JP2015098940A - 制御／調節機能を備える液圧バルブ装置 - Google Patents

制御／調節機能を備える液圧バルブ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】可動式機械の少なくとも１つの液圧消費部を制御／調節するための液圧バルブ装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系とを備え、上記合流相互接続系の出力部は、上記消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されており、上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの逆流バルブＲ１，Ｒ２が設けられている。本発明によれば、消費部戻り体積流を絞るための上記少なくとも１つの逆流バルブＲ１，Ｒ２は、消費部流入圧力に応じて開閉し、かつブッシング６ｂ内に配置された少なくとも１つの主ピストン５ｂと、上記ブッシング６ｂとは別個の蓋２ｂ内に配置された少なくとも２つの別のピストン９ｂ，１２ｂとを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、制御/調節機能を備える液圧バルブ装置、その液圧バルブ装置のための逆流バルブ、少なくとも１つの液圧バルブ装置を備える液圧式駆動装置、及び、上記液圧式駆動装置を備える可動式機械に関する。
今日、カートリッジ構造用のシートバルブは、さまざまな種類のものが市販されている。多くの製造業者が、非常に小さなものから特大の公称サイズのものまで、幅広い種類のシートバルブを提供している。小さい公称サイズのシートバルブは、液圧回路のパイロット操作システムに使用されることが多いことが判っている。これは、可動式液圧システムと固定式液圧システムの両方に当てはまる。油の高体積流用のシートバルブは、主に固定式液圧システムに使用される。
市販のカートリッジ構造用シートバルブは、多くの場合、外部からの信号（圧力信号、電気信号）によって制御され、外部制御装置を介してシステムに内蔵される必要がある。このことは、今日のカートリッジバルブは、可動式機械における使用のために必要な以下に記載の機能を欠いていることを意味する。既存のカートリッジバルブを可動式機械の液圧式制御システムにおいて使用する際には、電子又は電気制御ユニットが常に液圧式駆動装置の制御／調節機能を果たすためのアルゴリズムを実行し、これに応じてバルブを制御することが、多数の発明の応用において判っている。
このような機械のための液圧式制御システムの一例として、特許文献１が挙げられる。
独国特許出願公開第１１２００４００１９１６ Ｔ５号明細書
一般に、液圧バルブは、可動式機械（掘削機、ホイールローダ、クレーン等）の液圧式制御システム内の液圧消費部の正常な作動を確実なものとする機能を果たすことを目的に設けられる。液圧バルブの機能は、その種類（合流バルブ、流入バルブ、逆流バルブ）によって異なる。
特に可動式機械の液圧式制御システム内では、液圧式制御システム内の特定の状態と外部からの制御信号とに応じて、油の体積流の制御を実施するという役割を、新規な液圧バルブが担っている。
この接続は、液圧消費部相互接続系の中の逆流バルブの機能として、実現されるべきである。液圧消費部の戻り体積流を絞って、対応する消費部流入圧力を維持するために、上記逆流バルブは液圧消費部流入圧力に応じて開閉されるべきである。したがって、逆流バルブは、液圧消費部流入圧力によって直接調節されるべきである。
本発明によれば、この課題は、可動式機械の少なくとも１つの液圧消費部を制御／調節するための液圧バルブ装置であって、請求項１の構成を備える液圧バルブ装置によって解決される。具体的に、液圧バルブ装置は、少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系とを備え、上記合流相互接続系の出力部は、上記消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されており、上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの逆流バルブが設けられ、消費部戻り体積流を絞るべく、上記少なくとも１つの逆流バルブは、消費部流入圧力に応じて開閉し、かつブッシング内に配置された少なくとも１つの主ピストンと、上記ブッシングとは別個の蓋内に配置された少なくとも２つの別のピストンとを備える。
好ましい一実施形態においては、上記少なくとも１つの逆流バルブが、消費部圧力を最大圧力レベルに制限するための圧力制限機能を備えていてもよい。
別の好ましい実施形態においては、上記液圧バルブ装置が、外部からの制御信号に応じて上記消費部戻り体積流を絞るよう構成されていてもよい。
さらに別の好ましい実施形態においては、少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブが上記合流相互接続系及び／又は消費部相互接続系に配置され、上記少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブが、少なくとも２つのピストンを備え、主ピストンと反動ピストンが、互いに別々の要素に配置されていてもよい。
また別の例示的実施形態においては、上記合流相互接続系が、合流相互接続系に設けられた出力部に供給される体積流を合計又は分割してもよい。
したがって、必要に応じて、体積流を上記合流相互接続系に接続された消費部に放出することが可能になるので、有利である。
別の好ましい実施形態においては、上記消費部相互接続系は、上記少なくとも１つの液圧消費部の動きの方向を制御／調節するように構成されることと、上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブと少なくとも１つの逆流バルブとが、上記少なくとも１つの液圧消費部の動きの各方向に対して設けられていていることとのうちいずれか一方又は両方の構成を採ってもよい。
さらに別の好ましい実施形態においては、上記消費部相互接続系には、２つの合流バルブ／流入バルブと２つの逆流バルブとが設けられていてもよい。
本発明は、さらに、請求項１から７のいずれかに記載の液圧バルブ装置のための、逆流バルブに関する。
