(57)【要約】本発明は、プロセス圧力入力ライン（３１）、プロセス圧力出力ライン（３２）及びプロセスガイドシャフト（１０）を有する弁ハウジング（１）を備える弁ユニットに関する。さらに、弁を閉じるための作動ピストン（２）と、作動ピストン（２）を制御するための第１及び第２の制御ライン（５０，６０）並びに第１及び第２の制御チャンバ（４０，４１）が設けられている。作動ピストン（２）は、動的なプロセスシールによってシールされて前記プロセスガイドシャフト（１０）内で軸線方向に変位可能である。前記作動ピストン（２）は、接続の閉状態において弁ハウジング（１）の弁座（７００）に当接してシールする閉鎖リングを有する。閉鎖リングは、円周状のシール縁部（２５０）として設計され、弁座（７００）は、弁座に当接するシール縁部（２５０）よりも軟質かつ弾性の材料からなる。円周状のシール縁部（２５０）は、動的なプロセスシールのガイド直径に対応する直径を有する。本発明による弁ユニットは、低い軸線方向の力を有し、したがって、高い作動サイクル数で長い寿命を可能にする。
2021504656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ユニットであって、
ａ）プロセス圧力入力ライン（３１）、プロセス圧力出力ライン（３２）及びプロセスガイドシャフト（１０）を有する弁ハウジング（１）と、
ｂ）前記プロセス圧力入力ライン（３１）と前記プロセス圧力出力ライン（３２）との間の接続を開閉するための作動ピストン（２）であって、長手方向中心軸線を定める前記作動ピストン（２）と、
ｃ）前記作動ピストン（２）を制御するための第１及び第２の制御ライン（５０，６０）並びに第１及び第２の制御チャンバ（４０，４１）と、
を備え、
前記作動ピストン（２）は、動的なプロセスシールによってシールされて前記プロセスガイドシャフト（１０）内で軸線方向に変位可能であり、
前記作動ピストン（２）が、前記接続の閉状態において前記弁ハウジング（１）の弁座（７００）に当接してシールする閉鎖リングを有するか、又は、前記弁ハウジング（１）が、前記接続の閉状態において前記作動ピストン（２）の弁座に当接してシールする閉鎖リングを有する、
前記弁ユニットにおいて、
前記閉鎖リングは、円周状のシール縁部（２５０）として設計され、前記弁座（７００）は、前記弁座に当接する前記シール縁部（２５０）よりも軟質かつ弾性の材料からなり、
前記円周状のシール縁部（２５０）は、前記動的なプロセスシールのガイド直径に対応する直径を有することを特徴とする、弁ユニット。
【請求項２】
前記作動ピストン（２）がくさび形状のシールキャップ（２５）を有し、該シールキャップ（２５）の円周状の先端部が前記シール縁部（２５０）を形成する、請求項１記載の弁ユニット。
【請求項３】
前記弁座（７００）が弁座リングアセンブリ（７１，７２）に組み込まれ、前記弁座リングアセンブリ（７１，７２）が前記弁座（７００）よりも硬質の材料からなる、請求項１又は２記載の弁ユニット。
【請求項４】
前記弁座（７００）を備える環状シール要素（７０）が存在し、前記環状シール要素（７０）は、基部が外側に広がる円錐台の形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項５】
互いに逆向きに作用しかつプロセス圧力を受けることが可能な第１の作用面（２１０，２１３）と第２の作用面（２１１，２１４）とが存在し、前記第１及び第２の作用面（２１０，２１３；２１１，２１４）は同じ大きさである、請求項１〜４のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項６】
前記第１の制御チャンバ（４０）は、第１のパイロット孔（５０）を介して第１のパイロット弁（５１）に接続され、前記第２の制御チャンバ（４１）は、第２のパイロット孔（６０）を介して第２のパイロット弁（６１）に接続されている、請求項１〜５のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項７】
前記作動ピストン（２）は、前記第１の制御チャンバ（４０）に面する第１の制御面（２００）を有し、前記作動ピストン（２）は、前記第２の制御チャンバ（４１）に面する第２の制御面（２４０）を有し、前記第１及び第２の制御面（２００、２４０）は、いずれの場合にもパイロット圧力を受けることができ、前記第１及び第２の制御面（２００，２４０）は同じ大きさである、請求項１〜６のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項８】
２つの前記制御チャンバ（４０，４１）のうちの少なくとも一方、好ましくは両方の前記制御チャンバ（４０、４１）は円筒形状であり、かつ前記作動ピストン（２）の前記長手方向中心軸線に対して同心に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項９】
第１及び第２の動的な制御チャンバシールが存在し、これらの２つの動的な制御チャンバシールのガイド直径は同じ大きさであり、かつ前記作動ピストン（２）の前記長手方向中心軸線に対して同心に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１０】
前記動的なプロセスシールの前記ガイド直径が、第１及び第２の制御チャンバシールのガイド直径の少なくとも一方よりも大きく、好ましくは、前記動的なプロセスシールの前記ガイド直径は、前記第１及び第２の制御チャンバシールの両方のガイド直径よりも大きい、請求項１〜９のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１１】
前記作動ピストン（２）は、ピストン脚部（２０）、ピストン頭部（２４）及びピストンリング（２１）を有し、
前記ピストンリング（２１）は、前記ピストン脚部（２０）及びピストン頭部（２４）よりも大きな外径を有し、
前記ピストン脚部（２０）と前記ピストン頭部（２４）とは同じ外径を有し、
