JP2018505361A - 圧力制限弁 - Google Patents

Abstract

特に作業接続部（Ａ）及びタンク接続部（Ｔ）として形成された少なくとも２個の接続部と、バルブハウジング（２０）内で長手方向移動可能に案内されているばね負荷された圧力制限弁ピストン（２２）と、補給機能を実現するためのばね負荷された逆止め弁ピストン（５６）とを具備するバルブハウジング（２０）を有する、補給機能を備えた圧力制限弁は、逆止め弁ピストン（５６）が中空ピストンとして構成されて、バルブハウジング（２０）内で長手方向移動可能に案内されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、特に作業接続部Ａ及びタンク接続部Ｔとして形成された少なくとも２個の接続部と、バルブハウジング内で長手方向移動可能に案内されているばね負荷された圧力制限弁ピストンと、補給機能を実現するためのばね負荷された逆止め弁ピストンとを具備するバルブハウジングを有する、補給機能を有する圧力制限弁に関する。

このようなバルブは油圧アクチュエータにおいていわゆるショックバルブとして使用される。これらのバルブは、いわゆるメインコントロールバルブ（ＭＣＶ）と作動シリンダ又は油圧モータとの間の圧力を保護する。これによりＭＣＶが遮断されている場合でも、外から機器又は作業機械に圧力衝撃が作用する際にそれぞれのシリンダの保護が保証されている。

バルブによってシステム圧力より小さいことがある個別の最大圧力保護も可能である。そのためにバルブは対をなして方向制御弁（ＭＣＶ）のＡ側とＢ側に使用される。バルブが衝撃負荷時に反応したら、体積流が油圧シリンダ（モータ）からタンク内に放出されて、シリンダは過負荷を回避する。接続されたバルブ装置及び機器と共に油圧システム内のキャビテーションを防ぐために、対向するショックバルブが逆止め弁として働いてタンク容積からのオイルの補給を可能にする。先行技術（例えば、非特許文献１参照）においてはたいてい直接制御されるインサート弁が使用される。

これらの比較可能なバルブにおいて、逆止めピストンの弁座は制御ブロック内に組み込まれている。圧力制限弁の弁座は、可動逆止めピストの内部にある。逆止めピストンの弁座が破損したら、当該弁座は上記ブロック構成要素であるための制御ブロック全体を交換しなければならない。圧力制限弁ピストンは逆止め弁ピストンの内部にあるので、比較的小さい寸法に設計されている。そのため機能にとって望ましい平坦な圧力制限曲線は達成されない。構造に制約されて適当なバルブ減衰を実現することは非常に難しいため、バルブの動作が不安定になる危険がある。

２０１４年１２月現在インターネット上で公開されたボッシュ・レックスロス株式会社のバルブ解決策ＲＤ１８３２９−３２／１１．１０

本発明の課題は、この先行技術から出発して、圧力制限機能を備えたショックバルブとして適し、上述した短所のないバルブ構造を提供することである。

上記の課題は、請求項１の特徴をその全体において有する圧力制限弁によって解決される。

請求項１の特徴部に従い逆止め弁ピストンが全長にわたる中空ピストンとして構成され、バルブハウジング内で直接長手方向移動可能に案内されていることによって、本発明による解決はいわゆるカートリッジ（パトローネ）として構成され、弁座が破損したらカートリッジ（パトローネ）全体を直接交換することができる。さらに上記の本発明によるバルブ構造により弁座は１個のみ存在し、大きい断面で開放できることが達成される。これにより両方向で平坦な貫流曲線が可能であり、このことは請求されたショック機能にとって非常に重要であり、急速な回避動作においても部材にかかる負荷は僅かである。

本発明による解決で圧力制限機能を減衰することが可能であり、それによって安定した動作が可能になる。圧力制限弁ピストンも逆止め弁ピストンも機能の枠内でバルブオーバーラップはないため、バルブは全体としてショック状の過負荷に極めて高速に反応する。それにより圧力制限機能の枠内で高速で開く際に圧力ピークはほぼ生じない。本発明による圧力制限弁の解決策のその他の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