本発明は、また、液圧式駆動に関する。この液圧式駆動は、請求項１から７のいずれかに記載の少なくとも１つの液圧バルブ装置と、少なくとも１つの液圧消費部とを備える液圧式駆動システムであって、上記少なくとも１つの液圧消費部は、上記消費部相互接続系及び／又は少なくとも２つの液圧ポンプに液圧的に接続されており、上記液圧ポンプは、上記合流相互接続系と液圧的に接続されている。
本発明は、さらに、請求項９に記載の液圧式駆動システムを備える可動式機械に関する。
添付の図面に記載の例示的な実施形態を参照して、本発明の詳細と効果とを以下に詳述する。
液圧式駆動システムを概略的に示す図である。 液圧式駆動システムを概略的に示す図である。 合流バルブ／流入バルブの液圧回路図である。 合流バルブ／流入バルブの断面を示す図である。 逆流バルブの液圧回路図である。 逆流バルブの断面を示す図である。 バルブシートが圧入されたシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ａバージョン）。 一体化されたバルブシートを備えるシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ｂバージョン）。 総形フライス削りが適用されたシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ｃバージョン）。 ピストンに総形削りを適用することにより設けられた開口断面を示す図である（Ｄバージョン）。
液圧式制御システムは、図１に示すように構成可能である。図示した液圧式制御システムは、少なくとも２つの液圧ポンプと、少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系と、少なくとも１つの液圧消費部（直線駆動装置、回転駆動装置）とを備える。
上記液圧ポンプは、上記合流相互接続系と液圧的に接続されている。上記合流相互接続系によって、上記液圧ポンプの体積流が合算され、又は、合流相互接続系に備えられた対応の出力部に分配される。上記合流相互接続系は、合流ブロックに配置されていてもよく、個別のバルブブロック配列によって構成されてもよい。個別のバルブブロック配列によって構成される場合には、各バルブブロックは液圧ライン（管又はホース）によって、互いに接続される。
上記合流相互接続系の出力部は、消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されている。消費部相互接続系の出力部は、対応の液圧消費部と接続されている。消費部相互接続系は、液圧消費部のポートをタンク逆流又は液圧ポンプの流入体積流に選択的に接続することによって、液圧消費部が動く方向を調節するように構成されている。消費部相互接続系は、分配ブロック内に配置されてもよい。この場合、液圧式制御システム内に設けられた消費部のそれぞれに対し、少なくとも１つの分配ブロックが必要な機能を果たす。消費部相互接続系は、また、個別のバルブブロック配列によって構成されてもよい。この場合は、個別のバルブブロック配列間の液圧的接続は、液圧ライン（管又はホース）によって確立される。１つの液圧消費部に対して、複数の並列の分配相互接続系を設けることも可能である。
同様のシステム構造が、独国特許出願第１０２０１２００４０１２．１号明細書に既に記載されている。
記載の液圧式制御システム内では、新規な液圧バルブが異なる種類のバルブとして使用可能であるべきである。これらのバルブは、合流相互接続系内の合流バルブとして、分配部相互接続系内の流入バルブとして、及び／又は、分配部相互接続系内の逆流バルブとして使用可能であるべきである。
分配部相互接続系の流入バルブ及び逆流バルブは、液圧式制御システムにおいて、液圧消費部（直線駆動装置、回転駆動装置）の動きの方向を制御するために使用されるべきである。これらの液圧バルブは、液圧消費部の動きの方向のそれぞれに対して、少なくとも１つの流入バルブと少なくとも１つの逆流バルブとが当該の動きの方向を調節可能となるように配置されるべきである。すなわち、動きの方向のそれぞれについて、少なくとも１つの流入バルブ（図１におけるＺ１，Ｚ２）が、流入ポンプ体積流（一次側）と、対応する消費部ポート（二次側）との間の接続を確立可能であるべきである。同時に、少なくとも１つの逆流バルブ（図１におけるＲ１，Ｒ２）が、動きの方向のそれぞれについて、対応する消費部ポート（二次側）とタンク逆流との間の接続を確立可能であるべきである。
合流バルブは、ポンプ体積流量の割り当てを消費部に付与する。複数のポンプ体積流が１つの消費部に合計されてもよく、再度分割されてもよい。
１つの合流状態から別の状態への変更時の切換動作を大幅に簡易化するために、合流バルブは以下の機能を備えるべきである。
合流バルブの機能の作動・非作動は、統合型電磁切換バルブ（図１のＦ５，Ｆ６を参照）によってなされる。この統合型電磁切換バルブは、外部から供給される電気信号を介して作動する。制御信号が印加されないときは、合流バルブは非作動、すなわち、閉鎖されて開放できないようにされるべきである。制御信号が印加されると、 合流バルブは、印加された一次圧力（バルブ入力）に応じて、開放可能であるべきである（一次圧力開放）。
合流バルブの機能が電気制御信号を印加することにより有効化されると、合流バルブは、初期状態では閉じている。合流バルブ（一次側）の入力部で圧力が蓄積されると、バルブが開く（一次圧力開放機能）。バルブの手前における圧力が下がるか、又はバルブが非作動にされると、バルブは閉じる。
さらに、二次圧力（合流バルブ背後の圧力）が一次圧力（合流バルブの手前の圧力）よりも高い場合に合流バルブが閉じるように、反動機能を備えるべきである。この機能は、一次圧力開放機能よりも優先され、合流バルブの制御に関連して必要である。
上記の液圧式制御システムを可動式機械、特に液圧式掘削機に適用することにより、上記制御システムは、例えば、次のような機能を備えるべきである。なお、この機能は流入バルブに統合されるべきである。
流入バルブの機能の作動・非作動は、統合型電磁切換バルブ（図１のＦ２，Ｆ３を参照）によってなされる。この統合型電磁切換バルブは、外部から供給される電気信号を介して作動する。制御信号が印加されないときは、流入バルブは非作動、すなわち、閉鎖されて開放できないようにされるべきである。制御信号が印加されると、流入バルブは、印加された一次圧力（バルブ入力）に応じて、開放可能であるべきである（一次圧力開放）。
