JP2016529456A - バルブ及びそのクラッチへの使用 - Google Patents

Abstract

バルブハウジング１０内を長手方向移動可能に誘導され操作装置１４によって操作可能なバルブピストン１２を備えたバルブ、特に比例圧力制御弁であって、前記バルブハウジング１０は複数の流体接続部Ρ、Α、Τを有しており、前記バルブピストン１２の一方の移動位置では圧力供給接続部Ｐと作業接続部Ａとの間に流体誘導接続路が形成され、他方の移動位置では作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間に別の流体誘導接続が形成されている、バルブにおいて、作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の別の流体誘導接続を貫流する際に発生するその都度の差圧が駆動装置３０を介して前記バルブピストン１２に作用して、前記バルブピストン１２は前記別の流体誘導接続が次第に遮断される起点となる衝止位置３２と反対方向に動いて完全に開いた開放位置に達し、前記開放位置で衝止位置３２よりも拡大された作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの開放断面が達成される。【選択図】図１

Description

本発明は、バルブハウジング内を長手方向移動可能に誘導され操作装置によって操作可能なバルブピストンを備えたバルブ、特に比例圧力制御弁であって、バルブハウジングは複数の流体接続部を有しており、バルブピストンの一方の移動位置では圧力供給接続部と作業接続部との間に流体誘導接続路が形成され、他方の移動位置では作業接続部とタンク接続部との間に別の流体誘導接続が形成可能であるものに関する。本発明はさらにそのようなバルブのクラッチへの使用に関する。

いわゆる比例圧力制御弁として構成されたこのようなバルブは、移動作業機械でクラッチを電気油圧的に作動させるためにしばしば用いられる。

これらのクラッチは操作する際に最初に、クラッチとして働くことができるように摩擦面が接触点に達するまで通常はオイルである作動流体で満たされなければならない。このためにクラッチ内でばね力が克服されなければならない。ばね力によって生じさせられる圧力はしばしば非常に小さく（０．２ＭＰａ（２バール）未満）、クラッチ圧力をさらに高めると最後に摩擦力によりトルクを伝達できるようにするほどの垂直抗力がクラッチライニングに生じる。

クラッチを遮断する際にこれらの小さいばね力が問題となる。なぜならそれぞれのクラッチディスクを割り当てられたストップ面から離すために、比例圧力制御弁を通るオイル流を形成するのにこれらのばね力によって生じる圧力しか利用できないからである。

したがって、これらのバルブでは、作業接続部からタンク接続部に貫流する際の圧力損失は極めて小さくなければならないという要求がある。なぜなら、このようにしてのみクラッチを高速で確実に遮断することが可能だからである。

現在慣用の技術においては直接制御される比例圧力制御弁で動作行程の大きい磁石を使用することにより、可能な限り大きい流動断面が開放される。同時に、その際に磁力と流動力の比が不都合にならないようにするために、可能な限り多くの磁力も使用される。そのため操作磁石として構成された大型の高価な操作装置が必要となる。

これらの短所に対処することは、バルブ技術とクラッチ技術の分野における当業者の平均的能力に属するが、そのために力は等しいが構造寸法の小さい、その限りで廉価でもある操作磁石と置き換えようとしたら、直線的な力・行程範囲は必然的に短縮するであろう。クラッチから流体媒体を高速に排除するために完全な開放断面を縮小したくなければ、バルブピストンの本来のバルブ行程を短縮してはならないが、そうすると不可避的にバルブ投入時にばね力が操作磁石を非直線的な力の領域に留めるという結果になり、最終位置から「磁石を引き剥がす」ために極めて多くの磁流が必要とされるであろう。

磁力がばね力を上回る瞬間には力・行程曲線の急上昇する部分に入り、ばね力が増して磁力とばね力との平衡は失われるであろう。これはバルブのＰ−Ｉ特性曲線上で始動ジャンプとして現れ、その結果としてクラッチが外れて車両は突然発進するが、これは特に移動作業機械においては安全上の観点から容認されない。

