JP6310083B2 - 負荷保持弁 - Google Patents

Description

本発明は、１つの部分又は複数の部分からなるバルブハウジング内を長手方向に移動可能に案内された少なくとも１個の主制御ピストンと、リターンピストンとを有する負荷保持弁であって、
負荷保持位置としての切換位置では、少なくとも２個の接続部の間の流体案内接続が前記両ピストンによって遮断されていて、前記接続部のうち一方の接続部は媒体供給又は媒体排出のために用いられ、他方の接続部は油圧消費機器に続いており、
負荷上昇位置としての切換位置では、両ピストンは互いに相対的に媒体供給口と消費機器との間の接続が形成されている開放位置に動き、
負荷下降位置としての切換位置では、両ピストンは互いに媒体排出口と消費機器との間の接続が形成されている設定可能な間隔を取る、負荷保持弁ものに関する。

この種の負荷保持弁は従来技術である。そのようなバルブは負荷上昇作動シリンダの形態による油圧消費機器と組み合わせて専門用語では下降ブレーキ遮断弁とも呼ばれる。負荷上昇作動シリンダは作業機器で、掘削機、フォークリフト及び同種のものなどの移動機器の形態においても多用されている。通常はこれらの場合に負荷保持弁は操作者が制御弁装置を手動操作することにより制御可能である。その際に操作者による誤操作と、それによって引き起こされる機器類と操作者双方に対する危険をできるだけ排除するために、操作過程を操作者にとって単純で見通せるように形成することが配慮されなければならない。

上記の問題点に鑑みて、本発明の課題は誤操作の危険及びそれによって引き起こされる誤機能が最小化された負荷保持弁を提供することである。

上記の課題は本発明により、特許請求項１の特徴をその全体において有する負荷保持弁によって解決される。

請求項１の特徴部によれば、本発明の本質的な特性は、負荷保持弁の確実な機能を保証するために、ピストンの個々の切換位置を確認する監視装置が存在することにある。操作者及び／又は自動作業制御（ＳＰＳ）にその都度の切換状態に関する情報が提供されることにより、操作過程が単純で見通しがきくようになり、誤操作の危険が大幅に減少する。

監視装置は、主制御ピストン及び／又はリターンピストンが信号装置と協働して、信号装置のポジションがメインピストン及び／又はリターンピストンの動きに条件付けられて測定装置に対して相対的に変化すると直ちに、信号装置が測定装置によって発生された磁界を誘導的に変化させるように構成され得る点が特に有利である。

特に有利には、監視装置として一種の誘導的変位量測定装置が設けられており、信号装置はメインピストンと接続した制御部材からなり、この制御部材は少なくとも部分的に磁界を変化させる、特に鉄化合物の形態の構成部分を有しており、測定装置は磁界を発生する少なくとも１個の通電可能な巻線コイルを有する。このような誘導的測定装置は困難なくバルブハウジングに統合可能であり、又は追加ハウジングとしてバルブハウジングの端部に付設し、そこから制御部材が追加ハウジング内に延びるようにすることができる。

制御部は信号ロッドの構成部分であり、信号ロッドはその一方の自由端部で主制御ピストンと係合し、他方の自由端部の領域でダブルコイル構成に貫入しており、このダブルコイル構成の個別コイルは信号ロッドの移動方向に沿って設定可能な間隔で相前後して配置されていることが有利である。このような配置構成において個別コイルは、いわゆるＬＶＤＴ方式（線形可変差動変圧器）に従う変位量測定のための誘導的半ブリッジの構成部分であってよい。代替的又は追加的に、定義された切換点を取り入れて弛張発振器（シュミットトリガ）の方式でプログラミング又は設計が行なわれる。その限りでは単に監視すべき切換点は２個のみ必要である。それ以外の監視の可能性は、市販のホールセンサを使用することである。

有利には、バルブハウジングを基準として測定装置に対する零点位置又は初期位置が較正されており、主制御ピストンが設定可能な初期電圧を起点として零点位置又は初期位置を一方又は他方の方向に離れると、切換点確認の方式でバルブのその都度の切換位置が推定される配置構成とすることができる。

