JP2008519222A - 弁 - Google Patents

Abstract

ピストンつば（５，７，９）を備えたピストン（３）が設けられており、該ピストンが、流入溝（１７，１９）および流出溝を備えたピストン孔／ピストンガイド（１）と共に制御縁（４１）を形成している形式の弁、特に圧力制限弁。

Description

本発明は、弁、特に圧力制限弁（プレッシャリリーフバルブ）であって、複数のピストンつばを備えたピストンが設けられており、該ピストンが、流入溝および流出溝を備えたピストン孔／ピストンガイドと共に制御縁を形成している形式のものに関する。

このような形式の弁は公知である。このような形式の弁は、たとえば１つのピストンつばを有しており、このピストンつばは、一方の側では所定のパイロット圧により負荷され、他方の側では、ハイドロリック式の主システム内に形成される圧力（システム圧）により負荷される。システム圧がその押圧力によってパイロット圧の押圧力を超過すると、ピストンつばが開き始め、制御縁に流れが生じる。この流れは、閉じられた状態であらかじめこの場所に存在していた静的な圧力を部分的に減少させる。このことは、静的な押圧力成分が欠如したことに基づき物理的に生ぜしめられる「流動力」の作用とも呼ばれる。制御縁における通流量が増大するにつれて、引き続き開放方向における押圧力成分が流れによって減じられるので、一定のパイロット圧に抗して弁ピストンを一層開放するためにはシステム圧がさらに増大しなければならない。このことは、このような圧力制限弁では、体積流との関係で示すシステム圧の特性線において体積流が増大するにつれてシステム圧の特性線の上昇をもたらす。このことは、「流動力」による圧力特性線の上昇とも呼ばれる。これにより、圧力特性線の上昇はシステム内での圧力上昇の増大を生ぜしめ、このことは本来望ましくはない。理想的には、体積流増大に関しても弁によって一定のシステム圧が達成されることが望ましい。

したがって、本発明の課題は、特性線の圧力上昇が減じられ、ひいては圧力特性線が改善されるような弁、特に圧力制限弁を提供することである。

この課題は、弁、特に圧力制限弁であって、ピストンつばを備えたピストンが設けられており、該ピストンが、流入溝および流出溝を備えたピストン孔／ピストンガイドと共に制御縁を形成している形式のものにおいて、当該弁が、２つの制御縁と、１つのハイドロリック的な抵抗とを有しており、該抵抗が、前記両制御縁のうちの１つの一方の制御縁と直列に接続されていることを特徴とする弁により解決される。

このことには次のような利点がある。すなわち、通流時の制御縁における増大する静的な圧力損失、つまり「流動力」が、弁ピストンに作用する、抵抗により形成される背圧の増大によって補償され得るようになる。

本発明による弁の有利な構成では、ハイドロリック的な抵抗が、第１の制御縁と直列に接続されている。本発明による弁のさらに有利な構成では、ハイドロリック的な抵抗が、第１の制御縁に流れ方向で見て前置されているか、または後置されている。すなわち、ハイドロリック的な抵抗はこの場合、第１の制御縁の上流側または下流側に配置されている。

本発明による弁の別の有利な構成では、第２の制御縁が、流れ方向で第１の制御縁に対して並列に接続可能である。この場合、さらに有利には、第２の制御縁が、開放運動の方向で、第１の制御縁よりも遅く開くようになっている。

このことには次のような利点がある。すなわち、まず最初に第１の制御縁が開き、そしてこの第１の制御縁で生じる流動力影響（ピストン面における圧力損失）がハイドロリック的な抵抗の背圧（Rueckstaudruck）により補償される。体積流量が引き続き増大し、その後に第２の制御縁の開放が行われると、体積流は第２の制御縁を介して別の圧力損失なしに抵抗によって、相応して低い圧力差を持って行われる。したがって、第２の制御縁を介した圧力損失は低いままとなり、したがって、慣用の圧力制限弁の場合のような特性線の圧力上昇は減じられる。

本発明による弁のさらに別の有利な構成では、ハイドロリック的な抵抗が、オリフィス（Blende）として形成されている。このことには次のような利点がある。すなわち、ハイドロリック媒体に与えられる、媒体の粘度変化として作用する温度影響が、オリフィスで発生した圧力降下に著しい影響を与えなくなる。

