JP2022524998A - パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁及びそのような圧力調整弁を有する装置 - Google Patents

パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁及びそのような圧力調整弁を有する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構造で、作動装置に通電する電力がない場合でも、パイロット圧力室内の圧力を決定可能なレベルに制御する。【解決手段】パイロット圧力室に流体的に接続可能な入口と、出口とを有する弁ハウジングと、圧力調整弁に固定的に配置された壁部であって、圧力流体が流れることができる第1の通路及び第1の貫通孔を有し、第1の弁座を形成する壁部と、作動装置によって長手方向軸に沿って移動可能なように、弁ハウジングに支持されたプランジャと、長手方向軸に沿って移動可能なように弁ハウジングに支持された第1のシール要素であって、第1のスプリングによって、第1の弁座に当接し、第1の貫通孔を閉鎖する閉鎖位置に付勢される第1のシール要素であって、圧力流体が流れることができ、第1の通路に流体的に接続することができる第2の通路を有している第1のシール要素と、プランジャに固定された、第2のシール要素であって、作動装置に通電することにより、プランジャにより長手方向軸に沿って、第2のシール要素が壁部によって形成された第3の弁座に当接し、第1の貫通孔を閉鎖する第1の位置と、第2のシール要素が第2の弁座に当接する第2の位置との間を移動可能であって、第2の弁座は、前記第1の弁座に対して長手方向軸の軸方向にオフセットして配置されている第2のシール要素と、第2のシール要素を第1の位置に付勢する第2のスプリングと、を有する圧力調整弁。【選択図】図3C

Description

本発明は、パイロット圧力室内の加圧流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁に関する。さらに、本発明は、このような圧力調整弁を備えた装置に関するものであり、これにより、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御することができる。
圧力媒体としては、通常、油圧作動油や圧縮空気が用いられる。油圧や空圧で作動する機器のパイロット圧力室は、パイロット作動バルブの制御や調整に使用され、油圧や空圧のスライダとして構成されることが多い。パイロット弁が比例弁や比例スライダとして構成されている場合、比例弁や比例スライダを流れる体積流量は、パイロット圧力室の圧力を一定の範囲内で連続的に調整することができる。
このような油圧又は空気圧で作動する装置の例としては、自動車の振動ダンパがあり、減衰特性は比例弁を流れる使用圧力流体の体積流量に依存する。体積流量に応じて、快適性を重視したソフトな減衰と、スポーティなハードな減衰を設定することができる。振動ダンパの場合、電流式の作動装置が用いられ、自動車の走行状態や走行中の路面の状態に応じて、運転者がいくつかの減衰特性を事前に設定したり、搭載されたコンピュータが自動的に設定したりすることができる。しかし、電力が供給されず、その結果として作動装置が停止した場合には、フェイルセーフ装置が利用可能であることが保証されなければならない。これにより、電力供給が停止した場合でも、一定の減衰特性を維持したまま車両の運転を継続することができる。この際、通常、硬すぎず柔らかすぎない中間的な減衰特性が目標とされる。
US 2016/0091044 A1 WO 2016/066314 A1 US 2016/0369862 A1 JP 2009-115319 A US 5,147,018 A WO 2011/023351 A US 2005/0016086 A1 EP 2 678 581 B1
これらの要件は、例えば、US 2016/0091044 A1(特許文献1)及びWO 2016/066314 A1(特許文献2)に見られるように、装置、特に振動ダンパの比較的複雑な構成をもたらす。特に、いくつかのスライダを使用しなければならないため、セットアップが複雑になる。他の振動ダンパは、US 2016/0369862 A1(特許文献3)、JP 2009-115319 A(特許文献4)、US 5,147,018 A(特許文献5)、WO 2011/023351 A(特許文献6)、US 2005/0016086 A1(特許文献7)に開示されている。特に、EP 2 678 581 B1(特許文献8)に開示されている振動ダンパは、「フェイルセーフ」においても中程度の減衰特性を実現している。
本発明の一実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御する圧力調整弁であって、構造が簡単であり、アクチュエータに通電する電力がない場合でも、パイロット圧力室内の圧力を決定可能なレベルに制御する圧力調整弁を提供することである。さらに、本発明の一実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御することができ、そのような圧力調整弁を用いて操作することができる装置を提供するという課題に基づいている。
この課題は、請求項1及び請求項16に示す特徴によって解決され、有利な実施形態は、従属請求項の対象である。
本発明の実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を調節するための圧力調整弁であって、
前記パイロット圧力室に流体的に接続可能な少なくとも1つの入口と、少なくとも1つの出口とを有する弁ハウジングと、
前記圧力調整弁に固定的に配置された壁部であって、圧力流体が流れることができる第1の通路及び第1の貫通孔を有し、第1の弁座を形成する壁部と、
通電され得る作動装置によって長手方向軸に沿って移動可能なように、前記弁ハウジングに支持されたプランジャと、
前記長手方向軸に沿って移動可能なように前記弁ハウジングに支持された第1のシール要素であって、前記第1のシール要素が第1のスプリングによって、前記第1の弁座に当接し、前記第1の貫通孔を閉鎖する閉鎖位置に付勢される第1のシール要素であって、前記圧力流体が流れることができ、前記第1の通路に流体的に接続することができる第2の通路を有している第1のシール要素と、
