JP6643473B2 - 圧力制限弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁ハウジングと、圧力制限ばねを有する弁ピストンとを備える圧力制限弁に関し、この圧力制限弁は、特に商用車用のブレーキシステム用の空気処理システムの圧力制限弁である。

商用車との関連において、圧力制限器用の減圧回路のための安全弁が組み込まれた空気圧式のブレーキシステム用の空気処理システムが公知である。

空気処理部は、商用車の空気圧式のブレーキシステム内の中心的なコンポーネントであり、コンプレッサによって圧送された、オイルおよび水を含む空気が、ろ過されて浄化される。圧縮された空気は、必要な圧力で、かつ正しい充填順序で、商用車内に設けられた様々なブレーキ回路および空気消費器に分配される。故障時には、個々のブレーキ回路が保護し合うため、商用車（例えば貨物自動車）を減速するのに十分な補助ブレーキ作用が提供可能である。電子式の空気処理部は、制御エレクトロニクスの他にセンサおよびアクチュエータを含んでいる。最新の空気処理装置は、付加的にさらに電子式のパーキングブレーキ（ＥＰＢ）を含んでいる。

その際、これらのブレーキ回路の幾つかは、その他のブレーキ回路の圧力レベルを下回るより低い圧力レベルで作業する。

その際、圧力制限弁により圧力は、所望の低いレベルに減圧され得る。圧力制限器のばねの力を調整ねじにより調整することで、所望の圧力レベルを設定できる。

その際、この種の圧力制限弁には、種々異なる構造形態が公知である。従来技術において特に、「押して閉じる（Ｚｕｓｃｈｉｅｂｅｎ）」原理の圧力制限弁が公知であり、この場合、システム内での圧力上昇時、圧力制限器が、所定の閉鎖圧力に達すると閉じて、出口側の圧力を制限する。圧力制限器の入口側でさらに圧力が上昇すると、弁に設けられた作用面を介して弁が押され、弁座におけるシール力が上昇する。この種の圧力制限弁は、例えば独国特許出願公開第１０２０１０９４７４９１号明細書（DE 10 2010 947 491 A1）において公知である。

別の圧力制限弁は、独国特許発明第３３１１８１６号明細書（DE 33 11 816 C1）、独国特許出願公開第２６２０１３５号明細書（DE 26 20 135 A1）、独国特許出願公開第４１１４９７７号明細書（DE 41 14 977 A1）、独国特許出願公開第３０２６２８３号明細書（DE 30 26 283 A1）、独国特許出願公開第２６１９７６９号明細書（DE 26 19 769 A1）、独国特許出願公開第２６１９７６９号明細書（DE 26 19 769 A1）、ＤＥ６００２４４９６Ｄ２および独国実用新案第２０２００６０１７５１７号明細書（DE 20 2006 017 517 U1）において公知であり、これらの弁は、同じく「押して閉じる」原理にしたがって動作する。

圧力制限弁の別の原理は、「引いて閉じる（Ｚｕｚｉｅｈｅｎ）」原理であり、この場合、システム内での圧力上昇時、圧力制限器が、所定の閉鎖圧力に達すると閉じて、出口側の圧力を制限する。圧力制限器の入口側でさらに圧力が上昇すると、ピストンに設けられた作用面を介して力が発生され、この力は、引っ張り力としてピストンを介して弁座に伝えられる。これにより、弁座におけるシール力は、上昇する。

独国特許出願公開第４３４４４１６号明細書（DE 43 44 416 A1）において、「引いて閉じる」原理にしたがって動作する圧力制限装置が公知である。しかし、この圧力制限弁は、安全弁機能を有しない。

本発明の課題は、冒頭で述べた形態の圧力制限弁を有利に発展させること、特に圧力制限弁がより少ない所要構造スペースおよび少ない構成部品で構成され得るように発展させることである。

この課題は、本発明により、請求項１の特徴を備える圧力制限弁により解決される。請求項１によれば、圧力制限弁は、弁ハウジングと、弁ピストンと、限界圧力調整ばねと、を備え、弁ハウジング内には、少なくとも１つの弁入口と、少なくとも１つの弁出口とが設けられており、弁ピストンは、弁入口と弁出口とが互いに接続されている開放位置と、弁入口と弁出口とが互いに遮断されている少なくとも１つの閉鎖位置とを占めることができ、弁ピストンは、シール面を有する第１のピストンリングと、第２のピストンリングとを有し、閉鎖位置で第１のピストンリングのシール面は、第２のピストンリングに作用していて限界圧力調整ばねの力とは反対方向に方向付けられた空気圧の力により、ハウジング付設部に対して引いて閉じられており、さらに弁ピストン内には、安全弁機能を実現する空気圧の通路が存在しており、これにより、第２のピストンリングの、弁出口とは反対側に配置されるばね付勢された安全弁体は、閉鎖可能である。