本発明による弁のさらに別の有利な構成では、ハイドロリック的な抵抗が、チョークもしくは絞り（Drossel）として形成されている。これにより、制御ストラテジのために望まれる場合には、温度影響や粘度影響を、特定の効果のために有利に利用することができる。

さらに、スプール弁として形成されている弁が有利になる。

また、前制御圧、つまりパイロット圧によって前制御可能もしくはパイロット制御可能である弁も有利になる。さらに、ピストンつばが、互いに異なる大きさの受圧面を有しているような弁が有利になる。このことには、低いパイロット圧を用いて、たとえば高いシステム圧を制御することができるという利点がある。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明による圧力制限弁の第１実施例を示す概略図である。

図２は、弁ピストンに対する静的な押圧力および動的な押圧力の互いに異なる作用を説明するための概略図である。

図３は、図１に示した圧力制限弁を、両制御縁が開放された状態で示す概略図である。

図４は、本発明による圧力制限弁の第２実施例を示す概略図である。

図５は、図４に示した制御縁を、流動力の作用を受けた状態で示す拡大図である。

図６は、慣用の圧力制限弁と、最適化された圧力制限弁と、理想的な圧力制限弁との間での圧力制限弁特性線の比較のための線図である。

図１には、本発明による圧力制限弁の第１実施例が図示されている。ピストン孔１内には、第１第２第３の３つのピストンつば５，７，９を備えたピストン３が案内されている。ピストン孔１は大小異なる直径の範囲１１，１３を有しており、この場合、範囲１１は範囲１３よりも大径に形成されている。３つのピストンつば５，７，９も大小異なる直径を有しており、この場合、第１のピストンつば５は第２第３のピストンつば７，９よりも大径に形成されている。流入管路１５が設けられており、この流入管路１５は弁ハウジング（直接には図示しない）の内部で、環状溝の形の第１の流入部１７および第２の流入部１９に分かれている。第２の流入部１９に所定のシステム圧が形成されると、このシステム圧は第２のピストンつば７においては受圧面２１に作用し、第３のピストンつば９においては受圧面２３に作用するので、このシステム圧の力は互いに相殺される。第２のピストンつば７の小さな受圧面２５と第１のピストンつば５の大きな受圧面２７とに作用する、第１の流入部１７内のシステム圧は、開放方向における圧力差力を発生させる。この開放力は、供給部３１を介して大径の第１のピストンつば５の全体受圧面２９に作用するパイロット圧により補償されるので、大きな受圧面２９は供給部３１の範囲における低いパイロット圧によって、より高いシステム圧により負荷された第１のピストンつば５の受圧面２７と第２のピストンつば７の受圧面２５との間の小さな差面に抗して補償される。弁の２つの流出接続部３３，３５は再び１つの共通の流出部３７に合流されており、この場合、第１の流出接続部３３の背後には、つまり第２の流出接続部３３の下流側には、たとえばオリフィスの形のハイドロリック的な抵抗３９が配置されている。この抵抗３９は第１のピストンつば５に設けられた制御縁４１の開放時に、ひいては抵抗３９の通流時に、通流する体積流量に相応して第１の流出接続部３３に所定の背圧（Rueckstaudruck）を発生させる。制御縁４１と抵抗３９との間のこのような配置の作用については、図２ａ〜図２ｃにつき説明する。