流入バルブの機能が電気制御信号を印加することにより有効化されると、流入バルブは、初期状態では閉じている。流入バルブ（一次側）の入力部で圧力が蓄積されると、バルブが開く。バルブの手前における圧力が下がるか、又はバルブが非作動にされると、バルブは閉じる。
さらに、二次圧力（流入バルブ背後の圧力）が一次圧力（流入バルブの手前の圧力）よりも高い場合に流入バルブが閉じるように、流入バルブは反動機能を備えるべきである。この機能は、一次圧力開放機能よりも優先され、消費部の負荷保持機能を実行するために流入バルブにおいて必要である。反動機能は、一次側体積流のポンプへの逆流を遮断する。したがって、ポンプからの漏れのせいで消費部が弱くなる（sink down）ことが防止される一方、他方では、ポンプは消費部からの圧力ピークから保護される。
可動式機械への適用において、液圧式制御システムは、各種の消費部（バックホウ付き液圧式掘削機においては、ホイストシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、運行用ギア駆動装置など）の不具合を起こすことなく、作動範囲四分円のすべてにおいて（in the four performance quadrants）作動可能であるべきである。したがって、液圧消費部は、正負の荷重を動きの両方向（液圧式直線駆動装置においては後退／伸長、液圧式回転駆動装置においては時計回り／反時計回り）を負担することが可能でなくてはならない。
負の荷重の場合、液圧式制御システムの液圧式開放回路内に装置が備えられなければならない。これにより、液圧消費部を制動して特定の速度に調整し得る。この特定の速度は、接続された液圧ポンプの付与された体積流（流出制御）に特徴付けられる。したがって、外部荷重によって液圧消費部が自発的に加速することが避けられるべきである。液圧消費部の自発的な加速は、消費部の一次側に負圧を生じさせ、この負圧は液圧式制御システム内にキャビテーションを起し得る。キャビテーションの発生によって、液圧式システムの各部が損傷を受け得る。このような事態は、どうしても避けなければならない。
この接続は、消費部相互接続系内の逆流バルブの機能として、確立されるべきである。液圧消費部戻り体積流を絞って、対応する消費部流入圧力を維持するために、逆流バルブは液圧消費部流入圧力に応じて開閉されるべきである。したがって、逆流バルブは、液圧消費部流入圧力によって直接調節されるべきである。
可動式機械の種々の消費部（バックホウ付き液圧式掘削機においては、ホイストシリンダ駆動装置、アームシリンダ駆動装置、バケットシリンダ駆動、運行用ギア駆動装置、など）への適用において、液圧式制御システムは二次圧力制限機能を備えるべきである。この機能は、液圧式制御システムを個々の液圧部材の過負荷から保護すべく、消費部圧力（二次圧力）を最大圧力レベルに制限する。図１の液圧式制御システムの構成においては、この機能は逆流バルブＲ１及びＲ２に統合され、消費部圧力が過度に高い場合に、これらのバルブが消費部圧力側からタンクへの開口を提供し、これによって、消費部圧力が特定の圧力レベルに制限される。
本発明は、可動式機械において使用すべく、図１の液圧式制御システムにおいて使用するために必要な上記機能を提供する液圧バルブの構造原則を備える。
図２には液圧回路図を示し、図３には合流バルブ／流入バルブの断面を示す。これらの２つのバルブ（合流バルブ及び流入バルブ）は、構造設計と作動モードにおいて同一である。
バルブの全体構造は、組込型バルブの原則に従って設計され、バルブブロック１ａのＤＩＮ ＩＳＯ ７３６８による規格ボアに挿入され、蓋２ａによって固定されている。軸方向の位置合わせにより、バルブの流入ポートＡ、流出ポートＢ及びタンクポートＴの接続が確実になされる。ここに示す断面は、ポートＡからポートＢまでに限った横断面である。ポートＡに圧力が印加されると、この圧力は同様に、反動ピストン１０ａを介して接続ボアを通ってバネ室３ａ内に達する。したがって、主ピストン４ａの２つの表面に同じ圧力がかかる。主ピストン４ａの上部の半径が下部の半径よりも大きいので、主ピストン４ａをバルブシート６ａに向けて押し下げる力が常に主ピストンに作用する。付勢された主バネ５ａによって、主ピストン４ａには、下向きに作用する力がさらにかかる。このように、開放されていない状態においては、主ピストン４ａは上記２つの力によって押圧されてバルブシート６ａに当接する。環状溝７ａは、常にタンクに接続されている。
図２のみに示すリリースバルブ８ａを非作動にすることによって、反動ピストン１０ａの表面９ａにタンク圧力が印加される。接続ボアを通じて、ポートＢの圧力が反動ピストン１０ａの第２の表面１１ａに印加される。バネ１２ａと協働して、この圧力は、反動ピストン１０ａの反対側の表面９ａにかかる圧力に逆らって作用する。反動ピストン１０ａへのこの加圧によって、ポートＡへの圧力とポートＢへの圧力の比較が可能になる。反動ピストン１０ａが非作動のとき、ボアがバネ室３ａと高圧との接続を解除し、バルブが閉じたままになる。合流バルブ／流入バルブを作動／解除すると、圧力がポートＡから反動ピストン１０ａの表面９ａまでリリースバルブ８ａを通過し、バネ室３ａとタンクとの間が接続される。バネ室３ａ内の圧力は低下し、この結果、主ピストン４ａが１ストローク動いてポートＡとポートＢとが接続される。リリースバルブ８ａが非作動になると、反動ピストン１０ａによって、高圧力とバネ室３ａとが再び接続される。この結果、主ピストン４ａが再度バルブシート６ａ内に移動し、主制御縁部を閉鎖する。ポートＡとポートＢとの間の流れは遮断される。
主制御縁部が開放され、ポートＢへの圧力がポートＡへの圧力よりも高くなると、上記力の比により、反動ピストン１０ａが、リリースバルブ８が非作動になったときと同じ位置になる。反動ピストン１０ａとの接続を介して、バネ室６ａには高圧力が印加され、これによって、主制御縁部が閉鎖される。ポートＡのへの圧力がポートＢへの圧力よりも再び高くなると、反動ピストン１０ａは表面９ａで押圧されて再度ストッパーに当接し、タンクへの接続が確立され、主制御縁部が再び開放される。
図４には液圧回路図を示し、図５には逆流バルブの断面を示す。