前記プランジャに固定された、第2のシール要素であって、前記作動装置に通電することにより、前記プランジャにより前記長手方向軸に沿って、前記第2のシール要素が壁部によって形成された第3の弁座に当接し、前記第1の貫通孔を閉鎖する第1の位置と、前記第2のシール要素が第2の弁座に当接する第2の位置との間を移動可能であって、前記第2の弁座は、前記第1の弁座に対して前記長手方向軸の軸方向にオフセットして配置されている第2のシール要素と、
前記第2のシール要素を前記第1の位置に付勢する第2のスプリングと、
を有する圧力調整弁。
本発明による圧力調整弁の本質的な特徴は、それぞれの弁座が開いているときに圧力流体が流れることができる少なくとも2つの弁座を有することである。圧力調整弁は、少なくとも2つの弁座のうち少なくとも1つの弁座が開いているときに、圧力流体が圧力調整弁を流れるように構成されている。この点において、第1の弁座と第2の弁座は、開口部の挙動に関して互いに平行に接続されている。
第2の弁座は、作動装置への通電とそれに伴う第2のシール部材の移動により、直接的又は間接的に開閉することができる一方、第1の弁座は、圧力調整弁に作用する圧力に基づいて開放される。言い換えれば、第2の弁座は通電により積極的に開かれ、第1の弁座は現行の圧力状態により受動的に開かれる。第2のスプリングは、作動装置が停止した場合、第1の通路を閉鎖するように構成されている。
その結果、作動装置に通電する電力が得られない場合でも、圧力調整弁の圧力流体の流れの確保が可能になる。そのため、電源が故障してもパイロット圧力室の圧力を制御・調整することができ、1つの圧力調整弁だけでフェイルセーフを実現することができる。フェイルセーフの場合に設定される減衰特性は、特に第1のスプリングのスプリング定数とスプリング予圧の選択によって決決定される。
また、圧力調整弁は、第2のシール要素が第2の位置にあり、第2のシール要素が第2の弁座に当接しているときに閉鎖され得る。しかし、その場合、圧力調整弁を通る圧力流体の流れはなく、したがって、パイロット圧力室内の圧力の制御又は調整は不可能であるため、通常、圧力調整弁の動作中に第2のシール要素が第2の位置に移動することはない。
第1の弁座と第2の弁座は、長手方向の軸に沿って第2のシール要素の可動性を確保できるように、長手方向の軸に対して互いにオフセットして配置されている。絞り込みのために第2のシール要素を設けることで、開放ポイントと所望の減衰特性を非常に正確に調整することができる。EP 2 678 581 B1(特許文献8)に開示されている圧力調整弁では、絞り込みと弁座の開閉をプランジャで行っている。そこに示されている圧力調整弁は、第2のシール要素を有していない。そのため、本発明の圧力調整弁のように、所望の減衰特性を正確に設定することができない。さらに、本発明の圧力調整弁では、寸法の異なる第2のシール要素を使用することにより、簡単な方法で減衰特性を変更することができる。EP 2 678 581 B1(特許文献8)に開示されている圧力調整弁の場合、この目的のためにプランジャ全体を交換しなければならず、かなり複雑な作業となる。
EP 2 678 581 B1(特許文献8)に開示されている圧力調整弁とは対照的に、本発明の圧力調整弁は、可動壁部を有する可動弁室を有していない。むしろ、壁部は弁ハウジングに固定的されて配置され、例えば、弁ハウジングに固定されて接続されている。これにより、減衰特性をより正確に設定することができる。また、EP 2 678 581 B1(特許文献8)に開示されている圧力調整弁と比較して、可動部品の取り付けが簡単である。
さらなる実施形態によれば、第1の通路が、第1の環状ギャップによって壁部とプランジャとの間に形成され、第2の通路が、第2の環状ギャップによって第1のシール要素とプランジャの間に形成される。本実施形態では、構造的に簡単な方法で通路を実現することができる。
更なる実施形態では、壁部は、圧力流体が流れることができ、第1のシール要素によって閉鎖されることができない第2の貫通孔を有する。第2の貫通孔は、圧力流体の圧力が所望のレベルに設定された後に、第1の弁座から下流に圧力流体を導くために使用される。これにより、圧力調整弁内の圧力流体を短い経路で導くことが可能となり、より少ない構成変更でよく、さらに大きな圧力損失が発生しない。
さらなる実施形態によれば、第2の弁座は、弁ハウジングに接続された管によって形成されている。特に、圧力調整弁に、第2の弁座の位置を変更する構成的変更を加える必要がある場合は、管の直径及び/又は長さを変更するだけでよい。弁ハウジング自体は変更しなくてもよい。
さらなる実施形態によれば、管は長手方向の軸に沿って弁ハウジングに移動可能に接続されている。この場合、圧力調整弁の動作中に第2の弁座の位置が明確に維持される続けるように、例えば弁ハウジングとのある種の干渉を利用した摩擦結合によって、管を弁ハウジングに接続することが好ましい。しかし、この摩擦結合は、圧力制御弁を組み立てる際に適切な工具を用いて克服することができ、第2の弁座の位置を調整することができる。これにより、公差の違いで変動するソレノイド力を標準化することができる。製造上の公差により目標値から外れた開放点は、比較的簡単な方法で修正することができる。
さらなる実施形態では、第1の通路又は第1の環状ギャップの断面積及び第2の通路又は第2の環状ギャップの断面積は、第2のシール要素又はプランジャから延びる絞り込みギャップの断面積よりも大きくし得る。前述のパイロット圧力室内の圧力の制御又は調節は、基本的には、圧力調整弁内の圧力流体の流れを絞ることによって行われる。絞り込みの程度は、流れが通過できる最小の断面積によって決定される。圧力調整弁を通過する際、圧力流体は基本的に2つの断面、すなわち、一方では環状ギャップ、他方では第2のシール要素又はプランジャによって形成される絞り込みギャップを通過する。環状ギャップは、構成上、予め決められており、その断面積を変更することはできないが、絞り込みギャップの断面積は、作動装置により多く、又は、より少なく通電することにより変更することができる。プランジャのどの位置においても、絞り込みギャップの断面積が環状ギャップ又は通路の断面積よりも小さいことから、作動装置への通電によってパイロット圧の圧力を変化させることができる。
