JP2017506728A - ボールバルブ - Google Patents

Abstract

ボールバルブであって、弁ハウジング２を有し、弁ハウジングが少なくとも２つの流体接続箇所１２、１４と、弁ハウジング２内に位置する弁ボール２６とを有し、弁ボールが、少なくとも部分的に弁ハウジング２内へ嵌入する切替軸３２によって切替位置へ回転操作可能であり、切替位置において弁ボール２６の流体通路３０を介して流体接続箇所１２、１４の間の流体接続が解放され、あるいは遮断される、ボールバルブを開示する。ボールバルブは、センサ配置５２、５４が設けられており、センサ配置が、弁ボールに設けられた位置情報４８、５０を読み出すことによって弁ボール２６のそれぞれの切替位置を認識することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールバルブに関するものであって、そのボールバルブは弁ハウジングを有し、その弁ハウジングが少なくとも２つの流体接続箇所と弁ハウジング内に位置する弁ボールとを有しており、その弁ボールが、少なくとも部分的に弁ハウジング内へ嵌入する切替軸によって切替位置へ回転操作可能であり、その切替位置において弁ボールの流体通過を介して流体接続箇所の間の流体接続が解放可能又は遮断可能である。

従来技術において、ボールバルブは様々な種類の流体システムにおいて多くは遮断弁として使用されるが、排出弁としても、あるいは他の課題のためにも利用することができる。遮断機構を形成する弁ボールと弁ハウジングの間に、通常、ＰＴＦＥからなるシールリング又はシールシェルが組み込まれており、駆動温度が高い場合には、金属のシールも使用することができる。ボールバルブは、流体圧に支援される添接力に基づいて、弁ボールとシールリングの間、及びシールリングと弁ハウジングの間の良好な密閉性を特徴としている。他の利点は、迅速な切替挙動である。弁ボール内にある流体通路が直線である場合に、正確に９０°の弁ボールの回転の内部で完全な閉鎖が行われ、それが、他の構造の遮断弁に比較してより短い操作時間を可能にする。また、弁ボールの流体通路の横断面が接続箇所における導管横断面に相当する場合でも、開放状態においてわずかな流れ損失しか生じない。

ボールバルブの操作は、切替軸に作用する揺動レバーにより手動で行われる。代替的に、例えば手動では届きにくい箇所において、自動操作するために、モータ操作ドライブを設けることもできる。阻止位置と開放位置の間で９０°の角度領域にわたって切替軸を回転運動させるために、切替軸の、ハウジングから張り出す突出部に、通常、ある種の連結リンクを形成する、９０°の領域を限定する終端ストッパを備えたカムディスクが設けられており、その終端ストッパが弁ハウジングに設けられた、対応するストッパピンと協働する。駆動において、切替軸を介して弁ボールのそれぞれの切替位置のコントロールが行われ、すなわちハウジングのストッパピンに対して、切替軸とそれに取り付けられたカムディスクの回転位置がコントロールされる。視覚的に行われるこの種の状態監視は、多くの場合において満足のゆくものではなく、特に、該当するボールバルブが安全上重要な切替機能のために使用される場合には、不十分である。切替軸を介してコントロールが行われる場合には、ボールの実際の切替位置は保証されない。切替軸が破損した場合、あるいはボールと切替軸の機械的な連結に不具合があった場合に、その限りにおいてボール位置の確実なコントロールは不可能である。

この問題性に関して、本発明の課題は、ボール位置の確実なコントロールを可能にする、ボールバルブを提供することである。

本発明によれば、この課題は、その全体において特許請求項１の特徴を有するボールバルブによって解決される。

請求項１の特徴部分によれば、本発明の本質的な特殊性は、センサ配置が設けられており、そのセンサ配置が弁ボールに設けられた位置情報を読み出すことによって弁ボールのそれぞれの切替位置を認識することにある。このようにして切替位置の表示が切替軸を介して行われないことによって、実際の切替位置の絶対的に確実な表示が可能である。それによって、従来技術におけるように、例えば切替軸の不具合、あるいは切替軸と弁ボールとのカップリングの不具合、あるいは切替軸のための操作ドライブの誤機能によって発生することのあるエラーが回避されるので、本発明に係るボールバルブは、高い安全要請が課されるシステムにおいて使用するのにも適している。

特に好ましいやり方において、位置情報を非接触で読み出すセンサ配置を設けることができる。その場合に、技術において知られているセンサシステムを、それがレーザーオプティカルなシステム、誘導性のシステムあるいは同種のものであろうと、利用することができる。代替的に、弁ボールにおけるボディ位置マークの機械的な検出を設けることができる。

