Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regler zum Öffnen
und Schließen eines Fluidkanals nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1, wobei ein derartiger Regler aus der US-A-5,108,069
bekannt ist.
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Es sind bereits Regler bekannt, die diejenigen einschließen,
welche geeignet sind, einen Fluidkanal durch einen
Ventilschaft, der mit einer Feder nach unten vorgespannt ist, zu
schließen und einen Fluidkanal zu öffnen, indem der
Ventilschaft durch die Kraft eines pneumatischen Drucks, eines
Solenoids oder dergleichen, die größer als die Federkraft ist,
aufwärts bewegt wird, und jene, welche geeignet sind, einen
Fluidkanal durch einen Ventilschaft, der mit einer Feder
nach oben vorgespannt ist, zu ffnen und einen Fluidkanal zu
schließen, indem der Ventilschaft durch die Kraft eines
pneumatischen Drucks, eines Solenoids oder dergleichen, die
größer als die Federkraft ist, abwärts gedrückt wird.
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In dem Fall, wo diese herkömmlichen Regler für
Hochdruckfluide benutzt werden, entsteht die Notwendigkeit, eine
größere Kraft zum Schließen des Fluidkanals auszuüben, um eine
Leckage des Fluids zu vermeiden. Bei dem Regler, bei dem der
Ventilschaft durch eine Feder nach unten vorgespannt wird,
um den Fluidkanal zu schließen, und durch Druckluft, einen
Solenoid oder dergleichen aufw?rts bewegt wird, um den
Fluidkanal zu öffnen, besteht jedoch das Problem, daß die
Kraft zum Schließen des Kanals nicht in gewünschtem Maß
vergrößert werden kann, da eine Vergrößerung der Federkraft
eine Vergrößerung der Kraft pneumatischer oder ähnlicher Art
erfordert, um den Ventilschaft zu bewegen, diese Erhöhung
der bewegenden Kraft jedoch eingeschränkt ist. Bei dem
Regler, bei dem der Ventilschaft durch eine Feder nach oben
vorgespannt ist, um den Fluidkanal zu öffnen, und der durch
eine Kraft eines pneumatischen Drucks, eines Solenoids oder
dergleichen, die größer als die Federkraft ist, abwärts
gedrückt wird, um den Fluidkanal zu schließen, gibt es ein
ähnliches Problem, da eine Erhöhung der Kraft zum Schließen
des Kanals eine Erhöhung der abwärts drückenden Kraft
pneumatischer oder ähnlicher Art erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Regler
zu schaffen, bei dem die Kraft, die den Fluidkanal schließt,
wie gewünscht erhöht werden kann, ohne die Druckluft, die
elastische Kraft der Feder oder die Antriebskraft des
Solenoids oder dergleichen zu erhöhen, und der somit für
Hochdruckfluide verwendbar ist, wobei eine Leckage des Fluids
verläßlich verhindert wird.
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Die Begriffe "aufwärts" und "abwärts" werden hier unter
Bezugnahme auf die in Figur 1 gezeigte Gebrauchsstellung der
vorliegenden Vorrichtung verwendet.
