JP2013518227A - 液圧式のパイロット制御装置 - Google Patents

Abstract

液圧式のパイロット制御装置であって、操作装置を介して制御可能な少なくとも１つの圧力制御弁を有しており、該圧力制御弁もやはり、頸部を介してプランジャに結合された制御ピストンを有している。この場合、プランジャは操作装置と、ばね弾性的に作用結合している。本発明では、頸部はプランジャに固定されている。これにより、振動しやすい制御ピストンの質量が、従来技術に比べて減少される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の液圧式のパイロット制御装置に関する。

複数の圧力制御弁を備えたこのような液圧式のパイロット制御装置は、特に圧力供給のため、延いては比較的高い圧力がかけられる複数の弁若しくは主段のバルブスプールを調節するために働く。このためにパイロット制御装置は、圧力制御弁の各制御ピストンを調節するジョイスティック若しくはハンドグリップを有している。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２２９４８号明細書には、このような液圧式のパイロット制御装置の圧力制御弁が示されている。この場合、（図１によれば）制御ピストンがプランジャを介して開放方向に移動されると、接続部Ｐに印加される制御圧力が全て、又は部分的に、作動接続部Ａに伝達される。

このような公知の液圧式のパイロット制御装置における欠点は、複数の異なる圧力作用面及び複数の異なるばねに基づいて、制御ピストンが振動励起される恐れがあるという点にある。このことは、制御ピストンが鉄製であり、これにより比較的大きな質量を有していることにより助長される。前記振動励起は、制御ピストンが該制御ピストンの主要部をプランジャに結合している比較的長い頸部を有していることによって、更に助長される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３２４０５１号明細書に示された減圧弁の、段付きピストンとして形成された制御ピストンは、比較的強力に緩衝されている。このためには、緩衝ピンを備えた緩衝通路が設けられている。これにより、制御回路の安定性は高められるが、同時に例えばより低い応答速度等の欠点も生じる。

安定性を向上させるための別の手段は、仏国特許第２８５７７０５号明細書に基づいて制御回路の補強部材を減少させることにある。

これに対して本発明の課題は、制御回路の安定性が、直接に作用するパラメータによって高められる、少なくとも１つの圧力制御弁を備えた液圧式のパイロット制御装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する液圧式のパイロット制御装置によって解決される。

本発明による液圧式のパイロット制御装置は、操作装置によって制御可能な少なくとも１つの圧力制御弁を有しており、この圧力制御弁は、頸部を介してプランジャに結合された制御ピストンを有している。この場合、プランジャは操作装置と作用結合している。本発明では、前記頸部がプランジャに固定されている。これにより、振動しやすい制御ピストンの質量が、従来技術に比べて減少される。つまり、圧力制御弁の制御回路の直接に作用するパラメータが、制御ピストンの振動励起が低下されるように変更される。これにより、例えば本発明による液圧式のパイロット制御装置のノイズ発生も低下される。

本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

特に有利な改良では、各制御ピストンが、主としてアルミニウム又はプラスチックから成っている。これにより、制御ピストンの質量延いては振動励起作用が、鋼に比べて大幅に低下されている。

特に有利な別の改良では、各プランジャ及び対応する制御ピストンが、操作装置によって制御ピストンの開放方向に移動可能である。この場合、各頸部と、対応する制御ピストンとの間には、押圧方向に弾性的な結合部が設けられている。

この押圧方向に弾性的な結合部は、有利には制御ばねと、頸部の一方の端部区分に固定されていて、制御ピストンの第１の端部区分に配置された凹部に挿入されたヘッドとによって形成されている。この場合、制御ばねはプランジャに支持されており且つ制御ピストンを開放方向に予負荷している。ヘッドは、開放方向での制御ばねの力に抗して移動可能に、凹部に収容されている。これにより、対応する圧力制御弁の作動接続部における急激な圧力変動が、操作ユニット若しくはプランジャの移動行程の最初の部分の間に可能である。

各ヘッドが、対応するプランジャの開放方向への移動時に、凹部の一方の端面に当接させられるようになっていると、特に有利である。これにより、制御ばねの力と、これに抗して作用する押圧力との間に所定の差が生じると、制御ピストンが直ぐに、若しくはばね負荷されずに開放方向に移動させられるので、作動接続部に急激な圧力変動が生ぜしめられる。

