JP2020176719A

JP2020176719A - 比例油圧バルブ

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Publication number: JP2020176719A
Application number: JP2020067285A
Authority: JP
Inventors: ヴェクセルトーマス; Wechsel Thomas; ファーバーベルント; Faber Bernd
Original assignee: Hawe Hydraulik SE
Current assignee: Hawe Hydraulik SE
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: US20200332911A1; JP6945031B2; CN111828723A; DE102019205640A1; US11346458B2; DE102019205640B4; CN111828723B

Abstract

【課題】低い背圧が高い公称圧力で達成され、同時に、十分な体積流量が、圧力接続部と、接続ポートまたはタンク接続部との間をそれぞれ流れることが可能な比例油圧バルブを提供する。【解決手段】バルブピストン５は、圧力接続部Ｐと接続ポートＴとの間の流路を遮断するか、またはピストン室４内の閉鎖位置と開放位置との間で、作動装置によって生成される作動力に比例して、バルブピストン５を移動させることによって、圧力接続部Ｐと接続ポートＴとの間の流路を比例的に解放する。バルブピストン５が、第１のスプール領域６と第２のスプール領域とを有し、軸方向ＡＲにおいて第１のスプール領域６の後で、かつ第２スプール領域の前に、円周の凹部８を有し、凹部８は、ピストン室４とともに圧力室９を形成し、圧力接続部Ｐは、圧力室９に開口している。第１のスプール領域６の第１の直径は、第２のスプール領域の第２の直径よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、バルブハウジングと、作動装置と、バルブハウジングのピストン室内で軸方向に移動可能なバルブピストンとを有する比例油圧バルブに関する。

このようなバルブでは、バルブハウジングは、少なくとも１つの圧力接続部と、少なくとも１つの接続ポートとを有する。バルブピストンは、圧力接続部と接続ポートとの間の流路を遮断するか、または作動装置によって生成される作動力に比例して、バルブピストンが、ピストン室内で閉鎖位置と開放位置との間を移動することによって、この流路を比例的に解放する。接続ポートは、多くの場合、タンクポートまたは戻り接続部である。このような比例油圧バルブは、例えばＤＥ１０２００５０２２６９３Ａ１から公知である。

従来技術から公知の比例油圧バルブは、例えば比例圧力制限バルブのように、意図された機能を非常に良好に規則的に果たす。圧力制限バルブは、システム圧力を特定の公称圧力に制限する役割を有する。公称圧力に達するとすぐに、圧力制限バルブが応答し、過剰な体積流量が、圧力接続部から、接続ポートまたはタンク接続部にそれぞれ導かれる。しかしながら、特に、例えば、３００バールを超える高い公称圧力では、バルブピストンにおける背圧の増加が起こり得る。これに関連して、背圧は、圧力接続部と、接続ポートまたはタンク接続部との間の各圧力差である。

この問題を克服するために、ポペットバルブとして設計された比例油圧バルブは、より小さな加圧面積を得るために、より小さな座を有する。この欠点は、体積流量も減少する、すなわち、バルブの開放位置では比較的少ない体積しか流れ得ないことである。

したがって、本発明の目的は、低い背圧が特に高い公称圧力で達成され、同時に、十分な体積流量が、圧力接続部と、接続ポートまたはタンク接続部との間をそれぞれ流れることが可能な比例油圧バルブを提供することである。

この課題は、請求項１に記載の比例油圧バルブによって解決される。好ましいさらなる実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明による比例油圧バルブは、バルブピストンが第１のスプール領域と第２のスプール領域とを有し、バルブピストンが、軸方向において第１のスプール領域の後で、かつ第２のスプール領域の前に、円周の凹部を有し、凹部がピストン室と共に圧力室を形成し、圧力接続部が圧力室内に開口しているという点で、従来技術から公知の比例油圧バルブより優れていることを特徴とする。さらに、本発明に係る比例油圧バルブは、第１のスプール領域の第１の直径が、第２のスプール領域の第２の直径よりも大きいことを特徴とする。本発明における軸方向の意味は、作動装置からバルブピストンへの方向を意味する。

本発明によるスプール状のバルブピストンとしてのバルブピストンの構成により、比較的大きな流路断面が利用可能であるが、背圧を比較的低く達成することが可能である。これは、有効または加圧された差動領域が、第１の直径の関数としての第１のスプール領域と、第２の直径の関数としての第２のスプール領域との間の差によって、形成されるからである。したがって、公称圧力および比例油圧バルブを使用する用途に応じて、特に高い公称圧力で、高い最大体積流量にもかかわらず、全体的に低い背圧が達成されるように、十分に大きな流路断面およびそれに対応する小さな差動領域を選択することができる。