前記弁ハウジング（１）は、前記ピストン脚部（２０）を受け入れるための第１の円筒形中心盲孔と、前記ピストン頭部（２４）を受け入れるための第２の円筒形中心盲孔とを有し、
前記第１の制御チャンバ（４０）は前記第１の盲孔内に構成され、前記第２の制御チャンバ（４１）は前記第２の盲孔内に構成され、
前記円周状のシール縁部（２５０）は、前記ピストンリング（２１）に構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１２】
前記作動ピストン（２）は、Ｈ字形の縦断面を有する基体（２６）と、ピストンリング（２１）とを有し、
前記基体（２６）は、下向きに開放した第１の受入れ部と上向きに開放した第２の受入れ部とを形成し、
前記弁ハウジング（１）に、固定された脚部要素（２７）と固定された頭部要素（２８）とが形成され、
前記脚部要素（２７）は前記第１の受入れ部内に係合し、前記頭部要素（２８）は前記第２の受入れ部内に係合し、
前記第１の受入れ部は前記第１の制御チャンバ（４０）を形成し、前記第２の受入れ部は前記第２の制御チャンバ（４１）を形成し、
前記円周状のシール縁部（２５０）は、前記ピストンリング（２１）に形成されている、請求項１〜１０のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１３】
前記作動ピストン（２）は、Ｕ字形の縦断面を有する基体（２９）と、ピストンリング（２１）とを有し、
前記基体（２９）は、上向きに開放した第１の受入れ部を形成し、
前記弁ハウジング（１）に、固定された脚部要素（２７）が形成され、
前記脚部要素（２７）は前記第１の受入れ部内に係合し、前記第１の受入れ部は前記第１の制御チャンバ（４０）を形成し、
前記弁ハウジング（１）は、前記ピストンリング（２１）の周りに環状ギャップを形成し、
前記環状ギャップは前記第２の制御チャンバ（４０）を形成し、
前記円周状のシール縁部（２５０）は、前記ピストンリング（２１）に形成されている、請求項１〜１０のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１４】
前記作動ピストン（２）は、弁チャンバ（３０）と圧力補償チャンバ（８０）とを接続するための貫通孔（２２）を有する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の弁ユニット。
【請求項１５】
弁ユニットであって、
ａ）プロセス圧力入力ライン（３１）、プロセス圧力出力ライン（３２）及びプロセスガイドシャフト（１０）を有する弁ハウジング（１）と、
ｂ）前記プロセス圧力入力ライン（３１）と前記プロセス圧力出力ライン（３２）との間の接続を開閉するための作動ピストン（２）と、
ｃ）前記作動ピストン（２）を制御するための少なくとも１つの制御ライン（５０，６０）及び少なくとも１つの制御チャンバ（４０，４１）と、
を備え、
前記作動ピストン（２）は、動的なプロセスシールによってシールされて前記プロセスガイドシャフト（１０）内で軸線方向に変位可能であり、
前記作動ピストン（２）が、前記接続の閉状態において前記弁ハウジング（１）の弁座（７００）に当接してシールする閉鎖リングを有するか、又は、前記弁ハウジング（１）が、前記接続の閉状態において前記作動ピストン（２）の弁座に当接してシールする閉鎖リングを有する、
前記弁ユニットにおいて、
前記閉鎖リングは、円周状のシール縁部（２５０）として形成され、前記弁座（７００）は、前記弁座に当接する前記シール縁部（２５０）よりも軟質かつ弾性の材料からなり、
前記弁座（７００）を備える環状シール要素（７０）が存在し、前記環状シール要素（７０）は、基部が外側に広がる円錐台の形状を有し、前記環状シール要素（７０）は弁座リングアセンブリ（７１，７２）に組み込まれ、前記弁座リングアセンブリ（７１，７２）が前記弁座（７００）よりも硬質の材料からなることを特徴とする、弁ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁ユニットに係り、より詳細には、ブロー成形プロセスにおける空気圧作動のための弁ユニットに関する。本弁ユニットは、特に、プラスチック材料で作られた中空体を製造するための押出ブロー成形機又は延伸ブロー成形機での使用に適している。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックボトル、特にＰＰ又はＰＥＴボトルの製造（ＰＰはポリプロピレンであり、ＰＥＴはポリエチレンテレフタレートである）のために、ブランク又はプリフォームが、ブロー成形機、特に押出ブロー成形機又は延伸ブロー成形機において、その最終形状にブロー成形される。この目的のために、ブランクは、ブロー金型に、すでに最終形状を有するそのボトル首部で保持され、圧縮空気装置に接続される。ボトル首部を通して圧縮空気を吹き込むことによって、ブランクが膨張し、その最終形状になる。
【０００３】
一般に、ブロー成形プロセスは２段階の方法で行われ、第１のステップでは、予備吹込み弁を介して２〜２０バールの圧力で圧縮空気が吹き込まれ、続く第２のステップにおいて、主吹込み弁を介して１５〜４０バールの圧力で最終的なブロー成形が行われる。さらに、完成したブローボトルから圧力を排出するために、一般に排気弁が使用される。回収弁も知られており、前記回収弁は、使用した圧縮空気の一部を回収するために、主吹込み弁と排気弁との間に配置される。
【０００４】
これらの弁はすべて、プロセス手順のために作動する必要がある。ここで不可欠なのは、個々のプロセスステップは非常に迅速に行われなければならず、したがって、弁はできるだけ短い応答時間を有していなければならないということである。そうしてはじめて、経済的な製造が確保される。また、弁が、高い作動サイクル数、したがって長寿命を有することも重要である。
【０００５】
作動媒体としてすでに利用可能な圧縮空気を使用する空気圧駆動弁は、有利であることが判明している。
【０００６】