さらなる実施形態では、第1の環状ギャップ及び第2の環状ギャップの断面積が、
第2のシール要素と第2の弁座との間に形成された第1の絞り込みギャップ、または、
第2のシール要素と弁ハウジングとの間に形成される第2の絞り込みギャップ、または、
第2のシール要素と第1のシール要素との間に形成された第3の絞り込みギャップ
の断面積よりも大きい。
第2のシール要素が第1の位置と第2の位置の間にある場合、圧力流体は、流れの方向において、まず第2のシール要素によって半径方向外側に向けられ、次に長手方向軸に平行になり、その後再び半径方向内側に向けられる。圧力流体が半径方向外側に流れる際に長手方向の軸と平行に走る第1の絞り込みギャップを通過する。長手方向の軸に平行に流れるときは、圧力流体は第2の絞り込みギャップを流れ、半径方向内側に流れるときは第3の絞り込みギャップを流れる。第1の絞り込みギャップは、第2のシール要素と第2の弁座との間に形成される。第2の絞り込みギャップは、第2のシール要素と弁ハウジング又は弁ハウジングに挿入される部品との間に形成され、第3の絞り込みギャップは、第2のシール要素と第1のシール要素との間に形成される。
第2のシール要素の位置によって、第1及び第3の絞り込みギャップの断面積が変化する。断面積が最も小さい絞り込みギャップにより加圧流体の流れの絞り度合いが決定されるので、断面積が最も小さい絞り込みギャップは、アクティブな絞り込みギャップと呼ばれる。圧力調整弁は、プランジャの位置に関わらず環状ギャップの断面積がアクティブな絞り込みギャップの断面積よりも大きくなるように構成されている。その結果、作動装置への通電によってパイロット圧の圧力を変化させることができることが保証される。
本発明の他の実施形態によれば、第1の環状ギャップの断面積及び第2の環状ギャップの断面積が、
プランジャと第2の弁座との間に形成された第1の絞り込みギャップ、又は、
第2のシール要素と弁ハウジングとの間に形成される第2の絞り込みギャップ、又は、
第2のシール要素と第1のシール要素との間に形成された第3の絞り込みギャップの
断面積よりも大きい。
本実施形態では、第1の絞り込みギャップは、プランジャと第2の弁座との間に形成され、第2のシール要素と第2の弁座との間には形成されない。本実施形態では、第1の絞り込みギャップの断面積の大きさはプランジャによって決定され、第2及び第3の絞り込みギャップの断面積の大きさは第2のシール要素によって決定される。この点において、絞り込みには2つの異なる要素が用いられる。本実施形態では、プランジャの長さを利用して、第2のシール要素とは独立して第1の絞り込みギャップを設定することができるため、構成の余裕が大きくなる。
さらなる実施形態では、第2のシール座は第1のシール座によって囲まれていてもよい。これにより、圧力調整弁は非常にコンパクトに構成される。
さらなる実施形態では、圧力調整弁は比例弁として構成される。本実施形態では、圧力調整弁を通過する体積流量を以下のようにして調整することができる。前述のように、第2のシール要素は、作動装置によって第1の位置と第2の位置との間を往復することができる。比例弁は、絞り込みギャップが直線的に変化するように構成されているため、体積流量も直線的に変化する。そのため、パイロット圧力室の圧力は、作動装置への通電に比例して制御することができる。
さらなる実施形態では、第1のシール要素が第1のスプリング板であり、第2のシール要素が第2のスプリング板であってもよい。本実施形態では、第1のシール要素及び第2のシール要素は、一方では低い肉厚で十分な安定性を有し、他方では比較的容易に製造することができる。それらの弾力性のため、シール効果が高い。
さらなる実施形態によれば、第2のシール要素は、あそびを有してプランジャに接続されている。そのため、公差の補正が容易である。
さらなる実施形態によれば、第2のスプリング板がプランジャにかしめられている。このため、簡単な方法で第2のスプリング板をプランジャに十分に固定することができる。
さらに、別の実施形態によれば、作動装置は、圧力流体が流れることができるソレノイドを有しいている。ソレノイドを使ってプランジャを動かす作動装置は広く普及しているので、今回の圧力調整弁の製造にもそのような作動装置を使用することができる。ソレノイドに圧力流体を流すことができれば、ソレノイドの動作時に発生する熱の少なくとも一部をソレノイドから放散させることができるため、圧力流体が冷却剤として機能するという利点がある。これにより、ソレノイドの熱負荷が軽減され、耐久性が向上する。
本発明の実施形態は、パイロット圧力室内の圧力を制御又は調整する装置であって、
圧力流体のための1次回路と、
前記1次回路内に配置され、前記1次回路内の圧力流体を搬送方向に沿って搬送する作業機械と、
油圧式又は空気圧式のスライダと、
前記圧力流体のための2次回路であって、前記搬送方向に関して前記作業機械の下流側に配置された、前記1次回路の分岐点から開始し、合流点で前記1次回路に再び接続する2次回路と、
前記2次回路に配置されたパイロット圧力室と、
前記パイロット圧力室と前記2次回路の前記合流点との間に配置された、上述の実施形態の何れか一つに記載の圧力調整弁と、
を有し、
前記スライダは、前記パイロット圧力室内の圧力に応じて、前記分岐点と前記合流点との間の前記1次回路内の前記圧力流体の流れを遮断又は開放することができるように配置及び構成されていることを特徴とする装置に関する。
本提案による装置で達成できる利点と技術的効果は、先に述べた実施形態の1つによる圧力調整弁で説明したものに対応する。要約すると、1つの圧力調整弁と1つのスライダだけで、パイロット圧力室内の圧力の能動的及び受動的な制御を実現し、装置の構成の複雑さを低く抑えることができるということである。
さらなる実施形態では、スライダは比例スライダとして構成されている。閉じた状態では、パイロット圧力室の圧力に応じて、スライダが分岐点と合流点の間の1次回路を遮断する。この場合、圧力流体は、分岐点から合流点へまでの2次回路にしか流れない。パイロット圧力室の圧力が、装置の構成に応じてある値を超えたり、下回ったりした時点で、スライダが開位置に移動し、1次回路の分岐点と合流点の間にも流体が流れるようになる。しかし、単純なスライダでは、開位置と閉位置の間でしか移動することができないため、1次回路の分岐点と合流点の間の加圧流体の流れを完全に解放又は完全に遮断するかのどちらになる。しかし、スライダが比例スライダとして構成されている場合には、1次回路の分岐点と合流点との間の圧力流体の体積流量を、パイロット圧力室の圧力に応じて調整することができる。パイロット圧力室の圧力は、作動装置への電流の流れに応じて調整することができるため、1次回路の分岐点と合流点との間の圧力流体の体積流量も、結果的に作動装置への電流の流れに応じて調整することができ、同時に、作動装置が故障した場合のフェイルセーフ装置を実現することができる。
