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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine luftbetätigte, normalerweise geschlossene
Ventilbaugruppe für
einen Gaszylinder gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf
eine derartige Ventilbaugruppe, die einen Anzeigemechanismus zum
Anzeigen des offenen Ventilzustands des Ventils umfasst.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Gaszylinder
mit einem hohen Innendruck (von beispielsweise mehr als ca. 200
kg/cm2) werden üblicherweise an einem Ventilanschluss
mit einem manuellen Ventil oder luftbetätigten, normalerweise geschlossenen
Ventil versehen. Falls während
des Transports o.ä.
unbeabsichtigterweise ein heftiger Stoß auf das luftbetätigte, normalerweise
geschlossene Ventil einwirkt, ist es möglich, dass sich das luftbetätigte, normalerweise
geschlossene Ventil für
einen Augenblick öffnet,
da das luftbetätigte,
normalerweise geschlossene Ventil üblicherweise durch Federkraft
geschlossen wird. Eine herkömmliche
Blockiervorrichtung des luftbetätigten,
normalerweise geschlossenen Ventils für einen Gaszylinder wird eingesetzt,
um eine mechanische Schließkraft
auf einen Ventilkörper
auszuüben,
der innerhalb des Ventilanschlusses des Gaszylinders positioniert
ist, um so zu verhindern, dass sich das luftbetätigte, normalerweise geschlossene
Ventil während
des Transports unbeabsichtigterweise öffnet.
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Eine
Ventilbaugruppe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus der US-A-5906353
bekannt.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein luftbetätigtes, normalerweise geschlossenes
Ventil für einen
Gaszylinder nach Anspruch 1.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine kleine und einfache Blockiervorrichtung,
die einen Anzeigemechanismus zur Anzeige eines Ventilöffnungszustands
des Ventils umfasst. Der Anzeigemechanismus dient zur visuellen
Anzeige, dass das luftbetätigte,
normalerweise geschlossene Ventil sich in dem geöffneten Zustand befindet, d.h.
dass das in dem Gaszylinder vorhandene Gas zum Einsatz kommt.
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Die
Blockiervorrichtung kann zudem ein Ventilöffnungszustand-Anzeigezylinderelement
umfassen, das sich relativ zu dem sich verjüngenden Axialelement bewegen
und so aus dem Gehäuse
vorstehen kann; sowie eine Feder zum Vorspannen des Ventilöffnungszustand-Anzeigezylinderelements
in eine Richtung, in der das Ventilöffnungszustand-Anzeigezylinderelement
in dem Gehäuse
eingebettet ist. Auf das Ventilöffnungszustand-Anzeigezylinderelement
wird durch das sich verjüngende
Axialelement ein Druck ausgeübt,
so dass es sich in eine Richtung bewegt, in der der Ventilkörper geöffnet wird,
und so entgegen einer Federkraft aus dem Gehäuse vorsteht.
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Vorzugsweise
umfasst das Gehäuse
eine Druckkammer zum Bewegen der Kolbenbaugruppe in ihre Öffnungsrichtung
gegen eine die Kolbenbaugruppe in ihre Ventilschließrichtung
vorspannende Vorspannkraft, wobei die Ventilöffnungsdruckkammer mit Druckluft
beaufschlagt wird, um die Kolbenbaugruppe in die Ventilöffnungsrichtung
zu bewegen.
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Die
Ventilbaugruppe kann zudem die folgenden Bestandteile umfassen:
einen Ventilschaft, der unabhängig
von der Kolbenbaugruppe vorgesehen ist, wobei sich der Ventilschaft
in dieselbe Richtung bewegt wie die Ventilbaugruppe und auf den
in dem Ventilanschluss befindlichen Ventilkörper einwirkt; wenigstens ein
Ventilschaftrollenelement, das durch den Ventilschaft gehaltert
wird und eine Drehachse aufweist, welche sich senkrecht zur Richtung
der Gleitbewegung des Ventilschaftes erstreckt, ohne eine Achse
des Ventilschaftes zu schneiden; einen sich verjüngenden Oberflächenabschnitt,
der an einem Ende der Kolbenbaugruppe nahe dem Ventilschaft vorgesehen
ist; und mindestens ein dazwischenliegendes Rollenelement, das zwischen
dem sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt
der Kolbenbaugruppe und dem Ventilschaftrollenelement angeordnet
ist, wobei das dazwischenliegende Rollenelement in einem Rolleingriff
mit dem Ventilschaftrollenelement und dem sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt
steht und eine Drehachse aufweist, die sich parallel zur Drehachse
des Ventilschaftrollenelements erstreckt. Der sich verjüngende Oberflächenabschnitt,
das dazwischenliegende Rollenelement und das Ventilschaftrollenelement
sind so angeordnet, dass der Ventilschaft um weniger als eine Verschiebe-Wegeinheit
der Kolbenbaugruppe bewegt wird, wenn die Kolbenbaugruppe um eine
Verschiebe-Wegeinheit auf den Ventilschaft zubewegt wird, um diesen über den
sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt,
das dazwischenliegende Rollenelement und das Ventilschaftrollenelement
auf einen Ventilsitz zu zu bewegen.