本発明の課題は、この従来技術から出発して、公知のバルブソリューションをそれらの利点を保ちながらさらに改善して、連結領域で使用する際は常に上述した始動ジャンプが回避されるとともに、バルブは廉価に実現でき、安定した機能で動作できるようにすることである。

上記の課題は、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、作業接続部とタンク接続部との間の別の流体誘導接続を貫流する際に発生するその都度の差圧が駆動装置を介してバルブピストンに作用して、バルブピストンは別の流体誘導接続が次第に遮断される起点となる衝止位置と反対方向に動いて完全に開いた開放位置に達し、この開放位置において、衝止位置よりも大きい作業接続部からタンク接続部への開放断面が達成されることにより、Ｐ−Ｉ特性曲線の始動ジャンプを甘受することなくバルブピストン行程を拡大する可能性が提供される。本発明によるバルブはしたがってクラッチの負荷が除去されると非常に大きい開放断面を生み出し、それによりクラッチが迅速に分離できるようにする。

本発明によるバルブはクラッチにおける使用に限られる必要はなく、基本的にスペース及び／又はコストの理由から操作磁石によって構成された小型の操作装置しか使用できない場合に応用でき、同時にバルブピストンの自由な移動経路を操作磁石の可能な操作領域を超えて拡大して、非常に大きい開放断面を実現し、流体排出を改善するとともに、より多くの流体量を油圧システムに送り込む。

ここで、駆動装置は、好ましくはバルブハウジング内を案内されている制御通路を介してその都度の差圧を、さもなければ圧力平衡状態に保たれているバルブピストンのピストンリング面に誘導し、ピストンリング面は差圧の影響下で衝止位置から出発して完全に開いた開放位置に到達するようにされていることが好ましい。好ましくは円環面として設計されたこれらのピストンリング面への加圧作用を用いて前述の圧力制御が行なわれる。さらに、衝止位置はエネルギー蓄積手段、好ましくは圧縮ばねを介して付勢された円板状の衝止体によって形成するようになっており、衝止体はその衝止位置でバルブハウジング又は操作装置の固定部分に支持されている。

したがって、以上で説明され、他の比較可能なバルブ構造でも慣用されているように、上記のエネルギー蓄積手段のばね力は、制御ピストンを構成するバルブピストンに直接誘導されない。確かに本発明によるバルブソリューションでも慣用の通り、バルブピストンと圧縮ばねとの間に好ましくは円板として形成された衝止体が組み込まれており、衝止体は通常はバルブピストンと同期的に動き、このときに操作磁石が通電されていない限りバルブピストンをその出発位置に動かす目的でばね力を伝達する。しかしバルブピストンはさらに動くことができ、差圧制御されて上記の衝止位置を越えてその完全に開いた開放位置に到達してより大きい開放断面を可能にする。そのような継続運動はばね力の支援なしで、専らバルブを作業接続部からタンク接続部に貫流する際に強制的に発生する差圧の影響下で行われる。

上述したように、操作磁石を遮断することによって、タンク接続部に流体を誘導してクラッチの負荷が除去される。その際に前述のばね力はバルブピストンを押して、作業接続部から、したがってクラッチ使用機器からタンク接続部への貫流を可能にする位置、つまり円板状の衝止体が操作磁石の極体に当接する位置に入れる。しかしこのときバルブピストンの円環面に発生している差圧により、ピストンはばね力なしで操作磁石に向かって移動され、クラッチが完全に空になると直ちに差圧も、それによりバルブピストンに作用する力もなくなる。いまやバルブピストンはいわば中立状態にあり、電気操作磁石を再度投入すると、既に最低限の磁力のみでピストンを再び衝止板との接触点まで動かすことができる。こうして非直線的範囲では既に磁石の小さい操作力のみでピストンをこの中立的範囲から出すことができる。戻しばねとの接触点に達すると直ちに、電磁石又は操作磁石はその直線的範囲にあり、前述のＰ−Ｉ特性曲線は始動ジャンプなしにきれいに経過でき、滑らかな連結が保証されている。したがって本発明により、損失の少ない貫流ために重要なバルブ行程を制限することなく、直線的行程範囲が小さく磁力の大きい廉価な操作磁石が達成される。

