JP6661764B2 - 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。

さらに留意すべきは、圧力制限弁のヒステリシスをできる限り小さく保つために、圧力制限弁内の摩擦ができる限り少ないことが望ましい点である。この理由から、圧力制限弁では、加硫接着されるか、または被せ嵌められた成形シールを含むシール手段が使用される。運転回路を保護すべく、付加的な安全弁が設けられる。安全弁は、商用車（例えば貨物自動車）が停車できるまで、運転回路内の圧力を保つ。

安全弁は、比較的多くの構造スペースを必要とするので、比較的多くの材料が弁ブロックのために必要であり、比較的多くの部品が組み立てのために必要である。

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、より少ない構造スペースを必要とし、さらにはより少ないコストで製造が可能であ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、第１のピストンリングは、第２のピストンリングよりも小面積の空気圧の作用面を有し、弁ピストンは、第１のピストンリングと第２のピストンリングとの間に略円錐台状の部分を有し、略円錐台状の部分は、第１のピストンリングに向かって先細りし、閉鎖位置で第１のピストンリングのシール面は、第１のピストンリングと第２のピストンリングと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、シールするように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、空気圧の通路は、ばね付勢された安全弁体により閉鎖可能である。

本発明は、圧力制限弁自体に安全弁が内蔵され、その結果、組み込まれた安全弁機能が圧力制限弁により可能であるという基本思想に基づいている。さらに「引いて閉じる」原理の圧力制限弁が選択される。それというのも、この「引いて閉じる」原理の圧力制限弁は、圧力制限弁が閉弁すべき限界圧力の上回り時、弁ピストンを引いて閉じ、それと同時に自己倍力作用を奏するからである。その後、さらに、同じく予め設定可能な安全上臨界的な圧力が超過されると、安全弁機能をトリガしたこの圧力は、安全弁機能によって解消され得る。安全弁機能を圧力制限弁自体に組み込んだことで、圧力制限弁の構造スペースが共用されるので、安全弁のための別個の構造スペースが不要である。さらに、必要とされる部品も少なくて済む。それというのも、安全弁を圧力制限弁に内蔵したことで、例えば安全弁のための別個のハウジングがもはや不要であるからである。

さらに限界圧力調整ばねは、第２のピストンリングの、第１のピストンリングから背離した側で、第２のピストンリングに宛がわれていてもよい。これにより、限界圧力調整ばねにより発生されるばね力は、弁ピストンに特に好適に導入される。さらに、いずれにせよ第２のピストンリングにより形成される付設部は、有利には、限界圧力調整ばねを弁ピストンに載置するために利用可能である。弁ピストンのボディは、この関連において有利には、限界圧力調整ばねのための一種のガイドをなしている。

さらに第１のピストンリングの半径方向面の一部のみが、弁ハウジング内で案内されていてもよい。これにより、弁ハウジング内での第１のピストンリングの摩擦は、低減し得る。さらに、第１のピストンリングと弁ハウジングとの間で封止すべき、弁出口に通じる開口は、閉鎖ポジションで第１のピストンリングと弁ハウジングとの間の間隙だけに限定することが可能である。

さらに第１のピストンリングのシール面は、第１のピストンリングの半径方向面内に配置されていてもよい。これにより、簡単かつ信頼性の高いシールが実現される。これにより同時に、第１のピストンリングを弁ハウジングから持ち上げるために必要な力が比較的小さく済むことが達成される。例えば、閉鎖ポジションで第１のピストンリングのシール面が、弁ハウジングの、外側に位置する面に載置されていることも可能である。

さらに第１のピストンリングのシール面は、Ｏリングおよび／または加硫接着されたシール要素により形成されていてもよい。これにより、簡単かつ信頼性の高いシール可能性が実現される。詳細には、Ｏリングは、簡単に交換可能であるという利点を有している。これに対して、加硫接着されたシール要素は、低コストかつ簡単に固定可能であるという利点を有している。なお、両変化態様は、全体として比較的簡単かつ低コストに実現可能である。

さらに第２のピストンリングは、弁ハウジング内で案内されている半径方向面を有し、この半径方向面内には、シールリングが設けられていてもよい。これにより、弁ハウジングの内部の、圧力制限弁の入口および出口に接続される環状空間を外部に対して簡単に封止することが可能になる。

このシールリングは、Ｏリングおよび／または加硫接着されたシール要素により形成されていてもよい。

さらに安全弁体は、限界圧力調整ばねによりばね付勢されていてもよい。これにより、安全弁機能を実現する安全弁体用の別個のばねを省略することが可能になる。限界圧力調整ばねにより、安全弁機能を実現すべく、安全弁体が開弁を開始する圧力を設定することができる。

