KR102515208B1 - 제어 유닛, 실린더 어셈블리, 및 이동식 작업 기계용 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)의 실린더(130, 132)를 위한 제어 유닛(134, 136)에 관한 것으로서, 제어 유닛(134, 136)은, 압력 매체를 위한 유체 라인(116)을 위한 단일 유입 포트(156), 상기 실린더(130, 132)를 위한 배출 포트(158), 체크 밸브(164) 및 로딩 상태에서 상기 체크 밸브(164)의 폐쇄 방향에 대항하는(counteract) 제어 피스톤(166)을 포함하는 밸브 유닛(146, 148)을 포함하고, 제어 피스톤(166)은 체크 밸브(164)의 폐쇄 방향과 동일한 방향으로 제어 피스톤(166) 상에 작용하는 편향 요소(174, 218)에 의해서 편향되고, 제1 작동 모드에서 체크 밸브(164)는 개방되고, 제2 작동 모드에서 체크 밸브(164)는 폐쇄되고, 적어도 하나의 통로 개구(222)를 통해서 제어 피스톤(166)을 통한 흐름이 가능하며, 유입 포트(156) 및 배출 포트(158) 사이의 흐름의 경우에 제어 피스톤(166)을 통해서 압력 매체가 흐른다.

Description

제어 유닛, 실린더 어셈블리, 및 이동식 작업 기계용 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스{CONTROL UNIT, CYLINDER ASSEMBLY, AND DEVICE FOR CONTROLLING A SWING AXLE FOR A MOBILE WORKING MACHINE}

본 발명은 이동식 작업 기계용 스윙 액슬의 실린더를 위한 제어 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제어 유닛 및 실린더가 제공된, 이동식 작업 기계용 스윙 액슬을 위한 실린더 어셈블리에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 방식으로 배치된 두 개의 실린더 어셈블리를 포함하는, 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스, 이동식 작업 기계용 스윙 액슬 어셈블리 및 개별적으로 구성된 스윙 액슬 어셈블리가 제공된 이동식 작업 기계에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 이동식 작업 기계용 유압식으로 제어 가능한 스윙 액슬 분야를 언급한다. 본 명세서에서, 예를 들어 적어도 하나의 스윙 액슬이 관절식으로 되는 섀시가 제공되고, 섀시에서 이동 가능한 피스톤 로드를 구비하는 적어도 하나의 유압 실린더가 제공되고, 피스톤 로드 단부는 스윙 액슬의 편평한 지지 표면 상에 힘을 인가하여 바람직한 위치에서 스윙 액슬을 지지할 수 있는, 차량용, 특히 이동식 굴착기용 구동 유닛을 개시하는, EP 1 449 686 A2가 참조된다. 바람직하게, 두 개의 유압 실린더가 스윙 액실의 반대되는 단부들에 장착되어 그것들을 선택적으로 로킹(lock) 또는 블로킹(block)할 수 있다.

DE 1 264 963B는 스윙 액슬 어셈블리의 실린더의 유압 제어(hydraulic control)를 위한 디바이스를 개시한다. 이를 위해서, 제어 유닛은 공압식으로 작동될 수 있도록 제공된다.

본 발명은 작업 기계의 온-보드 유압 시스템에, 직접 또는 간접적으로, 유압식으로 커넥팅된 스윙 액슬 어셈블리의 유형에 관한 것이다. 따라서, 스윙 액슬 어셈블리의 실린더가 공급되고 온-보드 유압 시스템을 통해서 프리로딩될 수 있다. 스윙 액슬 어셈블리는 또한 주행 구동부에 할당된 차량 유압 시스템에 커플링될 수 있다. 게다가, 일반적으로 스윙 액슬 어셈블리에 제어 밸브가 할당되어, 이를 통해서 스윙 액슬의 현재 작동 모드(스윙 모드 또는 로킹 모드)가 설정될 수 있다.

이동식 작업 기계는 예를 들어 건설 기계, 농업 및 임업 차량을 포함할 수 있다. 예시는 휠 로더, 굴착기, 트랙터(tractor), 일반적으로 견인차량 및 트레일러를 포함한다. 이동식 작업 기계는 일반적으로 그 자체의 온-보드 주행 구동부가 구비될 수 있다. 그 자체의 온-보드 주행 구동부를 구비하지 않는 이동식 작업 기계를 설계하는 것 또한 가능하다.