特許文献１は、そのような空気作動弁を開示する。前記弁は、弁ハウジング内に変位可能に配置された作動ピストンと、プロセス圧力入力ラインと、プロセス圧力出力ラインと、制御圧力ラインとを備える。作動ピストンは、弁の閉位置でプロセス圧力出力ラインに対してプロセス圧力入力ラインを閉じる下側端面を有する。逆向きの上側端面は、弁チャンバに向けられている。作動ピストンの内部に延びるチャネルが、これら２つの端面同士を接続している。弁の閉状態における下側端面の作用面は上側端面の作用面よりも小さいため、作動ピストンはプロセス圧力によってその閉位置に保持される。作動ピストンはまた、半径方向外向きに突出するピストンリングを有し、該ピストンリングの下側環状面は制御面として機能する。前記ピストンリングは、制御圧力ラインに接続された環状制御チャンバ内に位置する。上側環状面は、周囲圧力にさらされる更なるチャンバ内に位置する。制御面は、弁の閉状態における下側作用面と上側作用面との差よりも大きい。ここで制御チャンバに圧力が加えられると、作動ピストンが上昇し、弁が開く。そのためには、比較的低い圧力ですでに十分である。一実施形態では、下側端面は、下向きに突出し半径方向内側にオフセットしたカラーを有し、該カラーは、弁ハウジングの減少した当接面による改善されたシール作用を達成するように設計されている。
【０００７】
特許文献２も、空気作動弁を開示している。したがって、この場合、２つの逆向きの制御面が存在し、下側の第１の制御チャンバはパイロット弁によって選択的に定圧又は周囲圧力にさらすことができ、上側の第２の制御チャンバは持続的に定圧に曝される。第１の制御面は第２の制御面よりも小さいので、第２の制御チャンバに定圧が加えられると、第１及び第２の制御チャンバと作動ピストンとの間に差力が生成され、作動ピストンが上昇する。制御ピストンには弁シールが配置されており、前記弁シールは、その円周に、円周状で下向きに突出するカラーを有する。このカラーは、弁ハウジングの弁座と協働する閉鎖面を形成する。作動ピストンが上昇するとき、すなわち、弁が開かれるとき、第１及び第２の作用面はほぼ同じ大きさになるので、弁を迅速かつ完全に開くために小さな力消費しか必要とされない。また、２つの弁チャンバが同じ圧力レベルを有するときに、弁を制御できることも有利である。この弁は、迅速な応答時間、ひいてはプロセス圧力のレベルに実質的に依存しない迅速な開放によって特徴付けられる。しかしながら、前述と同様に、この弁ユニットは、１０００Ｎの領域で比較的高い軸線方向のシール力を必要とするため、それに対応する大きな公称直径を有するパイロット弁を必要とする。
【０００８】
特許文献３は、２つの制御チャンバ内の圧力を互いに独立して制御する２つのパイロット弁を備えた空気作動弁を開示している。
【０００９】
このようなプロセス弁は、０〜４０バールの作動状態で漏れ制限値を維持するために、最大１２００Ｎの高いシール力を必要とする。そのために、パイロット制御式弁ユニット、すなわち、上述のようにパイロット弁に接続された少なくとも１つの制御チャンバを有する弁ユニットは、比較的大きな制御面を必要とする。これにより制御容積が大きくなり、そして、大きい制御容積を十分に迅速に充填しかつ再度空化する必要があるため、このことは、弁を迅速に作動させる要求に反することとなる。したがって、大きい制御容積の十分に迅速な充填及び空化を確実にするために、比較的大きい公称直径を有するパイロット弁が使用されるが、前記パイロット弁は、より小さい公称直径のパイロット弁よりも作動が遅い。さらに、前記パイロット弁はより高価であり、より多くのスペースを必要とする。支配的な高いシール力及び加速力により、作動時間が制限され、さらに作動サイクル数に加えて弁ユニットの寿命も最小化される。原理的には、次のことが当てはまる。つまり、弁ユニットにおけるシール力及び運動エネルギが高いほど、達成される作動サイクル数が少なくなり、弁ユニットの寿命が短くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５７４７７１号明細書
【特許文献２】欧州特許第２１４２８３０号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１５／１２１２８５号
【発明の概要】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、軸線方向のシール力を最小限に抑え、それにより弁ユニットの寿命を増大させる弁ユニットを提供することである。
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴を有する弁ユニットによって達成される。
【００１３】
本発明による弁ユニットは、プロセス圧力入力ライン、プロセス圧力出力ライン及びプロセスガイドシャフトを有する弁ハウジングを備える。前記弁ユニットは、プロセス圧力入力ラインとプロセス圧力出力ラインとの間の接続を開閉するための作動ピストンであって、長手方向中心軸線を定める作動ピストンをさらに備える。さらに、弁ユニットは、作動ピストンを制御するための第１及び第２の制御ライン並びに第１及び第２の制御チャンバを備え、作動ピストンは、動的なプロセスシールによってシールされてプロセスガイドシャフト内で軸線方向に変位可能である。作動ピストンは、接続の閉状態において弁ハウジングの弁座に当接してシールする閉鎖リングを有する。この特徴の代替として、弁ハウジングは、接続の閉状態において作動ピストンの弁座に当接してシールする閉鎖リングを有する。本発明によれば、閉鎖リングは、円周状のシール縁部として設計され、弁座は、前記弁座に当接するシール縁部よりも軟質かつ弾性の材料からなり、円周状のシール縁部は、動的なプロセスシールのガイド直径に対応する直径を有する。
【００１４】
動的なプロセスシールは、本明細書では、弁チャンバ、すなわち、入力と出力との間でプロセス圧力を受ける弁ユニットのチャンバに対して作動ピストンをシールする動的なシールとして定義される。
【００１５】
シール縁部は、できるだけ狭くなるように形成され、小さい当接面を有する。好ましくは、前記シール縁部はほぼ線状である。
【００１６】
