JP4191595B2 - 弁座装置を備えたパイロット制御式の弁 - Google Patents

Description

本発明は、パイロット制御式の弁、特に車両の圧縮空気ブレーキシステムのための電空式の調整弁であって、軸方向で位置調節可能な制御ピストンを包含する弁ハウジングが設けられており、制御ピストンが軸方向位置調節のために少なくとも１つのソレノイド式のパイロット制御弁を介して負荷可能であって、制御ピストンが、外側に位置する少なくとも１つの制動管路接続部と１つの供給圧接続部と１つの排気接続部との間で圧縮空気流を切換える弁座装置を操作するために設けられており、該弁座装置が実質的に、同軸的な穿設孔を備えたポット形のシールカラーから成っており、該シールカラーの円環状のシール面が、外側の弁座と内側の弁座とから成る同軸的な弁座装置と協働する形式のものに関する。特に本発明はシールカラーの特別な構成に関する。

発明の上位概念を成すパイロット制御式の弁は例えば電空式の調整弁として、ブレーキ圧を所望の制動作用に応じて調整するために、商用車の圧縮空気ブレーキシステム内で使用される。調整弁を起点として延びる制動管路はこの目的のために通常はブレーキシリンダに連通しており、ブレーキシリンダは車輪に配置されていて、これに接続されたディスクブレーキ又はドラムブレーキのための、制動するのに必要な制動力を生ぜしめる。電空式の調整弁のための圧力目標値の設定は電気式にも空気圧式にも行われることができる。しかし、空気圧式の起動制御は大抵の場合、電気式の起動制御が故障した場合の安全のために使用されるに過ぎない。

このような形式の電空式の調整弁はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０５５６２号明細書から公知である。この調整弁は、弁ハウジング内に収容された大面積の制御ピストンを有しており、この制御ピストンは、対応する制御チャンバにわたって軸方向で可動である。制御チャンバに対向して位置して、制御ピストンは作業チャンバを制限している。作業チャンバの側で、同軸的な中空ピンが制御ピストンに形成されており、中空ピンは、隣接する弁座装置を操作するために働く。弁座装置は、ばね負荷されたシールカラーの、軸方向での位置調節により圧縮空気流を、外側に位置する制動管路接続部と、供給圧接続部と、排気接続部との間で切換える。

パイロット制御弁装置を介して、制御ピストンは制御圧により制御チャンバ側で負荷可能である。パイロット制御弁装置はこの場合２つのソレノイド式のパイロット制御弁から成っており、パイロット制御弁は、組込まれた電気的なコイルの、調整された通電により、制御チャンバ内の制御圧の昇圧、保圧又は降圧を生ぜしめる。制御ピストンに対向して位置する側には、制動圧から結果的に生じる反力が作用する。

制御ピストンによりこのように操作可能な弁座装置は、ポット状に構成されたシールカラーを有しており、シールカラーには同軸的な穿設孔が、これを通して、制御チャンバの排気時に発生する排出空気を排気接続部へと導くために設けられている。シールカラーの、残された円環状のシール面は、同軸的な内側の弁座を包囲する、対向して位置する外側の弁座と共に、相応の弁座装置を形成している。

作業チャンバに連通した制動管路接続部の圧縮空気負荷は、シールカラーの押し下げによって行われる。その際、シールカラーは外側の弁座から離間するので、供給圧接続部から作業チャンバへの圧縮空気流が解放される。制動管路接続部に連通した作業チャンバの排気は、制御ピストンに一体的に形成された内側の弁座の離間によって得られる。その際、作業チャンバから排気接続部への圧縮空気流が生じる。

前記の公知の弁座装置により達成可能な調整の質は、比較的大きな力成分が下からシールカラーに対して制御ピストンの方向に作用することによって制約されている。この力成分は実質的に制動圧の影響によって惹起される。この下からの力成分には、シールカラーの他方の側で上からの力成分が対抗するが、この上からの力成分は、両弁座の同軸的な配置に起因して有効な面が小さくなることに基づいて、閉鎖された弁位置における作業チャンバ内の圧力と関連して比較的小さな量を有している。このアンバランスな両力成分が、弁座装置の比較的大きなヒステリシスを招き、このことは調整の質に対して否定的な影響を及ぼす。