バルブの全体構造は、組込型バルブの原則に従って設計され、バルブブロック１ｂのＤＩＮ ＩＳＯ ７３６８による規格ボアに挿入され、蓋２ｂによって固定されている。軸方向の位置合わせにより、バルブの流入ポートＡ及び流出ポートＢの接続、並びに流入圧力（ｐ＿ｉｎｆｌｏｗ）及びタンクポートＴの接続が確実になされる。ここに示す断面は、ポートＡからポートＢまでに限った横断面である。ポートＡに圧力が印加されると、この圧力は同様に、接続ノズル３ｂを通つてバネ室４ｂ内に達する。したがって、ブッシング６ｂ内を軸方向に可動な主ピストン５ｂの上部側面と下部側面に同じ圧力がかかる。主ピストン５ｂの上部の半径が下部の半径よりも大きいので、主ピストン５ｂには、主ピストン５ｂを押し下げる力が常に作用する。付勢された主バネ１８ｂによって、主ピストン５ｂには、下向きに作用する力がさらにかかる。このように、開放されていない状態においては、主ピストン５ｂは上記２つの力によって押圧されてバルブシート７ｂに当接する。環状溝８ｂは、常にタンクに接続されている。逆流バルブ（図５には図示せず）のリリースバルブにおいては、非作動状態のバルブのポートはタンクラインＴに接続されている。逆流バルブが作動すると、タンクラインＴへの接続が遮断され、上記ポートは逆流とは反対の圧力室（流入圧力）と接続される。これによって、流入圧力が制御ピストン９ｂの制御表面に達する。この結果、制御ピストン９ｂが、規定の値から、２つの付勢されたバネ１０ｂに対抗して動く。流入圧力の大きさに応じて、バネ室４ｂと制御ピストン９ｂとの間に開口表面が形成され、バネ室４ｂの体積が選択的にシャトルバルブ１１ｂを介してタンクに通され、開放又は閉鎖速度に影響が与えられる。バネ室内の圧力低下は、主ピストン５ｂのストロークに影響する。主ピストン５ｂの位置に応じて、バルブをポートＡからＢへ横断するための開口表面が形成される。
流入圧力（ｐ＿ｉｎｆｌｏｗ）が上記規定の値よりも低くなると、タンクへの流入断面が制御ピストン９ｂにより遮断され、高圧力と接続される。したがって、ポートＡの圧力がバネ室４ｂに印加され、バネ室４ｂからこの圧力が同様に圧力制限ピストン１２ｂに印加される。調節機構１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを介して、圧力制限ピストン１２ｂは、バネ１３ｂによって円錐形シート１７ｂに対して付勢される。ポートＡへの圧力が調節可能値よりも高くなると、圧力制限ピストン１２ｂは、円錐形シート１７ｂから上昇し、タンクに体積流を放出する。これによって、バネ室４ｂ内の圧力が低下し、その結果、力の差異が生じる。この力の差異のせいで、主ピストン５ｂは上昇し、ポートＡ，Ｂの間の開口表面が形成される。この開口表面とポートＡ，Ｂ間の圧力差とに基づき、体積流が生じ、これによって、ポートＡの圧力が低下する。
図６に示すように、バルブの開口断面は、ピストンｃ１の軸方向位置とシートスリーブｃ２（バルブスリーブ）の設計との組合せによって決定される。ピストンｃ１とシートスリーブｃ２との設計の違いによる、Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄの４つの組合せを以下に説明する。これらの組合せは、流入バルブと逆流バルブの開口表面を形成するために、同等に使用可能である。
図６は、設計のＡバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて、流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、スリーブｃ３によって実現される。スリーブｃ３は、下方からバルブスリーブｃ２内に圧入されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面の縁部が、スリーブｃ３に当接する。
図７は、開口表面を形成するためのＢバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたシートスリーブｃ２に直接統合されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面がシートスリーブｃ２に当接する。
図８は、開口表面を形成するためのＣバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形フライス削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたシートスリーブｃ２に直接統合されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面が、シートスリーブｃ２に当接する。
図９は、開口表面を形成するためのＤバージョンを示す。ここでは、ピストンｃ１に総形削りが適用されている。ピストンｃ１は、その軸方向位置に応じて、かつシートスリーブｃ２と協働することにより、バルブの開口断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたピストンｃ１により、シートスリーブｃ２内に実現される。
本発明は、制御/調節機能を備える液圧バルブ装置、その液圧バルブ装置のための逆流バルブ、少なくとも１つの液圧バルブ装置を備える液圧式駆動装置、及び、上記液圧式駆動装置を備える可動式機械に関する。
今日、カートリッジ構造用のシートバルブは、さまざまな種類のものが市販されている。多くの製造業者が、非常に小さなものから特大の公称サイズのものまで、幅広い種類のシートバルブを提供している。小さい公称サイズのシートバルブは、液圧回路のパイロット操作システムに使用されることが多いことが判っている。これは、可動式液圧システムと固定式液圧システムの両方に当てはまる。油の高体積流用のシートバルブは、主に固定式液圧システムに使用される。
市販のカートリッジ構造用シートバルブは、多くの場合、外部からの信号（圧力信号、電気信号）によって制御され、外部制御装置を介してシステムに内蔵される必要がある。このことは、今日のカートリッジバルブは、可動式機械における使用のために必要な以下に記載の機能を欠いていることを意味する。既存のカートリッジバルブを可動式機械の液圧式制御システムにおいて使用する際には、電子又は電気制御ユニットが常に液圧式駆動装置の制御／調節機能を果たすためのアルゴリズムを実行し、これに応じてバルブを制御することが、多数の発明の応用において判っている。
このような機械のための液圧式制御システムの一例として、特許文献１が挙げられる。
独国特許出願公開第１１２００４００１９１６ Ｔ５号明細書
一般に、液圧バルブは、可動式機械（掘削機、ホイールローダ、クレーン等）の液圧式制御システム内の液圧消費部の正常な作動を確実なものとする機能を果たすことを目的に設けられる。液圧バルブの機能は、その種類（合流バルブ、流入バルブ、逆流バルブ）によって異なる。