上記で選択された表現は、本発明による弁ユニットが２つよりも多い制御ライン及び制御チャンバを備えることもできるという思想を包含する。しかしながら、好ましくは、２つの制御ライン及び２つの制御チャンバのみが存在する。
【００１７】
本発明による空気作動弁ユニットは、最小のシール面を有しており、それにより、低い軸線方向の力の場合に高い面圧を生成することができる。特に、両方向で、すなわち双方向で４０バールのプロセス圧力がシールを提供することができる。しかしながら、２つのシール組の選択された軟質材料及び硬質材料の組合せは、存在する可能性のある凹凸を補償し、それによりシールが確実になる。
【００１８】
座シールと、隣接する動的なプロセスシールとで同じシール直径を使用することで、プロセス圧力に依存する力が可動の作動ピストンに向かって移動方向で発生することがさらに防止される。
【００１９】
好ましくは、作動ピストンがくさび形状のシールキャップを有し、該シールキャップの円周状の先端部がシール縁部を形成する。くさび形状により、シール縁部に向けて力が最適に導入され、また、くさび形状は、弁が開いているときに、供給された圧縮空気に最適な貫通流路を提供するよう機能する。
【００２０】
好ましい実施形態では、弁座が弁座リングアセンブリに組み込まれ、弁座リングアセンブリは弁座よりも硬質の材料からなる。この組込みにより、弁座が支配的な力によって側方に偏位することが確実にできないようにする。このような偏位はシール性能を損なうおそれがある。
【００２１】
好ましくは、弁座を形成する環状シール要素が存在し、該シール要素は、基部が外側に広がる円錐台の形状を有する。その結果、大きな力にも耐えられるように、シール要素を最適に固定することができる。シール要素はさらに緩衝材を形成する。
【００２２】
好ましい実施形態では、互いに逆向きに作用しかつプロセス圧力を受けることが可能な第１の作用面と第２の作用面とが存在する。第１及び第２の作用面は同じ大きさである。その結果、作動ピストンをプロセス圧力から独立して制御することができる。
【００２３】
各制御チャンバは、パイロット孔を介してパイロット弁に接続されている。好ましくは、そのために３ポート／２位置弁が使用される。比較的小さい公称直径を有するパイロット弁が使用されてよい。典型的な公称直径は約１ｍｍである。
【００２４】
好ましくは、作動ピストンが、第１の制御チャンバに面する第１の制御面と、第２の制御チャンバに面する第２の制御面とを有する。これらの２つの制御面は、いずれの場合にもパイロット圧力を受けることができる。好ましくは、これらの制御面は同じ大きさである。これには、開閉力の大きさが等しいという利点がある。
【００２５】
好ましくは、２つの制御チャンバのうちの少なくとも一方、好ましくは両方の制御チャンバは円筒形状であり、かつ作動ピストンの長手方向中心軸線に対して同心に配置されている。この配置は、比較的小さな制御チャンバの形成及び比較的小さな制御面の使用を可能にする。その結果、制御チャンバを迅速に充填及び空化することができる。したがって、弁ユニットを比較的迅速に作動させることができる。加わる力は比較的小さいので、制御チャンバを最小化することにより、弁ユニットの寿命も増大する。
【００２６】
好ましい実施形態では、第１及び第２の動的な制御チャンバシールが存在し、これらの２つの動的な制御チャンバシールのガイド直径は同じ大きさであり、かつ作動ピストンの長手方向中心軸線に対して同心に配置されている。
【００２７】
好ましくは、動的なプロセスシールのガイド直径が、第１及び第２の制御チャンバシールのガイド直径の少なくとも一方よりも大きい。さらに好ましくは、動的なプロセスシールのガイド直径は、第１及び第２の制御チャンバシールの両方のガイド直径よりも大きい。この配置は、制御チャンバの容積を減ずる。
【００２８】
本発明による教示は、異なる形状の作動ピストンによって実施され得る。以下に３つの好ましい変形例を述べる。第１の変形例では、作動ピストンは、ピストン脚部、ピストン頭部及びピストンリングを有し、ピストンリングは、ピストン脚部及びピストン頭部よりも大きな外径を有する。ピストン脚部とピストン頭部とは同じ外径を有する。弁ハウジングは、ピストン脚部を受け入れるための第１の円筒形中心盲孔と、ピストン頭部を受け入れるための第２の円筒形中心盲孔とを有する。第１の制御チャンバは第１の盲孔内に形成され、第２の制御チャンバは第２の盲孔内に形成されている。円周状のシール縁部は、ピストンリングに形成されている。
【００２９】
第２の変形例では、作動ピストンは、Ｈ字形の縦断面を有する基体と、ピストンリングとを有し、基体は、下向きに開放した第１の受入れ部と上向きに開放した第２の受入れ部とを形成する。弁ハウジングに、固定された脚部要素と固定された頭部要素とが形成され、脚部要素は第１の受入れ部内に係合し、頭部要素は第２の受入れ部内に係合する。第１の受入れ部は第１の制御チャンバを形成し、第２の受入れ部は第２の制御チャンバを形成する。そして、円周状のシール縁部は、ピストンリングに形成されている。この作動ピストンは、第１の変形例の作動ピストンよりも小さい質量を有する。さらに、この作動ピストンは、長手方向の範囲が非常に小さい。
【００３０】
第３の変形例では、作動ピストンは、Ｕ字形の縦断面を有する基体と、ピストンリングとを有し、基体は、上向きに開放した第１の受入れ部を形成する。弁ハウジングに、固定された脚部要素が構成され、該脚部要素は第１の受入れ部内に係合する。第１の受入れ部は第１の制御チャンバを形成する。弁ハウジングは、ピストンリングの周りに環状ギャップを形成し、該環状ギャップは第２の制御チャンバを形成する。そして、円周状のシール縁部が、ピストンリングに形成される。この作動ピストンも非常にコンパクトで短く形成される。さらに、弁ユニットは、環状の第２の制御チャンバにより、全体として非常にコンパクトで短く形成できる。
【００３１】
好ましくは、作動ピストンは、中実であるように、すなわち芯孔がないように構成される。しかしながら、好ましくは、作動ピストンは、弁チャンバと圧力補償チャンバとを接続するための貫通孔を有する。