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Das
Ventilschaftelement kann ein Paar von Ventilschaftrollenelementen
umfassen, die in einer rotationssymmetrischen Weise zur Achse des
Ventilschafts angeordnet sind, und das dazwischenliegende Rollenelement
kann ein Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen umfassen,
die rotationssymmetrisch zur Achse des Ventilschafts angeordnet sind.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Ventilschaft und das Paar von Ventilschaftrollenelementen
eine Ventilschaftbaugruppe darstellen.
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Darüber hinaus
ist es wünschenswert,
dass der Ventilschaft koaxial zur Kolbenbaugruppe verläuft.
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Der
sich verjüngende
Abschnitt kann einen konischen Oberflächenabschnitt umfassen.
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Der
sich verjüngende
Abschnitt kann einen keilförmigen
Oberflächenabschnitt
mit einem Paar schräger
flacher Oberflächen
umfassen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Kolbenbaugruppe einen Betätigungsschaft
umfasst, der sich koaxial zu dem Ventilschaft erstreckt, wobei ein
Ende des Betätigungsschafts
an dem sich verjüngenden
Axialelement befestigt ist und wobei der sich verjüngende Oberflächenabschnitt
an einem anderen Ende des Betätigungsschafts
ausgebildet ist.
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Vorzugweise
steht das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement nach
außen
von einem äußeren Ende
des dazwischenliegenden Zylinderelements nach außen vor, wenn der Ventilkörper aus
dem Eingriff mit einem Ventilsitz gebracht wird.
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Die
an dem dazwischenliegenden Zylinderelement ausgebildeten radialen
Durchgangslöcher können zwei
radiale Durchgangslöcher
umfassen, die an radial gegenüberliegenden
Seiten des sich verjüngenden
Axialelements ausgebildet sind, und das Blockierteil kann zwei Blockierteile
umfassen, die jeweils in eines der beiden radialen Durchgangslöcher eingeschoben
werden.
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Vorzugsweise
ist jedes der beiden Blockierteile in Form eines Ausschneideabschnitts
eines Ringelements ausgebildet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung genauer beschrieben; in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines Ausführungsbeispiels
eines luftbetätigten,
normalerweise geschlossenen Ventils für einen Gaszylinder, bei dem
eine Blockiervorrichtung zum Schließen des luftbetätigten,
normalerweise geschlossenen Ventils vorgesehen ist, wobei ein Zustand
dargestellt ist, in dem das luftbetätigte, normalerweise geschlossene Ventil
am Gaszylinder gehaltert ist;
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2 eine
Längsschnittansicht
der in 1 gezeigten normalerweise geschlossenen Ventileinheit;
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3 eine
Längsschnitt-Teilansicht
der in 1 gezeigten normalerweise geschlossenen Ventileinheit,
wobei ein anderer Betriebszustand dieses Ventils als in 2 gezeigt
ist;
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4 eine
Ansicht ähnlich 3,
wobei ein weiterer Betriebszustand der normalerweise geschlossenen
Ventileinheit gezeigt ist, der sich von dem in 2 gezeigten
Betriebszustand unterscheidet;
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5 eine
Ansicht ähnlich 3,
wobei ein weiterer Betriebszustand der normalerweise geschlossenen
Ventileinheit gezeigt ist, der sich von dem in 2 gezeigten
Betriebszustand unterscheidet;
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6 eine
Ansicht ähnlich 3,
wobei ein weiterer Betriebszustand der normalerweise geschlossenen
Ventileinheit gezeigt ist, der sich von dem in 2 gezeigten
Betriebszustand unterscheidet;
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7 eine
perspektivische Explosionsansicht von Elementen der in 2 gezeigten
normalerweise geschlossenen Ventileinheit;
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8 eine
perspektivische Explosionsansicht von Elementen der in 2 gezeigten
normalerweise geschlossenen Ventileinheit, wobei eine Struktur gezeigt
ist, die als Führung
für dazwischenliegende Rollenelemente
der normalerweise geschlossenen Ventileinheit dient;
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9 eine
perspektivische Schnitt-Ansicht der in 2 gezeigten
normalerweise geschlossenen Ventileinheit, wobei Teile weggelassen
wurden;
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10 eine
perspektivische Ansicht der in 8 gezeigten
dazwischenliegenden Rollenelemente und eines Ausführungsbeispiels
einer Ventilschaftbaugruppe der in 2 gezeigten,
normalerweise geschlossenen Ventileinheit; und
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11 eine
Perspektivansicht der in 8 gezeigten dazwischenliegenden
Rollenelemente und eines weiteren Ausführungsbeispiels der Ventilschaftbaugruppe
der in 2 gezeigten normalerweise geschlossenen Ventileinheit.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Wie
sich 1 entnehmen lässt,
ist auf einem Zylinderkörper 11 eines
Gaszylinders 10 ein Ventilanschlussblock 12 vorgesehen,
der in das obere Ende des Zylinderkörpers 11 eingeschraubt
ist. Der Ventilanschlussblock 12 weist an seinem oberen Ende
einen Ventilanschluss 12a auf und umfasst unterhalb des
Ventilanschlusses 12a eine axiale Leitung 12b,
die derart in Wirkverbindung mit der Innenseite des Zylinderkörpers 11 steht,
dass der Ventilanschluss 12a und die Innenseite des Zylinderkörpers 11 miteinander über die
Axialleitung 12b miteinander in kommunizierender Verbindung
stehen. Der Innendruchmesser der Axialleitung 12b ist kleiner
als der des Ventilsschlitzes 12a. Der Ventilanschlussblock 12 ist
zwischen dem Ventilanschluss 12a und der Axialleitung 12b mit
einer radialen Leitung (Gasauslassbohrung) 12c versehen.