本発明は、圧力制限弁に安全弁機能が組み込まれるという基本思想に基づいている。安全弁機能を圧力制限弁に組み込んだことで、圧力制限弁が全体的により単純に構成されていることができ、これにより、圧力制限弁および安全弁の部品も省略可能であることが達成され得る。本発明に係る圧力制限弁は、「引いて閉じる」原理の圧力制限弁であり、「引いて閉じる」原理の圧力制限弁は、予め規定された閉鎖圧力の超過時に自己倍力作用を実現する。システム内での圧力上昇時、圧力制限器は、所定の閉鎖圧力に達すると閉じて、出口側の圧力点を制限する。圧力制限器の入口側でさらに圧力が上昇すると、ピストンに設けられた作用面を介して力が発生され、この力は、引っ張り力としてピストンを介して弁座に伝えられる。これにより、弁座におけるシール力は上昇し、これにより、自己倍力作用を奏する。安全弁機能を組み込んだことで、障害が発生したとき、圧力制限回路からの圧力は、最大で許容される所定の圧力の下に維持され得る。この圧力が超過されると、圧力制限弁内に配置されるばね付勢された安全弁体が開き、これにより圧力を放圧することができる。これにより安全弁機能が実現される。

安全弁機能を圧力制限弁に組み込んだことで、安全弁が圧力制限器の構造スペース内に格納されているので、所要構造スペースがより少なく済むという利点が生じる。

さらに安全弁体は、限界圧力調整ばねにより付勢されていてもよい。これにより、安全弁体による安全弁機能を実現するのに、安全弁体のための別個のばねを不要とすることができる。したがって、幾つかの構成要素、特に安全弁のばね、さらにはその調整ねじも、省略することができる。これによりコストが削減される。

さらに安全弁体は、ガイドを有し、ガイドは、閉鎖ポジションにおいて第２のピストンリングの空所内で案内されていてもよい。安全弁体を第２のピストンリングの空所内で案内したことで、安全弁体が第２のピストンリング、ひいては弁ピストンに対して相対的に所定の動きをすることが達成可能である。ロバストな構造形式と、閉鎖特性の所定の調整可能性とが、これにより可能になる。

さらに、少なくとも閉鎖位置で安全弁体は、シール面でもって第２の弁座に載置され、空気圧の通路をこれによりシールするように閉鎖してもよい。これにより、安全弁機能が組み込まれた圧力制限弁の単純かつ小型の構造形式が可能になり、かつ容易になる。

さらに、圧力制限弁が閉鎖位置に切り換わる限界圧力は、限界圧力調整ばねおよび調整要素により調整可能であってもよい。特に調整要素は、調整ねじであってもよい。このことは、圧力制限弁の切り換え特性の簡単かつロバストな調整を可能にする。

特に調整要素により限界圧力調整ばねのプリロードが調整可能であってもよい。

さらに、安全弁体が空気圧を開放する限界圧力は、限界圧力調整ばねおよび調整要素により調整可能であってもよい。調整要素は、限界圧力調整ばねのプリロードを調整する圧力制限弁の調整要素あるいは限界圧力調整ばねの調整ねじであってもよい。

さらに空気圧の通路は、弁ピストンを貫く貫通孔により形成されていてもよい。

本発明のさらなる詳細および利点について、以下に、図面に示す一実施例を参照しながら説明する。

圧力制限弁の本発明による一実施例の概略断面図である。 閉鎖位置にあるあるいは圧力制限中の、図１に示した圧力制限弁の別の断面図である。 障害が発生して、安全弁が開いたときの、図１に示した圧力制限弁の別の断面図である。

図１は、概略断面図で圧力制限弁１０の本発明による一実施の形態を示しており、圧力制限弁１０は、「引いて閉じる」原理で動作し、安全弁機能を具備している。

圧力制限弁１０は、充填位置Ｂで示してある。

圧力制限弁１０は、弁ハウジング１２を備え、弁ハウジング１２は、弁入口１４と弁出口１６とを有している。

弁ハウジング１２内には、弁ピストン１８が導入されており、弁ピストン１８は、第１のピストンリング２０と、第２のピストンリング２２とを有している。

弁入口１４の周囲には、弁ハウジング１２内部に、ハウジング付設部２４が設けられており、ハウジング付設部２４は、第１のピストンリング２０用のストッパとして設けられている。