さらなる実施形態は、圧力調整弁の作動装置が、圧力流体が流れることができるソレノイドで構成され、ソレノイドが、パイロット圧力室又は外部の圧力流体回路に流体的に接続されていることを特徴とする。前述したように、ソレノイドを使ってプランジャを動かす作動装置は広く普及しているので、そのような作動装置を使用することができる。ソレノイドに圧力流体を流すことができれば、ソレノイドの動作時に発生する熱の少なくとも一部をソレノイドから逃がすことができるため、圧力流体が冷却剤として機能するという利点がある。これにより、ソレノイドの熱負荷が軽減され、耐久性が向上する。
ソレノイドがパイロット圧力室に流体的に接続されている場合、そこで支配的な圧力を圧力流体の送出圧力として使用することができるため、さらなる送出要素を使用する必要はない。装置の構造は本質的に複雑ではない。ソレノイドが外部の圧力流体回路と流体的に接続されている場合、ソレノイドを通過する体積流量は、2次回路の体積流量及び圧力状態とは無関係に変更することができる。
さらなる実施形態では、作業機械がポンプ、コンプレッサ、又は振動ダンパであることを特徴とする。この振動ダンパは、2管式または3管式の振動ダンパとして構成することができる。このような作業機械は、パイロット圧力室での調整により、本発明の装置を用いて特に良好に制御又は調整することができる。作業機械が振動ダンパとして構成されている場合は、作動装置への電流供給により、減衰特性を硬くしたり柔らかくしたりすることができる。また、作動装置が故障した場合には、スプリングのプリロードと第1のスプリングのスプリング定数に応じて振動の減衰が行われる。
構造が簡単であり、アクチュエータに通電する電力がない場合でも、パイロット圧力室内の圧力を決定可能なレベルに制御できる。
パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための本発明の装置の一実施形態の回路図である。 本発明による圧力調整弁の第1の実施形態を示す断面図である。 圧力調整弁が第1の動作状態にある、図2でマークされた部分Xの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第2の動作状態にある、図2でマークされた部分Xの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第3の動作状態にある、図2でマークされた部分Xの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第1の動作状態にある、本発明の第2の実施形態の、図2でマークされた部分Xの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明される。
図1は、パイロット圧力室12内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための装置10の回路図である。圧力流体としては、作動油や圧縮空気を用いることができ、以下では、作動油として構成された圧力流体について説明する。装置10は、加圧された流体が作業機械16によって搬送され得る1次回路14を備える。作業機械16は、特に機械的な作業を、1次回路14内において矢印P1で示す搬送方向に搬送されるように圧力流体に伝達することができる構成要素として理解されるべきである。
矢印P1で示される流れの方向に対して作業機械16の下流には分岐点18が配置されており、そこから2次回路20が開始し、その中で加圧された流体が流れることができる。2次回路20の正確な構成については、後で詳しく説明する。
分岐点18の下流には、1次回路14に合流点22が設けられており、この合流点で2次回路20が1次回路14に再度合流する。図の例では、合流点22は、低圧室23によって実現されている。
低圧室23から開始する1次回路14は、再び作業機械16に接続する。
図1に見られるように、分岐点18の下流にはスライダ24が配置されており、図示された実施形態では、スプリング25と協働する比例スライダ26として構成されている。2次回路20は、スライダ24で遮断することはできない。スライダ24は、2つの位置の間で調整可能であり、これにより、図1に示す第1の位置では、スライダ24は、分岐点18と合流点22との間の1次回路14を遮断する。一方、第2の位置では、1次回路14の分岐点18と合流点22との間に流体の接続がある。スライダ24は2/2バルブとして構成されている。
スプリング25は、スライダ24と協働して、スライダ24が第1の位置にプリロードされている。作業機械12と分岐点18の間から第1の制御ライン27が出ており、この制御ラインはスライダ24に接続されている。さらに、パイロット圧力室からは第2の制御ライン29が出ており、これも第1の制御ライン27と同様にスライダ24に接続されている。第1の制御ライン27を介してスライダ24に導かれる圧力流体は、第2の制御ライン29を介してスライダ24に導かれる圧力流体と比較して、スライダ24上で逆方向に作用する。第2の制御ライン29を介してスライダ24に供給される圧力流体は、スプリング25と同じ方向に作用する。
分岐点18から開始する、2次回路20のスライダ24の下流には、絞り込み動作をする主オリフィス28が設けられている。そして、2次回路20は、上述したパイロット圧力室12に接続する。パイロット圧力室12の下流には、圧力調整弁30が設けられており、その機能は、電磁制御式3/2弁と、それに並列に接続された純油圧制御式3/2弁として理解することができる。圧力調整弁30の正確な構成については、後で詳しく説明する。