特に可動式機械の液圧式制御システム内では、液圧式制御システム内の特定の状態と外部からの制御信号とに応じて、油の体積流の制御を実施するという役割を、新規な液圧バルブが担っている。
この接続は、液圧消費部相互接続系の中の逆流バルブの機能として、実現されるべきである。液圧消費部の戻り体積流を絞って、対応する消費部流入圧力を維持するために、上記逆流バルブは液圧消費部流入圧力に応じて開閉されるべきである。したがって、逆流バルブは、液圧消費部流入圧力によって直接調節されるべきである。
本発明によれば、この課題は、可動式機械の少なくとも１つの液圧消費部を制御／調節するための液圧バルブ装置であって、請求項１の構成を備える液圧バルブ装置によって解決される。具体的に、液圧バルブ装置は、少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系とを備え、上記合流相互接続系の出力部は、上記消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されており、上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの逆流バルブが設けられ、消費部戻り体積流を絞るべく、上記少なくとも１つの逆流バルブは、消費部流入圧力に応じて開閉し、かつブッシング内に配置された少なくとも１つの主ピストンと、上記ブッシングとは別個の蓋内に配置された少なくとも２つの別のピストンとを備える。
好ましい一実施形態においては、上記少なくとも１つの逆流バルブが、消費部圧力を最大圧力レベルに制限するための圧力制限機能を備えていてもよい。
別の好ましい実施形態においては、上記液圧バルブ装置が、外部からの制御信号に応じて上記消費部戻り体積流を絞るよう構成されていてもよい。
さらに別の好ましい実施形態においては、少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブが上記合流相互接続系及び／又は消費部相互接続系に配置され、上記少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブが、少なくとも２つのピストンを備え、主ピストンと反動ピストンが、互いに別々の要素に配置されていてもよい。
また別の例示的実施形態においては、上記合流相互接続系が、合流相互接続系に設けられた出力部に供給される体積流を合計又は分割してもよい。
したがって、必要に応じて、体積流を上記合流相互接続系に接続された消費部に放出することが可能になるので、有利である。
別の好ましい実施形態においては、上記消費部相互接続系は、上記少なくとも１つの液圧消費部の動きの方向を制御／調節するように構成されることと、上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブと少なくとも１つの逆流バルブとが、上記少なくとも１つの液圧消費部の動きの各方向に対して設けられていていることとのうちいずれか一方又は両方の構成を採ってもよい。
さらに別の好ましい実施形態においては、上記消費部相互接続系には、２つの合流バルブ／流入バルブと２つの逆流バルブとが設けられていてもよい。
本発明は、さらに、請求項１から７のいずれかに記載の液圧バルブ装置のための、逆流バルブに関する。
本発明は、また、液圧式駆動に関する。この液圧式駆動は、請求項１から７のいずれかに記載の少なくとも１つの液圧バルブ装置と、少なくとも１つの液圧消費部とを備える液圧式駆動システムであって、上記少なくとも１つの液圧消費部は、上記消費部相互接続系及び／又は少なくとも２つの液圧ポンプに液圧的に接続されており、上記液圧ポンプは、上記合流相互接続系と液圧的に接続されている。
本発明は、さらに、請求項９に記載の液圧式駆動システムを備える可動式機械に関する。
添付の図面に記載の例示的な実施形態を参照して、本発明の詳細と効果とを以下に詳述する。
液圧式駆動システムを概略的に示す図である。 液圧式駆動システムを概略的に示す図である。 合流バルブ／流入バルブの液圧回路図である。 合流バルブ／流入バルブの断面を示す図である。 逆流バルブの液圧回路図である。 逆流バルブの断面を示す図である。 バルブシートが圧入されたシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ａバージョン）。 一体化されたバルブシートを備えるシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ｂバージョン）。 総形フライス削りが適用されたシートスリーブの開口の断面を示す図である（Ｃバージョン）。 ピストンに総形削りを適用することにより設けられた開口断面を示す図である（Ｄバージョン）。
液圧式制御システムは、図１に示すように構成可能である。図示した液圧式制御システムは、少なくとも２つの液圧ポンプと、少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系と、少なくとも１つの液圧消費部（直線駆動装置、回転駆動装置）とを備える。
上記液圧ポンプは、上記合流相互接続系と液圧的に接続されている。上記合流相互接続系によって、上記液圧ポンプの体積流が合算され、又は、合流相互接続系に備えられた対応の出力部に分配される。上記合流相互接続系は、合流ブロックに配置されていてもよく、個別のバルブブロック配列によって構成されてもよい。個別のバルブブロック配列によって構成される場合には、各バルブブロックは液圧ライン（管又はホース）によって、互いに接続される。
上記合流相互接続系の出力部は、消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されている。消費部相互接続系の出力部は、対応の液圧消費部と接続されている。消費部相互接続系は、液圧消費部のポートをタンク逆流又は液圧ポンプの流入体積流に選択的に接続することによって、液圧消費部が動く方向を調節するように構成されている。消費部相互接続系は、分配ブロック内に配置されてもよい。この場合、液圧式制御システム内に設けられた消費部のそれぞれに対し、少なくとも１つの分配ブロックが必要な機能を果たす。消費部相互接続系は、また、個別のバルブブロック配列によって構成されてもよい。この場合は、個別のバルブブロック配列間の液圧的接続は、液圧ライン（管又はホース）によって確立される。１つの液圧消費部に対して、複数の並列の分配相互接続系を設けることも可能である。