特に安全弁体は、閉鎖された位置でシールするように第２のピストンリングのシールリングに当接するようになっていてもよい。本実施の形態は、安全弁体が、第２のピストンリングに直接当接しているか、あるいは第２のピストンリングに対して空間的に直接的な近傍に配置されているため、特に小型であるという利点を有している。

安全弁体は、弁ハウジング内で案内されていてもよい。これにより、所要構造スペースは小さいながらも、簡単かつ高信頼性に弁ハウジング内での安全弁体の所定の相対運動を規定することができる。

安全弁体は、弁ピストンの内部に配置されていてもよい。これによりさらに、圧力制限弁のための必要な構造スペースを減じることができる。

さらに安全弁体は、安全弁体シールリングを有し、安全弁体シールリングにより、空気圧の通路は、安全弁体の閉鎖された位置でシールされるよう閉鎖可能であってもよい。

さらに安全弁体は、別個の安全弁体ばねを有し、安全弁体ばねは、安全弁体の閉鎖された位置で安全弁体を空気圧の通路に押し付けることができる。

本発明のさらなる詳細および利点について、以下に、図面に示す実施の形態を参照しながら詳しく説明する。

本発明の実施例としての圧力制限弁の第１の実施の形態の概略断面図である。 本発明の実施例としての圧力制限弁の第２の実施の形態の概略断面図である。 本発明の実施例としての圧力制限弁の第３の実施の形態の概略断面図である。

図１は、断面図で本発明に係る圧力制限弁１０の第１の実施例を示している。

圧力制限弁１０は、「引いて閉じる」原理の圧力制限弁１０である。

圧力制限弁１０は、半径方向に向けられた弁入口１４と、弁出口１６と、弁ピストン１８とを有する弁ハウジング１２を備えている。

弁出口１６は、軸方向に向けられており、圧力制限弁１０の図示の閉鎖位置では、弁ピストン１８の一部、すなわち第１のピストンリング２０により閉鎖されている。

弁ピストン１８は、第１のピストンリング２０の他に第２のピストンリング２２を有している。

第２のピストンリング２２は、第２のピストンリング２２の軸方向面の１つ、すなわち、第１のピストンリング２０に面した軸方向面に、空気圧が作用する面を有している。この軸方向面は、他方、圧力制限弁１０の開放された位置では、ハウジング付設部２４に向かって移動し、これに突き当たるようにもなっていて、これにより、弁出口１６の最大の開放は、規定されている。

弁ピストン１８内には、空気圧の通路２６が設けられており、通路２６は、中央に配置された貫通孔として形成されている。

弁ピストン１８には、限界圧力調整ばね２８のばね力が作用しており、限界圧力調整ばね２８の上端は、第２のピストンリング２２に当接している。

これにより限界圧力調整ばね２８は、第２のピストンリング２２の、第１のピストンリング２０から背離した側で、第２のピストンリング２２に当接している。

弁ハウジング１２は、外側に位置するストッパ３０を有し、ストッパ３０は、外側に位置するハウジング面により形成されており、ストッパ３０の内縁部は、弁出口１６をともに画定している。

弁ピストン１８の内部では、空所３８内で安全弁体３２が案内されており、安全弁体３２により、空気圧の通路２６は閉鎖可能である。

弁ピストン１８は、この空所３８内にガイド３４も有しており、ガイド３４内には、安全弁体３２の一部が係合可能である。図１に示した実施例において、図示の位置では、安全弁体３２は、ガイド３４内に係合している、あるいはガイド３４内で案内されている。

安全弁体は、プラスチックからなる旋削加工部材であってもよい。

弁ピストン１８の、限界圧力調整ばね２８に面した端部で、空所３８は、栓体３５により閉鎖されている。この栓体３５は、複数の通流部３６を有し、通流部３６は、安全弁機能との関連で圧縮空気を通流させるために用いられる。

第１のピストンリング２０の半径方向面には、第１のピストンリング２０のシール面４０が配置されている。第１のピストンリング２０のシール面４０は、（図示のように）Ｏリングにより、または加硫接着されたシール要素により形成されている。

第２のピストンリング２２は、弁ハウジング１２内で案内されている半径方向面を有している。第２のピストンリング２２のこの半径方向面には、シールリング４２が設けられている。