それぞれの切換点確認は、その都度の切換位置を明確に把握するために一種のヒステリシス経過を備えていることが好ましい。

測定装置は、好ましくはＬＥＤ表示装置により切換位置の光学的表示を提供する評価電子装置に接続されていることが特に有利である。電子的監視によってＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ１３８４９に従う「診断範囲」（ＤＣ）の向上が達成される。そうすることによってより高いパフォーマンスレベル（ＰＬ）と、より高い機能安全性が達成可能である。

特に有利な実施形態において、バルブハウジングは零点位置又は初期位置を形成するために負荷保持位置でリターンピストンが当接する止め肩部を有しており、負荷上昇位置又は負荷下降位置で主制御ピストンは止め肩部に近接したポジションから端面側油圧消費機器接続部としてのハウジング接続部に向かって前方若しくは後方に離れる。

有利な実施形態において、主制御ピストンの少なくとも１つのポジションで当該主制御ピストンに、好ましくは調節可能なばね力を有する主ばねの他にも絞られた流体圧力が、特に下降過程で作用する。

媒体供給又は媒体排出のために負荷保持弁を操作する制御弁装置として、負荷保持弁は特に４／３比例方向切換弁の形態の制御弁に接続されていることが有利である。負荷保持弁には請求項１の前提部に従いあらゆる種類の下降ブレーキ弁及びあらゆる種類の相応の遮断弁も含み、併せて考慮すべきである。

以下に本発明を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施形態による負荷保持弁を有する、作動シリンダの形態による消費機器に供給するための油圧システムの回路記号図である。 負荷保持弁の実施形態の縦断面図である。 図２に対して拡大して示した実施形態の端面側ハウジング接続部に接する部分のみの縦断面図である。 図３に対してさらに拡大して示した実施形態の端面側ハウジング接続部の近傍部分のみの部分縦断面図であり、切換位置「負荷保持」が示されている。 切換位置「負荷上昇」を示す図４に対応する図である。 切換位置「負荷下降」を示す図４に対応する図である。

図１の回路図から見て取れるように、複動式作動シリンダ３の運転を制御するために、以下に詳述する本発明による負荷保持弁１の実施形態が設けられている。負荷保持弁１を操作するために、４／３比例方向切換弁５の形態における制御弁が設けられている。この制御弁はその圧力接続部Ｐとタンク接続部Ｔで供給ユニット１１の圧力回路７若しくはタンク回路９と接続されている。動力駆動されるハイドロポンプ１３の圧力側で接続された圧力回路７は、圧力制限弁１５を介してタンク回路９に対して封止されている。

４／３方向切換弁５は、図１に示した位置ではばねで付勢されており、この位置は負荷保持弁１の切換位置「負荷保持」に対応している。４／３方向切換弁５はこのバルブ位置からバルブピストン１７を手動操作することにより（図１を基準にして）右へ負荷保持弁１の切換位置「負荷上昇」に対応するバルブ位置に動かすことができ、左へ摺動させることにより負荷保持弁１の切換位置「負荷下降」に対応するバルブ位置に動かすことができる。

負荷保持弁１は消費機器接続部２１で作動シリンダ３のロッド側２３と接続しており、作動シリンダ３のピストン側２５は、特に図３〜図６から見て取れるように負荷保持弁１のバルブハウジング２９にある接続ポート２７と接続している。接続ポート２７はさらに方向切換弁５における媒体供給又は媒体排出のための接続部３３と接続しており、方向切換弁５の媒体供給又は媒体排出のための別のバルブ接続部３５は負荷保持弁１のハウジング接続部３７と接続されている。負荷保持弁１のメインピストン３９は当該メインピストン３９に作用する、ばね力に関して調節可能な主ばね４１により図１、図３及び図４に示す切換位置「負荷保持」に付勢されている。このときリターンピストン４３はリターンピストンばね４５により遮断位置に向って保持されており、この位置で消費機器接続部２１とハウジング接続部３７との貫通路は遮断されている。