特に有利な更に別の改良では、各圧力制御弁が戻しばねを有しており、この戻しばねはパイロット制御装置又は対応する圧力制御弁のケーシングに支持されていて、プランジャを閉鎖方向に予負荷している。これにより、操作部材に作用する操作力に抗して圧力制御弁の閉鎖方向で所定の力が形成されるので、圧力制御弁は作動後に再び閉鎖される。

各凹部が閉鎖方向で、戻り当接部によって制限されていると有利であり、この戻り当接部には、対応するヘッドが当接させられるようになっている。これにより、制御ピストンは戻しばねによって、プランジャ、頸部、ヘッド及び戻り当接部を介して閉鎖方向に引っ張られる。

プランジャに制御ピストンを簡単に取り付ける若しくは結合する理由から、制御ピストンの第１の端部区分はそれぞれ、側方の貫通開口を有しており、この貫通開口を介してヘッドを凹部に挿入することができる。

更に別の有利な改良では、制御ピストンが、開放方向で作用する第１の環状面と、閉鎖方向で作用する第２の環状面とを有する段付きピストンであり、前記両環状面は、圧力制御弁の作動接続部の圧力によって押圧されている。この場合、第１の環状面は、第２の環状面よりも小さい。これにより、閉鎖方向で作用する押圧力が制御ピストンにおいて形成されている。

本発明によるパイロット制御装置の実地に近い実施形態においては４つの圧力制御弁が設けられており、各２つの圧力制御弁が、それぞれ対応する作動接続部を介して、消費装置若しくは主段の制御スライダに接続されている。

各圧力制御弁が、制御圧力室と、タンク圧力室と、その間に配置された作動圧力室とを有していると有利であり、この場合、複数の制御圧力室がパイロット制御装置の１つの共通の制御圧力接続部に接続されており、複数のタンク圧力室がパイロット制御装置の１つの共通のタンク接続部に接続されている。

圧力補償するためには、各制御ピストンが長手方向孔を有していると有利であり、この場合、ケーシングと、制御ピストンの各プランジャとは反対側の第２の端部区分との間に配置された室が、長手方向孔と、貫通開口とを介してタンク圧力室に接続されている。

実地に近い実施形態では、操作装置がジョイスティックを有している。本発明による液圧式のパイロット制御装置がパワーショベル、バックホーローダー、テレスコピックローダー、ホイールローダー、コンパクトローダー又はクレーンに配置されていると、振動の低下を介して達成されるノイズの減少は、運転者若しくはオペレータにとって特に有利である。

本発明による液圧式のパイロット制御装置の実施形態の主要部分を断面して側方から見た図であり、この場合、従来技術に基づく圧力制御弁と、本発明による圧力制御弁とが組み合わされて示されている。 図１に示した本発明による実施形態を別の側から見た拡大断面図である。 図２ａに示した押圧方向に弾性的な結合部の詳細な拡大図である。

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には、本発明による液圧式のパイロット制御装置の実施形態の主要部分を断面して側方から見た図が示されている。ケーシング１内には、圧力制御弁として形成された４つのパイロット制御弁が配置されており、これらのパイロット制御弁のうち、図１には２つの圧力制御弁２ａ，２ｂのみが示されている。これらの圧力制御弁２ａ，２ｂは、傾動可能な操作プレート４を介して操作され、この操作プレート４は、（図１において）水平方向に延びる第１の傾動軸線６ａを中心として、更には図平面に対して垂直方向に配置された第２の傾動軸線６ｂを介して、ケーシング１に対して傾動され得る。このことは、操作プレート４の上位でこの操作プレート４に固定されたジョイスティックを介して行われる。ジョイスティックについては、図１に比較的小さな部分８だけが示されている。この部分８にはハンドグリップが取り付けられており、このハンドグリップを介して操作プレート４を、前記両傾動軸線６ａ，６ｂを中心として傾動させることができる。

両圧力制御弁２ａ，２ｂは、それぞれのニュートラル位置で示されており、このニュートラル位置において各制御ピストン１０ａ，１０ｂは、上側の閉鎖位置でケーシング１内に配置されており、これにより、それぞれの作動圧力室１２ａ，１２ｂ延いては対応する各作動接続部（図示せず）に制御圧力は供給されない。このために、本発明によるパイロット制御装置の中央の制御圧力接続部Ｐから、各圧力制御弁２ａ，２ｂに対応配置された制御圧力室１４ａ，１４ｂを介して各作動圧力室１２ａ，１２ｂに至る圧力媒体接続が、制御ピストン１０ａ，１０ｂによって遮断されている。