図２ａには、図１に示した弁ピストンの第１のピストンつば５が、閉じられた状態で図示されている。第１のピストンつば５の制御縁４１はハウジング４５に設けられた制御縁４３とある程度重なり合っており、これにより第１のピストンつば５の制御縁４１は閉じられている。第２のピストンつば７のピストン受圧面２５と第１のピストンつば５のピストン受圧面２７との間の、図１につき説明したような差面積作用に基づき、有効な静的な圧力分布４７が生ぜしめられる。この圧力分布４７はシステム圧によってピストンの開放方向の力を生ぜしめる。この開放力は、図１につき説明したように、ピストン受圧面２９に作用するパイロット圧の押圧力によってバランスされ、平衡が保持される。次いで弁の流入部においてシステム圧がさらに増大して、圧力分布４７を有する有効押圧力がパイロット圧の押圧力を克服し得ると、ピストンの制御縁４１はハウジング４５の制御縁４３に対して開放される（図２ｂ参照）。これにより、両制御縁４１，４３の間には、矢印５１で示したような流れが生ぜしめられる。この流れの影響を受けて、先ほどまで有効であった静的な圧力４７はこの流れ範囲において崩壊され、そして有効な残留圧分布４９が生ぜしめられる。この流れ範囲では静的な押圧力が減じられるので、ピストンがその開放位置を維持するか、またはそれどころか拡大させ得るようにするためには、ピストン内側の非流れ範囲において静的な圧力、ひいてはシステム圧が、より高くならなければならない。このことは、体積流量との関係で云うと「不本意な圧力増大」を招く。このような圧力増大は圧力制限弁特性線の形で測定技術的に表示され得る。本発明によれば、図２ｃに示したように、図１に示したオリフィス３９の機能が働く。抵抗３９は通流量が増大するにつれて範囲３３に背圧を発生させ、この背圧は図２ｂに示した先の残留圧分布４９に対して付加的な圧力分布５３の形で加算され、ひいては図２ａの状態に対して図２ｂに示した通流時に発生する開放圧損失を補償する。このことは、本発明によれば弁ピストンの開放を可能にするためにシステム圧がこれ以上増大しなくても済むことを意味する。なぜならば、弁ピストンの開放がオリフィス３９の付加的な背圧により実現されるからである。制御縁４３，４１の開放度、ひいては抵抗３９の手前の背圧が望ましくない程大きくなると、ようやく弁の第２の制御縁が開放される（図３参照）。

図３に示した状態は、第２のピストンつば７においてこの第２のピストンつば７の制御縁５５とハウジングの制御縁５７との間に開口が形成されている点で図１に示した状態とは異なっている。この開口は第１の流入部１７を経由する体積流に対して平行に第２の流入部１９を経由する別の体積流を可能にする。その他の全ての機能は図１につき説明した機能に相当しているので、繰り返しを避けるためにこれらの機能を再度説明することは省略する。第２の流入部１９と制御縁５５，５７とを介して第２の流出接続部３５に流入する付加的な体積流は、抵抗を通らず、これによって著しい付加的な圧力増大を生ぜしめない。したがって、図１において挙げた体積流に対する、抵抗の少ない平行体積流が生じる。

図４には、本発明による圧力制限弁の第２の実施例が図示されている。ピストン孔６２内には、外径の一定な弁ピストン６０が案内されている。この弁ピストン６０はさらにガイドピン６４を有しており、このガイドピン６４は内側の軸方向のピストン孔６６内に案内されている。流入部６８を介してハイドロリック媒体がシステム圧下に範囲７０に流入し、そして開口７２を介して弁ピストン６０のピストン孔６６内に流入する。次いで、このピストン孔６６からハイドロリック媒体は抵抗として作用する狭い孔７４を通って、ピストンに設けられた制御縁７６へ案内される。この制御縁７６はハウジングに設けられた制御縁７８と協働する。次いで、この制御縁７６，７８の範囲からハイドロリック媒体は流出範囲８０に流入し、ひいては流出部８２に流入する。弁ピストンの開放運動が引き続きさらに行われると、ハウジングの制御縁７８に対して第２の制御縁８４が開放され、これによって範囲７０から範囲８０へ第２の体積流を流れさせる。それに対して、弁ピストンの制御縁範囲７６はこの場合、完全に開放されており、これにより制御縁範囲７６において抵抗７４の通流時にもはや変化が行われなくなる。したがって、このような弁構造においても、第１の制御縁開口７６（この場合には前置接続された抵抗７４を有している）およびこの第１の制御縁開口７６に対して並列に、引き続き開放運動が行われた場合に第２の制御縁範囲８４が使用される。このことは図１に示した弁構造の場合と同様の効果をもたらす。弁ピストン６０の全直径もしくはピストンガイド６２の全直径に相当する大きな弁ピストン面８８に作用する、範囲８６内のパイロット圧は、弁ピストンのための開放力を発生させる受圧面９０に作用する内側のピストン孔６６内のシステム圧によって補償される。ガイドピン６４の受圧面９２に作用する同じ圧力は、弁ハウジングで有効となり、弁ピストン６０の開放力には影響を及ぼさない。

