid
aus der Hochdruckeinlaßöffnung 220 in
den Druckfluidauslaßdurchgang 228 strömen. Das
nun in den Druckfluidauslaßdurchgang 228 zugeleitete
Hochdruckarbeitsfluid wirkt (in Verbindung mit der Rückholfeder 251 mit
geringer Kraft) zum überführen der
normalerweise offenen Niederdruckkugel 252 in ihre geschlossene
Position in Abdichtungsanlage mit dem Ventilsitz 246. Dadurch
ist in diesem Zustand das relative Niederdruckarbeitsfluid aus der
Niederdruckeinlaßöffnung 221 von
dem relativen Hochdruckarbeitsfluid im Druckfluidauslaßdurchgang 228,
dem Rückhaltestiftdurchgang 278 und
der Auslaßdrucköffnung 222 isoliert.
Wie oben angegeben, ermöglicht
dies gezielte Zuführung
von entweder dem relativen Niederdruckarbeitsfluid oder dem relativen
Hochdruckarbeitsfluid aus der Auslaßdrucköffnung 222 zu einer
fluidbetätigten
Einrichtung oder dem Einlaß 20 eines
Primärventils
wie dem des in 1 bis 9 dargestellten
Primärsteuerventils 10.
Diese letztere Anordnung ist in 11 bis 13 dargestellt,
wobei das Fluidsteuerventil 210 und das Primärsteuerventil 10 zusammen
an einem Verteilerelement 216 angebracht sind, die alternativ
durch separate Fluidrohre ohne Benutzung des Verteilerelements 216 ersetzt
sein kann, wenn wechselweise gewindete Öffnung vorgesehen sind.
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In 14 ist
in einer alternativen Ausführungsform
eines Fluidsteuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung zu Zwecken der Veranschaulichung dargestellt, daß die vorliegende
Erfindung ebenso auf derartige Steuerventile anwendbar ist, die
so ausgelegt sind, daß sie
eine fluidbetätigte
Einrichtung mit mehr als zwei unterschiedlichen Arbeitsfluiddrücken versorgen,
entweder direkt oder über ein
Primärfluidsteuerventil,
wie das Primärfluidsteuerventil 10,
das oben besprochen und in 1 bis 9 gezeigt
ist. Das Fluidsteuerventil 410 in 14 weist
zahlreiche Bestandteile auf, die entweder identisch mit oder jenen
des Fluidsteuerventils 210 in 10 funktionell
im wesentlichen ähnlich
sind. In 14 sind derartige Bestandteile
jedoch durch Bezugszeichen mit Vierhunderter-Präfix und a- oder b-Suffixen im Falle von Bestandteilen,
die miteinander identisch sind, bezeichnet.
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Der
Körper 412 des
Fluidsteuerventils 410 enthält zwei der oben besprochenen
Hochruckeinlässe 420a und 420b mit
zwei der oben beschriebenen Steueraktuatoren 480a und 480b,
die jeweils separat und gezielt zum Überführen ihrer jeweiligen Kugeln 442a und 442b in
ihre jeweiligen offenen Positionen betätigbar sind. In nahezu allen
anderen Aspekten arbeitet das Fluidsteuerventil 410 im
wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie das oben beschriebene
Fluidsteuerventil 210.
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Der
Betriebsunterschied zwischen dem Fluidsteuerventil 410 und
dem Fluidsteuerventil 210 ist, daß die Steueraktuatoren 480a und 480b separat und
gezielt betätigt
oder erregt oder abgeschaltet oder aberregt werden können, um
die gezielte Zuführung
von drei unterschiedlichen Drücken
oder Arbeitsfluiden zu der fluidbetätigten Einrichtung durch die
Druckauslaßöffnung 422 entweder
direkt oder durch das oben genannte Primärfluidsteuerventil zu ermöglichen.
Es ist zu beachten, daß 14 lediglich
eine beispielhafte Mehrfachdruckanwendung der vorliegenden Erfindung
darstellt, und der Fachmann wird nun ohne weiteres erkennen, daß jegliche
Anzahl unterschiedlicher Drücke
durch das Fluidsteuerventil der vorliegenden Erfindung versorgt
sein kann.