以下に本発明によるバルブを図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。図面は原理図であり、縮尺通りに表現されていない。

補給機能を有するパイロット制御された圧力制限弁の基本構造の油圧機能回路図である。 本発明によるバルブの種々の機能位置を示す縦断面図である。 本発明によるバルブの種々の機能位置を示す縦断面図である。 本発明によるバルブの種々の機能位置を示す縦断面図である。 電気機械的に構成されたパイロット制御を有する本発明によるバルブの図２〜図４と比較可能な図である。 電気機械的に構成されたパイロット制御を有する本発明によるバルブの図２〜図４と比較可能な図である。

図１は、接続点１から接続点２への油圧流体供給の枠内で示している。両点１、２の間に機械的バルブパイロット１２を有する圧力制限弁１０が接続されている。機械的バルブパイロット１２による圧力調整に依存して、いかなる場合も設定可能な圧力閾値を超えるとすぐに圧力制限弁１０がタンク（点２）に向かって開いて、油圧回路をそれに接続されている作業機械及び機器と共に有害な圧力ピーク又は相応に有害な圧力上昇から保護する。接続点１と接続点２との間のバイパス管１４内にはばね負荷された逆止め弁１６が接続されており、これは戻しばねの作用に抗して接続点１に向かって開く。このようにすることによって、点１で流体量が不足すると逆止め弁１６が開くことによって流体が点２から出て補給され得ることが保証されている。点２でショック状の圧力上昇が発生すると、これも同様にばね負荷された逆止め弁１６により接続点１に向かって解消される。

したがって図１は、特に慣用的な構造の建設機械（図示せず）で必要な作業機能の範囲のために、ばね負荷された逆止め弁１６を介する補給機能を備えたパイロット制御された圧力制限弁１０を簡略化した回路図で示している。図１で個別機能に分割されたバルブ解決策が、図２〜図４に示すバルブ構造では単独のカートリッジ・パトローネにまとめられている。図２に縦断面図で示されたカートリッジ・パトローネ１８は、作業接続部Ａとして形成された接続部とタンク接続部Ｔとして形成された接続部を具備するバルブハウジング２０を有する。作業接続部Ａは図２の視線方向に見て下側で長手軸線方向にバルブハウジング２０内に挿入されており、これに対しタンク接続部Ｔは若干の孔の形式でバルブハウジング２０に半径方向に貫入している。さらにバルブハウジング２０内には圧力制限弁ピストン２２が長手方向移動可能に案内されて配置されている。ピストン２２は、エネルギー蓄積素子として働く圧縮ばね２４に支持されている。この場合、圧縮ばね２４はその一方の自由な下側端部で中空に形成されたピストン２２に支持されている。これに対し圧縮ばね２４は他方の上端部でオリフィス弁座体２６の凹部に支持されている。

オリフィス弁座体２６は弁座錐体２８のための弁座をなし、その下側に減衰オリフィス３０を有している。オリフィス弁座体２６はバルブハウジング２０内に固定配置されて長手方向孔３２を備えている。この長手方向孔３２はその上端部に弁座錐体２８を具備するパイロット弁座を有し、これと対向する下側端部には減衰オリフィス３０が設けられている。弁座錐体２８は異なるばね剛性を持つ２個の圧縮ばね３４、３６の間に緊定されており、上側の圧縮ばね３４はばね付勢に関してスピンドルドライブ３８を介して慣用的な、それゆえ詳細に説明しない方法で調節できる。オリフィス弁座体２６の弁座錐体２８がバルブ内の圧力状況に起因し、且つばね３６に助長されて圧縮ばね３４の作用に抗してそのパイロット弁座から上昇すると、減衰オリフィス３０からパイロット弁座を経てオリフィス着座体２６内の横断方向流路４０内への流体連通若しくは媒体連通が開かれ、これはまた少なくとも１個の長手方向流路４２に移行し、この長手方向流路４２は図２の表現に従いタンク接続部Ｔへと続く。それぞれの長手方向流路４２を形成するために、バルブハウジング２０はパトローネ状の追加的ハウジング部分４４によって包囲されている。