特に好ましい実施例においては、位置情報は、弁ボールに設けられた、１つより多い位置マークからなるパターンによって形成されており、その場合にセンサ配置は、弁ハウジングに対応づけられた、位置マークを認識する少なくとも１つのセンサを有している。位置マークが１つより多い場合には、弁ボールの完全に開放した位置の表示も、閉鎖された位置の表示も生成される。

これに関して、弁ボールが切替軸の回転軸線に対して直角に延びる流体通路を有しているボールバルブにおいては、位置情報として２つの位置マークを設けることができ、それらの位置マークの各々が回転軸線に対して変位して配置されている。その場合にセンサ配置が、弁ハウジング内へ挿入される２つのセンサを有している場合に、開放位置と閉鎖位置の表示だけでなく、弁ボールが定められない中間位置にあることの一義的な表示も生成される。

特に好ましくは、センサは直線上に互いに離れて配置することができ、その線は切替軸の回転軸線と交わり、かつ開放位置にある弁ボールの流体通路の方向に対して直角に延びている。

センサ配置の様々な検出方法に適した、簡単なやり方で弁ボールに設けることができる位置マークとして、凹部を、好ましくは袋孔の形状で、弁ボールの外側面に設けることができる。

特に好ましい非接触の検出のために、強磁性を有する材料からなる弁ボールを設けることができ、その場合にセンサとして誘導性の近接スイッチが設けられており、その近接スイッチは切替信号を発生させるために、弁ボールの袋孔の、センサへ向けて方向付けされた位置を認識する。それによって特に確実なやり方で、袋孔が近接スイッチのコアエレメント又は検出エレメントに向けて正確に位置決めされた位置へ達した場合に生じる、インダクタンスの変化に基づいて、弁ボールの正確な位置を特徴づける切替信号が生成可能である。

好ましい実施例において、センサは挿入片として、好ましくは螺合によって、弁ハウジングの透孔内に収容されており、その場合に透孔内と挿入片に、圧力に強い密閉を形成するシール部材のためのシール面が形成されている。それによって弁ハウジングは、ボール表面と弁ハウジングの間のデッドスペース内に構築される圧力に対しても密閉されている。

以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

透視して示す弁ハウジングを有す斜視図であって、開放した切替位置が示されている。 透視して示す弁ハウジングを、図１とは異なる視点で有す斜視図であって、開放した切替位置が示されている。 弁ハウジングを切り開いて、開放した切替位置を下面で示している。 透視して示す弁ハウジングを有す斜視図であって、閉鎖した切替位置が示されている。 透視して示す弁ハウジングを、図４とは異なる視点で有す斜視図であって、閉鎖した切替位置が示されている。 弁ハウジングを切り開いて、閉鎖した切替位置を下面で示している。 図１及び４と同様の図であって、中間位置に対応する切替位置が示されている。 図１及び４と同様の図であって、中間位置に対応する切替位置が示されている。 図７と８に相当する図であって、第２の中間位置に対応する切替位置が示されている。 図７と８に相当する図であって、第２の中間位置に対応する切替位置が示されている。 図９と１０に相当する、第３の切替位置に対応する切替位置の図である。 図９と１０に相当する、第３の切替位置に対応する切替位置の図である。

図に示すボールバルブは、金属の材料、例えばアーマチュアに適した赤色真鋳からなる、サイコロの形状の弁ハウジング２を有している。互いに反対側となる側壁４と６の間の中央に、貫通した孔８が形成されており、その孔の側壁４に隣接する終端領域と、側壁６に隣接する終端領域にそれぞれ内ねじ１０が形成されている。
それぞれ流体接続箇所を形成するために、その他において示されていない導管のための結合部分１２と１４が、内ねじ１０によって螺合されている。結合部分１２、１４は、外側の六稜ヘッド１６と、内ねじ１０と螺合される外ねじ部分１８との間に、流体接続箇所にシールを形成するＯリング２２のためのリング溝２０を有している。

結合箇所１２、１４の外ねじ部分１８の端部において、ＰＴＦＥからなるシールリング２４が、シールリング２４の間に収容される弁ボール２６のためのある種のソフトシールを形成している。その場合にシールリング２４は、それに浮遊支承される弁ボール２６のために、弁ボール２６の球形状に適合したシールシェル２８を形成している（図１を参照）。このシールシェルは、流体通路として孔３０を有しており、その孔は、流体接続箇所の結合部分１２、１４の通過横断面と同じ直径を有している。弁ボールの孔３０が結合部分１２、１４と整合し、ボールバルブが開放した位置にある、図１から３に示す弁ボール２６の位置において、ボールバルブを介して流体の流れの完全な横断面が維持されるので、実際に流れ損失は生じない。