Die radiale Leitung 12c erstreckt sich im rechten Winkel
zur axialen Leitung 12b und steht in kommunizierender Verbindung
mit dem Ventilanschluss 12a und der axialen Leitung 12b.
Der Ventilanschlussblock 12 ist an einem unteren Ende des
Ventilsschlitzes 12a mit einem ringförmigen Ventilsitz 12d versehen,
welcher rund um das obere Ende der axialen Leitung 12b ausgeformt
ist. Ein mit einem Gewinde versehenes Zylinderelement 14 ist
in den Ventilanschluss 12a eingeschraubt. Ein Ventilkörper 13 ist
in das mit einem Gewinde versehene Zylinderelement 14 von
dessen Unterseite aus so eingepasst, dass es sich relativ zum Ventilkörper 13 derart
in verschiedene Richtungen gleitend bewegen kann, dass es mit dem
ringförmigen
Ventilsitz 12a in Eingriff bzw. aus dem Eingriff kommt.
Der Ventilkörper 13 ist
in einer von dem ringförmigen
Ventilsitz 12d wegweisenden Richtung durch eine Schraubendruckfeder 15 vorgespannt.
Wenn das Gewindezylinderelement 14, das in den Ventilanschluss 12a eingeschraubt
ist, gegen die Federkraft der Schraubendruckfeder 15 nach
unten geschraubt wird, so wird der Ventilkörper 13 durch ein
mit Absätzen
versehenes Loch 14a des Gewindezylinderelements 14 so
nach unten gedrückt,
dass er in dem ringförmigen Ventilsitz 12d zu
liegen kommt (d.h. der Ventilkörper 13 wird
geschlossen).
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Ein
luftbetätigtes,
normalerweise geschlossenes Ventil 20 ist am oberen Ende
des Ventilanschlussblocks 12 angebracht. Genauer gesagt,
wird ein Gehäuse 21 der
luftbetätigten,
normalerweise geschlossenen Ventileinheit 20 an einem oberen
Ende des Ventilanschlussblocks 12 angeschraubt und so an
diesem gehaltert. Das Gehäuse 21 ist
mit einer Ventilhaube 21a, einem Zylinder 21c und
einem Verschlussring 21b versehen, welcher die Ventilhaube 21a mit
dem Zylinder 21c verbindet. Die Ventilhaube 21a ist
konzentrisch an dem oberen Ende des Ventilanschlussblocks 12 aufgeschraubt.
Ein unterer Abschnitt des Zylinders 21c ist in die Ventilhaube 21a so eingepasst,
dass er daran durch den Verschlussring 21b gehaltert wird.
Die 2 bis 6 zeigen die normalerweise geschlossene
Ventileinheit 20 im Querschnitt in unterschiedlichen Betriebszuständen. 7 zeigt
die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 in einem
auseinandergebauten Zustand.
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Die
Ventilhaube 21a ist in ihrer Mitte mit einem einen kleinen
Durchmesser aufweisenden zylindrischen Abschnitt 21d versehen.
Die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist mit
einer Kolbenbaugruppe 30 ausgestattet, die an dem zylindrischen durchmesserkleinen
Abschnitt 21d montiert ist. Im einzelnen ist dabei ein
Gleitlager 22 an dem zylindrischen Abschnitt 21d mit
kleinem Durchmesser befestigt, während
ein Kolbenkörper 31 der
Kolbenbaugruppe 30 am Gleitlager 22 so montiert
ist, dass sich der Kolbenkörper 31 relativ
zu dem zylindrischen Abschnitt 21d mit kleinem Durchmesser
frei auf und ab bewegen kann. Die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist
zwischen dem Kolbenkörper 31 und
dem Zylinder 21c mit einer äußeren, größeren Druckfeder 24a und
einer inneren, kleineren Schraubendruckfeder 24b versehen,
die den Kolbenkörper 31 nach
unten (in einer Ventilschließrichtung)
vorspannen, wie sich die 1 entnehmen lässt.
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Die
normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist zwischen
dem Kolbenkörper 31 und
der Ventilhaube 21a mit einer Ventilöffnungsdruckkammer 23 ausgestattet.
Die Ventilöffnungsdruckkammer 23 wird
von einer Steuerdruckquelle P durch Öffnen und Schließen des
Steuerventils 23b und einer in der Ventilhaube 21a ausgebildeten
Steuerdruckeinführöffnung (Gewindebohrung) 23a mit
einem Steuerdruck (Druckluft/Arbeitsfluid) beaufschlagt.