ピストン座直径を更に小さくすることによって、シールカラーの有効な円環状のシール面を拡大する試みが既に実施されている。しかしこの場合、シールカラーが内側の縁部領域において、確実なシール性及び正確な弁機能を得ることのできないような不都合な応力を受けることが判明した。外側の弁座の拡大は、構造上の制約のために、全く問題にならない。

シールカラーはエラストマから成っており、かつエッジ横断面で見て実質的に直角に形成されている補強インサートを有しており、その際、シール面の下に延びる水平の脚片は、シールカラーの外側面を補強するために、外側に位置するシールリップ区分に沿って延びる垂直の脚片に接続している。この幾何学形状により、前記エッジ条件の場合、シールカラーの上側の力成分を拡大することは不可能である。極端な場合には、内側の弁座の作用によって、シールカラーにおいてシール材料の剪断に至る。

それゆえ本発明の課題は冒頭で述べた形式のパイロット制御式の弁を改良して、弁座装置との関連で使用されるシールカラーを、該シールカラーの上側の力成分の拡大のために内側の弁座直径を縮小することができて、それと同時に、連続運転における確実な封止機能を保証することができるように構成することである。

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式のパイロット制御式の弁から出発し、請求項１の特徴部に記載された特徴に関連して解決される。請求項２以下の従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。

本発明は、シールカラーが、エッジ横断面で見て実質的にＵ字形に形成されていて内側に位置する補強インサートを有しており、該補強インサートに、半径方向内向きに方位づけられていてシール面の半径方向内側の領域を補強するように一体成形された付設部が設けられており、しかも前記補強インサートの両脚片が、前記シールカラーの、対応配置されたシールリップ区分内に、補強するように進入しているという技術的な教示を包括する。

このように形成されたシールカラーの利点は、シール面の、内側の弁座に対応するクリティカルな領域が、補強インサートの、特別に支持するように構成された幾何学形状によって、弁座直径を更に減径してもいいように支持され、それにより、シールカラーの軸方向可動性を損ねることなしに、シールカラーの上側の有効な環状面を拡大できる点にある。その結果、弁ヒステリシスが一層小さくなり、このことは電空式の調整弁の調整の質を一層改善する。

有利には、補強インサートはシールカラーの、エラストマから成るシール材料に比して相対的に剛性のプラスチックから成っており、このプラスチックはシールカラー内に加硫により接着されている。これ以外に、鋼、アルミニウムまたはこれに類するものから成る補強インサートを使用することも考えられる。

本発明を改良する構成手段によれば、シールリップ付きシールカラーから延びるリング状の両シールリップ区分がほぼ同じ長さに形成されており、それにより、補強インサートの、やはり同じ長さに形成された両脚片と協働して、シールの均等な質を保証できるようになっており、しかも、シールカラーに対応するハウジング構成部分に対する、異なる高さの接触力が、シールカラーの、軸方向での可動性を妨げてしまうような事態に陥ることはない。

本発明を改良する別の構成手段によれば、制御チャンバの排気時に生じる排出空気を直接排気接続部の領域に導くために、シールカラーに設けられた穿設孔を通して、排気通路を備えた管区分が導き通されている。したがって、穿設孔の直径は管区分の直径に、なお充分な円環状の流動横断面を作業チャンバの排気のために提供できるような形で調整されている。

次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

図１に示した電空式の調整弁は２部分構成のハウジングを有している。つまり、ハウジングは下側のリレー弁ハウジング１から成っており、リレー弁ハウジング１は上側のパイロット制御弁ハウジング２に、両者間に位置するシールエレメント３を介して螺設により結合されている。リレー弁ハウジング１とパイロット制御弁ハウジング２は、制御チャンバ４として形成された内側に位置する中空室を取り囲んでおり、中空室内には制御ピストン５が軸方向で可動に配置されている。制御ピストン５を軸方向で位置調節するために、パイロット制御弁ハウジング２内に収容されたパイロット制御弁装置が働く。図１にはパイロット制御弁装置のうち、ソレノイド式出口弁として働くパイロット制御弁６のみが示されている。パイロット制御弁装置は、やはりパイロット制御弁ハウジング２内に配置された電子ユニット７を介して電気的に起動制御される。