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Der Regler, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist,
umfaßt einen Ventilkörper, der ein Ventilelement und einen
Ventilsitz aufweist, die zwischen sich einen Fluidkanal
definieren, welcher durch eine hin- und hergehende Auf- und
Abwärtsbewegung eines Ventilschaftes geöffnet und
geschlossen werden kann, ein Gehäuse, das an einem oberen Abschnitt
des Ventilkörpers fixiert ist, eine Betätigungsstange, die
in einem oberen Innenbereich des Gehäuses auf- und abwärts
bewegbar vorgesehen ist, ein Antriebsmittel, um die
Betätigungsstange auf- und abwärts zu bewegen, und
Kraftübertragungsmittel, die in einem unteren Innenbereich des Gehäuses
vorgesehen sind, um eine auf die Betätigungsstange wirkende
Kraft auf den Ventilschaft zu übertragen, wobei die
Kraftübertragungsmittel ein konisches erstes
Rollenkontaktelement, welches sich in vertikaler Richtung von einem unteren
Ende der Betätigungsstange nach unten erstreckt, ein zweites
Rollenkontaktelement, das an einem oberen Ende des
Ventilschaftes vorgesehen ist, und Rollen, die drehbar zwischen
den beiden Rollenkontaktelementen angeordnet sind,
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von
Rollentragelementen zwischen den beiden Rollenkontaktelementen
symmetrisch zur Achse des ersten Rollenkontaktelements angeordnet
ist, daß die Rollen ein Paar von drehbaren Rollen, die
jeweils drehbar von dem Rollentragelement an einem oberen
Abschnitt von diesem und in stützendem Kontakt mit einer
geneigten Fläche des ersten Rollenkontaktelements getragen
sind, und ein Paar von Stoßrollen, die jeweils drehbar von
dem Rollentragelement an einem unteren Abschnitt von diesem
und in lagerndem Kontakt mit einer nach oben gerichteten
Rollentragfläche des zweiten Rollentragelements getragen
sind, aufweist, und daß jedes der Rollentragelemente von dem
Gehäuse so getragen wird, daß es um eine Achse an der Seite
des ersten Rollenkontaktelements schwenkend gegenüber der
Achse der entsprechenden Stoßrolle bewegbar ist.
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Unter Bezugnahme der Figur 4, welche die oben genannte
Anordnung zeigt, sei angenommen, daß eine Kraft F auf die
Betätigungsstange 21 wirkt, und daß der halbe Winkel der
geneigten Fläche 26a des konischen ersten
Rollenkontaktelements 26 α ist. Die Kraft G, die dann auf jede der drehbaren
Rollen 46 lotrecht zur geneigten Fläche 26a wirkt, ist durch
G = F ÷ 2sin α gegeben.
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Die Kraft G, die auf die drehbare Rolle 46 wirkt, wird auf
das zweite Rollenkontaktelement 19 durch das
Rollentragelement 43 und die Stoßrolle 45 übertragen.
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Angenommen, die Strecke zwischen der zentralen Achse 74 der
Schwenkbewegung des Rollentragelements 43 und der Achse 75
der drehbaren Rolle 46 ist C, der Winkel, der von einer
Geraden durch die zentrale Achse 74 der Drehbewegung des
Elements 43 und die Achse 75 der drehbaren Rolle 46 und von der
geneigten Fläche 26a des ersten Rollenkontaktelements 26
eingeschlossen wird, ist γ, die horizontale Strecke von der
zentralen Achse 74 zur Achse 76 der entsprechenden Stoßrolle
45 ist 6, und die abwärts drückende Kraft, die von den
Stoßrollen 45 auf das Rollenkontaktelement 19 ausgeübt wird, ist
N. Dann hat die Anordnung die Beziehung N x δ = G x cos γ x
C. Somit ist die nach unten gerichtete Kraft, mit der die
beiden Stoßrollen 45 das Rollenkontaktelement 19 drücken,
d.h. die nach unten gerichtete Kraft auf den Ventilschaft 2,
durch 2N = F x cos γ x C ÷ sin α ÷ δ gegeben. Somit kann
die Kraft, die auf die Betätigungsstange 21 wirkt, im
gewünschten Maß verstärkt auf den Ventilschaft 2 übertragen
werden, indem entsprechende Größen für α, γ, und δ gewählt
werden. Dies ermöglicht es, die Kraft, die den Fluidkanal
schließt, wie gewünscht zu vergrößern, ohne den Luftdruck,
die Federkraft oder die Kraft eines Solenoids oder
dergleichen zu vergrößern, um den Fluidkanal zu öffnen, wodurch
eine Leckage des Fluids verläßlich vermieden werden kann,
sogar wenn der Druck des Fluids hoch ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung hat das Gehäuse eine
zylindrische Kammer in seinem oberen Bereich, und hat das
Antriebsmittel einen Kolben, der an der Betätigungsstange
befestigt ist und in der Zylinderkammer nach oben und unten
verschiebbar ist, eine Feder, welche den Kolben ständig
beaufschlagt, und einen Drucklufteinlaßkanal zum Einführen von
Druckluft in die Zylinderkammer.