以下に本発明によるバルブソリューションを図面に従う実施形態に基づいて説明する。

図面は原理的であり、縮尺通りではない。

比例圧力制御弁として構成されたバルブ全体の縦断面図である。 作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの流体接続が追加行程なしに部分的に解放された負荷除去位置におけるバルブを示す、図１の部分拡大図である。 作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの開放断面が拡大された行程オーバー位置におけるバルブを示す、図１の部分拡大図である。 反対側に栓で閉じられた駆動通路を記入した、図３に示す部分拡大図の図２に対応する図である。

これらの図に示されたバルブは比例圧力制御弁として構成されている。バルブはバルブハウジング１０内を長手方向移動可能に誘導されたバルブピストン１２を有している。バルブピストン若しくは制御ピストン１２はその個々の移動位置を占めるために、いわゆる操作磁石として形成された操作装置１４によって駆動可能である。操作磁石１４は従来の技術で作製されており、磁石固定具１６を動かすためにプラグ１８を介して通電可能なコイル巻線２０を有する。操作磁石１４はいわゆる加圧磁石として作製されている。即ち、コイル巻線２０に通電すると、磁石固定具１６は図１の視線方向で下方に動き、その操作ラム２２を介してバルブピストン１２に力を加えて移動運動させる。この場合、操作ラム２２の端面側の自由端部は、バルブピストン１２の自由端部と当接している。

操作磁石１４は耐圧性に作製されており、その極体２４は端部側でフランジプレート２６内に開口しており、このフランジプレート２６によってバルブ全体は詳細に図示しないバルブブロック又は制御ブロックに固持される。このように全バルブブロック又は制御ブロックに接続する前に、バルブハウジングは外周面がカートリッジ式のインサート部材として相応に設計されており、バルブブロック若しくは制御ブロック内の対応する流体接続部と接続するために外周面に配置されたシールリングを装備している。

特にこのためにバルブハウジング１０は半径方向に圧力供給接続部Ｐと作業接続部Ａを有し、軸方向に見てバルブハウジング１０の端面側の自由端部にタンク接続部Ｔを有している。圧力供給接続部Ｐを通して、例えば設定可能な量及び設定可能な圧力の油圧流体が、例えばハイドロポンプ（図示せず）から出て、別の接続部Ａ、Ｔを備えたバルブに供給される。ここでは特に得策として提示されているバルブのクラッチにおける使用のために、作業接続部Ａはそのようなクラッチ装置（図示せず）に接続されている。ここでタンク接続部Ｔについて言うと、これは慣用の戻り管でもあってもよい。戻り管は必ずしも貯蔵タンクに流入する必要はないが、常により低い圧力、例えば一般に．圧力供給接続部Ｐ及び作業接続部Ａにおける圧力より低いタンク圧力又は周囲圧力のオーダーの圧力を有する。

上述したバルブの構造は公知である。本発明による解決がそれらと異なっているのは、作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の流体誘導接続を貫流する際に発生するそれぞれの差圧が駆動装置３０を介してバルブピストン１２に作用して、バルブピストン１２が図１の表現に従い衝止位置３２と反対方向の完全に開いた開放位置に到達し、そこにおいて作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの開放断面が衝止位置３２（図１参照）より大きくなるようにした点である（図３参照）。

このために駆動装置３０はバルブハウジング１０内で軸方向に延びる制御通路３４を有しており、その都度の差圧をさもなければ圧力平衡状態に保たれているバルブピストン１２のピストンリング面３６に誘導し、ピストンリング面３６はこの差圧の影響下で衝止位置３２から出発して完全に開いた開放位置（図３参照）に移動できる。