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Der
Kolbenkörper 31 hat
die Form einer Kappe und ist an seinem oberen Ende mit einem Scheibenabschnitt 31a versehen.
Die Kolbenbaugruppe 30 ist direkt oberhalb des Scheibenabschnitts 31a mit einem
sich verjüngenden
Axialzylinder (sich verjüngendes
Axialelement) 32 versehen und weist direkt unterhalb des
Scheibenabschnitts 31a einen Betätigungsschaft 33 auf.
Der Betätigungsschaft 33 ist
mit einem Schraubschaft 33b ausgestattet, der sich, wie in 1 dargestellt,
nach oben erstreckt, und innerhalb des axialen Gewindezylinders 32 durch
ein Lagerloch 31b positioniert wird, das in der Mitte des Scheibenabschnitts 31 ausgebildet
ist. Die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist
innerhalb des sich verjüngenden
Axialzylinders 32 mit einem hohlen zylindrischen Halteelement 34 versehen.
Das Halteelement 34 wird von oben her in den sich verjüngenden
Axialzylinder 32 so eingesetzt, dass ein äußerer Flansch 34b (siehe 2),
der an einer Außenumfangsfläche des
Halteelements 34 ausgebildet ist, mit einem inneren Flansch 32a,
der am unteren Ende des sich verjüngenden Axialzylinders 32 ausgebildet
ist, in Eingriff kommt. Das Halteelement 34 ist mit einer
axialen Gewindebohrung 34a ausgestattet, in die der Schraubschaft 33b eingeschraubt wird.
Der Kolbenkörper 31,
der sich verjüngende
Axialzylinder 32 und der Betätigungsschaft 33,
die Elemente der Kolbenbaugruppe 30 darstellen, sind aufgrund
des Eingriffs der axialen Gewindebohrung 34a mit dem Schraubschaft 33b miteinander
als eine Einheit verbunden.
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Der
Zylinder 21c ist an seinem oberen Ende mit einem oberen
Zylinderabschnitt 21f versehen, dessen Innenumfangsoberfläche so mit
einem Gewinde versehen ist, dass sie ein Innengewinde 21g bildet.
Ein dazwischenliegendes Zylinderelement 21h ist in den
oberen Zylinderabschnitt 21f von dessen Unterseite her
eingeschraubt und derart daran befestigt, dass der Innengewindeabschnitt 21g mit einem
an einer Außenumfangsoberfläche des
dazwischenliegenden Zylinderelements 21h ausgebildeten Außengewinde
in Eingriff kommt. Das dazwischenliegende Zylinderelement 21h ist
ein stationäres
Element, das als integraler Teil des Gehäuses 21 dient. Der
sich verjüngende
Axialzylinder 32 ist innerhalb des dazwischenliegenden
Zylinderelements 21h so positioniert, dass er sich in vertikaler
Richtung frei bewegen kann, wie sich dies 1 entnehmen
lässt.
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Die
normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist an ihrem
oberen Ende mit einer Kontermutter 25 versehen. Die Kontermutter 25 wird
in den oberen Zylinderabschnitt 21f von dessen Oberseite
her eingeschraubt, um sie derart an diesem Zylinderabschnitt zu
fixieren, dass der Innengewindeabschnitt 21g mit einem
an einer Außenumfangsoberfläche der
Kontermutter 25 ausgebildeten Außengewinde in Eingriff kommt
und ein Teil der Kontermutter 25 vom oberen Zylinderabschnitt 21f nach
oben vorsteht. Die Kontermutter 25 ist rund um einen oberen
Endabschnitt des dazwischenliegenden Zylinderelements 21h positioniert.
Dementsprechend ist dieser obere Endabschnitt des dazwischenliegen den
Zylinderelements 21h zwischen dem sich verjüngenden Axialzylinder 32 und
der Kontermutter 25 positioniert. Das dazwischenliegende
Zylinderelement 21h ist mit einem Paar radialer Durchgangslöcher 26 versehen, in
die ein Paar beweglicher Blockierteile 27 so eingesetzt
sind, dass sie sich jeweils in einem der beiden Durchgangslöcher 26 radial
frei bewegen können.
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Der
sich verjüngende
Axialzylinder 32 ist an seiner Spitze (an dem der Seite
des Gaszylinders 10 gegenüberliegenden Ende) mit einer
ringförmigen sich
verjüngenden
Außenoberfläche 32t versehen, welche
mit dem Paar beweglicher Blockierteile 27 in Kontakt kommen
kann und die sich, wie in den 4, 5 und 6 gezeigt,
nach oben hin verjüngt.
Die Kontermutter 25 ist an ihrer Innenumfangsfläche mit einer
ringförmigen
sich verjüngenden
Innenoberfläche 25t versehen,
welche mit dem Paar bewegbarer Blockierteile 27 in Kontakt
kommen kann und sich nach oben hin verjüngt, wie sich dies den 4, 5 und 6 entnehmen
lässt.