図１に示した実施の形態に示すように、入口から出口に向かって圧縮空気を充填する動作期間中、第２のピストンリング２２は、第２のハウジング付設部２５に着座している。

弁ピストン１８は、空気圧の通路２６を有し、通路２６は、弁ピストンを貫く貫通孔により形成されている。

貫通孔は、弁ピストン１８の軸線と同軸である。

弁ピストン１８には、間接的に限界圧力調整ばね２８が作用しており、限界圧力調整ばね２８は、そのばね力により弁ピストン１８をばね付勢しており、限界圧力調整ばね２８のばね力は、限界圧力に達するまでは、第１のピストンリング２０が第１のハウジング付設部２４に接触することがないように調整されている。

限界圧力調整ばね２８は、限界圧力調整ばね２８の一端において力導入キャップ３０に載置され、他端において安全弁体３２に載置されている。これにより安全弁体３２は、限界圧力調整ばね２８によりばね付勢されている。

安全弁体３２自体は、第２のピストンリング２２のガイド３４において案内されており、図１に示した位置では、第２のピストンリング２２の弁座に載置されている。

ガイド３４は、通流部３６を有し、通流部３６を通して例えば圧縮空気が通流可能である。

ガイド３４は、図１および図２に示した位置で、第２のピストンリング２２の空所３８内で案内されている。

第１のピストンリング２０は、第２のピストンリング２２に面した軸方向で方向付けられた面に、シール面４０を有している。

第２のピストンリング２２は、他方、第２のピストンリング２２の周面に、すなわち半径方向に方向付けられた、シールリング４２を有している。安全弁体３２は、他方、第２のピストンリング２２に面した軸方向で方向付けられた面に、同様に安全弁体シール面４４を有している。

シール面４０、シールリング４２および安全弁体シール面４４は、例えば加硫接着されたシールにより形成されていることができる。

しかし、原則、これらのシールは、弁ピストン１８に被せ嵌められるゴムシールであってもよい。シールリング４２は、Ｏリングとして形成されていてもよい。

さらに圧力制限弁１０は、調整要素４６を備え、調整要素４６は、本実施の形態では、調整ねじ４６として図示してある。

さらに調整要素４６の領域には、安全弁出口４８も設けられており、安全弁出口４８を介して排気可能である。

圧力制限弁１０の機能は、以下に説明するとおりである：
空のシステムまたはかかっている圧力が低いシステムの、図１に示した充填位置Ｂでは、第２のピストンリング２２が、ハウジング付設部２５に向かって移動、具体的には、限界圧力調整ばね２８のばね力に基づいて、かつ弁入口１４を介して流入し、第１のピストンリング２０の空気圧が作用する面に作用する圧縮空気の、そこにかかっている空気圧にも基づいて移動されている。したがって圧縮空気は、弁入口１４を介して弁出口１６に流動可能である。空のシステムの充填時、弁ピストン１８は、所定の圧力から弁ピストンが動き始めるまで、ポジションＢにとどまる。ピストンリング２０は、その後、ハウジング付設部２４へと接近する。

弁セットが閉弁する圧力は、圧力制限弁１０の制限圧力を規定する。この圧力は、圧力制限弁の設計点でもあり、対応する調整要素４６により調整される。

図２は、圧力制限位置Ｄを示している。圧力制限位置Ｄは、閉鎖位置でもある。

閉鎖位置では、弁入口１４と弁出口１６とは、互いに空気圧的に遮断されている。

閉鎖位置では、第１のピストンリング２０のシール面４０は、ハウジング付設部２４に向かってシールするように引きつけられ、具体的には、弁入口１４を介して流入する圧縮空気により発生される空気圧の力により閉じられている。このとき、第１のピストンリング２０および第２のピストンリング２２における空気圧が作用する面は、限界圧力調整ばね２８の力に勝る力を発生させる。

圧力制限弁１０が充填位置Ｂから圧力制限位置Ｄに移行する限界圧力は、調整ねじ４６を介して調整され得る。力導入キャップ３０に作用し、所望のプリロードに応じて限界圧力調整ばね２８に対して力導入キャップ３０を押し付けたり、戻したりする調整ねじ４６を介した、限界圧力調整ばね２８の相応のプリロードにより、圧力制限弁１０が圧力制限位置Ｄに達する限界圧力は、調整され得る。これにより、安全弁体３２が空気圧の通路２６を開放し、システム全体の超過圧力に対する安全機能を実現する限界圧力も、調整され得る。