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Gemäß der Ausführungsform ist jede der Stoßrollen durch eine
Achse drehbar gehalten und die Stoßrollenachse an jedem
ihrer gegenüberliegenden Enden mit einem einstückig mit ihr
ausgebildeten exzentrischen Schwenkzapfen versehen, wobei
das Rollentragelement um die Achse des exzentrischen
Schwenkzapfen bewegbar ist. Die horizontale Entfernung
zwischen der zentralen Achse der Drehbewegung des
Rollentragelements und der Achse der Stoßrolle kann genau eingestellt
werden, um ein genaues Verstärkungsverhältnis zu übertragen.
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Weiterhin ist das Gehäuse gemäß der Erfindung in seinem
unteren Innenbereich mit einem Paar von vertikalen Elementen
fest versehen, die jeweils ein Lager haben, um den
exzentrischen Schwenkzapfen drehbar zu halten. Die
Rollentragelemente können dann von einem Paar vertikaler Elemente
zurückgehalten werden. Dies hilft, die Kraftübertragungsmittel
einfach zu montieren.
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Gemäß der Ausführungsform weist jedes der Rollentragelemente
ein Paar von vertikalen Platten auf und ist jedes Ende der
Stoßrollenachse mit einem Anschlußabschnitt, der einen nicht
kreisförmigen Querschnitt hat, versehen, wobei die
vertikalen Platten mit einer nicht kreisförmigen Öffnung versehen
sind, in die der Anschlußabschnitt eingesetzt werden kann.
Die Stoßrolle kann dann einfach in das Rollentragelement
eingebaut werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine vertikale Längsschnittansicht, die
einen Regler der Erfindung im geschlossenen
Zustand zeigt;
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Figur 2 ist eine vertikale Längsschnittansicht, die den
gleichen Regler im geöffneten Zustand zeigt;
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Figur 3 ist eine perspektivische in Explosionsansicht,
die eine Kraftübertragungsvorrichtung des
Reglers der Erfindung zeigt; und
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Figur 4 ist eine vergrößerte Teildarstellung, welche die
Funktionsweise zeigt, mit der eine auf eine
Betätigungsstange wirkende Kraft, die durch die
Übertragungsvorrichtung verstärkt wird, auf
einen Ventilschaft übertragen wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der
Begriff "vorne" in Bezug auf die linke Seite der Figur 1, und
der Begriff "hinten" in Bezug auf die rechte Seite der
Zeichnung gebraucht wird, und die Begriffe "vorne" und
"hinten" für die Ausführungsform benutzt werden, wenn man
diese von vorne nach hinten betrachtet.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 4 umfaßt der
dargestellte Regler einen Ventilkörper 1, ein Gehäuse 61, das am
oberen Bereich des Ventilkörpers 1 fixiert ist, eine
Betätigungsstange 21, die im oberen Innenbereich des Gehäuses 61
auf- und abwärts bewegbar vorgesehen ist, eine
Antriebsvorrichtung 20, um die Betätigungsstange 21 auf- und abwärts zu
bewegen, und eine Kraftübertragungsvorrichtung 41, die in
einem unteren Bereich des Gehäuses 61 vorgesehen ist, um
eine auf die Betätigungsstange 21 wirkende Kraft auf einen
Ventilschaft 2 zu übertragen.
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Der Ventilkörper 1 beinhaltet ein Ventilgehäuse 3, das mit
einer nach oben geöffneten Vertiefung 10 versehen ist, einen
Fluideinlaßkanal 11 mit einem nach vorne geöffneten Ende und
einem anderen geöffneten Ende, das mit dem mittleren Bereich
des Bodens der Vertiefung 10 verbunden ist, und einen
Fluidauslaßkanal 12 mit einem nach hinten offenen Ende und einem
anderen Ende, das mit dem hinteren Bereich des Bodens der
Vertiefung 10 verbunden ist. Der Ventilkörper 1 umfaßt
weiterhin einen ringförmigen Ventilsitz 4, der an der
Umfangskante des offenen hinteren Endes des Fluideinlaßkanals 11
vorgesehen ist, eine Federplatte (Ventilelement) 5, einen
Federhalter 6, eine Scheibe 7, an deren unterem Ende der
Federhalter 6 befestigt ist, den Ventilschaft 2, um die
Scheibe 7 auf- und abwärts zu bewegen, und einen Deckel 8 mit
einer Schaftführungsbohrung 14, der mit einer Mutter 9 am
Ventilgehäuse 3 befestigt ist. Das Ventilelement 5 und der
Ventilsitz 4 definieren zwischen sich einen Fluidkanal 11a, der
durch eine hin- und hergehende Auf- und Abwärtsbewegung des
Ventilschafts 2 geöffnet und geschlossen wird. Ein O-Ring 16
ist zwischen dem Außenumfang des Ventilschafts 2 und der
Deckelwand eingelegt, was die Schaftführungsbohrung 14
definiert.