Dies bedeutet, dass sich die ringförmige sich verjüngende Außenoberfläche 32t und
die ringförmige
sich verjüngende Innenoberfläche 25t in
dieselbe Richtung verjüngen, wodurch
ein nach unten gehendes Einschrauben der Kontermutter 25 in
den oberen Zylinderabschnitt 21f (den Innengewindeabschnitt 21g)
dazu führt,
dass die ringförmige
sich verjüngende
Innenoberfläche 25t das
Paar beweglicher Blockierteile 27 radial nach innen drückt und
so das Paar beweglicher Blockierteile 27 in einen Druckkontakt
mit der ringförmigen sich
verjüngenden
Außenoberfläche 32t bringt.
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Jedes
bewegliche Blockierteil 27 weist die Form eines Ausschnittabschnitts
eines Ringelements geeigneter Länge
auf, wie sich dies 7 entnehmen lässt. Eine
innere Blockierfläche 27a und
eine äußere Blockierfläche 27b eines
jeden beweglichen Blockierteils 27 kommt mit der ringförmigen,
sich verjüngenden
Außenoberfläche 32t bzw.
der ringförmigen,
sich verjüngenden
Innenoberfläche 25t in
Kontakt. Durch eine Veränderung
des Ausmaßes
des Schraubeingriffes der Kontermutter 25 bezüglich des oberen
Zylinderabschnitts 21f des Gehäuses 21 drückt die
Kontermutter 25 entweder das Paar beweglicher Blockierteile 27 über die
ringförmige,
sich verjüngende
Innenoberfläche 25t gegen
die ringför mige,
sich verjüngende
Außenoberfläche 32t,
um die Kolbenbaugruppe 30 zu verriegeln (und zu verhindern,
dass sich die Kolbenbaugruppe 30 in eine Ventilöffnungsrichtung
bewegt), oder sie übt
keinen Druck auf das Paar beweglicher Blockierteile 27 aus, so
dass das Paar beweglicher Blockierteile 27 keinen Druck
auf die Kolbenbaugruppe 30 ausübt. Durch die beweglichen Blockierteile 27 kann
die Kolbenbaugruppe 30 mit einer stärkeren Blockierkraft verriegelt werden,
als dies bei einer typischen, mit einem Kugelpaar ausgestatteten
Kolbenbaugruppe der Fall ist.
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Die
normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 ist an ihrem
oberen Ende mit einem Zylinderelement 28 zur Anzeige des
offenen Ventilzustands versehen, das frei gleitbeweglich auf dem
Halteelement 34 befestigt ist. Das den offenen Ventilzustand anzeigende
Zylinderelement 28 ist in eine Richtung vorgespannt, in
der es durch eine zwischen einer äußeren Umfangsfläche des
Halterelements 34 und dem den offenen Ventilzustand anzeigenden
Zylinderelement 28 vorgesehene Schraubendruckfeder 29 in
dem dazwischenliegenden Zylinderelement 21h (d.h. im Gehäuse 21)
eingebettet wird. Das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement 28 ist
an einem äußeren Ende
(oberes Ende in der Ansicht gemäß 1)
mit einem äußeren Flansch 28a versehen,
während
das dazwischenliegende Zylinderelement 21h an seinem oberen
Ende mit einem ringförmigen
Vertiefungsbereich 21i (siehe 2 und 3)
versehen ist, in den der äußere Flansch 28a eingepasst
werden kann. Dieser Sitz des äußeren Flansches 28a im
ringförmigen
Vertiefungsabschnitt 21i bestimmt die Bewegungsgrenze des
den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28 in
der Richtung, in der dieses in das dazwischenliegende Zylinderelement 21h eingebettet
wird. Das obere Ende des sich verjüngenden Axialzylinders 32 ist
direkt unterhalb einer Bodenfläche
des äußeren Flansches 28a des
den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28 positioniert.
Wenn also ein Steuerdruck auf die Ventilöffnungsdruckkammer 23 einwirkt,
um die Kolbenbaugruppe 30 nach oben zu bewegen, so wird
das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement 28 zusammen
mit der Kolbenbaugruppe 30 durch den sich verjüngenden Axialzylinder 32 nach
oben bewegt. Dies führt
dazu, dass der äußere Flansch 28a des
den Ventilöffnungszustand
anzeigenden Zylinderelements 28 von dem ringförmigen Vertiefungsabschnitt 21i des
dazwischenliegenden Zylinderelements 21h nach oben vorsteht
und so anzeigt, dass der Ventilkörper 13 sich in
einem geöffneten
Ventilzustand befindet.
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Die
Kolbenbaugruppe 30, die in eine Richtung vorgespannt ist,
in der sich der Ventilkörper 13 öffnet, kann
auf einer ihrer Achsen mit einem Ventilschaft versehen sein, der
direkt auf den Ventilkörper 13 des
Gaszylinders 10 einwirkt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der normalerweise geschlossenen Ventileinheit 20 ist die
Kolbenbaugruppe 30 allerdings mit einem Knebelmechanismus
versehen, um die Antriebskraft der Kolbenbaugruppe 30 zu
unterstützen
und diese auf den Ventilkörper 13 zu übertragen.