作動圧力室１２ａ，１２ｂは、図示のニュートラル位置において制御ピストン１０ａ，１０ｂの制御溝（図示せず）を介して各タンク圧力室１６ａ，１６ｂに接続されており、これにより放圧されている。タンク圧力室１６ａ，１６ｂは、パイロット制御装置の共通のタンク接続部（図示せず）を介してタンク（図示せず）に接続されている。更に、タンク圧力室１６ａ，１６ｂはロッキングスクリュ若しくはねじ込みプラグ１８を介して、制御圧力室１４ａ，１４ｂ延いては制御圧力接続部Ｐとは分離されている。

各制御ピストン１０ａ，１０ｂは、押圧方向に弾性的な結合部２０ａ，２０ｂと頸部２２ａ，２２ｂとを介してプランジャ２４ａ，２４ｂに結合されている。プランジャ２４ａ，２４ｂは、戻しばね２６ａ，２６ｂと、リング２７ａ，２７ｂ（図１）とを介して、上方に向かってニュートラル位置に予負荷される。このためには、戻しばね２６ａ，２６ｂがケーシング１の半径方向カラーに支持されている。これにより制御ピストン１０ａ，１０ｂも、（図１において）下方に向けられた制御ばね２８ａ，２８ｂの力に抗して、そのニュートラル位置に引っ張られる。

ニュートラル位置への引っ張りは、図１の右側に示した本発明による圧力制御弁２ａでは、プランジャ２４ａに固定された頸部２２ａを介して行われ、この頸部２２ａの、制御ピストン１０ａに面した端部区分には、半径方向の拡張部によって形成されたヘッド３０ａが取り付けられている。ヘッド３０ａの背面は、隣接する制御ピストン１０ａの第１の端部区分３３ａの戻り当接部３２ａに係合する。

図２ａには、本発明による圧力制御弁２ａの一部を、図１に示した断面図に対して９０度ずらして側方から見た、別の拡大断面図が示されている。この場合、頸部２２ａ及びヘッド３０ａを備えたプランジャ２４ａは、やはりそのニュートラル位置で示されている。プランジャ２４ａの（図２ａにおいて）下方に向けられた運動をガイドするために、ケーシングに固定されたブシュ状のプランジャガイド３４ａが設けられている。

更に、プランジャ２４ａを戻しばね２６ａ（図２ａでは図示せず）によって上方に向かって閉鎖方向に予負荷するリング２７ａが示されている。

リング２７ａの内部には、リングディスク３６ａが同心的に配置されており、このリングディスク３６ａにおいて、制御ばね２８ａがプランジャ２４ａに対して支持されていて、制御ピストン１０ａを開放方向に予負荷している。制御ピストン１０ａの第１の端部区分３３ａには端面側の同心的な凹部３８ａが設けられており、この凹部３８ａの直径は、ヘッド３０ａの直径にほぼ等しい。第１の端部区分３３ａの一方の端面において、凹部３８ａは半径方向により狭くなるように段付けされているので、これにより戻り当接部３２ａが形成されている。図示のニュートラル位置では、ヘッド３０ａは戻り当接部３２ａに当接している。

凹部３８ａは、戻り当接部３２ａとは反対の側に端面４０ａを有しており、この場合、ヘッド３０ａと端面４０ａとの間には、所定の間隔が設けられている。この間隔に基づいて、圧力制御弁２ａの開放方向へのプランジャ２４ａの行程が確定されており、この行程に沿って、（圧縮力は除外して）制御ばね２８の力だけが作用する。プランジャ２４ａが更に開放運動を進めると、ヘッド３０ａは端面４０ａに当接して、（図面において）下方に向けられた制御ピストン１０ａの開放運動を支援する。これにより、本発明による液圧式のパイロット制御装置の制御範囲の端部において、各作動圧力室１２ａ若しくは対応する作動圧力接続部での急激な圧力変動が可能になる。