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Das Gehäuse 61 umfaßt ein hohles unteres Gehäuseteil 62, das
nach oben offen ist, und ein hohles oberes Gehäuseteil 64,
das nach unten offen ist. Eine Teilplatte 66 ist am inneren
Umfang des Gehäuseteils befestigt, wo das untere Ende des
oberen Gehäuseteils 64 an das obere Ende des unteren
Gehäuseteils 62 stößt. Das Gehäuse 61 bildet innen eine
zylindrische Kammer 65 mit rundem Horizontalschnitt und hat eine
Kraftübertragungskammer 63 mit quadratischem oder
rechteckigem Horizontalquerschnitt entsprechend über oder unter der
Teilplatte 66. Ein O-Ring 71 ist zwischen dem äußeren Umfang
der Teilplatte 66 und dem inneren Umfang des unteren Endes
des oberen Gehäuseteils 64 eingelegt. Das obere Gehäuseteil
64 hat eine Deckelwand 64a, die mittig mit einer
Durchgangsbohrung 69 zum Einlaß von Druckluft und auch zur Führung der
Betätigungsstange 21 versehen ist. Eine
Betätigungsstangenbohrung 68 ist in der Mitte der Teilplatte 66 vorgesehen.
Das untere Gehäuseteil 62 hat eine Bodenwand 62a, die mittig
mit einer Deckelöffnung 67 versehen ist. Das obere Ende des
Deckels 8 ist mit einem Außengewinde 8a versehen, auf das
eine Sicherungsmutter 13 geschraubt ist, um den Ventilkörper
1 am unteren Gehäuseteil 62 zu fixieren.
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Die Betätigungsstange 21 besitzt einen Abschnitt kleinen
Durchmessers 23, dessen oberes Ende in die Durchgangsbohrung
69 des oberen Gehäuseteils 64 eingesetzt ist, und einen
Abschnitt großen Durchmessers 24, der sich von dem Bereich 23
nach unten erstreckt, durch die Stangenbohrung 68 der
Teilplatte 66 eingesetzt wird und sich weiter nach unten
erstreckt. Ein Kolben 25, der in der zylindrischen Kammer 65
auf- und abwärts gleiten kann, ist um das untere Ende des
Bereiches kleinen Durchmessers 23 der Betätigungsstange 21
angeordnet. Die zylindrische Kammer 65 wird durch den Kolben
25 in eine obere zylindrische Kammer 65a und eine untere
zylindrische Kammer 65b unterteilt. Ein O-Ring 72 ist in die
Stangenbohrung 68 um den Bereich großen Durchmessers 24 der
Betätigungsstange 21 eingelegt. Ein O-Ring 73 ist zwischen
den Außenumfang des Kolbens 25 und dem Innenumfang des
oberen Gehäuseteils 64 eingelegt.
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Ringförmige Federhaltervertiefungen 28, 70 sind an der
Oberseite des Kolbens 25 der Betätigungsstange 21 und an der
Unterseite der Deckelwand 64a des oberen Gehäuseteils 64
ausgebildet. Eine Feder 22 ist in diese
Federhaltervertiefungen 28, 70 eingesetzt und wird von diesen gehalten, um
den Kolben 25 nach unten vorzuspannen. Der Abschnitt kleinen
Durchmessers 23 der Betätigungsstange 21 besitzt einen
Drucklufteinlaßkanal 27, der an seinem einen Ende mit der
Durchgangsbohrung 69 des oberen Gehäuseteils 64 und an
seinem anderen Ende mit der unteren zylindrischen Kammer 65b
verbunden ist. Die Außenwand des oberen Gehäuseteils 64 ist
mit einem Luftauslaßkanal 29 versehen, um durch ihn Luft aus
dem Innern der oberen zylindrischen Kammer 65a auszulassen,
wenn sich der Kolben 25 aufwärts bewegt.