Dieser Knebelmechanismus entspricht dem Knebelmechanismus, wie er
für das
Kippventil eingesetzt wird, dass in der noch nicht geprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 10-110856 (US-Patent
5,906,353) desselben Anmelders beschrieben ist.
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Die
Ventilhaube 21a ist an ihrer Mitte mit einem Scheibenabschnitt 21j versehen,
der einstückig mit
dem oberen Ende des durchmesserkleinen zylindrischen Abschnitts 21d ausgebildet
ist. Der Scheibenabschnitt 21j liegt in einer orthogonal
zur Achse des Betätigungsschafts 33 verlaufenden
Ebene. Der Scheibenabschnitt 21j ist an seinem Mittelpunkt
mit einem axialen Durchgangsloch 21k versehen. Der Betätigungsschaft 33 der
Kolbenbaugruppe 30 steht von der Ventilhaube 21a durch
das axiale Durchgangsloch 21k nach außen vor. Der Betätigungsschaft
ist an seinem unteren Ende mit einem sich verjüngenden Oberflächenabschnitt 33a versehen.
Der sich verjüngende
Oberflächenabschnitt 33a kann
als ein konischer Oberflächenabschnitt 33a1 ausgeformt sein,
wie sich dies 10 entnehmen lässt, oder
es kann sich um einen keilartigen Oberflächenabschnitt handeln, der
ein Paar schräger
flacher Oberflächen 33a2 umfasst,
wie sich dies 11 entnehmen lässt.
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Die
normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 befindet sich
in dem von dem durchmesserkleinen zylindrischen Abschnitt 21d und
dem Scheibenabschnitt 21j umgebenen Raum, wobei ein Paar von
dazwischenliegenden Rollenelementen (oberen Rollenelementen) 40 sowie
eine Ventilschaftbaugruppe 41 in den durch den zylindrischen
Abschnitt 21d mit kleinem Durchmesser begrenzten Raum in dieser
Reihenfolge von oben nach unten in der Darstellung der 1 und 2 eingesetzt
sind und so von diesem gehaltert werden. Jedes der zwei dazwischenliegenden
Rollenelemente 40 besteht aus einer Rolle 40a und
einem Axialschaft 40b. Jede Rolle 40a ist in einer
Vertiefung 21m (siehe 8) positioniert, die
an einer Unterseite des Scheibenabschnitts 21j so vorgesehen
ist, dass sie sich nicht in die axiale Richtung des zugehörigen Axialschafts 40b bewegen kann.
Wie sich 8 entnehmen lässt, ist
der Scheibenabschnitt 21j an seiner Unterseite mit einer
Senkung 21n versehen, während
ein Paar halbkreisförmiger
Platten 21p aus hartem Material in die Senkung 21n eingesetzt
sind und dabei an dem Scheibenabschnitt 21j jeweils durch
eine von zwei Feststellschrauben 21q befestigt werden (von
denen in 8 nur eine dargestellt ist).
Die Vertiefung 21m, in der das Paar von Rollen 40a positioniert
ist, ist zwischen dem Paar halbkreisförmiger Platten 21p ausgeformt.
Jeder Axialschaft 40b wird entlang der Unterseiten des
Paars halbkreisförmiger
Platten 21p so geführt
(wobei jede Rolle 40a innerhalb der Vertiefung 21m geführt wird),
dass er sich in eine senkrecht zur Achse des Betätigungsschaftes 33 verlaufenden Richtung
frei bewegen kann. Dieser Aufbau unter Einsatz des Paars halbkreisförmiger Platten 21p ermöglicht die
Herstellung der Ventilhaube 21a aus einem relativ weichen
und kostengünstigen
Material. Zudem kann jedes halbkreisförmige Element 21p durch
eine einzige Feststellschraube (d.h. die Feststellschraube 21q)
an dem Scheibenabschnitt 21j befestigt werden, da eine
kreisförmige
Bogenkante jedes halbkreisförmigen
Elements 21p eng gegen eine innere Umfangsfläche der
Senkung 21n anliegt.
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Die
Ventilschaftbaugruppe 41 ist mit einem Ventilschaft 42 und
einem Paar von Ventilschaftrollenelementen (untere Rollenelemente) 43 versehen. Jedes
der zwei Ventilschaftrollenelemente 43 besteht aus einer
Rolle 43a und einem Axialschaft 43b, dessen einander
entgegengesetzte Enden durch einen Stützblock 42a gehaltert
werden (siehe 10 und 11). Der
Ventilschaft 42 ist einstückig mit dem Stützblock 42a ausgebildet.
Der Stützblock 42a liegt in
einer Ebene, die orthogonal zur Achse des Ventilschafts 42 verläuft. Die
beiden Ventilschaftrollenelemente 43 (das Paar von Axialschäften 43b)
sind an gegenüberliegenden
Seiten der Achse des Ventilschafts 42 rotationssymmetrisch
zur Achse des Ventilschafts 42 so angeordnet, dass sie
sich parallel zueinander in einer senkrecht zur Achse des Ventilschafts 42 verlaufenden
Richtung erstrecken, ohne die Achse des Ventilschafts 42 zu
schneiden. Das untere Ende des Ventilschafts 42 steht mit
einer oberen Oberfläche
des Ventilkörpers 13 in
einem Zustand in Kontakt, in dem die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 am
Gaszylinder 10 befestigt ist.