스윙 액슬은 이동식 작업 기계의 액슬 바디 및 섀시 사이에서 상당한 비틀림을 허용한다. 이는 우수한 오프-로드 이동성 및 조종성을 담보한다. 게다가, 진흙탕인(muddy) 또는 모래로 뒤덮인(sandy) 지반 같은, 연약 지반 상에서 이동식 작업 기계의 사용이 단순해진다. 본 발명의 목적을 위해서, 섀시는 일반적으로 차량의 바디를 구비하는 프레임형 구조로 이해될 수 있다. 그러나, 섀시는 또한 차량의 자립형 바디(self-supporting body)의 일부가 될 수 있다.

그러나, 이동식 작업 기계의 적어도 하나의 또는 모든 스윙 액슬을 블로킹하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있어서, 액슬 바디는 섀시에 대하여 스윙 또는 스위블링할(swivel) 수 없다. 이는 또한 피봇 가능성(pivotability) 또는 피봇팅 각도(pivoting angle)의 적어도 명확하게 현저한 제한을 포함할 수 있다. 블로킹 가능한 스윙 액슬의 주된 기능은, 작업 기계가 작동될 때 또는 로드가 운송될 때 휠을 통해서 블로킹된 상태 지지를 담보하는 것이다. 게다가, 공사 도로(public road)에서 또는 대체로 딱딱한, 평평한 지반 상에서 운전할 때, 스윙 액슬을 블로킹하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 목적을 위해서 "블로킹(blocking)"이라는 용어는 스윙 액슬의 휠의 브레이킹 또는 로킹을 언급하지 않는다. 그 대신, 본 발명은 섀시에 대한 스윙 액슬의 피봇팅 무브먼트(pivoting movement)를 블로킹 또는 로킹하는 것에 대한 것이다.

다시 말해서, 스윙 액슬 또는 그것의 액슬 바디는 유압식으로 블로킹될 수 있다. 종종 이동식 작업 기계, 예를 들어 이동식 굴착기, 휠 로더, 트랙터 등은 압력 발생기를 포함할 수 있는 통합된 온-보드 유압 시스템을 구비한다. 다양한 회로 또는 경로가 제공되어 이동식 작업 기계의 다양한 기능을 제공할 수 있다. 이는 이동식 기계의 주행 구동부뿐만 아니라, 리프팅 기능, 스위블링 기능, 풀링(pull) 기능, 보조 구동부, 동력 인출 장치(power take-off; PTO) 구동부 등과 같은 추가적인 기능을 포함할 수 있다.

스윙 액슬의 액슬 바디는 보통 온-보드 유압 시스템의 중앙 요소로부터 멀리 이격된다. 이는 특히 이러한 스윙 액슬을 위한 로킹 디바이스 또는 블로킹 디바이스의 제어 또는 커플링 및 실시를 위해서 어느 정도의 수고를 요구한다. 게다가, 이동식 작업 기계의 스윙 액슬의 액슬 바디는 종종 대기 조건에 직접적으로 노출된다. 액슬 바디는 쏘일링(soiling) 및 빌드업(buildup)을 하기 쉽다. 이는 또한 로킹 또는 블로킹을 제어하기 위한 유압 시스템에 영향을 미칠 수 있다.

스윙 액슬의 유압 제어를 위한 다양한 컨셉이 알려져 있다.

제1 컨셉은 두 개의 라인을 통해서 스윙 액슬 어셈블리의 실린더를 제어하는 것을 수반하고, 하나의 라인은 제어 라인으로 설계되고 다른 하나의 라인은 공급 라인으로 설계된다. 에를 들어, 각각의 실린더에 할당된 밸브는 요구되는 바와 같이 실린더를 로킹하기 위해서 제어 라인을 통해서 제어될 수 있다. 두 개의 라인을 통한, 즉 제어 라인 및 공급 라인을 통한 제어는 제조 및 설치 동안에 추가적인 수고를 요구한다. 한편으로, 이는 예를 들어 파이핑(piping)에 관한 것이다. 또한 다양한 기계, 특히 이동식 굴착기 등은 유압 공급(온-보드 유압 시스템) 및 스윙 액슬 어셈블리의 실린더 사이에서 스위블 조인트를 구비하라는 것 또한 주목되어야 한다. 이는 또한 두 개의 파이프라인을 통해서 로터리 피드-스루(rotary feed-through)의 비용을 증가시킨다. 마지막으로, 각각의 추가적인 라인 또한 누설의 위험을 증가시킨다.