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Die Antriebsvorrichtung 20 zum Auf- und Abwärtsbewegen der
Betätigungsstange 21 besteht hauptsächlich aus dem Kolben
25, der Feder 22, der zylindrischen Kammer 65 und dem
Lufteinlaßkanal 27. Der Kolben 25 wird stets durch die Feder
22 nach unten vorgespannt und durch Druckluft aufwärts
bewegt, die durch den Einlaßkanal 27 in die zylindrische
Kammer 65 eingelassen wird. Die Kraft, die auf den Kolben 25
wirkt, wird durch die Betätigungsstange 21 übertragen, um
die Stange 21 auf- und abwärts zu bewegen.
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Die Kraftübertragungsvorrichtung 41 besitzt ein konisches
erstes Rollenkontaktelement 26, das einteilig mit dem
unteren Ende des Abschnittes großen Durchmessers 24 der
Betätigungsstange 21 ausgebildet ist und sich von diesem vertikal
nach unten erstreckt, ein zweites Rollenkontaktelement 19,
das einteilig mit dem oberen Ende des Ventilschafts 2 ist,
ein Paar vorderer und hinterer Rollentragelemente 43, die
zwischen den zwei Rollenkontaktelementen 26, 19 symmetrisch
hinsichtlich der Achse des ersten Rollenkontaktelements 26
angeordnet sind, ein Paar vorderer und hinterer drehbarer
Rollen 46, die jeweils drehbar an dem oberen Bereich des
Rollentragelements 43 gehalten sind und im Gleitkontakt mit
einer geneigten Fläche 26a des ersten Rollenkontaktelements
26 stehen, und ein Paar vorderer und hinterer Stoßrollen 45,
die jeweils drehbar durch den unteren Bereich der
Rollentragelemente 43 gehalten sind und im Gleitkontakt mit einer
aufwärts weisenden Rollentragfläche 19a des zweiten
Rollenkontaktelements 19 stehen.
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Das erste Rollenkontaktelement 26 besitzt einen
Bodendurchmesser, der größer als der Durchmesser des Abschnitts großen
Durchmessers 24 ist, und reicht in die Übertragungskammer
63. Das zweite Rollenkontaktelement 19 hat die Form einer
Scheibe und ist über dem Deckel 8 im Innern des Gehäuses 61
angeordnet.
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Die vorderen und hinteren Rollentragelemente 43 besitzen
jeweils ein Paar rechter und linker vertikaler Platten 44, um
die drehbaren Rollen 46 und die Stoßrollen 45 dazwischen zu
halten. Jede der vertikalen Platten 44 hat an ihrem oberen
Endbereich ein rundes Schaftloch 47 und an ihrem unteren
Endbereich ein nicht rundes Schaftloch 48.
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Jede der vorderen und hinteren drehbaren Rollen 46 ist
drehbar um einen horizontalen Schaft 49 befestigt, der sich quer
zum Regler erstreckt und dessen rechten und linken Enden
fest in dem Schaftloch 47 befestigt sind. Somit ist die
drehbare Rolle 46 drehbar um den horizontalen Schaft durch
das entsprechende Tragelement 43 gehalten.
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Jede der vorderen und hinteren Stoßrollen 45 ist drehbar um
einen horizontalen Schaft 50 befestigt, der sich quer zum
Regler erstreckt. Jedes der rechten und linken Enden des
Rollenschafts so ist an seinen oberen und unteren Seiten
abgeschnitten, um einen Einpaßbereich 53 mit nicht rundem
Querschnitt zu schaffen. Das Schaftloch 48 ist gemäß der
Querschnittsform des Einpaßbereiches 53 gestaltet. Der
Einpaßbereich 53 ist in das Schaftloch 48 eingesetzt, wobei die
Stoßrolle 45 duch das entsprechende Rollentragelement 43
drehbar um den quer liegenden horizontalen Schaft gehalten
ist.