同様のシステム構造が、独国特許出願第１０２０１２００４０１２．１号明細書に既に記載されている。
記載の液圧式制御システム内では、新規な液圧バルブが異なる種類のバルブとして使用可能であるべきである。これらのバルブは、合流相互接続系内の合流バルブとして、分配部相互接続系内の流入バルブとして、及び／又は、分配部相互接続系内の逆流バルブとして使用可能であるべきである。
分配部相互接続系の流入バルブ及び逆流バルブは、液圧式制御システムにおいて、液圧消費部（直線駆動装置、回転駆動装置）の動きの方向を制御するために使用されるべきである。これらの液圧バルブは、液圧消費部の動きの方向のそれぞれに対して、少なくとも１つの流入バルブと少なくとも１つの逆流バルブとが当該の動きの方向を調節可能となるように配置されるべきである。すなわち、動きの方向のそれぞれについて、少なくとも１つの流入バルブ（図１におけるＺ１，Ｚ２）が、流入ポンプ体積流（一次側）と、対応する消費部ポート（二次側）との間の接続を確立可能であるべきである。同時に、少なくとも１つの逆流バルブ（図１におけるＲ１，Ｒ２）が、動きの方向のそれぞれについて、対応する消費部ポート（二次側）とタンク逆流との間の接続を確立可能であるべきである。
合流バルブは、ポンプ体積流量の割り当てを消費部に付与する。複数のポンプ体積流が１つの消費部に合計されてもよく、再度分割されてもよい。
１つの合流状態から別の状態への変更時の切換動作を大幅に簡易化するために、合流バルブは以下の機能を備えるべきである。
合流バルブの機能の作動・非作動は、統合型電磁切換バルブ（図１のＦ５，Ｆ６を参照）によってなされる。この統合型電磁切換バルブは、外部から供給される電気信号を介して作動する。制御信号が印加されないときは、合流バルブは非作動、すなわち、閉鎖されて開放できないようにされるべきである。制御信号が印加されると、合流バルブは、印加された一次圧力（バルブ入力）に応じて、開放可能であるべきである（一次圧力開放）。
合流バルブの機能が電気制御信号を印加することにより有効化されると、合流バルブは、初期状態では閉じている。合流バルブ（一次側）の入力部で圧力が蓄積されると、バルブが開く（一次圧力開放機能）。バルブの手前における圧力が下がるか、又はバルブが非作動にされると、バルブは閉じる。
さらに、二次圧力（合流バルブ背後の圧力）が一次圧力（合流バルブの手前の圧力）よりも高い場合に合流バルブが閉じるように、反動機能を備えるべきである。この機能は、一次圧力開放機能よりも優先され、合流バルブの制御に関連して必要である。
上記の液圧式制御システムを可動式機械、特に液圧式掘削機に適用することにより、上記制御システムは、例えば、次のような機能を備えるべきである。なお、この機能は流入バルブに統合されるべきである。
流入バルブの機能の作動・非作動は、統合型電磁切換バルブ（図１のＦ２，Ｆ３を参照）によってなされる。この統合型電磁切換バルブは、外部から供給される電気信号を介して作動する。制御信号が印加されないときは、流入バルブは非作動、すなわち、閉鎖されて開放できないようにされるべきである。制御信号が印加されると、流入バルブは、印加された一次圧力（バルブ入力）に応じて、開放可能であるべきである（一次圧力開放）。
流入バルブの機能が電気制御信号を印加することにより有効化されると、流入バルブは、初期状態では閉じている。流入バルブ（一次側）の入力部で圧力が蓄積されると、バルブが開く。バルブの手前における圧力が下がるか、又はバルブが非作動にされると、バルブは閉じる。
さらに、二次圧力（流入バルブ背後の圧力）が一次圧力（流入バルブの手前の圧力）よりも高い場合に流入バルブが閉じるように、流入バルブは反動機能を備えるべきである。この機能は、一次圧力開放機能よりも優先され、消費部の負荷保持機能を実行するために流入バルブにおいて必要である。反動機能は、一次側体積流のポンプへの逆流を遮断する。したがって、ポンプからの漏れのせいで消費部が弱くなる（sink down）ことが防止される一方、他方では、ポンプは消費部からの圧力ピークから保護される。
可動式機械への適用において、液圧式制御システムは、各種の消費部（バックホウ付き液圧式掘削機においては、ホイストシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、運行用ギア駆動装置など）の不具合を起こすことなく、作動範囲四分円のすべてにおいて（in the four performance quadrants）作動可能であるべきである。したがって、液圧消費部は、正負の荷重を動きの両方向（液圧式直線駆動装置においては後退／伸長、液圧式回転駆動装置においては時計回り／反時計回り）を負担することが可能でなくてはならない。
負の荷重の場合、液圧式制御システムの液圧式開放回路内に装置が備えられなければならない。これにより、液圧消費部を制動して特定の速度に調整し得る。この特定の速度は、接続された液圧ポンプの付与された体積流（流出制御）に特徴付けられる。したがって、外部荷重によって液圧消費部が自発的に加速することが避けられるべきである。液圧消費部の自発的な加速は、消費部の一次側に負圧を生じさせ、この負圧は液圧式制御システム内にキャビテーションを起し得る。キャビテーションの発生によって、液圧式システムの各部が損傷を受け得る。このような事態は、どうしても避けなければならない。
この接続は、消費部相互接続系内の逆流バルブの機能として、確立されるべきである。液圧消費部戻り体積流を絞って、対応する消費部流入圧力を維持するために、逆流バルブは液圧消費部流入圧力に応じて開閉されるべきである。したがって、逆流バルブは、液圧消費部流入圧力によって直接調節されるべきである。
可動式機械の種々の消費部（バックホウ付き液圧式掘削機においては、ホイストシリンダ駆動装置、アームシリンダ駆動装置、バケットシリンダ駆動、運行用ギア駆動装置、など）への適用において、液圧式制御システムは二次圧力制限機能を備えるべきである。この機能は、液圧式制御システムを個々の液圧部材の過負荷から保護すべく、消費部圧力（二次圧力）を最大圧力レベルに制限する。図１の液圧式制御システムの構成においては、この機能は逆流バルブＲ１及びＲ２に統合され、消費部圧力が過度に高い場合に、これらのバルブが消費部圧力側からタンクへの開口を提供し、これによって、消費部圧力が特定の圧力レベルに制限される。