図２〜図６は、内部で軸方向に可動なメインピストン３９とリターンピストン４３を有する負荷保持弁１の構造の細部を示している。メインピストン３９は主ばね４１によって図面右方向に消費機器接続部２１をなしているバルブハウジング２９の開いた端部に向って付勢されている。リターンピストン４３はリターンピストンばね４５により消費機器接続部２１から離れる方向に付勢されており、保持位置（図１、図３、図４）及び下降位置（図６）ではハウジングインサート４９に形成された止め肩部４７に当接している。図４で最も明瞭に見られるように、保持位置でメインピストン３９は止め肩部４７を僅かに越えて進んだ後でリターンピストン４３の端部に当接している。このピストン位置では消費機器接続部２１と、バルブハウジング２９の長手方向で相前後して配置されたバルブハウジング２９内の２個の孔列からなるハウジング接続部３７との間の接続はリターンピストン４３によって遮断されており、その一方で接続ポート２７、即ち作動シリンダ３のピストン側２５は方向切換弁５のバルブ接続部３３（図１）を介してタンク接続部Ｔと接続されている。

保持位置から上昇位置又は下降位置へ移行するために、４／３方向切換弁５のバルブピストン１７が、上昇位置に移行する場合は図１で見て右方向に摺動する。それゆえバルブ５は圧力接続部Ｐを負荷保持弁１のハウジング接続部３７と接続し、その一方で作動シリンダ３のピストン側２５と接続されている接続ポート２７はタンク接続部Ｔに向って開放される。リターンピストン４３がばね４５の力に抗して摺動することによって、ハウジング接続部３７に掛かる圧力が消費機器接続部２１との接続を開き、その結果として作動シリンダ３のロッド側２３に圧力が形成されて負荷５１が上昇する。同時に作動シリンダ３のロッド側２３の負荷圧力に対応する制御圧力が消費機器接続部２１から制御回路５３を介してメインピストン３９に作用する。上昇過程でピストン側２５から流出する媒体が接続ポート２７及び方向切換弁５のバルブ接続部３３を介してタンク接続部Ｔに到達する。

方向切換弁５が上昇位置から図１に示す保持位置に戻されると、消費機器接続部２１はリターンピストン４３によって遮断され、作動シリンダ３のピストン側２５は接続ポート２７及び方向切換弁５のバルブ接続部３３を介してタンク接続部Ｔと接続された状態に留まる。

切換位置「負荷下降」のために方向切換弁５のバルブピストン１７が上昇位置から図１で見て左方向に動くと、圧力接続部Ｐはバルブ接続部３３及び接続ポート２７を介して作動シリンダ３のピストン側２５と接続する。ロッド側２３で消費機器接続部２１を通して媒体を排出するために、メインピストン３９は主ばね４１の力に抗して図６に示すポジションに動く。なぜなら方向切換弁５のバルブ接続部３３から供給された媒体圧力が、接続ポート２７及び別の制御回路５７におけるチョーク５５（図３で制御流体室として形成）を介してメインピストン３９に作用するからである。このポジションではメインピストン３９は、図６から見て取れるように終縁部５９とエッジ６１との間に、図１及び図６で参照符号６３を付した制御断面積が可変のチョーク部を形成し、下降過程ではこのチョーク部を介して制御されて消費機器接続部２１からハウジング接続部３７へ媒体流出が行なわれる。図３に最も明瞭に見られるように、上昇過程で消費機器接続部２１から制御回路５３を介してメインピストン３９に制御圧力も作用する。この制御圧力はメインピストン３９で主ばね４１と同方向に働く。制御回路５３は、ピストン段差によって形成された環状面６５に続く、メインピストン３９内の軸方向孔によって形成されている。消費機器接続部２１に掛かる圧力はさらにばね４１に向ってメインピストン３９に作用する。その合力はばね４１に抗する力として働く。さらに圧力制限機能が実現されており、バルブ１は通過位置にもたらされている。