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Der Schaft 50 einer jeden Stoßrolle 45 besitzt weiterhin
einen exzentrischen Zapfen 51, der einteilig mit jedem der
gegenüberliegenden Enden ist und um den das Rollentragelement
43 schwenkend bewegbar ist. Die Achse 74 des exzentrischen
Zapfens 51, d.h. die zentrale Achse der Schwenkbewegung, ist
seitlich der Achse 77 des ersten Rollenkontaktelements 26
relativ zur Achse 76 der Stoßrolle 45 angeordnet.
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Rechte und linke Halteelemente 42 haben jeweils die Form
einer vertikalen rechteckigen Platte und sind angeordnet, um
die vorderen und hinteren Rollentragelemente 43 zwischen
sich zu halten, und sie sind an den betreffenden rechten und
linken Seitenwänden des unteren Gehäuseteils 62 innenseitig
befestigt.
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Das äußere Ende eines jeden exzentrischen Zapfens 51 ist
drehbar in einem Lager 52 gelagert, das an dem
entsprechenden Halteelement 42 vorgesehen ist, wobei der exentrische
Zapfen 51 drehbar vom unteren Gehäuseteil 62 gehalten ist,
so daß er sich nicht vor oder zurück, auf- oder abwärts, und
nach rechts oder links bewegen kann, und somit das
Tragelement 43 schwenkbar um die Achse 74 des exzentrischen Zapfens
51 beweglich ist.
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Wenn das Rollentragelement 43 geschwenkt wird, dreht sich
die Achse 76 der Stoßrolle 45 um die Achse 74 des
exzentrischen Zapfens 51, wobei sich die Entfernung zwischen der
Achse 76 der Stoßrolle 45 und dem Kontaktpunkt 78 zwischen
der Stoßrolle 45 und dem zweiten Rollenkontaktelement 19
ändert, um die von der Stoßrolle 45 auf das zweite
Rollenkontaktelement 19 ausgeübte Stoßkraft zu verändern.
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Wenn der Fluidkanal, wie in Figur 1 gezeigt, sich im
geschlossenen Zustand befindet, wird die Betätigungsstange 21
durch die Kraft der Feder 22 nach unten vorgespannt in einer
unteren Position gehalten, wobei die vorderen und hinteren
drehbaren Rollen 46 voneinander weg und die vorderen und
hinteren drehbaren Rollen 45 näher zueinander positioniert
sind. Die elastische Kraft der Feder 22 wird über die
drehbaren Rollen 46, die Rollentragelemente 43 und die
Stoßrollen 45 auf das zweite Rollenkontaktelement 19 aufgebracht
und so der Ventilschaft 2 abwärts gedrückt. Die Kraft wird
auf die Federplatte 5 übertragen, um das offene hintere Ende
ha des Fluideinlaßkanals 11 geschlossen zu halten.
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Die auf das zweite Rollenkontaktelement 19 ausgeübte Kraft
kann größer als die elastische Kraft der Feder 22 gemacht
werden, indem der Neigungswinkel der geneigten Fläche 26a
des ersten Rollenkontaktelements 26, die Entfernung zwischen
der Achse 74 des exentrischen Zapfens 51 und der Achse 75
der drehbaren Rollenachse 49 und die horizontale Entfernung
zwischen der Achse 76 der Stoßrollenachse 50 und der Achse
74 des exentrischen Zapfens 51 auf entsprechende Werte
eingestellt werden. Dieses Prinzip wird unter Bezugnahme auf
Figur 4 im folgenden erklärt.
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Angenommen, die elastische Kraft der Feder 22, die auf die
Betätigungsstange 21 ausgeübt wird, ist F, und der halbe
Winkel der geneigten Fläche 26a des ersten
Rollenkontaktelements 26 ist α. Dann wirkt eine Kraft auf die drehbaren
Rollen 46 lotrecht zur geneigten Fläche 26a. Diese Kraft G, die
auf jede der drehbaren Rollen 46 wirkt, ist durch
G = F ÷ 2sin α gegeben.
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Die Kraft G, die auf die drehbare Rolle 46 wirkt, wird auf
das zweite Rollenkontaktelement 19 über das
Rollentragelement 43 und die Stoßrolle 45 übertragen.