圧力調整弁30の下流側では、第1のライン32が、直接、低圧室23に通じる一方、第2のライン34が第1のサブライン36と第2のサブライン38に分岐しており、第1のサブライン36には逆止弁40が配置され、第2のサブライン38にはバイパスオリフィス42が配置されている。また、逆止弁40とバイパスオリフィス42は並列に接続されている。逆止弁40とバイパスオリフィス42の下流では、第1のサブライン36と第2のサブライン38が再び合流している。そこから、第2のライン34は、第1のライン32と同様に、低圧室23につながっている。既に述べたように、2次回路20は、低圧室23で1次回路14と再び合流する。
既に述べたように、提案されている圧力調整弁30の機能は、電磁制御式3/2弁と、それに並列に接続された圧力制御式3/2弁として理解することができ、図示されている例では、圧力調整弁30は、入力41と2つの出力43とを有している。後の説明で明らかになるように、圧力調整弁30は、3/3弁として動作させることができる。ただし、圧力調整弁30の機能を、電磁制御式2/2弁と、それに並列に接続された圧力制御式2/2弁として理解できるように構成することも可能である。この場合、圧力調整弁30は、1つの入力41と1つの出力43のみを有しており、第1のライン32と第2のライン34の代わりに、1本の共通のライン(図示せず)が設けられる。
電磁制御バルブは、図示の例では、圧力流体(ここでは作動油)が流れることができるソレノイド44を有している。しかし、ソレノイド44には流れないように構成することも同様に可能である。図1に示す実施形態では、ソレノイド44は外部圧力流体回路46に接続されており、外部圧力流体回路46には圧力流体を供給するための供給ポンプ48が設けられている。なお、ソレノイド44が1次回路14及び/又は2次回路20に流体的に接続されている実施形態は図示していない。例えば、ソレノイド44は、パイロット圧室12と低圧室23とに流体的に接続されていてもよい。
図2は、提案された圧力調整弁30の第1の実施形態を断面図で示したものである。図2に示す部分Xは、図3Aにおいて拡大して示されている。したがって、以下の説明では、図2と図3Aの両方を参照している。より良い理解のために、パイロット圧力室12と低圧室23もそこに示されている。
圧力調整弁30は、弁ハウジング50を有し、その中にプランジャ52が通電可能な作動装置49によって長手方向の軸線Lに沿って移動可能に取り付けられている。以下では、弁ハウジング50という用語は、何らかの方法で圧力調整弁30の壁や空洞を形成するすべての構成要素として理解されるべきである。弁ハウジング50は、このような複数の構成要素を有し得る。
さらに、圧力調整弁30は、第1のシール要素54を備えており、このシール要素も長手方向の軸線Lに沿って移動可能なように弁ハウジング50に取り付けられている。第1のシール要素54は、第1のスプリング56によって第1の弁座58(図3A参照)に対してプリロードされており、第1の弁座58は、圧力調整弁30に固定的に配置された壁部51によって、例えば、弁ハウジング50に固定的に接続されている。壁部51には、第1の環状ギャップ55として構成された第1の通路53が設けられており、第1の通路53は、壁部51とプランジャ52との間に配置されている。さらに、壁部51は、第1のシール要素54によって閉鎖可能な第1の貫通孔57を構成している。本提案による圧力調整弁30の第1の実施形態では、第1のシール要素54は、第1のスプリング板65として構成されている。
第1のシール要素54は、さらに、圧力流体が流れることができる第2の通路60を形成し、図示の実施形態では、第2の通路60は、第1のシール要素54とプランジャ52との間に配置された環状ギャップ62として構成されている。なお、第1の通路53と第2の通路60は、圧力調整弁30の動作状態に応じて、流体的に接続され得る。この場合、第2の通路60は、第1の通路53の下流側に配置される。
さらに、提案されている圧力調整弁30は、プランジャ52に取り付けられ、プランジャ52とともに長手方向軸線Lに沿って移動可能な第2のシール要素64(図3A参照)を備えている。第2のシール要素64は、第2のシール要素64が壁部51に接して第1の通路53を閉じる第1の位置(図3A)と、第2のシール要素64が第2の弁座66に接する第2の位置(図示せず)との間で移動可能である。第2の弁座66は、管67によって形成され、管67は、摩擦結合の形成によって弁ハウジング50に接続されている。その結果、管67に十分大きな力を加えれば、管67を長手方向の軸線Lに沿って移動させることができる。管67が移動されると、第2の弁座66の位置も変わり、圧力調整弁30の開放点を容易に変更することができる。
図3Aに示すように、管67は、内径DRIと外径DRAを有している。さらに、プランジャ52は、管67に面した端部に外径DSAを有している。第1の実施形態の圧力調整弁30では、プランジャ52の外径DSAは、管67の内径DRIよりも大きく、かつ、管67の外径DRAよりも小さい。
圧力調整弁30は、第2のシール要素64が第1の位置にプリロードされ、その結果、壁部51に押し付けられるように、プランジャ52と相互作用する第2のスプリング68(図2参照)をさらに備えている。この点において、壁部51は、壁部51の凹部77に配置された第2のシール要素64のための第3の弁座70を形成している(図3A参照)。
第2のシール要素64は、第2のスプリング板72として構成されており、プランジャ52に隙間嵌めによって取り付けられている。この隙間嵌めにより、第2のスプリング板72が長手方向の軸Lに沿っても、それと垂直に沿っても、最小限の範囲で移動可能になっている。固定は、プランジャ52の端面をかしめることで行うことができる。第2のスプリング板72の厚さは、0.1~0.5mmである。
図2及び図3Aでは、圧力調整弁30は第1の動作状態にあり、同様に図2に記された区間Xを表す図3Bおよび図3Cでは、圧力調整弁30はそれぞれ第2の動作状態及び第3の動作状態にある。
図3Aでは、装置10は、減圧状態にあり、第1のシール要素54が第1のスプリング56によって第1の弁座58に押し付けられ、第2のシール要素64が第2のスプリング68によって壁部51及び第3の弁座70に押し付けられている。その際、第1のシール要素54は、第1の貫通孔57を閉じている。その結果、圧力流体は、圧力調整弁30を流れることができないので、第2の弁座66も間接的に閉じられる。