第２の傾動軸線６ｂ（図１参照）を中心として、右側に向かって傾斜されたジョイスティック（図示せず）を旋回し戻すと、上で述べた理由から、プランジャ２４ａは（図面において）上方に向かって運動し、この場合、ヘッド３０ａは戻り当接部３２ａに当接すると同時に、この戻り当接部３２ａを介して制御ピストン１０ａを上方へ連行する。

制御ピストン１０ａは、作動圧力室１２ａの圧力により押圧される２つの環状面４２ａ，４４ａ（図２参照）を備えた段付きピストンであり、この場合、制御ピストン１０ａの閉鎖方向に有効な第２の環状面４４ａは、開放方向に有効な第１の環状面４２ａよりも大きい。

第１の環状面４２ａに対応配置された第１の制御縁部は、制御圧力室１４ａから作動圧力室１２ａに至る圧力媒体接続を制御するのに対して、第２の環状面４４ａに対応配置された第２の制御縁部は、作動圧力室１２ａからタンク圧力室１６ａに至る圧力媒体接続を制御する。この場合はニュートラル位置においても（比較的小さな）横断面が、作動圧力室１２ａとタンク圧力室１６ａとの間に開けられている。

図１に示したエンドプラグ４６ａは、ケーシング１にねじ込まれており且つ制御ピストン１０ａの第２の端部区分４８ａと相俟って、室５０ａを制限している。

図２ａには、室５０ａが長手方向孔５２ａを介して凹部３８ａに接続されていることが示されている。

図２ｂには、図２ａに示した断面図における押圧方向に弾性的な結合部２０ａの詳細な拡大図が示されている。この場合、制御ピストン１０ａの第１の端部区分３３ａの側方には半径方向の貫通開口５４ａが設けられている。これにより、室５０ａは長手方向孔５２ａと凹部３８ａと側方の貫通開口５４ａとを介してタンク圧力室１６ａ（図１参照）に接続されており、延いては放圧されている。

図２ａに示した貫通開口５４ａは、戻り当接部３２ａの部分と、凹部３８ａの領域の部分とに形成されている。貫通開口５４ａは、プランジャ２４ａに制御ピストン１０ａを取り付ける際若しくはプランジャ２４ａと制御ピストン１０ａとを組み立てる際に、凹部３８ａ内へのヘッド３０ａの半径方向の挿入を可能にする。

図１には、（図面において）右側に示された本発明による圧力制御弁２ａの実施形態と、（図面において）左側に示された従来技術による圧力制御弁２ｂの実施形態との比較が示されている。従来技術では制御ピストン１０ｂに固定されている頸部２２ｂとヘッド３０ｂは、本発明では制御ピストンから分離されて、プランジャ２４ａに対応配置されている。これにより、本発明による制御ピストン１０ａの体積延いては質量が、制御ピストン１０ｂに比べて著しく減少されている。テストでは、この質量の減少により、制御ピストン１０ａの、延いては本発明による液圧式のパイロット制御装置の振動励起作用が著しく低下することが確認された。

テストにより更に、頸部が本発明のようにプランジャに固定されているのではなく、従来技術のように各制御ピストンに固定された圧力制御弁を備えた液圧式のパイロット制御装置でも、制御ピストンが比較的軽量の材料から製作されていると、やはり良好な振動減衰を示すことが判った。前記材料には、特にアルミニウム及びプラスチックが含まれる。

開示するのは、液圧式のパイロット制御装置であって、該液圧式のパイロット制御装置は、操作装置を介して制御可能な少なくとも１つの圧力制御弁を有しており、該圧力制御弁もやはり、頸部を介してプランジャに結合された制御ピストンを有している。この場合、前記プランジャは前記操作装置とばね弾性的な作用結合状態にある。本発明では、頸部がプランジャに固定されている。これにより、振動しやすい制御ピストンの質量が、従来技術に比べて減少される。

Claims (13)