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Das
Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 ist parallel
zu dem Paar von Ventilschaftrollenelementen 43 angeordnet
und zwischen dem sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt 33a und
dem Paar von Ventilschaftrollenelementen 43 vorgesehen.
Der Ventilschließdruck,
der auf die Kolbenbaugruppe 30 über die äußere, größere Druckfeder 24a und
die innere, kleinere Schraubendruckfeder 42b ausgeübt wird,
wird auf den Ventilschaft 42 über den sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt 33a,
das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
das Paar von Ventilschaftrollenelementen 43 übertragen.
Das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
die Ventilschaftbaugruppe 41 werden durch einen O-Ring 44,
der in eine an der Innenumfangsfläche des durchmesserkleinen zylindrischen
Abschnitts 21d nahe dessen Bodenöffnung ausgebildete ringförmige Nut
eingepasst ist, daran gehindert, sich aus dem Raum innerhalb des durchmesserkleinen
zylindrischen Abschnitts 21d herauszubewegen.
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Der
Kegelwinkel des sich verjüngenden Oberflächenabschnitts 33a des
Betätigungsschafts 33 und
die Außendurchmesser
und Anfangspositionen des Paars von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
des Paars von Ventilschaftrollenelementen 43 (d.h. den
Positionen, in denen die normalerweise geschlossene Ventileinheit 20 vom
Gaszylinder 10 entfernt ist) werden in der folgenden Weise bestimmt.
Im einzelnen wird dann, wenn die Kolbenbaugruppe 30 um
eine Verschiebe-Wegeinheit auf die Ventilschaftbaugruppe 41 zu
bewegt wird (wodurch sodann der Ventilschaft 42 durch den
sich verjüngende
Oberflächenabschnitt 33a,
das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
das Paar von Ventilschaftrollenelementen 43 auf den Ventilkörper 13 zubewegt
wird), der Ventilschaft in einem geringerem Umfang bewegt als es
der Verschiebe-Wegeinheit der Kolbenbaugruppe 30 entspricht. Bei
einem Ausführungsbeispiel
beträgt
beispielsweise das Verhältnis „axiale
Verschiebung der Kolbenbaugruppe 30" : „axiale Verschiebung des Ventilschafts 42" = 1 : 0,2 oder 1
: 0,1. In jedem Betriebszustand steht das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 mit
der sich verjüngenden
Oberfläche 33a und
dem Paar von Ventilschaftrollenelementen 43 in Kontakt,
und wenn die Kolbenbaugruppe 30 in die unterste Position
auf die Ventilschaftbaugruppe 41 zubewegt wird, so befinden
sich die Achsen des Paars von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 in
einer zum Ventilschaft 42 radialen Richtung niemals radial
außerhalb
der jeweiligen Achsen der Ventilschaftrollenelemente 43.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der
normalerweise geschlossenen Ventileinheit 20 kommt der
Ventilschaft 42 in Kontakt mit dem Ventilkörper 13,
um den Ventilkörper 13 mechanisch
zu verriegeln, wenn die Ventilhaube 21a des Gehäuses 21 auf
den Ventilanschlussblock 12 aufgeschraubt ist.
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Zwar
verändert
sich die Position des Ventilkörpers 13 im
Ventilanschlussblock 12 des Gaszylinders 10 je
nachdem, was für
ein Gaszylinder verwendet wird, die Ausgangsposition des Ventilschafts 42 muss
jedoch nicht in Abhängigkeit
vom Gaszylinder eingestellt werden, an dem die normalerweise geschlossene
Ventileinheit 20 befestigt ist. Vielmehr kann die Ausgangsposition
des Ventilschafts 42 abgewandelt werden, indem man die
relativen Abmessungen zwischen dem sich verjüngenden Axialzylinder 32 und
dem den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelement 28,
die Winkel der radial inneren und äußeren Kontaktflächen jedes
beweglichen Blockierteils 27, den Winkel der ringförmigen,
sich verjüngenden
Innenoberfläche 25t und
den Winkel der ringförmigen,
sich verjüngenden
Außenoberfläche 32t entsprechend
einstellt. Selbst wenn sich die Position des Schraubeingriffs der
Kontermutter 25 relativ zu dem Innengewindeabschnitt 21g des
oberen Zylinderabschnitts 21f ändert, kann die Kolbenbaugruppe 30 durch
die ringförmige,
sich verjüngende
Innenoberfläche 25t in
einem Bereich verriegelt bleiben, in dem das Paar beweglicher Blockierteile 27 mit der
ringförmigen,
sich verjüngenden
Außenoberfläche 32t in
Eingriff bleibt. Eine Veränderung
der Position des Schraubeingriffs der Kontermutter 25 relativ zu
dem Innengewindeabschnitt 21g des oberen zylindrischen
Abschnitts 21f führt
dazu, dass sich der Abstand zwischen der Spitze des sich verjüngenden Axialzylinders 32,
der fest mit der Kolbenbaugruppe 30 verbunden ist, und
dem äußeren Flansch 28a des den
offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28 verändert. Die 3 bis 5 zeigen
die Kolbenbaugruppe 30 in unterschiedlichen Positionen,
wobei die Kontermutter 25 jeweils in unterschiedlichen
Drehpositionen ausgerichtet ist.