図示のパイロット制御弁６は操作時に制御チャンバ４を排気し、その際、発生する排出空気は同軸的な排気通路８を介して大気へ導出される。ソレノイド式出口弁として働くパイロット制御弁６の他に、入口弁として第２のパイロット制御弁（図２には図示せず）が存在しており、第２のパイロット制御弁は、制御ピストン５を軸方向で位置調節するために制御圧で制御チャンバ４を負荷するのに役立つ。

制御チャンバ４を負荷すると、制御ピストン５は、下面のスリーブ状の同軸的な一体成形部を介して、弁座装置９を操作する。同軸的な一体成形部の末端の端部は内側の弁座１０として構成されている。この内側の弁座１０の他に、同一平面に同軸的に配置された外側の弁座１１が設けられており、外側の弁座１１はリレー弁ハウジング１に対して定置に配置されている。両方の弁座１０，１１はポット状のシールカラー１２と協働し、シールカラー１２のシール面１３は、調整弁の、閉鎖された切換位置において、両弁座１０，１１に座着させられる。この座着は殊に、リレー弁ハウジング１とシールカラー１２との間に配置された圧縮ばね１４の作用により行われる。この弁座装置９を介して圧縮空気流は、一方ではリレー弁ハウジング１に配置された制動管路接続部１５、並びに内側の供給圧チャンバ１６に連通した供給圧接続部（本図では目視不能）と、他方では排気接続部１７との間で切換え可能である。排気接続部１７には付加的に消音装置１８が、制動管路接続部１５に接続可能な作業チャンバ１９並びに排気通路８から流出する排出空気の騒音を低減するために設けられている。

電空式の調整弁は図１に、閉鎖された切換位置で示されている。制御チャンバ４を制御圧で負荷し、それに伴って制御ピストン５が下側の位置の方向で運動すると、外側の弁座１１の開放により圧縮空気流は、制動圧を増強するために、供給圧チャンバ１６から作業チャンバ１９を介して制動管路接続部１５へと流れる。

制御チャンバ４の排気時に制御ピストン５は上側の位置へと移行し、その際に、内側の弁座１０が開放されるので、圧縮空気は、制動圧を相応に低下させるために、制動管路接続部１５から作業チャンバ１９を介して排気接続部１７に到達する。従って制動圧は本例では、制御ピストン５の交互運動によって影響を及ぼされる。

図２に示した詳細図から明らかであるように、弁座装置９のシールカラー１２は、半径方向内側のシールリップ区分２０と、半径方向外側のシールリップ区分２１とを有しており、両シールリップ区分２０，２１は、リレー弁ハウジング１に対して定置に配置された挿嵌スリーブ２２の管状の区分に密に当接するようになっており、かつ圧縮ばね１４を包囲している。シールカラー１２に設けられた穿設孔２３を通過して、排気通路８を内設した管区分が延在しており、それにより、制御チャンバ（図示せず）の排気時に発生する排出空気を排気接続部の領域へ導出することができるようになっている。

図３によればシールカラー１２は、エッジ横断面で見て実質的にＵ字形に形成された内側に位置するリング状の補強インサート２４を有している。補強インサート２４はこの場合、シールカラー１２の、エラストマから成るシール材料に比して比較的剛性的なプラスチックから成っており、かつ接着加硫によりシールカラー１２内に装填されている。補強インサート２４には、シール面１３の半径方向内側の領域を付加的に補強するために、半径方向で内向きの付設部２５が設けられている。補強インサート２４の２つの脚片２６，２７はそれぞれ両シールリップ区分２０，２１内へ突入して、それにより、シールカラー１２の安定特性が高められ、かつそれゆえに封止特性が改善されている。リップ付きシールカラー１２の両シールリップ区分２０，２１は本実施形態では同じ長さに形成されており、かつ、内側に位置する補強インサート２４の、やはり同じ長さの、但し前記シールリップ区分２０，２１よりは短い脚片２６，２７と協働する。