図3Bでは、圧力調整弁30は、圧力調整弁30の一定の動作に対応する第2の動作状態にある。作動装置49に電流が印加された結果、プランジャ52は、図2乃至図3Cに示すように左にスライドし、その結果、第2のシール要素64は、壁部51及び第3の弁座70から離れ、その結果、第1の通路53をもはや閉鎖しない。しかし、第1の貫通孔57は、第1のシール要素54によって依然として閉じられている。したがって、2次回路20を介して作業機械16によって送られる圧力流体は、図3Bの矢印P2で示されるように、圧力調整弁30を通過し、その結果、低圧室23に到達することができる。圧力流体は、壁部51に配置された第2の貫通孔73を流れる。
圧力調整弁30に入る際に、長手方向軸線Lに平行な流れから出発して、圧力流体は、まず、第2の弁座66を通過する際に、第2のシール要素64によって半径方向外側に偏向され、その際に、第1の絞り込みギャップ74を通って流れる必要がある。次に、圧力流体は、長手方向軸Lに実質的に平行に流れるように偏向され、その際に、第2の絞り込みギャップ742を通って流れる必要がある。その後、圧力流体は、長手方向の軸線Lに実質的に平行な流れで第1の通路53及び第2の通路60に入る前に、第3の絞り込みギャップ74を流れるように、半径方向内側に偏向される。圧力流体は、第1の通路53及び第2の通路60を通過するとともに、第2の貫通孔73を通過した後、低圧室23に入る。
第1の実施形態の圧力調整弁30では、管67に面した端部のプランジャ52の外径DSAが、管67の内径DRIよりも大きく、外径DRAよりも小さいことに基づき、第1の絞り込みギャップ74はプランジャ52から延びている。第2の絞り込みギャップ74及び第3の絞り込みギャップ74は、第2のシール要素64から延びている。第1の絞り込みギャップ74は、長手方向軸線Lに実質的に平行に延びる第1の断面積A1を有し、第2の弁座66とプランジャ52との間に形成されている。第3の弁座70が壁部51の凹部77に配置されているので、第2の絞り込みギャップ74は、第2のシール要素64と壁部51との間に形成される長手方向軸線Lに実質的に垂直な第2の断面積A2を有している。第3の絞り込みギャップ74は、第2のシール要素64と壁部51、特に第3の弁座70との間に形成される、長手方向軸線Lに実質的に平行な第3の断面積A3を有している。
図3Aと図3Bを比較すると、通電開始前は、第3の断面積A3がゼロであるため、第1の通路53が閉じていることがわかる。電流が流れると、プランジャ52及び第2のシール要素64は、壁部51から離れて第2弁座66に向かって移動する。その結果、第3の断面積A3は増加し、第1の断面積A1は減少する。これとは独立して、第2の断面積A2は一定である。第1の断面積A1、第2の断面積A2、第3の断面積A3の大きさに関わらず、第1の通路53の断面積A4と第2の通路60の断面積A5は、常に第1の断面積A1、第2の断面積A2、第3の断面積A3のうちの少なくとも1つよりも大きくなるように選択されている。
制御性の観点から、第1の絞り込みギャップ74を用いて絞り込みを行うと有利である。したがって、作動装置49は、第2のシール要素64がプランジャ52とともに、第3の弁座70と第2の弁座66との間の距離の中央を越えてできるだけ迅速に移動されるように、通電されるべきである。これは、初期のピーク電流によって実現される。図2乃至図3Bを参照すると、第2のシール要素64が第3の弁座70と第2の弁座66との間の中心よりも左に位置すると、第1の絞り込みギャップ74の第1の断面積A1は、第1の断面積A1、第2の断面積A2、および、第3の断面積A3の中で最も小さくなるので、圧力流体の絞り込みは第1の絞り込みギャップ74によって決定されることになる。
通過時には、圧力流体は絞り込まれ、それにより、最小の断面積Aが配置されている絞り込みギャップ74によって絞り込みが決定される。圧力調整弁30を流れる際に圧力流体をどの程度絞るかによって、パイロット圧力室12内の圧力も変化する。絞りを効かせるほど、パイロット圧室12の圧力が上昇することになる。絞りは無段階で可能で、作動装置49に印加される電流の強さに依存する。絞りの結果、体積流量も圧力調整弁30の影響を受け、連続的に調整することができるので、圧力調整弁30は比例弁75として構成されている。
次に、図1を参照して、パイロット圧室12内の圧力がスライダ24に与える効果について説明する。パイロット圧力室12内の圧力が、1次回路14のスライダ24の上流側の圧力以上の場合、スライダ24は図1に示す位置に留まり、1次回路14が分岐点18と合流点22との間で遮断される。この場合、分岐点18と合流点22との間の流体接続は、2次回路20を介してのみ与えられる。しかしながら、スライダ24の開放を容易にするために、主オリフィス28は、2次回路20のスライダ24の下流に設けられ、これにより、2次回路20のスライダ24の下流の圧力が少なくともわずかに低下する。さらに、上述した作動装置49への通電とそれによる圧力流体の絞り込みにより、パイロット圧力室12内の圧力が低下すると、スライダ24が開き、分岐点18と合流点22との間の1次回路14を開放することができる。前述したように、スライダ24は、比例スライダ26として構成されており、これは、スライダ24が、パイロット圧力室12内の圧力に応じて、分岐点18と合流点22との間の1次回路14を多少なりともさらに開放することを意味する。したがって、作動装置49への通電により、分岐点18と合流点22との間の流量を、パイロット圧室12内の圧力に比例して調整することができる。
図3Cは、作動装置49に通電するための電気エネルギが得られない、圧力調整弁30の第3の動作状態を示している。この場合、第2のスプリング68(図2参照)は、第2のシール要素64を第1の位置に戻し、第2のシール要素64は、第3の弁座70に接し、第1の通路53を閉鎖する。この中間位置は、図3Aに示した第1の動作状態と同じである。しかし、作業機械16は、第1の動作状態とは対照的に、第3の動作状態ではアクティブであるので、圧力流体は、第2のシール要素64、プランジャ52の端面、及び、第1の貫通孔57を介して第1のシール要素54に圧力を及ぼす。その結果、第2のシール要素64とプランジャ52に加えて、第1のシール要素も図2乃至図3Cのイラストに示すように右方向に移動し、それによって第1のスプリング56が圧縮される。その結果、第1のシール要素54が第1の弁座58から遠ざかるので、第1の貫通孔57が開放され、壁部51と第1のシール要素54との間に隙間76が開き、そこを圧力流体が流れ、結果的に低圧室23に到達することができる(矢印P3)。この隙間76の断面積Aに応じて、圧力調整弁30を流れる際の圧力流体の絞り込み量が大きくなったり小さくなったりする。隙間76の断面積Aの大きさは、第1のスプリング56のスプリング予圧とスプリング定数で調整できる。その結果、作動装置49が故障した場合でも、スライダ24が開き、分岐点18と合流点22との間で1次回路14が開放されることが確保される。すでに説明したように、スライダ24が開く範囲は、絞りの量に依存する。その結果、作動装置49への電気エネルギの供給が停止した場合、第1のスプリング56のスプリングのプリロードとスプリング定数で、スライダ24が開く量と開くタイミングを選択することができる(「フェイルセーフ」)。