リターンピストン４３とメインピストン３９に働く圧力面は、図３ではＡ１−Ａ４で表示されている。負荷上昇過程ではハウジング接続部３７におけるポンプ圧力が中空ピストンとして形成されたリターンピストン４３を、リターンピストンばね４５に抗して環状面Ａ４−Ａ１に開く。リターンピストン４３と保持リング６７との間でハウジング２９の開いた端部に固定されている。負荷保持過程では消費機器接続部２１における負荷圧力が主ばね４１の付勢力に抗して合成面Ａ１−（Ａ２−Ａ３）に作用する。負荷下降過程では接続ポート２７に存在する操作圧力が環状面Ａ２−Ａ１に作用し、主ばね４１の付勢力に抗して消費機器接続部２１における負荷圧力と一緒にメインピストン３９を開く。

消費機器接続部２１を形成するバルブハウジング２９の開いた端部と反対方向に主ばね４１に対するばねハウジング６９が続いている。主ばね４１は一方の端部でばね受け７１を介して対向するメインピストン３９の端部に支持されている。主ばね４１の他方の端部はばねハウジング６９内にねじ込まれた測定ハウジング７３の端部に支えられており、この測定ハウジング７３にはまた監視装置７５の終端部も受容されている。監視装置７５は、例えばＬＶＤＴ方式（線形可変差動変圧器）に従う誘導的変位量測定のための装置を構成し、磁界を発生する２個の通電可能な巻線コイル７７及び７９を有する。巻線コイル７７、７９は誘導的半ブリッジの構成部分としてロッド状制御部材８１の形態による信号装置と協働する。制御部材８１は一方の端部でメインピストン３９と接続されこれと一緒に軸方向に移動可能であり、他方の端部では巻線コアとして巻線コイル７７、７９の内部を可動な高透過性フェライト系材料からなる終端部８３を有する。

メインピストン３９の運動に対応する終端部８３の軸方向運動によって引き起こされた巻線コイル７７、７９の誘導性の変化、及びその結果として生じるブリッジ電圧Ｕ_Ausgの変化により、従来技術に従う評価電子装置を用いて、零点位置又は初期位置を基準とした負荷保持弁１のその都度の切換位置に関する確認が行なわれる。この初期位置は図４〜図６にグラフ状に略示され機械的中央として図示されており、切換位置「負荷保持」におけるメインピストン３９の終縁部５９のポジションに対応するように較正されている。ブリッジ回路でこのポジションは両始点Ａ１及びＡ２で初期電圧(出力電圧)「高」に対応する。「負荷上昇」に移行すると、メインピストン３９は図５で右方向に変位区間Ｓだけ動き、それによって初期電圧が生じる。

明確な切換点確認のために、僅かな変位区間部分にわたって延びるヒステリシス領域８５が考慮される。図６に示す状態「負荷下降」についても同様であり、制御ピストン３９は機械的中央から左方向に相応に動く。ここでも切換点確認のために、僅かな変位区間部分にわたって延びるヒステリシス領域８７における相応の特徴的な初期電圧が利用される。

全体として２つの切換チャネルにおいて次の表に従い以下の状態が生じる。

図２及び図３に示すように、ばねハウジング６９には排気孔８９が形成されている。ロッド状制御部材８１は監視装置７５内に突入する終端部でガイドスリーブ９１内に案内されており、ガイドスリーブ９１は測定ハウジング７３内で主ばね４１に向けられた孔９３内に保持されている。

Claims (11)