好ましくは、バルブピストンは軸方向において第１のスプール領域の前に閉鎖要素を有し、バルブハウジングは弁座を有することが好ましい。バルブピストンが閉鎖位置にあるとき、閉鎖要素は弁座に載置される。閉鎖要素は特に、バルブコーンであってもよい。これは、閉鎖位置において特に良好な密封を提供し、圧力接続部から接続ポートまたはタンク接続部への各漏れオイルの流量を大いに防止する。

好ましくは、ピストン室は、軸方向における圧力接続部の前に、第１の環状溝を有し、接続ポートは、第１の環状溝内に開口し、弁座は第１の環状溝の周縁に形成され、第１のスプール領域は、リフトオフムーブメント（ｌｉｆｔ-ｏｆｆｍｏｖｅｍｅｎｔ）経路上で弁座を積極的に覆う。これにより作動の信頼性が向上するのは、閉鎖位置から開放位置に向かって、バルブピストンが弁座から上昇移動する間に、最初は圧力室から第１の環状溝へ、漏れオイルのみが流れるからである。バルブピストンがリフトオフムーブメントの距離を終了したときのみ、より大きな断面が解放され、その結果、より大きな体積流量が、圧力室から第１の環状溝に流れることが可能となる。

好ましくは、バルブピストンは、凹部から第１のスプール領域内に軸方向に延びる少なくとも１つの切欠き部を有し、少なくとも１つの切欠き部は、放射状で、部分的にのみ円周である。言い換えれば、少なくとも１つの切欠き部は、放射状に円周ではない。切欠き部を通して、流路断面を、より大きな体積流量が、圧力接続部から接続ポートまたはタンク接続部にそれぞれ流れることができるように、増加させることが可能である。

好ましくは、少なくとも１つの切欠き部は、軸方向に増加する断面領域を少なくとも部分的に有する。これにより、流路断面は急激ではなく徐々に増加することが可能となる。全体として、これは、比例油圧バルブのより良好な応答挙動をもたらす。

好ましくは、バルブピストンは、円周の周りに均等に分布された２つ以上の切欠き部を有する。２つ以上の規則的に配置された切欠き部を設けることによって、バルブピストンは片側に力を受け、したがって偏心して走行することを防止することができる。

好ましくは、ピストン室は、一方の軸方向端部に減衰室（ｄａｍｐｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ）を有する。バルブピストンは、接続ポートと流体接続する円周の減衰溝（ｄａｍｐｉｎｇｇｒｏｏｖｅ）を有する。そこで、減衰ギャップ（ｄａｍｐｉｎｇｇａｐ）は、バルブピストンとピストン室との間の減衰溝から軸方向に延び、減衰ギャップは減衰室と流体接続する。これにより、ピストン室内のバルブピストンの動きが減衰され、これにより、全体として望ましくない振動が低減または抑制される。減衰ギャップは、所望の減衰に応じて選択されなければならない。

好ましくは、第２のスプール領域は、ピストン室のガイド部内に案内され、減衰室は、軸方向におけるガイド部の後に配置され、減衰溝は第２のスプール領域に形成され、減衰ギャップは軸方向に延びる。これにより、バルブハウジングの特に簡単な製造と、比例油圧バルブの簡単な組立てとが可能になる。

好ましくは、バルブピストンは、軸方向のブラインドボアと、バルブピストンを径方向に通る第１のボアと、バルブピストンを径方向に通る第２のボアとを有する。第１のボアは、接続ポートと流体的に接続され、第２のボアは、減衰溝と流体的に接続される。その結果、減衰が、減衰溝を介して低圧力領域内に配置される。バルブピストンが、閉鎖位置（または中間位置）から、開放位置の方向に移動すると、油圧オイルは、第１のボア、ブラインドボア、第２のボア、および減衰ギャップを介して、接続ポートまたはタンク接続部からそれぞれ減衰室内に吸い込まれる。したがって、開放位置（または中間位置）から閉鎖位置の方向に移動するとき、油圧オイルは、減衰室から、第１のボア、ブラインドボア、第２のボア、および減衰ギャップを介して、接続ポートまたはタンク接続部内にそれぞれ圧入される。これにより、バルブピストンの動きを簡単に減衰させることができる。