シールリング４２は、図１に示すようにＯリングにより、または加硫接着されたシール要素により形成されていることができる。

図１に示した位置では、弁出口１６は密に閉鎖されている。具体的には、第１のピストンリング２０とそのシール面４０とにより密に閉鎖されている。

第１のピストンリング２０の半径方向面の一部のみ、すなわち、第１のピストンリング２０の、弁ハウジング１２に面した半径方向面の一部のみが、弁ハウジング１２内で案内されている。閉鎖位置では、シール面４０がストッパ３０に突き当たっている。

Ｏリングまたは加硫接着されたシール要素により形成される円形断面または例えば代替的には楕円形断面を有するシール面４０は、弁ハウジング１２と第１のピストンリング２０との間に存在する間隙が、確実に密に閉鎖されるように、ストッパ３０に引き寄せられる。

この密な閉鎖は、付加的にシール面４０の弾性変形によりさらに促進される。

円形断面または楕円形断面を有するシール面４０の形状も、ストッパ３０へのシール面４０の正常な当接に寄与する。

第１のピストンリング２０と第２のピストンリング２２との間に形成される環状空間は、限界圧力調整ばね２８に対してシールリング４２により封止されている。

さらに安全弁体３２は、安全弁体シール面４４を有し、安全弁体シール面４４は、安全弁体３２と相俟って空気圧の通路２６を閉鎖位置で密に閉鎖する。これにより安全弁体３２は、安全弁体シールリングを形成し、安全弁体シールリングにより空気圧の通路２６は、図示の閉鎖された位置で、シールされるよう閉鎖可能である、あるいはここでは閉鎖されている。

安全弁体３２は、ばね４６によりばね付勢されており、ばね４６は、ばね４６の一端でもって栓体３５により案内され、他端でもって安全弁体３２内の空所により案内されている。

ばね４６は、別個の安全弁体ばねであり、安全弁体ばねは、安全弁体３２の閉鎖された位置で安全弁体３２を空気圧の通路２６に押し付ける。

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との間で円錐台状に形成されている。すなわち弁ピストン１８は、この部分に略円錐台状の部分を有している。

この円錐台状の部分は、第２のピストンリング２２を起点として第１のピストンリング２０に向かって先細りしている。

この拡径により、第１のピストンリング２０は、第２のピストンリング２２よりも小面積の空気圧の受圧面を有している。

通流部３６は、限界圧力調整ばね２８の領域に存在する安全弁出口４８（詳細は図示せず）に接続されている。

圧力制限弁１０の機能は、以下に説明するとおりである：
圧力制限弁１０の開放された状態（図示せず）では、例えば圧縮空気が弁入口１４を介して流入する。第１のピストンリング２０に作用する力と、限界圧力調整ばね２８のばね力は、弁ピストン１８が第２のピストンリング２２でもってハウジング付設部２４に向かって移動され、これにより弁入口１４が弁出口１６と接続するように作用している。

弁入口１４を介して流入する圧縮空気が、予め設定可能な所定の限界圧力（限界圧力は、限界圧力調整ばね２８と、例えば既知の調整要素、例えば調整ねじ（詳細は説明しない）とにより調整可能である）を超過すると、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の、空気圧が作用する面に働く力と、限界圧力調整ばね２８のばね力とから生じる合力は、弁ピストン１８を、限界圧力調整ばね２８のばね力の方向とは反対方向に、かつ第１のピストンリング２０の、空気圧が作用する面に圧縮空気が作用することで生じる空気圧の力に抗して移動させる。これにより、第１のピストンリング２０のシール面４０は、ストッパ３０に向かってシールするように移動させられ、これにより、弁出口１６は閉鎖される。これにより、弁出口１６の下流側の圧力は、圧力制限弁１０において設定された限界圧力に制限される。

そこで、例えば障害が発生し、弁出口側において圧力が所定の安全圧力を上回ると、圧力制限弁１０の安全機能が働く。このとき、作用している空気圧は、ばね４６によりばね付勢された安全弁体３２を押し退け、これにより、空気圧の通路２６を開放する。通流部３６を介して圧縮空気を安全弁出口４８から逃がすことができる。

図２は、本発明に係る圧力制限弁１０’の別の一実施例を示している。

圧力制限弁１０’は、後述する相違点を除き、図１に示して前述した圧力制限弁１０の略すべての構造的かつ機能的な特徴を備えている。

ゆえに同一の要素には、同一の符号を付した。

図２に示した圧力制限弁１０’は、しかし、以下の相違点を備えている：
栓体３５および別個のばね４６に代えて、シールプレートの形態の安全弁体３２’が設けられている。

安全弁体３２’は、限界圧力調整ばね２８により直接ばね付勢され、第２のピストンリング２２に対して位置決めされている。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。