1. １つの部分又は複数の部分からなるバルブハウジング（２９）内を長手方向に移動可能に案内された少なくとも１個の主制御ピストン（３９）と、リターンピストン（４３）とを有する負荷保持弁（１）であって、
   負荷保持位置としての切換位置では、少なくとも２個の接続部（３７、２１）の間の流体案内接続が前記少なくとも１個の主制御ピストン（３９）と前記リターンピストン（４３）によって遮断されていて、前記接続部のうち一方の接続部（３７）は媒体供給又は媒体排出のために用いられ、他方の接続部（２１）は油圧消費機器（３）に続いており、
   負荷上昇位置としての切換位置では、両ピストン（３５、４３）は互いに相対的に媒体供給口（３７）と消費機器（３）との間の接続が形成されている開放位置に動き、
   負荷下降位置としての切換位置では、両ピストン（３９、４３）は互いに媒体排出口（３７）と消費機器（３）との間の接続が形成されている設定可能な間隔を取る、負荷保持弁（１）において、
   負荷保持弁（１）の確実な機能を保証するために、前記少なくとも１個の主制御ピストン（３９）と前記リターンピストン（４３）の個々の切換位置を確認する、前記１つの部分又は複数の部分からなるバルブハウジング（２９）内に位置しかつ前記少なくとも１個の主制御ピストン（３９）と前記リターンピストン（４３）のために設けられている唯一つの監視装置（７５）が存在することを特徴とする負荷保持弁。
2. 前記主制御ピストン（３９）及び／又はリターンピストン（４３）は信号装置（８１、８３）と協働して、前記信号装置（８１、８３）のポジションが前記主制御ピストン（３９）及び／又はリターンピストン（４３）の動きに条件付けられて測定装置（７７、７９）に対して相対的に変化すると直ちに、前記信号装置（８１、８３）が測定装置（７７、７９）によって発生された磁界を誘導的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の負荷保持弁。
3. 前記信号装置は前記主制御ピストン（３９））と接続した制御部材（８１、８３）からなり、前記制御部材（８１、８３）は少なくとも部分的に磁界を変化させる、構成部分（８３）を有すること、及び前記測定装置は磁界を発生する少なくとも１個の通電可能な巻線コイル（７７、７９）を有することを特徴とする請求項２に記載の負荷保持弁。
4. 前記制御部材（８３）は信号ロッド（８１）の構成部分であり、前記信号ロッド（８１）はその一方の自由端部で主制御ピストン（３９）と係合し、他方の自由端部の領域でダブルコイル構成に貫入しており、前記ダブルコイル構成の個別コイル（７７、７９）は信号ロッド（８１）の移動方向に沿って設定可能な間隔で相前後して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の負荷保持弁。
5. 前記バルブハウジング（２９）を基準として測定装置（７７、７９）に対する零点位置又は初期位置が較正されており、主制御ピストン（３９）が設定可能な初期電圧を起点として前記零点位置又は初期位置を一方又は他方の方向に離れると、切換点確認の方式でバルブ（１）のその都度の切換位置が推定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の負荷保持弁。
6. それぞれの切換点確認は、その都度の切換位置を明確に把握するために一種のヒステリシス領域（８５、８７）を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の負荷保持弁。
7. 前記測定装置（７７、７９）は、切換位置の光学的表示を提供する評価電子装置に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の負荷保持弁。
8. バルブハウジング（２９）は、零点位置又は初期位置を形成するために負荷保持位置でリターンピストン（４３）が当接する止め肩部（４７）を有すること、及び負荷上昇位置又は負荷下降位置で主制御ピストン（３９）は止め肩部（４７）に近接したポジションから端面側油圧消費機器接続部（２１）としてのハウジング接続部に向かって前方若しくは後方に離れることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の負荷保持弁。
9. 主制御ピストン（３９）の少なくとも１つのポジションで前記主制御ピストン（３９）に、主ばね（４１）の他にも絞られた流体圧力（５７）が、作用し、さらに油圧消費機器（３）のハウジング接続部（２１）によって操作された制御圧力（５３）が作用することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の負荷保持弁。
10. 媒体供給又は媒体排出のために負荷保持弁を操作する目的で、制御弁に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の負荷保持弁。
11. 主制御ピストンの少なくとも１つのポジションで主ばね（４１）の他にも絞られた流体圧力（５７）が、油圧消費機器（３、２３）に作用し、さらに前記油圧消費機器（３、２３）の下降過程で油圧消費機器の他方の接続部（２１）によって操作された制御圧力（５３）が作用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の負荷保持弁。

Images