好ましくは、少なくとも１つの円周の第２の環状溝は、第２のスプール領域上に配置される。環状溝は、第２のスプール領域を介して圧力室からの漏れオイルの流れを抑制する。もちろん、２以上の第２の環状溝を設けることも可能であり、それによって、第２の環状溝の軸方向の長さが、バルブピストンの偏心変位をもたらさないように注意しなければならない。

比例油圧バルブは、好ましくは比例圧力制限バルブである。どの作動装置を使用するかに応じて、下降または上昇特性曲線を有する比例圧力制限バルブを実現することが可能である。あるいは、比例油圧バルブは、パイロット作動逆止弁であり得る。

この問題は、本発明による比例油圧バルブを備えた油圧システムによっても解決される。例えば、本発明による比例油圧バルブは、ポンプ制御のための油圧システム、またはＬＳシステムにおける圧力制限のための油圧システムにおいて使用可能である。

以下、概略的な図面に示された実施例によって詳細に説明する。

開放位置にある本発明による比例油圧バルブの部分断面側面図である。図１に示す比例油圧バルブの拡大図である。閉鎖位置にある図２に示す比例油圧バルブを示す図である。本発明による比例油圧バルブのバルブピストンの第１の側面図である。図４に示すバルブピストンの線Ａ―Ａに沿った断面図である。図４に示すバルブピストンの第２の側面図である。図４に示すバルブピストンの斜視図である。

図１に、本発明による比例油圧バルブ１を部分断面図として示す。この実施形態では、比例油圧バルブ１は、比例圧力制限バルブである。しかし、油圧バルブ１は当然ながら、別の油圧機能、例えば、パイロット作動逆止弁を果たすように構成することも可能である。比例圧力制限バルブ１は、バルブハウジング２（図１に切断して示す）と、作動装置３とを有する。さらに、バルブハウジング２は、一定の間隔で放射状に円周に配置された複数の圧力接続部Ｐと、圧力接続部から軸方向に離間され、また一定の間隔で放射状に円周に配置された複数の接続ポートＴとを有する。この実施形態では、接続ポートＴはタンク接続部を表す。この実施形態では、圧力接続部Ｐは傾斜しており、タンク接続部Ｔはバルブピストン５に対して垂直に配置されている。バルブピストン５に対する圧力接続部ＰおよびタンクポートＴの傾斜は、必要に応じて調整可能である。

作動装置３は特に、圧力制限バルブ１が増加または減少する特性曲線を有するように構成されるべきかどうかに応じて、電気比例ソレノイドと、場合によってはばねユニットとを備えてもよい。バルブハウジング２内にピストン室４が形成され、バルブピストン５が、閉鎖位置ＳＰ(図３参照）と開放位置ＯＳ(図１及び２参照）との間の作動装置３の作動力に比例して軸方向に移動可能に配置されるのは、圧力接続部Ｐとタンク接続部Ｔとの間の流路を、遮断または比例的に解放するためである。

バルブピストン５は、スプールピストンのように構成され、第１のスプール領域６と第２のスプール領域７とを有する。第２のスプール領域７は、ピストン室４のガイド部１７内に案内される。軸方向ＡＲ、すなわち、作動装置３からバルブハウジング２への方向において、第１のスプール領域６と第２のスプール領域７との間に、円周の凹部８が形成される。特に図４に見られるように、凹部８は、対応するスプール領域６，７への緩やかな放射状外向きの広がり移行部と合流する。円周の凹部８は、ピストン室４の内周面と共に、圧力室９を形成する。圧力接続部Ｐは、図示のように圧力室９内に開口している。

図４に示されるように、第１のスプール領域６は、第１の直径Ｄ１を有する。第２のスプール領域７は、第１の直径Ｄ１よりも小さい第２の直径Ｄ２を有する。したがって、圧力室９内の加圧差領域は、０．２５×π×（Ｄ１^２−Ｄ２^２）である。これは、比較的大きな流路断面を、比較的小さな差領域で実現することができ、その結果、背圧が比較的低くなることを意味する。

特に閉鎖位置ＳＰにおいて起こり得る漏れオイルの流れを大幅に防止するために、バルブピストンは、バルブコーンの形態の閉鎖要素１０を有する。バルブ本体２は弁座１１を有し、この弁座に対して、特に図３に示されるように、バルブコーンは閉鎖位置ＳＰで静止する。弁座１１は、ピストン室４に形成された第１の環状溝１２の、軸方向ＡＲの下側の周縁に形成されている。タンク接続部Ｔは図３に示すように、この第１の環状溝１２に開口している。