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In 15 ist
wieder eine andere alternative Anordnung der vorliegenden Erfindung
dargestellt, bei der die elastische, gewellte Federscheibe 361 in eine
zu der in 10 dargestellten entgegengesetzte
Position bezüglich
der Kugelführung
bewegt wird. Bei dieser Anordnung ist eine auswechselbare Ventilsitzscheibe 388,
die den Ventilsitz 336 darin beinhaltet, zwischen der Kugelführung 362 und
dem stromabwärts
liegenden Ende der Führungsbohrung 364 eingeschlossen.
Die Ventilsitzscheibe 388 enthält eine abgeschrägte Kante 386,
die abdichtend mit einem O-Ring 384 zusammenwirkt und aus
einem härteren
Material als der Ventilkörper
zusammengesetzt ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht ein
bequemes Auswechseln eines abgenutzten Ventilsitzes 336 lediglich
durch Auswechseln der Ventilsitzscheibe 388, ohne die Notwendigkeit,
den Ventilsitz 236 des Körpers 212 in 10 auszurangieren
oder erneut maschinell zu bearbeiten. Daher kann ein Fluidsteuerventil
teilweise auseinandergenommen und durch derartiges Auswechseln der
Ventilsitzscheibe 388 repariert werden, während ein
anderes Fluidsteuerventil in Betrieb ist. Ein solches, repariertes Fluidsteuerventil
kann dann zum sofortigen Auswechseln eines abgenutzten Fluidsteuerventils
in Reserve gehalten werden, das derzeit in Betrieb ist. Es ist zu
beachten, daß eine ähnliche, auswechselbare
Ventilsitzscheibe außerdem
alternativ in Verbindung mit jeglichem/en der Ventilmechanismen
und Anordnungen benutzt werden kann, die in 1 bis 15 gezeigt
sind.
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Schließlich kann/können das/die
bevorzugte/n Hochdruckarbeitsfluid oder -fluide auf nahezu jeglichem
Druck über
dem des Niederdruckarbeitsfluids stehen, wie beispielsweise Drücken im
Bereich von 300 psi Überdruck
bis 900 psi Überdruck
(21 Bar bis 62 Bar), wobei eine Anwendung ein Hochdruckarbeitsfluid
mit einem Druck von etwa 600 psi (41 bar) erfordert. Zu ähnlicher
Weise kann das Niederdruckarbeitsfluid faktisch jeden geringeren
Druck als das Hochdruckarbeitsfluid aufweisen, wie beispielsweise Drücke im Bereich
von 10 psi bis 300 psi (0,7 bar bis 21 bar), wobei zumindest eine
Anwendung ein Niederdruckarbeitsfluid mit einem Druck von ungefähr 100 psi Überdruck
(7 Bar) erfordert. Ferner weisen die Primärfluidsteuerventile und Fluidsteuerventile der
vorliegenden Erfindung weitreichende Anwendbarkeit in verschiedenen
Flüssig-
oder Pneumatikfluidsteuer- oder -betätigungsanlagen auf. Ein Beispiel einer
derartigen Anwendung ist eine pneumatische Anlage zum Blasformen
von Kunststofflaschen oder anderen Behältern, die einen ersten, relativ
niedrigeren Druck zum überführen des
Kunststoffmaterials in den Formhohlraum erfordert, gefolgt von einem
Arbeitsfluid auf einem relativ höheren
Druck zum Durchführen
des Blasformverfahrens durch Überführen des
Kunststoffmaterials gegen die inneren Konturen der Form. Der Fachmann
wird ohne weiteres erkennen, daß dies
lediglich ein Beispiel der zahlreichen Anwendungen der vorliegenden
Erfindung ist.
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Die
vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung nur zu Veranschaulichungszwecken. Der Fachmann
wird ohne weiteres aus dieser Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen
und Ansprüchen
erkennen, daß verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne
vom Anwendungsbereich der Erfindung wie in den folgenden Ansprüchen definiert
abzuweichen.