스윙 액슬 어셈블리의 실린더를 제어하기 위한 다른 컨셉은 조합된 제어 및 공급 라인으로 설계된, 오직 하나의 라인을 포함한다. 이 라인 내 압력 수준에 따라서, 스윙 액슬 어셈블리의 실린더에 할당된 밸브는 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 그러나, 이 라인은 또한 스윙 액슬 어셈블리의 실린더 안에 유체(제어 오일 또는 필링 오일(filling oil)의 형태로 된 압력 매체)를 도입하기 위한 공급 라인으로서의 기능을 한다. 스윙 작동에서 제어 오일의 공급은 또한 하나의 실린더의 이동된(displaced) 오일 양 및 다른 실린더에 의해서 흡입될(intaken) 수 있는 오일 양 사이의 체적 차이를 보상하는 기능을 한다.

오직 하나의 라인을 구비하는 형태에서, 예를 들어 기계의 일부 등 상의 로드 변화에 의해서 발생될 수 있는 압력 변동이 기능에 영향을 미칠 수 있다는 것은 반드시 고려되어야 한다. 한편으로, 스윙 액슬 어셈블리의 제어는 오직 하나의 라인을 통해서 제어 및 압력 매체의 공급 모두를 보장할 수 있게 하기 위해서 민감해야 한다. 게다가, 시스템은 내부 압력 변동을 보상하기 위해서 견고하게 설계되어야 한다. 이는 밸브가 개방될 때 압력 피크 및/또는 커넥션(connection) 시 압력 변화를 수반할 수 있다.

스윙 액슬 어셈블리를 위한 실린더는 특히 로킹 모드에서 이동식 작업 기계의 안정성을 담당하는 안전-관련 부품이다. 스윙 액슬 어셈블리의 실린더 중 하나가 고장난 경우에, 최악의 경우 작업 기계가 넘어질(tipping over) 위험조차 있다.

이러한 점에서, 라인 브레이크(line break)의 경우에 스윙 액슬의 바람직하게 안전하고 예측 가능한 행동(behavior)을 담보하도록 조치가 취해져야 한다. 이러한 경우에, 작업 기계의 불안정성은 높은 수준의 확실성으로 피해져야 한다.

스윙 액슬이 적절하게 작동할 때조차도, 스윙 액슬의 로킹된 상태에서 사소하지 않은 양의 오일에 의한 어느 정도의 압축률이 있어서, 실린더, 따라서 스윙 액슬 전체로서의 연약함(softness)을 초래할 수 있다. 이는, 예를 들어 스윙 액슬이 로킹된 상태에서 어느 정도 남아 있는 플레이(remaining play) 또는 틸팅 플레이(tilting play)를 허용하는 것을 유도할 수 있다.

이러한 배경기술에 반해서, 본 발명의 목적은 이동식 작업 기계의 스윙 액슬의 실린더를 위한 제어 유닛, 그러한 제어 유닛이 제공된 실린더 어셈블리 및 두 개의 그러한 실린더 어셈블리를 구비하여 스윙 액슬의 단순하고 안전한 제어를 가능하게 하는 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스를 제시한다. 바람직하게, 디바이스는 약간의 수고로 실시될 수 있다. 종합적인 목표는 외부 영향에 덜 민감하고 견고한 스윙 액슬을 제공하는 것이다. 특히, 스윙 액슬은 예를 들어 라인 브레이크의 경우에 예측 가능하게 그리고 안전하게 반응해야 한다. 게다가, 스윙 액슬의 로킹 모드에서뿐만 아니라 스윙 모드에서 작동 동안 바람직한 특성이 제공되어야 한다. 블로킹된 상태에서, 스윙 액슬은 가능한 확실하게 (유압식으로) 로킹되고 가능한 백래쉬가 없어야 한다(backlash-free).

제1 측면에 따라서, 본 발명의 목적은 이동식 작업 기계의 스윙 액슬의 실린더를 위한 제어 유닛에 의해서 달성되고, 제어 유닛은 다음을 포함한다.

압력 매체를 위한 유체 라인을 위한 단일 유입 포트,

실린더를 위한 배출 포트,

체크 밸브 및 로딩 상태에서 체크 밸브의 폐쇄 방향에 대항하는 제어 피스톤을 포함하는 밸브 유닛,

제어 피스톤은 체크 밸브의 폐쇄 방향과 동일한 방향으로 제어 피스톤 상에 작용하는 편향 요소에 의해서 편향되고,

제1 작동 모드에서 체크 밸브는 개방되고,

제2 작동 모드에서 체크 밸브는 폐쇄되고,

적어도 하나의 통로 개구를 통해서 제어 피스톤을 통한 흐름이 가능하며,

유입 포트 및 배출 포트 사이의 흐름의 경우에 제어 피스톤을 통해서 압력 매체가 흐른다.

이러한 방식으로, 본 발명의 목적이 완전히 달성된다.