【００３２】
以下に説明する本発明による弁ユニットは、動的なシールと座シールとの直径が等しくなくても使用することができる。この弁ユニットは、シール要素の特殊な組込み及び形状による長い寿命によって特徴付けることもできる。この弁ユニットはまた、請求項１に続く請求項の特徴といかようにも組み合わせることができる。
【００３３】
本発明によるこの弁ユニットは、プロセス圧力入力ライン、プロセス圧力出力ライン及びプロセスガイドシャフトを有する弁ハウジングを備える。前記弁ハウジングは、プロセス圧力入力ラインとプロセス圧力出力ラインとの間の接続を開閉するための作動ピストンと、作動ピストンを制御するための少なくとも１つの制御ライン及び少なくとも１つの制御チャンバも備える。作動ピストンは、動的なプロセスシールによってシールされてプロセスガイドシャフト内で軸線方向に変位可能である。作動ピストンは、接続の閉状態において弁ハウジングの弁座に当接してシールする閉鎖リングを有する。代替的に、弁ハウジングは、接続の閉状態において作動ピストンの弁座に当接してシールする閉鎖リングを有してもよい。本発明によれば、閉鎖リングは、円周状のシール縁部として構成され、弁座は、弁座に当接するシール縁部よりも軟質かつ弾性の材料からなる。このために、弁座を形成する環状シール要素が存在し、環状シール要素は、基部が外側に広がる円錐台の形状を有し、シール要素は弁座リングアセンブリに組み込まれ、弁座リングアセンブリは弁座よりも硬質の材料からなる。
【００３４】
更なる実施形態が従属請求項に特定されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
単に説明のために役立ち、限定として解釈されるべきではない図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。
【図１】閉弁位置にある、第１の実施形態における本発明による弁ユニットの縦断面図である。
【図２】開弁位置にある、図１による弁ユニットを示す図である。
【図３】閉弁位置ある、第２の実施形態における本発明による弁ユニットの縦断面図である。
【図４】開弁位置にある、図３による弁ユニットを示す図である。
【図５】閉弁位置にある、第３の実施形態における本発明による弁ユニットの縦断面図である。
【図６】開弁位置にある、図５による弁ユニットを示す図である。
【００３６】
同じ部品には、同じ参照符号が付されている。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１及び図２に、本発明による弁ユニットの第１の実施形態を示す。前記弁ユニットは、好ましくは２つの部品又は多数の部品で構成された弁ハウジング１を有する。前記弁ハウジングは、特に、インサートを備えてもよい。弁ハウジング１は、好ましくは、金属又は硬質プラスチック材料から製造される。
【００３８】
弁ハウジング１は、軸線方向で異なる内径を有する実質的に回転対称のキャビティを内部に有する。このキャビティの一部は、回転対称の弁チャンバ３０として構成され、少なくとも１つのプロセス圧力入力ライン３１が弁チャンバにつながり、少なくとも１つのプロセス圧力出力ライン３２が弁チャンバからつながっている。プロセス圧力入力ライン３１は、好ましくは、図１及び図２で確認できるように環状形状である。他の形状も可能である。
【００３９】
プロセス圧力入力ライン３１は、図示しない圧縮空気源に接続できる。プロセス圧力出力ライン３２は、やはり図示しないブロー成形ユニットに接続できる。このようなブロー成形ユニットの例は、ブロー金型とプラスチックボトルのブランクを保持するためのブロー金型支持体である。
【００４０】
作動ピストン２がキャビティ内に配置され、前記作動ピストンはキャビティの内部で移動可能であり、この移動の結果として、プロセス圧力入力ライン３１とプロセス圧力出力ライン３２との間の接続が開閉される。作動ピストンは、好ましくは、硬質プラスチック材料又は金属、特にコーティングされた金属から製造される。
【００４１】
少なくとも１つのパイロット弁が、弁ハウジング１内部の作動ピストン２の移動を制御する。この場合、第１のパイロット弁５１が存在し、前記第１のパイロット弁は、この場合、第１の制御ライン又は第１のパイロット孔５０と呼ばれる第１のパイロットラインを介して弁ハウジング１のキャビティに、より具体的には第１の制御チャンバ４０に接続される。さらに、第２のパイロット弁６１が存在し、前記第２のパイロット弁もまた、この場合、第２の制御ライン又は広いパイロット孔６０と呼ばれる第２のパイロットラインを介して弁ハウジング１のキャビティに、より具体的には第２の制御チャンバ４１に接続される。パイロット弁５１，６１は、好ましくは３ポート／２位置弁である。代替的には、２つの３ポート／２位置弁の代わりに、共通の５ポート／２位置弁を使用してもよい。
【００４２】
作動ピストン２は、好ましくは一体に構成される。前記作動ピストンは、ピストン脚部２０と、該ピストン脚部２０に配置され、半径方向に延びる連続的な圧力補償孔２２を有する、半径方向外向きに突出するピストンリング２１と、ピストン脚部２０に隣接するピストン首部２３と、該ピストン首部に隣接するピストン頭部２４とを実質的に有する。作動ピストン２は、好ましくはこれらの領域のすべてにおいて、好ましくは完全に回転対称であるように構成される。
【００４３】
弁ハウジング１のキャビティは、それぞれの段部でピストン脚部２０に向かって、またピストン頭部２４に向かって次第に細くなっている。第１及び第２の中心盲孔が形成され、該第１及び第２の中心盲孔は、いずれも同じ直径の中空円筒形の下側及び上側のガイドシャフトを形成する。これらのガイドシャフトは、以下、上側及び下側の制御ガイドシャフト１１，１２として示される。
【００４４】