長手方向孔３２はまた、その下側端部で減衰オリフィス３０を通して圧力制限弁ピストン２２の圧縮ばね２４を有するばね室４６内に開口している。図２の視線方向に見て、このようなピストン２２はその下側が栓体４８で閉じられており、この栓体４８に半径方向にパイロットオリフィス５０が貫入しており、パイロットオリフィス５０はピストン２２のあらゆる移動位置で使用接続部又は作業接続部Ａと流体連通している。ピストン２２自体はバルブハウジング２０の内部で上方行程ストッパ５２と下方行程ストッパ５４との間を移動可能に案内されている。この場合、図２の表現に従いピストン２２は上方行程ストッパ５２に当接しており、上方行程ストッパ５２は下方行程ストッパ５４と同様にバルブハウジング２０のハウジング部分によって形成されている。これに対し図４に従う表現は、ピストン２２が下方行程ストッパ５４と当接した上方ストップ位置を示している。

さらに、図２に従うバルブ構造は逆止め弁ピストン５６を有しており、その下側は別のエネルギー蓄積素子である圧縮ばね５８に支持されている。ピストン５６は中空ピストンとして設計されており、その外周に沿って少なくとも部分的にバルブハウジング２０の内側に沿って案内されている。圧縮ばね５８は一方の自由な上端部でピストン５６内に設けた段部に支持され、他方の下端部で中央開口部６２を有する閉鎖部材６０に支持されており、中央開口部６２は作業接続部Ａから来てピストン５６の円筒状内室６４内に入る恒久的な流体案内を形成している。

図２の表現に従い、圧力制限弁も逆止め弁も閉じた位置にあり、圧力制限弁ピストン２２はその端面の領域で対応する逆止め弁ピストン５６の端壁領域と当接している。その結果として使用接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の流体連通は遮断若しくは阻止されている。上記の作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の流体連通を解放する目的で、両ピストン２２、４６は互いに相対的に、弁体の長手軸線方向に見て互いに遠ざからなければならないが、これについては以下に詳細に説明する。圧力制限弁ピストン２２に対する戻しばね２４が組込み室若しくはばね室４６に受容されている一方、逆止め弁ピストン５６に対する戻しばね若しくは圧縮ばね５８は閉鎖部材６０とピストン５６の下側との間に延びている別の組込み室若しくはばね室６６に受容されている。

ピストン２２、５６を所望の通り互いに密着して連通させるために、逆止め弁ピストン５６は斜面６８が装備されており、この斜面６８は圧力制限弁ピストン２２の端面に設けた円筒状受容室７０内に突入係合する。したがって圧力制限弁ピストン２２はパイロット制御された圧力制限弁の主要段をなしており、概述した意味で機能が安定した動作を可能にするためには斜面６８と共に形成された弁座面７２の直径はピストン２２のピストンシャフト７４の直径に等しくなければならない。図２では、ピストン２２がその制御位置で既に上方行程ストッパ５２と当接している状態で示されているが、これはストップ限界例に関するものに過ぎず、ピストン２２がその行程ストッパ、ここでは上方行程ストッパ５２を離れることによりピストン２２とピストン５６との間で制御できることは言うまでもない。以下の機能の説明は、ピストン２２の最後に挙げた例を起点としている。