本発明は前記の有利な実施例に限定されるものではない。従属請求項の保護範囲によって一緒に包括された変化態様も当然考えられ得る。例えばシールカラーの長さ：直径比は、本発明の思想を逸脱しない範囲内で種々変化することができる。

本発明により形成されたシールカラーを備えた電空式の調整弁の縦断面図である。

図１に示した弁座装置の領域の詳細な縦断面図である。

シールカラーを単独で示す縦断面図である。

符号の説明

１ リレー弁ハウジング、 ２ パイロット制御弁ハウジング、 ３ シールエレメント、 ４ 制御チャンバ、 ５ 制御ピストン、 ６ パイロット制御弁、 ７ 電子ユニット、 ８ 排気通路、 ９ 弁座装置、 １０ 内側の弁座、 １１ 外側の弁座、 １２ シールカラー、 １３ シール面、 １４ ばね、 １５ 制動管路接続部、 １６ 供給圧接続部もしくは供給圧チャンバ、 １７ 排気接続部、 １８ 消音装置、 １９ 作業チャンバ、 ２０ シールリップ区分、 ２１ シールリップ区分、 ２２ 挿嵌スリーブ、 ２３ 穿設孔、 ２４ 補強インサート、 ２５ 付設部、 ２６，２７ 脚片

Claims (5)

1. パイロット制御式の弁であって、軸方向で位置調節可能な制御ピストン（５）を包含する弁ハウジング（１）が設けられており、制御ピストン（５）が軸方向位置調節のために少なくとも１つのソレノイド式のパイロット制御弁（６）を介して負荷可能であって、制御ピストン（５）が、外側に位置する少なくとも１つの制動管路接続部（１５）と１つの供給圧接続部と１つの排気接続部（１７）との間で圧縮空気流を切換える弁座装置（９）を操作するために設けられており、該弁座装置（９）が実質的に、同軸的な穿設孔（２３）を備えたポット形のシールカラー（１２）から成っており、該シールカラー（１２）の円環状のシール面（１３）が、外側の弁座（１１）と内側の弁座（１０）とから成る同軸的な弁座装置と協働する形式のものにおいて、シールカラー（１２）が、エッジ横断面で見て実質的にＵ字形に形成されていて内側に位置する補強インサート（２４）を有しており、該補強インサート（２４）に、半径方向内向きに方位づけられていてシール面（１３）の半径方向内側の領域を補強するように一体成形された付設部（２５）が設けられており、しかも前記補強インサート（２４）の両脚片（２６，２７）が、前記シールカラー（１２）の、対応配置されたシールリップ区分（２０，２１）内に、補強するように進入していることを特徴とする、弁座装置を備えたパイロット制御式の弁。
2. 補強インサート（２４）が、シールカラー（１２）の、エラストマから成るシール材料に比して相対的に剛性のプラスチックから成っており、該プラスチックが前記シールカラー（１２）内に加硫により接着可能である、請求項１記載のパイロット制御式の弁。
3. 補強インサートが鋼又はアルミニウムから成っている、請求項１記載のパイロット制御式の弁。
4. シールリップ付きシールカラー（１２）の両シールリップ区分（２０，２１）が実質的に同じ長さに形成されており、かつ、内側に位置する補強インサート（２４）の、やはり同じ長さの、但し前記シールリップ区分よりは短い脚片（２６，２７）と協働する、請求項１記載のパイロット制御式の弁。
5. 制御チャンバ（４）の排気時に発生する排出空気を直接的に排気接続部（１７）の領域に導くために、シールカラー（１２）内の穿設孔（２３）を通して、排気通路（８）を備えた管区分が延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のパイロット制御式の弁。

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