ピストン脚部２０は、第１の制御チャンバ４０に面する下側の第１の端面２００を有する。さらに、ピストン頭部２４は、第２の制御チャンバ４１に面する上側の第２の端面２４０を有する。２つの端面２００，２４０は、パイロット弁５１，６１の第１及び／又は第２の制御圧力が作用する第１及び第２の制御面を形成する。制御圧力はパイロット圧力とも呼ばれる。これらの圧力は、好ましくは同じ値になるように構成される。２つの制御面は、好ましくは両方とも回転対称に構成され、また、２つの制御面は、好ましくは両方とも作動ピストンの長手方向中心軸線に対して同心に配置される。
【００４５】
ピストン脚部２０及びピストン頭部２４は、その円面に、制御ガイドシャフト１１，１２の内面に当接してシールする円周状の第１及び第２のシールリング９０，９１を有し、該第１及び第２のシールリング９０，９１は、作動ピストン２が移動する際に、それぞれ１つの下側の動的な制御チャンバシール及び上側の動的な制御チャンバシールを形成する。シーリングリング９０，９１は、好ましくは適切に軟質な弾性材料から、好ましくはプラスチック材料から形成される。これら２つの動的な制御チャンバシールのガイド直径は、好ましくは同じ大きさである。それらガイド直径は同心に配置されている。
【００４６】
キャビティは、以下プロセスガイドシャフト１０と呼ぶ更なるガイドシャフトを形成する。ピストンリング２１は、プロセスガイドシャフト１０の内面に当接してシールする円周状の第３のシールリング９２を有し、該第３のシールリング９２は、作動ピストン２が移動する際に更なる動的なプロセスシールを形成する。ピストンリング２１は、その外周面に円周状の環状溝２１２を有し、該環状溝２１２は、作動ピストン２の体積ひいては重量を最小化する。
【００４７】
ピストンリング２１は、弁ユニットの第１の作用面の一部を形成する下向きの環状の第３の端面２１０を有し、プロセス圧力は該第３の端面に作用する。この第３の端面２１０は、好ましくは平面形状である。キャビティは、この領域で、圧力補償チャンバ８０を形成し、該圧力補償チャンバ８０は、その中に配置された環状停止要素８１により、作動ピストン２の開位置においてさえ、最小容積を有する。停止要素８１は、好ましくは、軟質及び／又は可撓性であり、同時に減衰要素として機能する。前記環状停止要素は、好ましくは、Ｌ字形の縦断面を有し、弁ハウジング１の対応する形状の受入れ部の所定位置に固定される。
【００４８】
ピストンリング２１は、弁チャンバ３０に面する上向きの環状の第４の端面２１１を有する。前記第４の端面は、第２の作用面の一部を形成し、プロセス圧力は該第４の端面に作用し、前記第２の作用面は第１の作用面と逆向きに作用する。互いに対向するとともに作用面も形成する更なる面が、参照符号２１３及び２１４を有する。面２１０及び２１３は、第１の作用面を形成し、面２１１及び２１４は、第１の作用面に抗する位置に配置された第２の作用面を形成する。
【００４９】
圧力補償孔２２は、この第４の端面２１１と第３の端面２１０とを接続して、圧力補償を確実にする。圧力に関して有効な面は互いに補償し合っているため、圧力に関係なく弁は可能な限り閉じている。
【００５０】
この例における第４の端面２１１は、ポット形状であり、したがって、湾曲している。前記第４の端面は、ピストン頭部２４に向けられた上昇縁部に外向きに移行する。したがって、ピストンリング２１は、シールキャップ２５を有する。このシールキャップ２５は、円筒形のピストンリング２１の残りの外面の直線状、即ち面一の延長部を形成する外面を有する。
【００５１】
シールキャップ２５の先端部は、最小の材料厚さを有する円周状のシール縁部２５０として構成される。キャップ２５の内周は、材料の厚さがシール縁部２５０からピストンリング２１に向かって増加するよう傾斜して延びる。したがって、シールキャップは、その内周でくさび形に形成される。最小化された端面を有するこの円周状のシール縁部２５０は、弁の閉位置で作動ピストン２と弁ハウジング１との間に静的なシールを形成する閉鎖リングを形成し、したがって、該閉鎖リングはプロセス圧力入力ライン３１とプロセス圧力出力ライン３２との間の接続を遮断する。
【００５２】
シール縁部２５０は、動的なプロセスシールのガイド直径に対応するシール直径を有する。さらに、どちらも同心に配置されている。これは、作動ピストンに向かって移動方向に作用する、プロセス圧力による力の発生を防止する。
【００５３】
好ましくは、２つの動的な制御チャンバシールのガイド直径は、動的なプロセスシールのガイド直径よりも小さい、すなわち、２つの動的な制御チャンバシールは、図１及び図２で明確に確認できるように、作動ピストン２の長手方向中心軸線のより近くに位置する。好ましくは、動的なプロセスシールは、図１及び２でも明確に確認できるように、軸線方向で第１及び第２の動的な制御チャンバシール間に位置する。その結果、作動ピストン２は、その移動中に最適にガイドされる。
【００５４】
このために、弁ハウジング１は、弁ハウジング１のインサート要素として構成される対応する弁座を有し、したがって、該弁座は、この明細書では弁ハウジング１の構成要素として理解される。弁座は、好ましくは密嵌式に互いに接続される内側の弁座リング７１及び外側の弁座リング７２を備える弁座リングアセンブリを有する。２つの弁座リング７１，７２は、好ましくは、金属又は硬質プラスチック材料から製造される。環状シール要素７０は、これらの２つの弁座リング７１，７２間に保持されている。前記環状シール要素は、好ましくは、軟質及び／又は可撓性の材料から製造される。好ましくは、環状シール要素はプラスチック材料からなる。
【００５５】
シール要素７０は、好ましくは、平面平行基部を有し、該平面平行基部は、水平段部を介して円錐状に先細りの円錐台形部に移行する。この基部は、２つの弁座リング７１，７２間に挟まれている。円錐台形部の自由端部は、２つの弁座リング７１，７２間に自由にアクセスできるように位置し、弁座７００又は座面、すなわちシール縁部２５０のシールされた当接のための有効な弁座を形成する。
【００５６】
シール縁部２５０は、弁座７００よりも硬質の材料からなるので、最適なシールが達成され、前記シールは、シール力が低い場合でも、キャビティ内及び／又はプロセス圧力入力ライン３１内の高圧に耐える。例えば、４０バールの圧力に耐えるには、１５０Ｎのシール力で十分である。したがって、公称直径が比較的小さいパイロット弁を使用できる。