図３はそのような制御位置に関するものであり、逆止め弁が上昇して開放位置に到達して、作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の一方の流体連通が達成されている。上記の逆止め弁機能は、使用接続部若しくは作業接続部Ａ（＝図１の点１）における圧力がタンク接続部Ｔ（＝図１の点２）における圧力より小さく、逆止め弁ピストン５６は図３の視線方向に見て下方に移動してその開放位置に入り、付属の圧縮ばね５８は圧縮される。このとき圧力制限弁ピストン２２がまだ上方行程ストッパ５２に達していないならば、図３に示されているように必ずこのような上方行程ストッパ５２に達するまでピストン５６の動きに追従する。しかし総じて確認すべきは、両ピストン２２、５６は軸線方向で互いに離れて、作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の流体案内を解放するということである。そのようにして逆止め弁ピストン５６の開放により補給機能が達成される。

図４は、逆止め弁機能又は補給機能と並んで同様に可能な圧力制限機能を示している。作業接続部Ａにおける圧力が過大になると、バルブパイロット１２が開いてパイロットオイルが流れ、これがパイロットオイルオリフィス５０で差圧を形成し、圧力制限弁ピストン２２の前と後で異なる圧力が存在することに基づいて、圧力制限弁ピストン２２は下方行程ストッパ５４に達するまで上方のピストン位置に移動する。ここでもまた逆止め弁ピストン５６は圧力制限弁ピストン２２の動きに追従して上方に移動して、ピストン５６は図３の表現に従い下方行程ストッパ７８に達して閉鎖部材６０の上側に突き当たった後で、図３の表現に従い上方行程ストッパ７６に到達する。その限りでまたピストン２２、５６は軸線方向に見て互いに離れるが、このときはピストン２２が圧縮ばね２４の作用に抗して自由に移動することによって、ピストン２２は作業接続部Ａとタンク接続部Ｔとの間の流体連通に対して圧力制限装置として働くことが可能である。

図２〜図４に従う表現から明らかなように、いかなる場合もバルブ全体はカートリッジ・パトローネとして構成されており、弁座面７２を有する弁座体が破損したらバルブ全体を新しいバルブと交換することができる。これにより作業機械の油圧回路が長時間停止することを考慮する必要がないのでコスト的に非常に有利である。弁座面７２と共に両ピストン２２、５６の間の弁座体を形成する斜面６８は、比較的大きい円筒形断面を開放することができるので、動作時に所望される平坦な貫流曲線が両方向で、つまりＡからＴ及びＴからＡで可能である。そのため両ピストン２２、５６の急速な回避動作においても部材にかかる負荷は僅かであり、このことはバルブの良好なショック機能にとって極めて重要である。さらにこのバルブ構造によりオリフィス着座体２６内の減衰オリフィス３０を介して圧力制限弁ピストン２２による圧力制限機能の減衰が可能である。両ピストン２２、５６は実質的に端面側で互いに接近したり離れたりするので、その限りでバルブオーバーラップが存在せず、バルブはショック状の過負荷に極めて高速に反応できる。そのため圧縮ばね２４の作用に抗して圧力制限弁ピストン２２を操作することにより圧力制限機能が高速で開く際に圧力ピークはほぼ生じない。使用時に圧力はほとんど開放圧力より高く上昇しないので、ピストン２２、５６の開放圧力はこれらの部材の負荷限界に非常に近付けて選択できる。それにより建設機械又は作業機械はそれらの機械的部材の負荷限界近くで運転できる。

構造に起因してこの構造は「単純に」比例弁としても運転することができ、その場合は機械的調節（バルブパイロット１２）を磁気アクチュエータ（操作磁石）に置き換える。これにより全体としてバルブ構造を組立部品として設計する可能性が開かれる。それによりバルブは取付装置の個々の最大圧力に常時適合させることができる。これに相当するものは先行技術にはない。図５と図６は本発明によるバルブ解決策を縦断面図で示しており、一方は「押す」（図５）作用をし、他方は「引く」作用をする操作磁石システムを用いた電気機械的パイロット構成である。それぞれの操作磁石システム８０は電気接続部８１を介して給電可能なコイル体８２を有しており、給電後に極性管８４内で移動可能に配置された電機子８６は圧縮ばね８８の作用に抗して図５の視線方向に見て下方へ、又は図６の視線方向に見て上方へ移動し、そのようにして本発明による圧力制限弁の本来既述したバルブ機能に対するパイロット機能を引き起こす。長手方向移動可能なバルブシステムを制御するためのこのような磁気システムは先行技術において十分知られているので、ここでは詳述する必要はない。