限界圧力調整ばね２８は、安全弁体３２を第２のピストンリング２２に、具体的には、安全弁体シール面４４が第２のピストンリング２２に当接するように押し付けている。これにより、同時に空気圧の通路２６も、封止されているあるいはシールされるよう閉鎖されている。

これにより圧力制限弁１０は、所定の閉鎖圧力に達すると閉じ、これにより出口側の圧力をこの値に制限する。

圧力制限弁１０の入口側でさらに圧力が上昇すると、弁ピストン１８に設けられた受圧面を介して力が発生し、この力は、引っ張り力として弁ピストン１８を介して弁座に伝えられる。これにより、弁座におけるシール力は、上昇する。

図３に示すように、障害が発生し、出口側の圧力がさらに上昇した場合、この圧力は、中央の孔、すなわち、弁ピストン１８内に設けられた空気圧の通路２６を介して、内蔵された安全弁を押し開けることができる。

内蔵された安全弁は、同じく圧力制限弁１０の限界圧力調整ばねと調整ねじ４６とを利用している。図３に示した位置では、圧力制限弁は、安全弁開放位置Ｓにある。

１０ 圧力制限弁
１２ 弁ハウジング
１４ 弁入口
１６ 弁出口
１８ 弁ピストン
２０ 第１のピストンリング
２２ 第２のピストンリング
２４ ハウジング付設部
２５ 第２のハウジング付設部
２６ 空気圧の通路
２８ 限界圧力調整ばね
３０ 力導入キャップ
３２ 安全弁体
３４ ガイド
３６ 通流部
３８ 空所
４０ シール面
４２ シールリング
４４ 安全弁体シール面
４６ 調整要素；調整ねじ
４８ 安全弁出口
Ｂ 充填位置
Ｄ 圧力制限位置
Ｓ 安全弁開放位置

Claims (7)

1. 圧力制限弁（１０）であって、
   弁ハウジング（１２）と、
   弁ピストン（１８）と、
   限界圧力調整ばね（２８）と、
   安全弁体（３２）と、
   を備え、
   前記弁ハウジング（１２）内には、少なくとも１つの弁入口（１４）と、少なくとも１つの弁出口（１６）とが設けられており、
   前記弁ピストン（１８）は、前記弁入口（１４）と前記弁出口（１６）とが互いに接続されている開放位置（Ｂ）と、前記弁入口（１４）と前記弁出口（１６）とが互いに遮断されている少なくとも１つの閉鎖位置（Ｄ）とを占めることができ、
   前記弁ピストン（１８）は、シール面（４０）を有する第１のピストンリング（２０）と、第２のピストンリング（２２）とを有し、
   前記閉鎖位置（Ｄ）で前記第１のピストンリング（２０）の前記シール面（４０）は、前記第１のピストンリング（２０）と前記第２のピストンリング（２２）とに作用していて前記限界圧力調整ばね（２８）の力とは反対方向に方向付けられた空気圧の力により、シールするようにハウジング付設部（２４）に対して引いて閉じられており、
   さらに前記弁ピストン（１８）内には、安全弁機能を実現する空気圧の通路（２６）が存在しており、前記空気圧の通路（２６）は、前記第２のピストンリング（２２）の、前記弁出口（１６）とは反対側に配置されるばね付勢された前記安全弁体（３２）により閉鎖可能であり、
   少なくとも前記閉鎖位置（Ｄ）で前記安全弁体（３２）は、シール面（４４）でもって前記第２のピストンリング（２２）の弁座に載置され、前記空気圧の通路（２６）をこれによりシールするように閉鎖する
   圧力制限弁（１０）。
2. 前記安全弁体（３２）は、前記限界圧力調整ばね（２８）によりばね付勢されていることを特徴とする、請求項１記載の圧力制限弁（１０）。
3. 前記安全弁体（３２）は、ガイド（３４）を有し、前記ガイド（３４）は、閉鎖ポジションにおいて前記第２のピストンリング（２２）の空所（３８）内で案内されていることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の圧力制限弁（１０）。
4. 前記圧力制限弁が前記閉鎖位置（Ｄ）に切り換わる限界圧力は、前記限界圧力調整ばね（２８）および調整要素（４６）により調整可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０）。
5. 前記調整要素（４６）により前記限界圧力調整ばね（２８）のプリロードが調整可能であることを特徴とする、請求項４記載の圧力制限弁（１０）。
6. 前記安全弁体（３２）が前記空気圧の通路（２６）を開放する限界圧力は、前記限界圧力調整ばね（２８）および調整要素（４６）により調整可能であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０）。
7. 前記空気圧の通路（２６）は、前記弁ピストン（１８）を貫く貫通孔により形成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０）。

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