【００５７】
図１及び図２を一緒に見ると、それによって、異なる複数のチャンバへのキャビティの細分化と、弁ユニットの作動モードとを確認できる。
【００５８】
図１では、作動ピストン２は弁の閉位置にある。シール縁部２５０は、弁座７００を押圧する。弁チャンバ３０へのプロセス圧力入力ライン３１のアクセスは、環状に閉鎖されている。第１のパイロット弁５１は第１の制御チャンバ４０に圧力をかけ、第２のパイロット弁６１は第２の制御チャンバ４１を周囲圧力に切り替え、それにより、作動ピストン２は第２の制御チャンバ４１内に移動し、該第２の制御チャンバの容積は最小となる。
【００５９】
したがって、弁を開くためには、第２のパイロット弁６１を介して第２の制御チャンバ４１に圧力が加えられる。この圧力が第１の制御チャンバ４０の圧力よりも高い場合、及び／又は、第１の制御チャンバ内の圧力が低下した場合、作動ピストン２が押し下げられる。その結果、シール縁部２５０が移動して弁座７００から離れ、弁チャンバ３０へのアクセスが開かれる。プラスチックボトルを膨張させるための圧縮空気は、プロセス圧力入力ライン３１を通って弁チャンバ３０に入ることができ、そこからプロセス圧力出力ライン３２を通ってブランクに至ることができる。
【００６０】
弁を再び閉じるためには、今度は第１の制御チャンバ４０がもう一度圧力を受け、第２の制御チャンバ４１内の圧力が周囲圧力まで低下させられ、それにより、作動ピストン２が再び第２の制御チャンバ４１の方向に移動する。
【００６１】
したがって、弁を閉じるために、好ましくは、第１の制御チャンバ４０は圧縮空気で充填され、第２の制御チャンバ４１は空にされる。弁を開けるときには、第１の制御チャンバ４０が空にされ、第２の制御チャンバ４１が充填される。
【００６２】
図３及び図４には、本発明による弁ユニットの第２の例示的な実施形態が示されている。同じ部品には同じ参照符号を付し、ここでは再度詳細には説明しない。弁ユニットは、キャビティを形成する弁ハウジング１をここでも有する。プロセス圧力入力ライン３１は、キャビティ、より具体的には弁チャンバ３０に開口する。プロセス圧力出力ライン３２は、前記弁チャンバからつながっている。弁チャンバ３０は、複数の圧力補償孔２２を介して圧力補償チャンバ８０に接続されている。圧力補償孔２２は、この例では、弁ユニットの長手方向中心軸線に対して傾斜して延び、好ましくは、圧力補償孔２２は、圧力補償チャンバ８０の方向で、長手方向中心軸線の方に向けられている。しかしながら、第２の例示的な実施形態の圧力補償孔２２は、第１の例示的な実施形態と同様に、作動ピストンの長手方向中心軸線と平行に延びてもよいし、及び／又は、第１の例示的な実施形態の圧力補償孔もまた、ここで示すように傾斜して延びていてもよい。
【００６３】
弁ハウジング１のキャビティ内で、弁座は、内側及び外側の弁座リング７１，７２並びにその中に配置されたシール要素７０を備え、所定の位置に固定されている。シール縁部２５０は、弁座７００に当接する。この場合の弁座７００は、好ましくは、シール縁部２５０の当接面よりも実質的に大きく、これにより、作動ピストン２のわずかな半径方向、軸線方向変位でも常にシールされた当接がもたらされる。シール要素７０は、内側の弁座リング７１と外側の弁座リング７２との間に挟持されている。
【００６４】
図３及び４から明確に分かるように、第１及び第２のパイロット弁５１，６１は、パイロット孔５０，６０を介して第１及び／又は第２の制御チャンバ４０，４１に接続されている。
【００６５】
第１の例示的な実施形態と同様に、キャビティ内で移動可能な作動ピストン２は、ここでも回転対称であるように形成されているが、より小さい。この第２の例では、前記作動ピストンは、上側の受け開口部及び下側の受け開口部を形成するＨ字形の縦断面を有する基体２６を有する。
【００６６】
第１の例と同様に、基体２６の下部領域は、半径方向外向きに突出するピストンリング２１に向かって広がる。ピストンリング２１は、ここでも、閉鎖面として機能するシール縁部２５０を備える前述のシールキャップ２５を有する。そして、シール縁部２５０の外径は、同様に、動的なプロセスシールのガイド直径に対応する。
【００６７】
下側の受け開口部は、下向きの第１の端面２００を形成する。上側の受け開口部は、上向きの第２の端面２４０を形成する。これらの２つの端面２００，２４０は、作動ピストン２の移動を制御するための第１及び第２の制御面を形成する。好ましくは、２つの制御面は同じ大きさである。基体２６の下側の受け開口部は第１の制御チャンバ４０を形成し、上側の受け開口部は第２の制御チャンバ４１を形成する。
【００６８】
弁ハウジング１に対して固定された脚部要素２７は、下側の受け開口部内に突出している。弁ハウジング１に対して固定された頭部要素２８は、上側の受け開口部内に突出している。脚部要素２７及び頭部要素２８には、軸線方向に延びる第１及び／又は第２の制御孔２７０，２８０が貫通し、該第１及び／又は第２の制御孔２７０，２８０は、第１及び／又は第２のパイロット弁５１，６１につながる第１及び／又は第２のパイロット孔５０，６０に開口する。脚部要素２７及び頭部要素２８には、いずれの場合にも、作動ピストン２が移動したときに動的な制御シールを形成するために、エラストマー製の、又は他の適切に構成された円周状の第１及び／又は第２のシールリング９０，９１が設けられている。
【００６９】
第２の実施形態は、弁ユニットの寿命が第１の例と比較してより長いという利点を有する。作動運動の再現性が向上し、したがって、弁ユニット全体がより正確に作動する。
【００７０】
前述の２つの実施形態では、第１及び第２の制御チャンバ４０，４１は、円筒状に形成され、細分化されていない。さらに、上側及び下側の動的な制御チャンバシール９０，９１が同じガイド直径で存在し、動的なプロセスシール９２及び弁シールが上側及び下側の動的な制御チャンバシール間に配置されている。他の配置も可能である。好ましくは、本明細書に記載されているすべての例示的な実施形態は、双方向で作動する、すなわち、入力と出力とを互いに入れ替えてもよい。