さらに安全弁体３２’は、弁ハウジング１２内で案内されている。

第２のピストンリング２２は、本実施例では、ガイド３４’も有し、ガイド３４’内では、環状に延びるガイドリング３５’が案内されている。

安全弁体３２’は、この場合、第２のピストンリング２２に押し付けられると同時に、シールリング４２にも直接押し付けられるようになっている。これにより、空気圧の通路２６をシールするように閉鎖することができる。

閉鎖された位置において、これにより安全弁体３２’は、シールするように第２のピストンリング２２のシールリング４２に当接している。

図３は、圧力制限弁１０”の別の一実施の形態を示しており、圧力制限弁１０”は、圧力制限弁１０’の図２に示した実施例と略同一である。

これにより圧力制限弁１０”は、後述する相違点を除き、図１および図２に示して前述した圧力制限弁１０あるいは１０’の略すべての構造的かつ機能的な特徴を備えている。

本実施例では、付加的に、環状に延びるガイドリング３５’に付加的なシールリング５０が設けられており、シールリング５０は、安全弁体３２”を第２のピストンリング２２に対してシールしている。

原則、シールリング５０は、第２のピストンリング２２内に保持されていてもよい。

シールリング５０は、Ｏリングまたは加硫接着されたシール要素により形成されていることができる。

１０ 圧力制限弁
１０’ 圧力制限弁
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
２６ 空気圧の通路
２８ 限界圧力調整ばね
３０ ストッパ
３２ 安全弁体
３２’ 安全弁体
３２” 安全弁体
３４ ガイド
３４’ ガイド
３５ 栓体
３５’ 環状に延びるガイドリング
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 ばね
４８ 安全弁出口
５０ シールリング

Claims (13)

1. 圧力制限弁（１０；１０’；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、
   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、
   前記第１のピストンリング（２０）は、前記第２のピストンリング（２２）よりも小面積の空気圧の作用面を有し、
   前記弁ピストン（１８）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）との間に略円錐台状の部分を有し、前記略円錐台状の部分は、前記第１のピストンリング（２０）に向かって先細りし、
   前記閉鎖位置で前記第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、ばね付勢された安全弁体（３２）により閉鎖可能であり、
   前記通路（２６）は前記弁ピストン（１８）を貫通する貫通孔として形成され、前記通路（２６）を通って前記弁出口側の圧縮空気を逃がすことができる、
   圧力制限弁（１０；１０’；１０”）。
2. 前記限界圧力調整ばね（２８）は、前記第２のピストンリング（２２）の、前記第１のピストンリング（２０）から背離した側で、前記第２のピストンリング（２２）に当接していることを特徴とする、請求項１記載の圧力制限弁（１０；１０’；１０”）。
3. 前記第１のピストンリング（２０）の半径方向面の一部のみが、前記弁ハウジング（１２）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；１０’；１０”）。
4. 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）の半径方向面内に配置されてい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；１０’；１０”）。
5. 前記第１のピストンリング（２０）の前記シール面（４０）は、Ｏリングおよび／または加硫接着されたシール要素により形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０；１０’；１０”）。
6. 前記第２のピストンリング（２２）は、前記弁ハウジング（１２）内で案内されている半径方向面を有し、前記第２のピストンリング（２２）の半径方向面内には、シールリング（４２）が設けられてい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；１０’；１０”）。
7. 前記シールリング（４２）は、Ｏリングおよび／または加硫接着されたシール要素により形成されていることを特徴とする、請求項６記載の圧力制限弁（１０；１０’；１０”）。
8. 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’；１０”）。
9. 前記安全弁体（３２）は、閉鎖された位置でシールするように前記第２のピストンリング（２２）の前記シールリング（４２）に当接することを特徴とする、請求項６から８までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０）。
10. 前記安全弁体（３２’）は、前記弁ハウジング（１２）内で案内されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０’；１０”）。
11. 前記安全弁体（３２）は、前記弁ピストン（１８）の内部に配置されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１０）。
12. 前記安全弁体（３２）は、安全弁体シールリングを有し、前記安全弁体シールリングにより、前記空気圧の通路（２６）は、前記安全弁体（３２）の閉鎖された位置でシールされるよう閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１１記載の圧力制限弁（１０）。
13. 前記安全弁体（３２）は、別個の安全弁体ばね（４６）を有し、前記安全弁体ばね（４６）は、前記安全弁体（３２）の閉鎖された位置で前記安全弁体（３２）を前記空気圧の通路（２６）に押し付けることを特徴とする、請求項１１または請求項１２記載の圧力制限弁（１０）。

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