本発明は、可動式機械において使用すべく、図１の液圧式制御システムにおいて使用するために必要な上記機能を提供する液圧バルブの構造原則を備える。
図２には液圧回路図を示し、図３には合流バルブ／流入バルブの断面を示す。これらの２つのバルブ（合流バルブ及び流入バルブ）は、構造設計と作動モードにおいて同一である。
バルブの全体構造は、スリップインバルブ（slip in valve）に従って設計され、バルブブロック１ａのＤＩＮ ＩＳＯ ７３６８による規格ボアに挿入され、蓋２ａによって固定されている。軸方向の位置合わせにより、バルブの流入ポートＡ、流出ポートＢ及びタンクポートＴの接続が確実になされる。ここに示す断面は、ポートＡからポートＢまでに限った横断面である。ポートＡに圧力が印加されると、この圧力は同様に、反動ピストン１０ａを介して接続ボアを通ってバネ室３ａ内に達する。したがって、主ピストン４ａの２つの表面に同じ圧力がかかる。主ピストン４ａの上部の半径が下部の半径よりも大きいので、主ピストン４ａをバルブシート６ａに向けて押し下げる力が常に主ピストンに作用する。付勢された主バネ５ａによって、主ピストン４ａには、下向きに作用する力がさらにかかる。このように、開放されていない状態においては、主ピストン４ａは上記２つの力によって押圧されてバルブシート６ａに当接する。環状溝７ａは、常にタンクに接続されている。
図２のみに示すリリースバルブ８ａを非作動にすることによって、反動ピストン１０ａの表面９ａにタンク圧力が印加される。接続ボアを通じて、ポートＢの圧力が反動ピストン１０ａの第２の表面１１ａに印加される。バネ１２ａと協働して、この圧力は、反動ピストン１０ａの反対側の表面９ａにかかる圧力に逆らって作用する。反動ピストン１０ａへのこの加圧によって、ポートＡへの圧力とポートＢへの圧力の比較が可能になる。反動ピストン１０ａが非作動のとき、ボアがバネ室３ａと高圧との接続を解除し、バルブが閉じたままになる。合流バルブ／流入バルブを作動／解除すると、圧力がポートＡから反動ピストン１０ａの表面９ａまでリリースバルブ８ａを通過し、バネ室３ａとタンクとの間が接続される。バネ室３ａ内の圧力は低下し、この結果、主ピストン４ａが１ストローク動いてポートＡとポートＢとが接続される。リリースバルブ８ａが非作動になると、反動ピストン１０ａによって、高圧力とバネ室３ａとが再び接続される。この結果、主ピストン４ａが再度バルブシート６ａ内に移動し、主制御縁部を閉鎖する。ポートＡとポートＢとの間の流れは遮断される。
主制御縁部が開放され、ポートＢへの圧力がポートＡへの圧力よりも高くなると、上記力の比により、反動ピストン１０ａが、リリースバルブ８が非作動になったときと同じ位置になる。反動ピストン１０ａとの接続を介して、バネ室６ａには高圧力が印加され、これによって、主制御縁部が閉鎖される。ポートＡのへの圧力がポートＢへの圧力よりも再び高くなると、反動ピストン１０ａは表面９ａで押圧されて再度エンドストップに当接し、タンクへの接続が確立され、主制御縁部が再び開放される。
図４には液圧回路図を示し、図５には逆流バルブの断面を示す。
バルブの全体構造は、スリップインバルブ（slip in valve）に従って設計され、バルブブロック１ｂのＤＩＮ ＩＳＯ ７３６８による規格ボアに挿入され、蓋２ｂによって固定されている。軸方向の位置合わせにより、バルブの流入ポートＡ及び流出ポートＢの接続、並びに流入圧力（ｐ＿ｉｎｆｌｏｗ）及びタンクポートＴの接続が確実になされる。ここに示す断面は、ポートＡからポートＢまでに限った横断面である。ポートＡに圧力が印加されると、この圧力は同様に、接続ノズル３ｂを通つてバネ室４ｂ内に達する。したがって、ブッシング６ｂ内を軸方向に可動な主ピストン５ｂの上部側面と下部側面に同じ圧力がかかる。主ピストン５ｂの上部の半径が下部の半径よりも大きいので、主ピストン５ｂには、主ピストン５ｂを押し下げる力が常に作用する。付勢された主バネ１８ｂによって、主ピストン５ｂには、下向きに作用する力がさらにかかる。このように、開放されていない状態においては、主ピストン５ｂは上記２つの力によって押圧されてバルブシート７ｂに当接する。環状溝８ｂは、常にタンクに接続されている。逆流バルブ（図５には図示せず）のリリースバルブにおいては、非作動状態のバルブのポートはタンクラインＴに接続されている。逆流バルブが作動すると、タンクラインＴへの接続が遮断され、上記ポートは逆流とは反対の圧力室（流入圧力）と接続される。これによって、流入圧力が制御ピストン９ｂの制御表面に達する。この結果、制御ピストン９ｂが、規定の値から、２つの付勢されたバネ１０ｂに対抗して動く。流入圧力の大きさに応じて、バネ室４ｂと制御ピストン９ｂとの間に開口表面が形成され、バネ室４ｂの体積が選択的にシャトルバルブ１１ｂを介してタンクに通され、開放又は閉鎖速度に影響が与えられる。バネ室内の圧力低下は、主ピストン５ｂのストロークに影響する。主ピストン５ｂの位置に応じて、バルブをポートＡからＢへ横断するための開口表面が形成される。
流入圧力（ｐ＿ｉｎｆｌｏｗ）が上記規定の値よりも低くなると、タンクへの流入断面が制御ピストン９ｂにより遮断され、高圧力と接続される。したがって、ポートＡの圧力がバネ室４ｂに印加され、バネ室４ｂからこの圧力が同様に圧力制限ピストン１２ｂに印加される。調節機構１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを介して、圧力制限ピストン１２ｂは、バネ１３ｂによって円錐形シート１７ｂに対して付勢される。ポートＡへの圧力が調節可能値よりも高くなると、圧力制限ピストン１２ｂは、円錐形シート１７ｂから上昇し、タンクに体積流を放出する。これによって、バネ室４ｂ内の圧力が低下し、その結果、力の差異が生じる。この力の差異のせいで、主ピストン５ｂは上昇し、ポートＡ，Ｂの間の開口表面が形成される。この開口表面とポートＡ，Ｂ間の圧力差とに基づき、体積流が生じ、これによって、ポートＡの圧力が低下する。
図６に示すように、バルブの開口断面は、ピストンｃ１の軸方向位置とシートスリーブｃ２（バルブスリーブ）の設計との組合せによって決定される。ピストンｃ１とシートスリーブｃ２との設計の違いによる、Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄの４つの組合せを以下に説明する。これらの組合せは、流入バルブと逆流バルブの開口表面を形成するために、同等に使用可能である。