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Selbst
wenn die Position des Schraubeingriffs der Kontermutter 25 bezüglich des
Innengewindeabschnitts 21g des oberen Zylinderabschnitts 21f eingestellt
wird, so verbleibt der äußere Flansch 28a des
den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28,
das durch die Schraubendruckfeder 29 in eine Richtung vorgespannt
ist, in welcher es in das dazwischenliegende Zylinderelement 21 eingebettet wird,
in dem ringförmigen
vertieften Abschnitt 21i des dazwischenliegenden Zylinderelements 21h,
so dass das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement 28 nicht
den offenen Ventilzustand anzeigt.
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In
diesem Zustand wird die kombinierte Federkraft der äußeren, größeren Druckfeder 24a und der
inneren, kleineren Schraubendruckfeder 24b vergrößert, um
auf den Ventilkörper 13 übertragen
zu werden, so dass eine große
Schließkraft
erzielt wird. Im einzelnen wird die auf die Kolbenbaugruppe 30 ausgeübte Ventilschließkraft über den
sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt 33a des
Betätigungsschaftes 33,
das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
die Ventilschaftbaugruppe 41 auf den Ventilschaft 42 übertragen.
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Da
die Verschiebung des Ventilschafts 42 geringer ist als
die Verschiebe-Wegeinheit
der Kolbenbaugruppe 30, wenn die Ventilschließkraft auf
die Kolbenbaugruppe 30 auf den durch den sich verjüngenden
Oberflächenabschnitt 33a,
das Paar von dazwischenliegenden Rollenelementen 40 und
die Ventilschaftbaugruppe 41 auf den Ventilschaft 42 übertragen
wird, ist es möglich,
eine starke Ventilschließkraft
durch eine geringe Federkraft von der äußeren, größeren Druckfeder 4a und
der inneren, kleineren Schraubendruckfeder 24b zu erhalten.
Bei dem speziellen beschriebenen Ausführungsbeispiel erhält man eine
Ventilschließkraft,
die dem Fünf-
bis Zehnfachen der kombinierten Federkraft der äußeren, größeren Druckfeder 24a und
der inneren, kleineren Schraubendruckfeder 24b entspricht.
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Zum Öffnen des
Ventils wird das Öffnungs- und
Schließsteuerventil 23b geöffnet, um
den Steuerdruck von der Steuerdruckquelle P durch die Steuerdruckeinführöffnung 23a in
die Ventilöffnungskammer 23 einzulassen.
Wenn der Steuerdruck die kombinierte Federkraft der äußeren, größeren Druckfeder 24a und
der inneren, kleineren Schraubendruckfeder 24b übersteigt,
erfolgt eine Aufwärtsbewegung der
Kolbenbaugruppe 30, wobei nun die Kraft zur Halterung des
Ventilkörpers 13 in
der geschlossenen Position überwunden
wird. Somit wird das im Gaszylinder 10 enthaltene Gas aus
diesem durch die Radialleitung (Gasauslassbohrung) 12c abgelassen.
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Eine
derartige Aufwärtsbewegung
der Kolbenbaugruppe 30 in eine Ventilöffnungsrichtung führt dazu,
dass das obere Ende des sich verjüngenden Axialzylinders 32 mit
der Unterseite des äußeren Flansches 28a des
den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28 kommt
und das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement 28 zusammen
mit der Kolbenbaugruppe 30 nach oben gehoben wird, d.h.
das den offenen Ventilzustand anzeigende Zylinderelement 28 wird
dazu gebracht, aus dem Gehäuse 21 nach
oben vorzustehen und so anzuzeigen, dass sich der Ventilkörper 13 in
einem offenen Ventilzustand befindet. Vorzugsweise ist eine Außenumfangsfläche eines
obe ren Endabschnitts des den offenen Ventilzustand anzeigenden Zylinderelements 28 in
einer auffälligen
Farbe gehalten.
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Zwar
ist der Knebelmechanismus bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
eines luftbetriebenen, normalerweise geschlossenen Ventils für Gaszylinder
zwischen der Kolbenbaugruppe 30 und dem Ventilkörper 13 vorgesehen;
die Kolbenbaugruppe 30 kann jedoch so abgewandelt werden,
dass sie direkt auf den Ventilkörper 13 des
Gaszylinders 10 einwirkt, wie dies oben beschrieben wurde.
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Wie
sich aus der obigen Beschreibung ergibt, erhält man gemäß der vorliegenden Erfindung eine
kleine und einfache Blockiervorrichtung eines luftbetriebenen, normalerweise
geschlossenen Ventils für
einen Gaszylinder. Zudem lässt
sich eine derartige Blockiervorrichtung herstellen, die einen Anzeigemechanismus
zur Anzeige des Ventilöffnungszustands
des Ventils umfasst.