流動力の作用、つまり弁ピストンの制御縁７６とハウジングの制御縁７８とにおける通流時の静的な押圧力損失の作用は、図５に拡大されて図示されている。弁ピストン６０の制御縁７６はハウジング９４に設けられた制御縁７８に対して開放されているので、ハイドロリック流体は弁ピストン６０のピストン孔６６から抵抗７４を通って制御縁範囲７６，７８へ流出する。これらの制御縁がまだ閉鎖されていたときに、制御縁面９６に作用する圧力と、制御縁面９８に作用する圧力とは互いに補償されており、ひいては付加的なピストン力を形成していなかった。いまや開放された状態では、制御縁７６において縁部における通流時に静的な圧力が減じられるので、圧力分布１００が形成される。この圧力分布１００は圧力分布１０２に比べて静的な押圧力を損失しており、これによって本来であれば損失分がシステム圧の過剰増大により補償されなければならない。しかし、体積流はあらかじめ抵抗７４を通って流れており、これによって静的な圧力は著しく減じられていたので、制御縁面９６，９８には、より少ない通流時の場合のようにそれほど高い静的な圧力はもはや生ぜしめられず、これによって相応する流動力の実際の高さも決定的に低くなる。すなわち、この場合、抵抗７４の、前もって形成された圧力損失により、制御縁７６における有効な流動力が本発明により減じられる。

図６には、慣用の圧力制限弁の相応する特性線、最適化された圧力制限弁の相応する特性線および理想的な圧力制限弁の理論的な特性線が描かれている。この場合、相応するシステム圧１１２と体積流量との関係が描かれる。理想的な圧力制限弁では、体積流量が増大しても特性線１１４が常に等しい圧力を保持する、つまり体積流に関連して上昇しないことが望まれる。しかし、このことは前で説明した通り、流動力の形の静的な圧力損失に基づき不可能である。それゆえに、慣用の圧力制限弁の場合、特性線１１６が示すように、前で説明した流動力が増大し、ひいては特性線１１６が体積流量に関連して上昇する。本発明による圧力制限弁の場合には、抵抗３９；７４を通る体積流がオリフィス特性線１１８の形で作用する。すなわち、体積流量１１０が増大するにつれて、図１に示した抵抗３９もしくは図５に示した抵抗７４ではシステム圧１１２が相応して増大し、このことは、流動力影響を減少させ、ひいては特性線を範囲１２０において再び降下させる背圧を生ぜしめる。オリフィス特性線１１８が圧力特性線範囲１２０に交差する交点１２２では、第２の制御縁が使用されるので、本発明による圧力制限弁では、慣用の圧力制限弁の特性線１１６に対してほぼ平行に延びる別の特性線範囲１２４が生ぜしめられる。しかし、この線図からよく判るように、本発明による圧力制限弁の特性線範囲１２４は調節された圧力高さにおいて、慣用の圧力制限弁の特性線、つまり特性線１１６よりもはるか下に延びている。したがって、本発明によれば、慣用の圧力制限弁に比べて作動圧が通流量によりあまり変えられないような圧力制限弁が提供される。すなわち、第１の制御縁４１，７６は、弁の作動圧がオリフィス３９またはオリフィス７４のよどみ圧もしくは背圧の範囲となるまで開いている。これによって、システム圧、つまり流入部圧は、完全にオリフィス３９，７４のところで低下し、第１の制御縁４１，７６は完全に開放されている。この範囲では、弁の誤差も最小となる。すなわち、圧力制限弁を通過する体積流にもかかわらず、開放された弁の作動圧は閉鎖された弁の、図２ａに示した作動圧に相当する。

本発明による圧力制限弁の第１実施例を示す概略図である。 図１に示した弁ピストンの第１のピストンつばが閉鎖された状態で生じる圧力分布示す概略図である。 図２ａに示した第１のピストンつばが開放された状態で、本発明によるオリフィス機能なしの場合に生じる圧力分布を示す概略図である。 本発明によるオリフィスの機能を使用した場合に生じる圧力分布を示す、図２ｂに相当する概略図である。 図１に示した圧力制限弁を、第１第２の両制御縁が開放された状態で示す概略図である。 本発明による圧力制限弁の第２実施例を示す概略図である。 図４に示した制御縁を、流動力の作用を受けた状態で示す拡大図である。 慣用の圧力制限弁と、最適化された圧力制限弁と、理想的な圧力制限弁との間での圧力制限弁特性線の比較のための、システム圧と体積流量との関係を示す線図である。