図６は、設計のＡバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて、流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、スリーブｃ３によって実現される。スリーブｃ３は、下方からバルブスリーブｃ２内に圧入されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面の縁部が、スリーブｃ３に当接する。
図７は、開口表面を形成するためのＢバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたシートスリーブｃ２に直接統合されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面がシートスリーブｃ２に当接する。
図８は、開口表面を形成するためのＣバージョンを示す。バルブスリーブｃ２の内部には総形フライス削りが適用されている。バルブスリーブｃ２は、ピストンｃ１の軸方向位置に応じて流れ断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたシートスリーブｃ２に直接統合されている。バルブが閉じているときには、ピストンｃ１の端面が、シートスリーブｃ２に当接する。
図９は、開口表面を形成するためのＤバージョンを示す。ここでは、ピストンｃ１に総形削りが適用されている。ピストンｃ１は、その軸方向位置に応じて、かつシートスリーブｃ２と協働することにより、バルブの開口断面を決定する。バルブの封止シートは、対応するように形成されたピストンｃ１により、シートスリーブｃ２内に実現される。

Claims (10)

  1. 可動式機械の少なくとも１つの液圧消費部（Ｖ１）を制御／調節するための液圧バルブ装置であって、
    上記液圧バルブ装置は、
    少なくとも２つの液圧バルブの合流相互接続系と、
    液圧バルブの少なくとも１つの消費部相互接続系とを備え、
    上記合流相互接続系の出力部は、上記消費部相互接続系の入力部と液圧的に接続されており、
    上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）が設けられ、
    消費部戻り体積流を絞るべく、上記少なくとも１つの逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）は、消費部流入圧力に応じて開閉し、かつブッシング（６ｂ）内に配置された少なくとも１つの主ピストン（５ｂ）と、上記ブッシング（６ｂ）とは別個の蓋（２ｂ）内に配置された少なくとも２つの別のピストン（９ｂ，１２ｂ）とを備えることを特徴とする液圧バルブ装置。
  2. 請求項１に記載の液圧バルブ装置において、
    上記少なくとも１つの逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）が、消費部圧力を最大圧力レベルに制限するための圧力制限機能を備えることを特徴とする液圧バルブ装置。
  3. 請求項１又は２に記載の液圧バルブ装置において、
    外部からの制御信号に応じて、上記消費部戻り体積流を絞ることを特徴とする液圧バルブ装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液圧バルブ装置において、
    少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブ（Ｓ１，Ｓ２，Ｚ１，Ｚ２）が上記合流相互接続系及び／又は消費部相互接続系に配置され、
    上記少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブ（Ｓ１，Ｓ２，Ｚ１，Ｚ２）が、少なくとも２つのピストン（４ａ，１０ａ）を備え、
    主ピストン（４ａ）と反動ピストン（１０ａ）が、互いに別々の要素に配置されていることを特徴とする液圧バルブ装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液圧バルブ装置において、
    上記合流相互接続系が、合流相互接続系に設けられた出力部に供給される体積流を合計又は分割することを特徴とする液圧バルブ装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液圧バルブ装置において、
    上記消費部相互接続系は、上記少なくとも１つの液圧消費部（Ｖ１）の動きの方向を制御／調節するように構成されることと、
    上記消費部相互接続系には、少なくとも１つの合流バルブ／流入バルブ（Ｓ１，Ｓ２，Ｚ１，Ｚ２）と少なくとも１つの逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）とが、上記少なくとも１つの液圧消費部（Ｖ１）の動きの各方向に対して設けられていることと
    のうちいずれか一方又は両方を特徴とする液圧バルブ装置。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の液圧バルブ装置において、
    上記消費部相互接続系には、２つの合流バルブ／流入バルブ（Ｓ１，Ｓ２，Ｚ１，Ｚ２）と２つの逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）とが設けられていることを特徴とする液圧バルブ装置。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の液圧バルブ装置のための、逆流バルブ（Ｒ１，Ｒ２）。
  9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの液圧バルブ装置と、
    少なくとも１つの液圧消費部（Ｖ１）とを備える液圧式駆動システムであって、
    上記少なくとも１つの液圧消費部（Ｖ１）は、上記消費部相互接続系及び／又は少なくとも２つの液圧ポンプ（Ｐ１，Ｐ２）に液圧的に接続されており、
    上記少なくとも２つの液圧ポンプ（Ｐ１，Ｐ２）は、上記合流相互接続系と液圧的に接続されていることを特徴とする液圧式駆動システム。
  10. 請求項９に記載の液圧式駆動システムを備える可動式機械。
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