図4では、本発明の第2の実施形態の圧力調整弁30が、図3Aで選択された表示と同様に減圧状態にあることが示されている。第2の実施形態による圧力調整弁30の基本構造は、第1の実施形態による圧力調整弁30の構造とほぼ対応しているため、以下では相違点のみを説明する。
プランジャ52の外径DSAは、管67の内径DRIよりも小さくなっている。このことから、第1の実施形態の圧力調整弁30とは異なり、第1の絞り込みギャップ74は、プランジャ52の管67に対向する端部を起点として形成されるのではなく、第2のシール要素64を起点として形成される。
以上の説明から、本発明による圧力調整弁30は、3/3弁として動作することがわかる。
前述したように、2次回路の第2のライン34は、第1のサブライン36と第2のサブライン38に分岐している(図1参照)。そこに配置され、接続されたバイパスオリフィス42及び逆止弁40は、圧力ピークを吸収することによって装置10全体の減衰に寄与にする。
最後に、作業機械16は、自動車のポンプ78、コンプレッサ80、又は振動ダンパ82として構成することができることが指摘される。特に、作業機械16が振動ダンパ82として構成されている場合には、振動ダンパ82の負荷方向とは無関係に、1次回路14と2次回路20を介して常に図1に示す方向に流体が搬送されるように、油圧の同期を取る必要がある場合がある。その場合には、本発明による装置10において、2管式又は3管式の振動ダンパ82を使用することができる。
10…装置
12…パイロット圧力室
14…1次回路
16…作業機械
18…分岐点
20…2次回路
22…合流点
23…低圧室
24…スライダ
25…スプリング
26…比例スライダ
27…第1の制御ライン
28…主オリフィス
29…第2の制御ライン
30…圧力調整弁
30-30…圧力調整弁
32…第1のライン
34…第2のライン
36…第1のサブライン
38…第2のサブライン
40…逆止弁
41…入口
42…バイパスオリフィス
43…出口
44…ソレノイド
46…外部圧力流体回路
48…供給ポンプ
49…作動装置
50…弁ハウジング
51…壁部
52…プランジャ
53…第1の通路
54…第1のシール要素
55…第1の環状ギャップ
56…スプリング
57…第1の貫通孔
58…第1の弁座
60…第2の通路
62…第2の環状ギャップ
64…第2のシール要素
65…第1のスプリング板
66…第2の弁座
67…管
68…第2のスプリング
70…第3の弁座
72…第2のスプリング板
73…第2の貫通孔
74…絞り込みギャップ
74~74…第1~第3の絞り込みギャップ
75…比例弁
76…ギャップ
77…凹部
78…ポンプ
80…コンプレッサ
82…振動ダンパ
A…断面積
A1~A5…第1~第5の断面積
RA…管の外径
RI…管の内径
SA…プランジャの内径
L…長手方向軸
P1~P3…矢印

Claims (19)

  1. パイロット圧力室(12)内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁(30)であって、
    前記パイロット圧力室(12)に流体的に接続可能な少なくとも1つの入口(41)と、少なくとも1つの出口(43)とを有する弁ハウジング(50)と、
    前記圧力調整弁(30)に固定的に配置された壁部(51)であって、前記圧力流体が流れることができる第1の通路(53)及び第1の貫通孔(57)を有し、第1の弁座(58)を形成する壁部(51)と、
    通電され得る作動装置(49)によって長手方向軸(L)に沿って移動可能なように、前記弁ハウジング(50)に支持されたプランジャ(52)と、
    前記長手方向軸(L)に沿って移動可能なように前記弁ハウジング(50)に支持された第1のシール要素(54)であって、前記第1のシール要素(54)が第1のスプリング(56)によって、前記第1の弁座(58)に当接し、前記第1の貫通孔(57)を閉鎖する閉鎖位置に付勢される第1のシール要素(54)であって、前記圧力流体が流れることができ、前記第1の通路(53)に流体的に接続することができる第2の通路(60)を有している第1のシール要素(54)と、
    前記プランジャ(52)に固定された、第2のシール要素(64)であって、前記作動装置(49)に通電することにより、前記プランジャ(52)により前記長手方向軸(L)に沿って、前記第2のシール要素(64)が前記壁部(51)によって形成された第3の弁座(70)に当接し、前記第1の貫通孔(53)を閉鎖する第1の位置と、前記第2のシール要素(64)が第2の弁座(66)に当接する第2の位置との間を移動可能であって、前記第2の弁座(66)は、前記第1の弁座(58)に対して前記長手方向軸(L)の軸方向にオフセットして配置されている第2のシール要素(64)と、
    前記第2のシール要素(64)を前記第1の位置に付勢する第2のスプリング(68)と、
    を有する圧力調整弁(30)。
  2. 前記第1の通路(53)は、前記壁部(51)と前記プランジャ(52)との間の第1の環状ギャップ(55)によって形成されており、かつ
    前記第2の通路(60)は、前記第1のシール要素(54)と前記プランジャ(52)との間の第2の環状ギャップ(62)によって形成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の圧力調整弁(30)。