Claims (10)

1. 補給機能を備えた圧力制限弁であって、特に作業接続部（Ａ）及びタンク接続部（Ｔ）として形成された少なくとも２個の接続部と、バルブハウジング（２０）内で長手方向移動可能に案内されているばね負荷された圧力制限弁ピストン（２２）と、補給機能を実現するためのばね負荷された逆止め弁ピストン（５６）とを具備するバルブハウジング（２０）を有する、補給機能を備えた圧力制限弁において、
   前記逆止め弁ピストン（５６）が中空ピストンとして構成されてバルブハウジング（２０）内で長手方向移動可能に案内されていることを特徴とする、補給機能を備えた圧力制限弁。
2. 前記作業接続部（Ａ）と前記タンク接続部（Ｔ）の間の流体連通を遮断するために、前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）はそれらの隣り合う端面の領域で互いに当接しており、この連通を解放する目的で、前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）の中の少なくとも一方が前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）の中の他方から軸線方向において離れることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制限弁。
3. 前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）はバルブハウジング（２０）の内部にそれぞれ少なくとも１個の行程ストッパ（５２、５４；７６、７８）を装備されており、それぞれの戻しばね（２４、５８）は、対応する前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）のためにバルブハウジング（２０）内の対向する組込み室若しくはばね室（４６、６６）内で案内されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧力制限弁。
4. 前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）を互いに密着して連通させるために、逆止め弁ピストン（５６）は圧力制限弁ピストン（２２）の端面に設けた円筒状受容室（７０）内に突入係合する斜面（６８）を装備されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
5. 圧力制限弁ピストン（２２）は、当該圧力制限弁ピストン（２２）の前面と後面との間に恒常的な流体連通を生み出すパイロットオリフィス（５０）を装備されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
6. 圧力制限弁ピストン（２２）は、減衰オリフィス（３０）を有するバルブパイロット（１２）と協働して、減衰オリフィス（３０）が解放されてパイロットオリフィス（５０）からタンク接続部（Ｔ）への流体連通を可能にすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
7. タンク接続部（Ｔ）はバルブハウジング（２０）内に半径方向に挿入され、作業接続部（Ａ）は軸線方向に挿入されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
8. ほぼタンク接続部（Ｔ）に対するそれぞれの孔軸の領域で、前記圧力制限弁ピストン（２２）と前記逆止め弁ピストン（５６）は流体遮断制御位置において互いに当接していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
9. 補給機能を実現するために、逆止め弁ピストン（５６）が作業接続部（Ａ）に向かって動き、圧力制限弁ピストン（２２）が行程ストッパ（５２）に達するまでこの動きに追従し、次いで逆止め弁ピストン（５６）が前記作業接続部（Ａ）と前記タンク接続部（Ｔ）の間の連通を規則的に解放することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力制限弁。
10. 圧力制限機能を実現するために、パイロットオリフィス（５０）と減衰オリフィス（３０）を有するバルブパイロット（１２）が開き、その際に圧力制限弁ピストン（２２）が作業接続部（Ａ）から離れ、逆止め弁ピストン（５６）が行程ストッパ（７６）に達するまでこの動きに追従し、次いで圧力制限弁ピストン（２２）が前記作業接続部（Ａ）と前記タンク接続部（Ｔ）の間の連通を規則的に解放することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧力制限弁。

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