前述の圧力作用を受けるピストンリング面３６は、バルブピストン１２の上方の段差移行部における直径差（ｄ₁−ｄ₂）から生じる。制御通路３４は、バルブハウジング１０の直径が拡大された流体室３８に開口しており、そこでバルブピストンの一方のピストンリング面がバルブピストンのすべての移動位置に誘導され、ピストンリング面３６は既述したようにタンク接続部Ｔに向って細くなっているバルブピストン１２の異なるピストン直径ｄ₁／ｄ₂の段差移行部から生じる。

図１及び図２の視線方向に見て制御通路３４は、バルブハウジング１０の自由な端面側から出る軸方向上方の自由端部で開口しており、そこで閉止栓４０により密閉されている。制御通路３４は下方端部では横方向で接続部Ａ’に開口しており、ここに詳細に図示しないバルブブロック又は制御ブロックを介して作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間のその都度の圧力が恒常的に発生している。この場合、圧力Ａ’は圧力Ａに等しくなるようにされている。制御通路３４の上端部が閉止栓４０によって閉じられている限り、閉止栓４０は制御通路３４から流体室３８へのアクセスを常に解放している。流体室３８を操作磁石１４に対して、及び圧力供給接続部Ｐに対して密閉できるように、バルブピストンは外周面に慣用的な方式の管路状の流体シール及び圧力中心溝４２を備えている。

既述の衝止位置３２は根本的に圧縮ばね４４として構成されたエネルギー蓄積手段により付勢された円板状衝止体４６によって形成されており、衝止体４６はこのために極体２４として構成された操作磁石１４の固定部分に支持されている。圧縮ばね４４を受容するために極体２４は円筒室状の凹部４８を有しており、凹部４８は操作ラム２２の自由端部に向って直径が縮小して衝止肩部５０を形成し、その端面で円板４６を衝止できるようになっている。

図の表現に従いバルブピストン１２はその直径が細くなっている端部５２で円板状衝止体４６の円筒状中央孔を貫入し、その自由端部５２の領域で連行部材５４の方式による直径拡大部を備えている。連行部材５４は図１及び図２の表現に従い上から円板４６を把持してこれと当接する。操作装置１４を操作すると、衝止体４６は圧縮ばね４４として構成されたエネルギー蓄積手段の作用に抗して衝止位置３２から出て最大可能作用位置に移動される。そこでは供給接続部Ｐと作業接続部Ａとの間に流体誘導接続が形成されて、作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの流体誘導接続は完全に遮断されている（図示せず）。次にこれのバルブ位置で作業接続部Ａに接続されているクラッチには、圧力供給接続部Ｐから設定可能な圧力と設定可能な量の流体が供給されて、冒頭に記したようにクラッチディスクはトルクを伝達する目的でクラッチばね力を克服して摩擦力によって互いに連続的に当接される。

操作磁石１４内部でもバルブピストン１２に対しても完全な圧力平衡を形成できるために、バルブピストン１２も操作ラムとして構成された棒状操作部材２２も連続した圧力平衡通路５６を備えている。圧力平衡通路５６はその一方の自由端部でタンク接続部Ｔに向かって開口し、他方の自由端部で移動可能な磁石固定具１６の部分と当接している。さらに個々の図に示されているように、圧力平衡通路５６は横孔５８を円筒状凹部４８に開口しており、凹部４８は極体２４の内部で圧縮ばね４４に対するばね室を形成している。圧縮ばね４４は図の視線方向に見て上方の自由端部で円板状衝止体４６と当接し、他の下方端部で終端板６０と当接しており、終端板６０はバルブハウジング１０の一方の自由端部と極体２４の隣接した端面側の端部との間に耐圧性に固持されている。

バルブピストン１２は衝止位置３２を占める際に別の直径縮小部６２を有しており、その軸方向長さは常に供給接続部Ｐが解放され、且つ作業接続部Ａがバルブピストン１２によって遮断され得るようになっており、バルブピストン１２が操作装置１４の影響下でタンク接続部Ｔに向かって、つまり図の視線方向で下方に動くに連れて供給接続部Ｐと作業接続部Ａとの間に流体誘導接続が次第に形成され、作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの接続が遮断される。