符号の説明

１ ピストン孔
３ ピストン
５ 第１のピストンつば
７ 第２のピストンつば
９ 第３のピストンつば
１１ ピストン孔の大径の範囲
１３ ピストン孔の小径の範囲
１５ 流入管路
１７ 第１の流入部
１９ 第２の流入部
２１ ピストンつば７に設けられた受圧面
２３ ピストンつば９に設けられた受圧面
２５ ピストンつば７に設けられた小さな受圧面
２７ ピストンつば５に設けられた大きな受圧面
２９ ピストンつば５に設けられた全体受圧面
３１ 供給部 パイロット圧
３３ 第１の流出接続部
３５ 第２の流出接続部
３７ 共通の流出部
３９ ハイドロリック的な抵抗
４１ ピストンつば５の制御縁
４３ ハウジング４５の制御縁
４５ ハウジング
４７ 有効な静的な圧力分布
４９ 通流時の有効な残留圧分布
５１ 流れ矢印
５３ 背圧による付加的な圧力分布
５５ ピストンつば７の制御縁
５７ ハウジングの制御縁
６０ 弁ピストン
６２ ピストン孔
６４ ガイドピン
６６ 内側の軸方向のピストン孔
６８ 流入部
７０ 流入範囲
７２ 流入開口
６６ ピストン６０の内側の範囲
７４ 抵抗孔
７６ ピストンの制御縁
７８ ハウジングの制御縁
８０ 流出範囲
８２ 流出部
８４ ピストンの第２の制御縁
８６ パイロット圧の範囲
８８ 大きな弁ピストン面
９０ 内側のピストン孔６６の受圧面
９２ ガイドピン６４の受圧面
９４ ハウジング
９６ 制御縁面
９８ 制御縁面
１００ 圧力分布
１０２ 圧力分布
１１０ 体積流量軸
１１２ システム圧軸
１１４ 理想的な圧力制限弁の特性線
１１６ 慣用の圧力制限弁の特性線
１１８ オリフィス特性線
１２０ 圧力特性線範囲
１２２ オリフィス特性線１１８と圧力特性線１２０との間の交点
１２４ 最適化された圧力制限弁の別の特性線範囲

Claims (10)

1. 弁、特に圧力制限弁であって、ピストンつば（５，７，９）を備えたピストン（３，６０）が設けられており、該ピストンが、流入溝（１７，１９）および流出溝（８０）を備えたピストン孔／ピストンガイド（１，６２）と共に制御縁（４１，５５，７６，８４）を形成している形式のものにおいて、当該弁が、２つの制御縁（４１，５５，７６，８４）と、１つのハイドロリック的な抵抗（３９，７４）とを有しており、該抵抗（３９，７４）が、前記両制御縁のうちの１つの一方の制御縁（４１，７６）と直列に接続されていることを特徴とする弁。
2. ハイドロリック的な抵抗（３９，７４）が、第１の制御縁（４１，７６）と直列に接続されている、請求項１記載の弁。
3. ハイドロリック的な抵抗（３９，７４）が、第１の制御縁（４１，７６）に流れ方向で見て前置されているか、または後置されている、請求項２記載の弁。
4. 第２の制御縁（５５，８４）が、流れ方向で第１の制御縁（４１，７６）に対して並列に接続可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 第２の制御縁（５５，８４）が、開放運動の方向で、第１の制御縁（４１，７６）よりも遅く開くようになっている、請求項４記載の弁。
6. ハイドロリック的な抵抗が、オリフィス（３９，７４）として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. ハイドロリック的な抵抗（３９，７４）が、絞りとして形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。
8. 当該弁がスプール弁として形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
9. 当該弁が、パイロット圧によって制御可能である、請求項１から８でのいずれか１項記載の弁。
10. ピストンつば（５，７，９）が、互いに異なる大きさの受圧面を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の弁。

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