弁ボール２６の回転位置を調節するために、切替軸３２が設けられており、その切替軸はカップリング部分３４を介して弁ボール２６と回転結合されており、かつ、図１において上方に見える、弁ハウジング２の上側を越えて軸突出部３６が張り出している。軸突出部２６は、図示されないハンドレバーのような、操作部材を作用させるための４稜３８を有している。軸突出部３６にはカムディスク４０が回転結合されており、そのカムディスクは周面にカムトラック４２を形成し、そのカムトラックは９０°の角度領域にわたって延びて、両方の端部において終端ストッパ４４を形成し、その終端ストッパが、弁ハウジング２の上側から張り出すストッパピン４６と協働して、切替軸３２の回転を９０°の回転角度に制限する。

弁ボール２６の切替位置を直接弁ボールで照会するセンサ配置のために、本発明に係るボールバルブは弁ボール２６の外側に設けられた位置マークを有しており、その位置マークが袋孔４８と５０によって形成されている。袋孔４８、５０は弁ボール２６の表面に、各袋孔４８、５０が切替軸３２の回転軸線に対して変位するようなパターン配置で形成されている。弁ボール２６は、強磁性の特性を有する材料から形成されており、かつ、袋孔４８、５０によって形成されるボール２６の位置情報を読み出すために設けられているセンサ配置は、センサとして２つの誘導性の接近スイッチ５２と５４を有している。これらはねじ挿入片として、弁ハウジング２の、切替軸３２の軸突出部３６とは逆の下側から、弁ハウジング２の孔８内へ延びるように形成されている孔内へ挿入されている。

図３から明らかなように、近接スイッチ５２、５４は、互いに距離をおいて直線上に配置されており、その線は、切替軸３２の回転軸線と交わり、かつ、開放位置にある弁ボール２６の孔３０の方向に対して直角に延びている。付属の透孔内へ螺合されている近接スイッチ５２、５４は、シール面を形成するカラー５６を有しており、それによって付属の孔内のシール面とシール部材（見えない）によって密閉が形成されるので、孔８とボール２６の外側面との間の弁ハウジング２内のデッドスペースが外側へ向かって密閉される。近接スイッチ５２、５４は、そのコア端部又はセンサ端部が直接ボール２６の表面まで延びている。

弁ボール２６が強磁性の特性を有する場合に、ボール２６が回転運動して袋孔４８又は５０が近接スイッチ５２又は５４のセンサ端部と一直線になった場合に、インダクタンスの変化が生じる。したがって該当する近接スイッチ５２又は５４は、袋孔４８、５０と正確に一直線になった場合に切替信号を発生する。図１から３に示すような、ボールバルブの開放した切替位置において、近接スイッチ５４が袋孔５０との整合によって切替信号を発生し、袋孔４０、５０の領域の外部に位置する近接スイッチ５２は、何ら切替信号を発生しない。したがってセンサ配置は、弁ボール２６が開放した切替位置にあることの、一義的な表示を供給する。

図４から６は、閉鎖したボールバルブの切替位置を示している。図６から最もよくわかるように、この場合に袋孔４８は近接スイッチ５２と整合しているので、この近接スイッチが切替信号を発生し、近接スイッチ５４は袋孔４８又は５０の領域の外部にあり、切替信号を発生することはない。したがって、ボールバルブが閉鎖されていることが、一義的に表示されている。図６の表示によれば、２つのセンサ５２、５４は共通に垂直の平面内にあり、その平面は、ボールバルブが完全に開放した位置においてその可能な貫流方向に対して垂直に延びている。さらに、２つのセンサ５２、５４の長手軸線の仮想の延長線は、弁ボール２６の方向に見て互いに鋭角を形成する。センサ５２は、マーカー又はマーキング４８と重なる位置にあるが、他方のマーカー又はマーキング５０は、図６を見る視線方向において２つのセンサ５０、５２の左に配置されており、かつ、それぞれの仮想の軸延長線の端部とほぼ弁ボール２６自体の上に仮想の直角の、そしてその限りにおいて球形の、三角形を形成し、その三角形は弁ボール２６上に配置されて左の自由な三角点内にマーク箇所５０を有している。その場合に仮想の球状の三角形の枠内においてマーカー５９とそれぞれのセンサ５２、５４との間の辺の長さは、センサ５２、５４自体の間の辺の長さより小さく、好ましくはその約２／３の大きさである。

それに対して図７と８は、弁ボール２６の中間位置を示しており、その場合に流体通路を形成する弁ボール２６の孔３０は、図７においては、左から右下方へ向かってやや斜めに延びている。２つの袋孔４８と５０は、近接スイッチ５２、５４と整合していないので、切替信号は発生されない。信号発生がないということは、弁ボール２６の切替位置が定められないことをはっきりと伝えている。