詳細に図示しないクラッチを解離するために、タンク接続部Ｔに流体を誘導してクラッチの負荷が除去されるが、そのために操作磁石１４は事前に遮断されていなければならない。このとき圧縮ばね４４のばね力がバルブピストン１２を、作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの貫流を可能にする位置に押し、円板４６は極体２４に向って移動して衝止位置３２に入る。そのような作業接続部Ａからタンク接続部Ｔへの追加行程のない負荷除去位置が図１と図２に示されている。

しかし図３及び図４の表現に従い、バルブピストン１２はこの衝止位置３２から出発してさらに上方に動くことができ、連行部材５４は円板４６の上側端面から離れて作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間により大きい開放断面を可能にする。図３及び図４はそのような行程オーバー位置にあるバルブを示す。このバルブピストン１２の行程オーバー運動は、バルブを作業接続部Ａからタンク接続部Ｔに貫流する際に強制的に発生する制御通路３４の接続部Ａ’における差圧を利用することにより、圧縮ばね４４のばね力の支援なしに行われる。この接続部Ａ’における差圧はピストン１２の円環面３６に作用して、ばね力なしでピストンを図３及び図４の視線方向でさらに上方に動かす。クラッチばねが個々のクラッチディスクを再び互いに離間させてクラッチから流体が完全になくなると、差圧、ひいてはバルブピストン１２に対する力の作用はなくなる。これによりバルブピストン１２は中立状態にあり、ここで操作磁石１４を改めて投入すると、最小限の力だけでバルブピストン１２を再び円板４６との接触点まで動かすことができ、連行部材５４は再び円板４６に衝止する。図１及び図２の表現に従うこの接触点に圧縮ばね４４によって到達すると、操作磁石若しくは電磁石１４はその直線的範囲にあり、いわゆるＰ−Ｉ特性曲線は始動ジャンプなくきれいに経過できる。さらに特に図４に示すように、流体室３８は上に向かって円錐状に細くなっており、バルブハウジング１０内のバルブピストン１２の直径ｄ₁に比べて直径が著しく拡大された流体室３８に円錐状の形移領域６４が形成されている。

総じて本発明によるバルブ構成によって、直線的行程範囲が小さく、したがって磁力の大きい廉価な操作磁石の使用が、損失の少ない貫流ために重要な全バルブ行程を制限することなく実現される。

Claims (11)