【００７１】
前の例におけるプロセスシール９２のガイド直径は、制御チャンバシール９０，９１のガイド直径よりも大きく、ここで、前記ガイド直径は、シール縁部２５０の直径と同じ大きさである。
【００７２】
図５及び図６による実施形態では、図１〜図４による実施形態に対して変更された配置が存在する。原理的には、この第３の実施形態は同様の構造であり、そのため、同じ参照符号を有する同じ部品は再度詳細には説明しない。
【００７３】
第３の例では、プロセス圧力入力ライン３１は、弁座を介して、より具体的には内側の弁座リング７１を介して、弁チャンバ３０内につながっている。
【００７４】
そして、今度は作動ピストン２が比較的小さく形成される。前記作動ピストンは、Ｕ字形の縦断面を有する基体２９からなり、該基体からピストンリング２１が半径方向外向きに突出している。ピストンリング２１は、弁チャンバ３０と圧力補償チャンバ８０とを接続するための貫通孔２２を有する。この例では、貫通孔２２は軸線方向に平行に配置される。しかし、貫通孔は、傾斜して配置することもできる。
【００７５】
ピストンリング２１は、環状で閉じた円周状のシール縁部２５０を有するシールキャップ２５に移行する。シールキャップ２５の領域において、弁ハウジング１は、固定されたシールブロック１３の形態のインサート要素を有する。シールブロック１３は、第３のシールリング９２を備え、該第３のシールリング９２は、動的なプロセスシールを形成するとともに、シールブロック１３に対して移動するシールキャップ２５を半径方向にシールする。そして、シール縁部２５の外径は、同様に、この動的なプロセスシールのガイド直径に対応する。
【００７６】
ピストンリング２１は、シールキャップ２５よりわずかに大きい外径を有する。
【００７７】
基体２９は、上向きに開放した受入れ部を形成し、該受入れ部の上向きの底面は第１の端面２００を形成し、ひいてはパイロット圧力を受けることができる第１の制御チャンバ４０のための面を形成する。したがって、先と同様に、この制御チャンバ４０は、内部の中断のない円筒形の構成である。弁ハウジング１では、第２の例と同様に、脚部要素２７は固定式に保持されるとともに第１の制御孔２７０により貫通され、該第１の制御孔２７０は、第１のパイロット孔５０に開口し、第１のパイロット弁５１につながっている。第１のシールリング９０は、脚部要素２７に配置され、前記第１のシールリングは、内壁に対してシールを提供し、第１の動的な制御チャンバシールを形成する。
【００７８】
この例における第２の制御チャンバ４１は環状形状である。第２の制御チャンバは、図５及び図６を一緒に見ることにより確認できるように、シールキャップ２５を有するピストンリング２１の移行領域に位置している。このために、弁ハウジング１は、対応する環状溝を形成する。
【００７９】
ピストンリング２１の下向きの円形端面は、弁制御の第２の制御面２４０を形成する。そして、好ましくは、第１及び第２の制御面２００，２４０は同じ大きさになるように構成される。第２のシールリング９１は、ピストンリング２１に配置され、前記第２のシールリングは、シールハウジングの対応する壁に対してシールを提供し、第２の動的な制御チャンバシールを形成する。
【００８０】
したがって、この第３の例における第２の動的な制御チャンバシールのガイド直径は、第１の動的な制御チャンバシールのガイド直径よりも大きい。動的なプロセスシールのガイド直径は、これらの２つの直径の間の領域に位置し、好ましくは、動的なプロセスシールのガイド直径は、第２の動的な制御チャンバシールのガイド直径よりほんのわずかに小さいか、または同じ大きさである。
【００８１】
参照符号６２は、第２の制御チャンバ４１を排気するための排気口６２を示す。
【００８２】
この実施形態による弁ユニットは、非常にコンパクトに構成することができる。
【００８３】
黒い四角によって図面にも示されている要素は、弁ユニットの固定された部品間の静的なシールである。これらの静的なシールには、個別の参照符号は付いていない。
【００８４】
第２及び第３の例による弁ユニットの作動モードは、第１の例と同じであり、したがって、さらに詳細には説明しない。
【００８５】
本発明による弁ユニットは、低いシール力のため低い軸線方向の力を有し、したがって、高い作動サイクル数で長い寿命を可能にする。
【符号の説明】
【００８６】
１  弁ハウジング
１０  プロセスガイドシャフト
１１  下側の制御ガイドシャフト
１２  上側の制御ガイドシャフト
１３  シールブロック
２  作動ピストン
２０  ピストン脚部
２００  第１の端面
２１  ピストンリング
２１０  第３の端面
２１１  第４の端面
２１２  環状溝
２１３  面
２１４  面
２２  圧力補償孔
２３  ピストン首部
２４  ピストン頭部
２４０  第２の端面
２５  シールキャップ
２５０  シール縁部
２６  Ｈ字形の縦断面を有する基体
２７  脚部要素
２７０  第１の制御孔
２８  頭部要素
２８０  第２の制御孔
２９  Ｕ字形の縦断面を有する基体
３０  弁チャンバ
３１  プロセス圧力入力ライン
３２  プロセス圧力出力ライン
４０  第１の制御チャンバ
４１  第２の制御チャンバ
５０  第１のパイロット孔
５１  第１のパイロット弁
６０  第２のパイロット孔
６１  第２のパイロット弁
６２  排気口
７０  シール要素
７００  弁座
７１  内側の弁座リング
７２  外側の弁座リング
８０  圧力補償チャンバ
８１  停止要素
９０  第１のシールリング
９１  第２のシールリング
９２  第３のシールリング
【図１】
2021504656.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2021504656.tif 000010
2021504656.tif 000011
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