  3. 前記壁部(51)は、圧力流体が流れることができ、前記第1のシール要素(54)によって閉鎖されない第2の貫通孔(73)を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧力調整弁(30)。
  4. 前記第2の弁座(66)は、前記弁ハウジング(50)に接続された管(67)によって形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  5. 前記管(67)は、前記長手方向軸(L)に沿って移動可能に前記弁ハウジング(50)に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の圧力調整弁(30)。
  6. 前記第1の通路(53)又は前記第1の環状ギャップ(55)の断面積(A4)と、前記第2の通路(60)又は前記第2の環状ギャップ(62)の断面積(A5)は、前記第2のシール要素(64)から延びる絞り込みギャップ(74)の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  7. 前記第1の環状ギャップ(55)の前記断面積(A4)及び前記第2の環状ギャップ(62)の前記断面積(A5)が、
    前記第2のシール要素(64)と前記第2の弁座(66)との間に形成された第1の絞り込みギャップ(74)、または、
    前記第2のシール要素(64)と前記壁部(51)との間に形成された第2の絞り込みギャップ(74)、または、
    前記第2のシール要素(64)と前記第3の弁座(70)との間に形成された第3の絞り込みギャップ(74)の
    断面積(Al、A2、A3)よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の圧力調整弁(30)。
  8. 記第1の通路(53)又は前記第1の環状ギャップ(55)の断面積(A4)と、前記第2の通路(60)又は前記第2の環状ギャップ(62)の断面積(A5)は、前記第2のシール要素(64)又は前記プランジャ(52)から延びる絞り込みギャップ(74)の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  9. 前記第1の環状ギャップ(55)の前記断面積(A4)及び前記第2の環状ギャップ(62)の前記断面積(A5)が、
    前記プランジャ(52)と前記第2の弁座(66)との間に形成された第1の絞り込みギャップ(74)、または、
    前記第2のシール要素(64)と前記壁部(51)との間に形成された第2の絞り込みギャップ(74)、または、
    前記第2のシール要素(64)と前記第3の弁座(70)との間に形成された第3の絞り込みギャップ(74)の
    断面積(Al、A2、A3)よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の圧力調整弁(30)。
  10. 前記第2の弁座(66)が前記第1の弁座(58)によって取り囲まれていることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  11. 前記圧力調整弁(30)が比例弁(75)として構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  12. 前記第1のシール要素(54)が第1のスプリング要素(65)として構成され、前記第2のシール要素(64)が第2のスプリング板(72)として構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  13. 前記第2のシール要素(64)は、前記プランジャ(52)と遊びを有して接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  14. 前記第2のスプリング板(72)が、前記プランジャ(52)にかしめられて取り付けられていることを特徴とする請求項12に記載の、又は請求項12及び請求項13に記載の圧力調整弁(30)。
  15. 前記作動装置(49)は、圧力流体が流れるソレノイド(44)を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項14の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)。
  16. パイロット圧力室(12)内の圧力を制御及び調整する装置であって、
    圧力流体のための1次回路(14)と、
    前記1次回路(14)内に配置され、前記1次回路(14)内の圧力流体を搬送方向に沿って搬送する作業機械(16)と、
    油圧式又は空気圧式のスライダ(24)と、
    前記圧力流体のための2次回路(20)であって、前記搬送方向に関して前記作業機械(16)の下流側に配置された、前記1次回路(14)の分岐点(18)から開始し、合流点(22)で前記1次回路(14)に再び接続する2次回路(20)と、
    前記2次回路(20)に配置されたパイロット圧力室(12)と、
    前記パイロット圧力室(12)と前記2次回路(20)の前記合流点(22)との間に配置された請求項1乃至請求項15の何れか一項に記載の圧力調整弁(30)と、
    を有し、
    前記スライダ(24)は、前記パイロット圧力室(12)内の圧力に応じて、前記分岐点(18)と前記合流点(22)との間の前記1次回路(14)内の前記圧力流体の流れを遮断又は開放することができるように配置及び構成されていることを特徴とする装置。
  17. 前記スライダ(24)が比例スライダ(26)として構成されていることを特徴とする請求項16に記載の装置。
  18. 前記圧力調整弁(30)の前記作動装置(49)は、前記圧力流体が流れることができるソレノイド(44)を備え、前記ソレノイド(44)は、前記パイロット圧力室(12)又は外部の圧力流体回路(46)に流体的に接続されていることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の装置。
  19. 前記作業機械(16)が、ポンプ(78)、コンプレッサ(80)又は振動ダンパ(82)であることを特徴とする請求項16乃至請求項18の何れか一項に記載の装置。
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