図９と１０及び図１１と１２は、弁ボール２６の他の２つの異なる、定められない中間位置を示しており、その場合にここでも、２つの袋孔４８と５０が近接スイッチ５２、５４と整合していないので、近接スイッチ５２、５４のいずれも切替信号を発生しない。図９と１０の例においては、弁ボール２６は、完全な開口横断面の約４分の１が生じるように、斜めになっている。図１０から最も良くわかるように、２つの袋孔４８、５０は近接スイッチ５２、５４の領域の外部に位置しているので、いずれの近接スイッチも切替信号を発生しない。図１１と１２の他の例においては、ボールバルブはほぼ完全に閉鎖されている。この定められない中間位置においても、２つの袋孔４８、５０が近接スイッチ５２、５４と整合していないので、近接スイッチ５２、５４のいずれも切替信号を発生しない。

切替信号はデジタルのオン−オフ信号として発生されるので、このセンサ配置はデジタルのＳＰＳ制御に適している。次の真理表内に、直線的な流体通路（孔３０）を有するボールバルブについて、開放した切替位置、閉鎖した切替位置及び定められない切替位置における信号の順序がリストアップされている。例えば独国実用新案登録第２９９０６６８７（Ｕ１）号明細書に示されるように、ボールバルブが、弁ボールのＬ字状の通路と切替軸の９０°の回転領域とを有する３ルートアーマチュアとして形成されている場合に、少なくとも２つの近接スイッチと弁ボールの３つの袋孔とが設けられている場合に、終端位置コントロールは、同様なやり方で実現される。

弁ボールのＴ字状の通路と切替軸の１８０°の回転領域とを有する３ルートアーマチュアについて、少なくとも３つの近接スイッチと弁ボールの少なくとも２つの袋孔とが設けられている場合に、終端位置コントロールは然るべきやり方で実現される。その場合に真理表は、１行と１列拡大されることになる。それによって然るべきやり方で、第１の開放した切替位置について信号列０１０、第２の開放した切替位置について信号列１００、第３の開放した切替位置について信号列１０１、そして定められない切替位置について信号列０００が生成される。

なお、信号は逆であってもよく、したがって１の代わりに０、０の代わりに１が使用される。その場合に信号列の一義性は、維持される。

Claims (9)

1. ボールバルブであって、弁ハウジング（２）を有し、前記弁ハウジングが少なくとも２つの流体接続箇所（１２、１４）と、弁ハウジング（２）内に位置する弁ボール（２６）とを有し、前記弁ボールが、少なくとも部分的に弁ハウジング（２）内へ嵌入する切替軸（３２）によって切替位置へ回転操作可能であり、前記切替位置において弁ボール（２６）の流体通路（３０）を介して流体接続箇所（１２、１４）の間の流体接続が解放され、あるいは遮断される、ボールバルブにおいて、
   センサ配置（５２、５４）が設けられており、前記センサ配置が、弁ボールに設けられた位置情報（４８、５０）を読み出すことによって弁ボール（２６）のそれぞれの切替位置を認識する、ことを特徴とするボールバルブ。
2. 位置情報（４８、５０）を非接触で読み出すセンサ配置（５２、５４）が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
3. 位置情報が、弁ボール（２６）に設けられた、１つより多い位置マーク（４８、５０）からなるパターンとして形成されており、かつ
   センサ配置が、弁ハウジング（２）に対応づけられた、位置マーク（４８、５０）を認識する少なくとも１つのセンサ（５２、５４）を有している、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールバルブ。
4. 弁ボール（２６）が、切替軸（３２）の回転軸線（３６）に対して直角に直線的に延びる流体通路（３０）と位置情報としての２つの位置マーク（４８、５０）とを有しており、前記位置マークの各々が回転軸線（３６）に対して変位して配置されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボールバルブ。
5. センサ配置が、弁ハウジング（２）内へ挿入された２つのセンサ（５２、５４）を有している、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボールバルブ。
6. センサ（５２、５４）が直線上に互いに離れて配置されており、前記線が切替軸（３２）の回転軸線（３６）と交わり、かつ弁ボール（２６）の開放位置にある流体通路（３０）の方向に対して直角に延びている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のボールバルブ。
7. 位置マークとして凹部が、好ましくは袋孔（４８、５０）の形態で、弁ボール（２６）の外側面に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のボールバルブ。
8. 弁ボール（２６）が、強磁性の特性を有しており、かつ、
   センサとして誘導性の近接スイッチ（５２、５４）が設けられており、前記近接スイッチが切替信号を発生させるために、弁ボール（２６）の袋孔（４８、５０）のセンサ（５２、５４）へ向けて方向付けされた位置を認識する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のボールバルブ。
9. センサとして挿入片が、好ましくは螺合によって、弁ハウジング（２）の透孔内に収容されており、かつ
   透孔内及び挿入片に、圧力に強い密閉を形成するシール部材のためのシール面（５６）が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のボールバルブ。

Images