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Angenommen, die Entfernung zwischen der Achse 74 des
exzentrischen Zapfens 51 und der Achse 75 des drehbaren
Rollenschafts 49 ist C, eine Gerade durch die Achse 75 des
drehbaren Rollenschafts 49 und durch die Achse 74 des
exzentrischen Zapfens 51 bildet einen Winkel 7 mit der geneigten
Fläche 26a des ersten Rollenkontaktelements 26, die
horizontale Entfernung zwischen der Achse 76 des Stoßrollenschafts
50 und der Achse 74 des exzentrischen Zapfens 51 ist 6, und
die nach unten drückende Kraft, die von einer der vorderen
und hinteren Stoßrollen 45 auf das zweite
Rollenkontaktelement 19 ausgeübt wird, ist N. Dann hat die Anordnung die
Beziehung N x δ = G x cos γ x C. Somit ist die nach unten
gerichtete Kraft, mit der die vorderen und hinteren Stoßrollen
45 das zweite Rollenkontaktelement 19 drücken, d.h. die nach
unten auf den Ventilschaft 2 gerichtete Kraft, durch 2N =
F x cos γ x C + sin α ÷ δ gegeben. Somit kann die Kraft, die
auf die Betätigungsstange 21 wirkt, im gewünschten Maß
verstärkt auf den Ventilschaft 2 übertragen werden, indem
entsprechende Größen für α, γ, und δ gewählt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist α = 40º, γ = 250,
C = 12,5, δ = 1,5, und der Verstärkungsfaktor beträgt 12.
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Wenn Druckluft in den oberen Gehäuseteil 64 durch dessen
Durchgangsbohrung 69 geleitet wird, wird die Luft der
zylindrischen
Kammer 65 von deren unterem Bereich durch den
Lufteinlaßkanal 27 des Abschnitts kleinen Durchmessers 23
der Betätigungsstange 21 zugeführt. Somit wirkt auf den
Kolben 25 pneumatisch eine Aufwärtskraft. Wenn diese Kraft
größer als die Abwärtskraft der Feder 22 gemacht wird, drückt
sie die Betätigungsstange 21 aufwärts. Diese Bewegung bewegt
die vorderen und hinteren drehbaren Rollen 46 aufeinander zu
schwenkt die vorderen und hinteren Rollentragelemente 43 und
bewegt die vorderen und hinteren Stoßrollen 45 voneinander
weg. Somit vergößert sich die Entfernung zwischen der Achse
jeder Stoßrolle 45 zum Kontaktpunkt 78 der Stoßrolle 45 mit
dem zweiten Rollenkontaktelement 19, um die abwärts
drückende Kraft, die von der Stoßrolle 45 auf den Ventilschaft 2
ausgeübt wird, zu eliminieren, woraufhin die Federplatte 5
durch den Fluiddruck aufwärts gedrückt wird, um den
Fluidkanal 11a zu öffnen (siehe Figur 2).
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Der Regler arbeitet zufriedenstellend, wenn der gewünschte
Luftdruck zum Öffnen des Fluidkanals 11a geringfügig größer
als die elastische Kraft der Feder 22 ist. Sobald die
elastische Kraft der Feder 22 basierend auf dem
Verstärkungsprinzip, das in Figur 4 dargestellt ist, klein gemacht
werden kann, kann auch der zum Öffnen des Fluidkanals 11a
benötigte Luftdruck klein sein.
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Obwohl die Betätigungsstange 21 mit Luftdruck angetrieben
wird, wenn der Fluidkanal ha mit der vorangegangenen
Ausführungsform geöffnet wird, kann die Stange 21 alternativ,
beispielsweise mit einem Solenoid anstatt mit Luftdruck
angetrieben werden. Es ist ebenfalls möglich, den Fluidkanal
mit einem Ventilschaft geschlossen zu halten, der mit
Luftdruck oder der Kraft eines Solenoids oder dergleichen
abwärts gedrückt wird, die größer als die Kraft der Feder ist,
die eine Betätigungsstange nach oben vorspannt, und den
Fluidkanal zu öffnen, indem der Luftdruck oder die Kraft des
Solenoids oder dergleichen entfernt wird.