図４〜図７に示すように、バルブピストン５は、凹部８から第１のスプール領域６内に軸方向に延びる複数の切欠き部１３を有する。この実施形態では、バルブピストン５は合計３つの切欠き部１３を有し、これらの切欠き部はバルブピストン５の周りに規則的な間隔で配置されている。切欠き部１３は放射状に円周ではなく、バルブコーン１０に対して軸方向に延びない。その代わりに、軸方向ＡＲにおいて、バルブコーン１０と切欠き部１３との間には、積極的な重なり部分ＰＵが設けられている。言い換えれば、この積極的な重なり部分ＰＵは、切欠き部１３が、圧力室９または圧力接続部Ｐと、第１の環状溝１２またはタンク接続部Ｔとの間の流路として、より大きな流路断面を開く前に、ピストン５が閉鎖位置ＳＰから開放位置ＯＳ方向に最初に移動しなければならない、リフトオフムーブメント（上昇して離れる動き）の軸方向長さに対応する。バルブピストン５がリフトオフムーブメント経路ＰＵに沿って移動する間、漏れオイルのみが圧力室９から第１の環状溝１２に流れる。図に示すように、切欠き部１３は、各切欠き部１３の断面積が軸方向ＡＲに増加するように構成されている。その結果、バルブピストン５の閉鎖位置ＳＰから開放位置ＯＳへの移動距離が増加するにつれて、常に増加する流路断面積が提供される。

ピストン室４は軸方向ＡＲから見て軸方向端部１４に減衰室１５を有し、ガイド部１７に接続されるか、または軸方向ＡＲのガイド部１７の後に各々配置される。第２のスプール領域７には、第１の環状溝１２またはタンク接続部Ｔとそれぞれ流体接続する円周の減衰溝１６が形成されている。この目的のために、バルプストン５は軸方向ブラインドボア１８を有し、その中に第１のボア１９が開口し、ボア１９はバルブピストン５を径方向に通る。特に図２と図３とを比較すると分かるように、第１のボア１９は、開放位置ＯＳおよび閉鎖位置ＳＰの両方において、それぞれ第１の環状溝１２またはタンク接続部Ｔと恒久的に流体接続している。さらに、バルブピストン５は、バルブピストン５を径方向に通り、ブラインドボア１８内にも開口する第２のボア２０を有する。さらに、第２のボア２０は、図２〜図５に示すように、減衰溝１６内に開口している。

減衰ギャップＳは、軸方向ＡＲの減衰溝１６の後に形成されるので、減衰溝１６と減衰室１５との間の油圧オイルの比較的少ない体積流量を可能にする。バルブピストン５の閉鎖運動の間、すなわち軸方向ＡＲの移動の間、油圧オイルは、減衰室１５から、減衰ギャップＳを介して、並びに減衰溝１６およびボア１８，１９，２０を介して、第１の環状溝１２又はタンク接続部Ｔ内に押し出される。減衰ギャップＳの流路断面が比較的小さいので、この運動は減衰される。したがって、バルブピストン５が反対方向に移動すると、油圧オイルは、ボア１８，１９，２０、減衰溝１７および減衰ギャップＳを介して、第１の環状溝１２またはタンク接続部Ｔから、減衰室１５内に吸い込まれる。したがって、バルブピストン５のこの開放運動はまた、減衰ギャップＳの比較的小さい流路断面に起因する減衰をもたらす。

全ての図に示すように、第２のスプール領域７には、合計３つの第２の環状溝２１が形成されている。第２の環状溝２１は、軸方向ＡＲにおいて、凹部８の後でかつ減衰溝１６の前に配置されている。これらの第２の環状溝２１により、圧力室９から減衰室１５又は減衰溝１６への漏れオイルの流れが抑制される。

１比例油圧バルブ／圧力制限バルブ、２バルブハウジング、３作動装置、４ピストン室、５バルブピストン、６第１のスプール領域、７第２のスプール領域、８凹部、９圧力室、１０閉鎖要素、１１弁座、１２第１の環状溝、１３切欠き部、１４軸方向端部、１５減衰室、１６減衰溝、１７ガイド部、１８軸方向ブラインドボア、１９第１のボア、２０第２のボア、２１第２の環状溝、Ｄ１第１の直径、Ｄ２第２の直径、ＡＲ軸方向、ＯＳ開放位置、Ｐ圧力接続、ＰＵ積極的な重なり部分／リフトオフムーブメントの距離、Ｔ接続ポート／タンク接続部、Ｓ減衰ギャップ、ＳＰ閉鎖位置。