1. 液圧式のパイロット制御装置であって、操作装置（４，８）を介して制御可能な少なくとも１つの圧力制御弁（２ａ）が設けられており、該圧力制御弁（２ａ）が、制御ピストン（１０ａ）を有しており、該制御ピストン（１０ａ）が、頸部（２２ａ）を介してプランジャ（２４ａ）に結合されており、該プランジャ（２４ａ）が、前記操作装置（４，８）と作用結合している形式のものにおいて、
   前記頸部（２２ａ）がプランジャ（２４ａ）に固定されていることを特徴とする、液圧式のパイロット制御装置。
2. 各制御ピストン（１０ａ）が、主としてアルミニウム又はプラスチックから成っている、請求項１記載の液圧式のパイロット制御装置。
3. 各プランジャ（２４ａ）と、対応する制御ピストン（１０ａ）とが、操作装置（４，８）によって制御ピストン（１０ａ）の開放方向に移動可能であり、各頸部（２２ａ）と、対応する制御ピストン（１０ａ）との間に、押圧方向に弾性的な結合部（２０ａ）が設けられている、請求項１又は２記載の液圧式のパイロット制御装置。
4. 各押圧方向に弾性的な結合部（２０ａ）が、プランジャ（２４ａ）に支持され且つ制御ピストン（１０ａ）を開放方向に予負荷する制御ばね（２８ａ）と、頸部（２２ａ）の一方の端部区分に固定されたヘッド（３０ａ）とを有しており、該ヘッド（３０ａ）は、制御ピストン（１０ａ）の第１の端部区分（３３ａ）に形成された凹部（３８ａ）に挿入されていて、該凹部（３８ａ）内で開放方向に移動可能である、請求項３記載の液圧式のパイロット制御装置。
5. 各ヘッド（３０ａ）が、対応するプランジャ（２４ａ）の開放方向での移動時に、凹部（３８ａ）の一方の端面（４０ａ）と当接させられるようになっている、請求項４記載の液圧式のパイロット制御装置。
6. 各圧力制御弁（２ａ）が、戻しばね（２６ａ）を有しており、該戻しばね（２６ａ）は、対応する圧力制御弁（２ａ）又はパイロット制御装置のケーシング（１）に支持されており且つプランジャ（２４ａ）を閉鎖方向に予負荷している、請求項１から５までのいずれか１項記載の液圧式のパイロット制御装置。
7. 各凹部（３８ａ）は閉鎖方向で戻り当接部（３２ａ）によって制限されており、該戻り当接部（３２ａ）に、対応するヘッド（３０ａ）が当接させられるようになっている、少なくとも請求項４及び６記載の液圧式のパイロット制御装置。
8. 制御ピストン（１０ａ）の第１の端部区分（３３ａ）が、それぞれ側方の貫通開口（５４ａ）を有しており、該貫通開口（５４ａ）を介してヘッド（３０ａ）が凹部（３８ａ）に挿入可能である、少なくとも請求項４、５及び７記載の液圧式のパイロット制御装置。
9. 制御ピストンが、開放方向で有効な第１の環状面（４２ａ）と、閉鎖方向で有効な第２の環状面（４４ａ）とを有する段付きピストン（１０ａ）であり、前記両環状面が、対応する圧力制御弁（２ａ）の作動接続部の圧力によって押圧されており、第１の環状面（４２ａ）は、第２の環状面（４４ａ）よりも小さい、請求項６から８までのいずれか１項記載の液圧式のパイロット制御装置。
10. ４つの圧力制御弁（２ａ）が設けられており、各２つの圧力制御弁（２ａ）が、対応する作動接続部を介して、消費装置の制御スライダに接続されている、請求項９記載の液圧式のパイロット制御装置。
11. 各圧力制御弁（２ａ）が、制御圧力室（１４ａ）と、タンク圧力室（１６ａ）と、その間に配置された作動圧力室（１２ａ）とを有しており、複数の制御圧力室（１４ａ）が、パイロット制御装置の制御圧力接続部（Ｐ）に接続されており、且つ複数のタンク圧力室（１６ａ）が、パイロット制御装置のタンク接続部に接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の液圧式のパイロット制御装置。
12. 各制御ピストン（１０ａ）が長手方向孔（５２ａ）を有しており、ケーシング（１）と、制御ピストン（１０ａ）の各プランジャ（２４ａ）とは反対側の第２の端部区分（４８ａ）との間に配置された室（５０ａ）が、前記長手方向孔（５２ａ）と貫通開口（５４ａ）とを介してタンク圧力室（１６ａ）に接続されている、少なくとも請求項６、８及び１１記載の液圧式のパイロット制御装置。
13. 操作装置（４，８）が、パワーショベル、バックホーローダー、テレスコピックローダー、ホイールローダー、コンパクトローダー又はクレーンのジョイスティックを有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の液圧式のパイロット制御装置。

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