1. バルブハウジング（１０）内を長手方向移動可能に誘導され操作装置（１４）によって操作可能なバルブピストン（１２）を備えたバルブ、特に比例圧力制御弁であって、前記バルブハウジング（１０）は複数の流体接続部（Ρ、Α、Τ）を有しており、前記バルブピストン（１２）の一方の移動位置では圧力供給接続部（Ｐ）と作業接続部（Ａ）との間に流体誘導接続路が形成され、他方の移動位置では作業接続部（Ａ）とタンク接続部（Ｔ）との間に別の流体誘導接続が形成されている、バルブにおいて、
   作業接続部（Ａ）とタンク接続部（Ｔ）との間の別の流体誘導接続を貫流する際に発生するその都度の差圧が駆動装置（３０）を介して前記バルブピストン（１２）に作用して、前記バルブピストン（１２）は前記別の流体誘導接続が次第に遮断される起点となる衝止位置（３２）と反対方向に動いて完全に開いた開放位置に達し、前記開放位置で衝止位置（３２）よりも拡大された作業接続部（Ａ）からタンク接続部（Ｔ）への開放断面が達成されることを特徴とするバルブ。
2. 前記駆動装置（３０）は、好ましくはバルブハウジング（１０）内を案内されている制御通路（３４）を介してその都度の差圧を、さもなければ圧力平衡状態に保たれているバルブピストン（１２）のピストンリング面（３６）に誘導し、前記ピストンリング面（３６）は差圧の影響下で衝止位置（３２）から出発して完全に開いた開放位置（図３）に到達することを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記衝止位置（３２）はエネルギー蓄積手段、好ましくは圧縮ばね（４４）を介して付勢された衝止体（４６）によって生み出され、前記衝止体（４６）はバルブハウジング（１０）又は操作装置（１４）の固定部分に支持されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバルブ。
4. 前記衝止体は中央孔を備えた円板（４６）によって形成されていること、前記円板（４６）は衝止位置（３２）で端面が操作磁石（１４）の極体（２４）に支持されていること、及び前記圧縮ばね（４４）は一方の自由端部では円板（４６）に支持され、他方の自由端部ではバルブハウジング（１０）と極体（２４）との間で固持された終端板（６０）に支持されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のバルブ。
5. 前記バルブピストン（１２）はその一方の自由端部（５２）が衝止体（４６）を貫入し、前記自由端部（５２）の領域に連行部材（５４）を有しており、操作装置（１４）を操作すると前記連行部材（５４）はエネルギー蓄積手段（４４）の作用に抗して衝止体（４６）を衝止位置（３２）から離れて最大可能作用位置に移動させ、前記最大可能作用位置で供給接続部（Ｐ）と作業接続部（Ａ）との間に流体誘導接続路が形成されており、作業接続部（Ａ）からタンク接続部（Ｔ）への流体誘導接続が遮断されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のバルブ。
6. 前記操作装置（１４）は加圧作用を行う操作磁石から形成されていること、及びバルブピストン（１２）も操作磁石（１４）の棒状操作部材（２２）も連続した圧力平衡通路（５６）を有しており、前記圧力平衡通路（５６）はその一方の側でバルブピストン（１２）の移動位置に関わりなくタンク接続部（Ｔ）に開口していることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のバルブ。
7. 前記制御通路（３４）は、バルブハウジング（１０）の直径が拡大された流体室（３８）に開口しており、そこでバルブピストン（１２）の一方のピストンリング面（３６）がバルブピストン（１２）のすべての移動位置に誘導され、前記ピストンリング面（３６）はタンク接続部（Ｔ）に向って細くなっているバルブピストン（１２）の異なるピストン直径（ｄ₁／ｄ₂）の段差移行部から生じていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブ。
8. 前記制御通路（３４）は、バルブハウジング（１０）からの一方の終端側出口の領域で閉止栓（４０）によって閉じられており、前記閉止栓（４０）は制御通路（３４）の流体室（３８）への入口を解放していること、及び前記制御通路の他方の端部は作業接続部（Ａ）とタンク接続部（Ｔ）との間の差圧を触知する接続部（Α’）に開口していることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のバルブ。
9. 前記バルブピストン（１２）は衝止位置（３２）を占める際に別の直径縮小部（６２）を有しており、前記直径縮小部（６２）の軸方向長さは供給接続部（Ｐ）が解放され、且つ作業接続部（Ａ）がバルブピストン（１２）によって遮断されるものであること、及び前記バルブピストン（１２）が操作装置（１４）の影響下でタンク接続部（Ｔ）に向かって動くに連れて供給接続部（Ｐ）と作業接続部（Ａ）との間の流体誘導接続が次第に形成されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のバルブ。
10. 前記クラッチは少なくとも２枚のクラッチディスクからなり、前記クラッチディスクは連結した状態では操作されたバルブの作業接続部（Ａ）において操作圧力下でクラッチエネルギー蓄積手段の作用に抗して互いに摩擦接続に入り、解離した状態ではクラッチエネルギー蓄積手段の影響下で操作流体を作業接続部（Ａ）からタンク接続部（Ｔ）へ押し出し、前記バルブピストン（１２）が衝止位置（３２）に到達するまでの最初の開放断面と、前記バルブピストン（１２）が衝止位置（３２）から離れて操作装置（１４）の固定具（１６）に向かってさらに動く際のより大きい開放断面とを有する、請求項１〜９の何れか一項に記載のバルブのクラッチにおける使用。
11. 完全に解離した後でバルブピストン（１２）は一種の中立状態にあり、クラッチを操作するために操作装置（１４）を再度投入すると、最低限の磁力のみでバルブピストン（１２）を衝止体（１４、４０）に接触する衝止位置まで動かせることを特徴とする請求項１０に記載の使用。

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