Claims

バルブハウジング（２）と、作動装置（３）と、バルブハウジング（２）のピストン室（４）内で軸方向に移動可能なバルブピストン（５）とを備え、
前記バルブハウジング（２）は、少なくとも１つの圧力接続部（Ｐ）と、少なくとも１つの接続ポート（Ｔ）とを有し、前記バルブピストン（５）は、ピストン室（４）内の閉鎖位置（ＳＰ）と開放位置（ＯＳ）との間で、作動装置（３）によって生成される作動力に比例して移動するバルブピストン（５）によって、圧力接続部（Ｐ）と接続ポート（Ｔ）との間の流路を遮断または比例して解放し、
前記バルブピストン（５）は、第１のスプール領域（６）と第２のスプール領域（７）とを有し、前記バルブピストン（５）は、軸方向（ＡＲ）において第１のスプール領域（６）の後で、かつ第２のスプール領域（７）の前に円周の凹部（８）を有し、前記凹部（８）は、ピストン室（４）と共に圧力室（９）を形成し、前記圧力接続部（Ｐ）は、圧力室（９）内に開口し、
前記第１のスプール領域（６）の第１の直径（Ｄ１）は、前記第２のスプール領域（７）の第２の直径（Ｄ２）よりも大きいことを特徴とする、比例油圧バルブ（１）。
前記バルブピストン（５）は、軸方向（ＡＲ）において第１スプール領域（６）の前に、閉鎖要素（１０）、特にバルブコーンを有し、前記バルブハウジング（２）は弁座（１１）を有し、前記閉鎖要素（１０）は、バルブピストン（５）が閉鎖位置（ＳＰ）にあるとき、弁座（１１）に載っていることを特徴とする、請求項１に記載の比例油圧バルブ（１）。
前記ピストン室（４）は、軸方向において圧力接続部（Ｐ）の前に第１の環状溝（１２）を有し、前記接続ポート（Ｔ）は第１の環状溝（１２）に開口し、前記弁座（１１）は第１の環状溝（１２）の周縁に形成され、前記第１のスプール領域（６）は、リフトオフムーブメント経路（ＰＵ）上の弁座（１１）を積極的に覆うことを特徴とする、請求項２に記載の比例油圧バルブ（１）。
前記バルブピストン（５）は、凹部（８）から第１のスプール領域（６）内に軸方向に延びる少なくとも１つの切欠き部（１３）を有し、前記少なくとも１つの切欠き部（１３）は、放射状で部分的にのみ円周であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）。
前記少なくとも１つの切欠き部（１３）は、軸方向（ＡＲ）に増加する断面積を少なくとも部分的に有することを特徴とする、請求項４に記載の比例油圧バルブ（１）。
前記バルブピストン（５）は、円周の周りに均等に分配された２つ以上の切欠き部（１３）を有することを特徴とする請求項４または５に記載の比例油圧バルブ（１）。
前記ピストン室（４）は、一方の軸方向端部（１４）に減衰室（１５）を有し、前記バルブピストン（５）は、接続ポート（Ｔ）と流体接続する円周の減衰溝（１６）を有し、減衰ギャップ（Ｓ）は、バルブピストン（５）とピストン室（４）との間に、減衰溝（１６）から軸方向に延び、前記減衰ギャップ（Ｓ）は、減衰室（１５）と流体接続することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）。
前記第２のスプール領域（７）は、ピストン室（４）のガイド部（１７）内に案内され、前記減衰室（１５）は、軸方向においてガイド部（１７）の後に配置され、前記減衰溝（１６）は、第２のスプール領域（７）上に形成され、前記減衰ギャップ（Ｓ）は軸方向（ＡＲ）に延びることを特徴とする、請求項７に記載の比例油圧バルブ（１）。
前記バルブピストン（５）は、軸方向のブラインドボア（１８）と、バルブピストン（５）を径方向に通る第１のボア（１９）と、バルブピストン（５）を径方向に通る第２のボア（２０）とを有し、前記第１のボア（１９）は、接続部ポート（Ｔ）と流体接続し、前記第２のボア（２０）は、減衰溝（１６）と流体接続することを特徴とする、請求項７または８に記載の比例油圧バルブ（１）。
少なくとも１つの円周の第２の環状溝（２１）は、第２のスプール領域（７）上に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）。
前記油圧バルブ（１）は、比例圧力制限バルブであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）。
前記油圧バルブ（１）は、パイロット作動逆止弁であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）。
請求項１〜１２のいずれかに記載の比例油圧バルブ（１）を備えた、油圧システム。