본 발명에 따라서, 제어 피스톤은 압력 매체, 즉 제어 유체 또는 필링 유체가 그것을 통해서 흐를 수 있도록 설계된다. 따라서, 제어 피스톤은 한편에서 체크 밸브를 스위칭하기 위해서 사용될 수 있다. 또한, 제어 피스톤은 스윙 액슬을 로킹하기 위해서 실린더 및 체크 밸브에 공급 라인의 일부로 구성된다. 그것을 통과하여 흐르는 유체는 이어서 제어 피스톤 상에 작용하는 흐름 힘들을 발생시킨다. 이러한 방식으로, 제어 피스톤 및 밸브 유닛 전체로서의 기능에 긍정적인 영향을 미치는 힘 성분이 획득될 수 있다. 예를 들어, 체크 밸브로부터 멀리 향하는 제어 피스톤의 측에서 유입 측 제어 압력이 떨어진다면, 흐름은 실린더로부터 유입 측을 향하여 다시 흐를 수 있다. 이는 체크 밸브로부터 멀리 제어 피스톤의 무브먼트를 지지한다. 체크 밸브는 보다 빨리 폐쇄시킬 수 있다. 스윙 액슬의 동적 행동이 개선될 수 있다.

제어 유닛은 바람직하게 제어 유닛을 통해 흐르는 총 압력 매체가 제어 피스톤을 통해서 흐를 수 있도록 설계된다. 이는 압력 매체의 어떠한 부분도 제어 피스톤을 통해서 제어 및 흐르기 위해서 분기되지 않는다는 것을 의미한다. 그러한 솔루션은 공급 라인과 함께 제어 라인을 시뮬레이션한다("simulate"). 대신에, 본 발명에 따라서, 제어 피스톤을 통해서 바람직하게 전체 유체 흐름을 안내하는 것이 바람직하다. 적어도 일부 실시예에서 체적 유량의 100%가 제어 피스톤을 통과하도록 제공된다.

입력(input) 및 배출(output)이라는 용어는 제한적인 방식으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 명세서에서, 유입 포트는 공급 라인에 유체적으로 커플링된 커넥션(connection)이다. 배출 포트는 실린더에 유체적으로 커플링된 커넥션이다. 만약 유체 압력이 배출 측 포트를 통해서 유입 측 포트로 흐른다면 그리고 실린더(즉, 실린더의 리프팅 챔버)의 필링 체적이 빈다면 압력 매치의 관점으로부터 유입 및 배출의 용어에 대한 할당이 반전될 수 있음은 당연하다.

단일 유입 포트와 관련된 전술된 용어는 예를 들어 추가적인 통기 포트의 실시를 배제하지 않는다. 그러나, 압력 매체의 유체 통과를 위해서 주로 의도되지 않는다. 또한, 이러한 용어는 예를 들어 두 개의 평행하는 라인 및 커넥션이 제공되는 가능성을 배제하지 않으나, 동일한 유체 압력으로 가압되고 동일한 기능을 구비한다. 그러한 평행하는 구성은 단일 라인에 대한 기능의 관점에 대응하고 전술된 용어에 의해서 포함된다.

또한, 예시적인 실시예에 따라서, 제어 유닛에는 실런더 안에, 보다 정확하게는 실린더의 리프팅 챔버 안에 안내하는 배출 측 상에 단일 포트가 구비된다. 다시 말해서, 예시적인 실시예는 각각의 제어 유닛이 정확하게 하나의 입력-측 포트 및 정확하게 하나의 배출-측 포트를 포함하는 것으로 고안될 수 있다.

제어 피스톤을 통한 흐름이 가능한 제어 피스톤의 설계는 인가된 제어 압력이 체크 밸브의 폐쇄 요소 상에 직접적으로 작용하는 결과가 된다. 그러나, 폐쇄 요소는 이러한 압력이 단독으로 제2 작동 모드에서 체크 밸브를 개방할 수 없는 방식으로 프리로딩된다. 제어 피스톤은, 그것의 표면 비율(surface ratio)을 통해서, 제1 작동 모드에서 안전한 개방 및 제2 작동 모드에서 체크 밸브의 안전한 폐쇄가 담보되도록 구성된다.

플로우-스루 구성(flow-through arrangement)의 다른 이점은 제어 유닛의 컴팩트한 설계이다. 제어 유닛은 카트리지 같이 설계될 수 있고, 에를 들어 실린더의 축방향 단부에 커플링될 수 있다. 실린더를 위한 하우징, 예를 들어, 제어 유닛의 하우징이 수용되는 캐스트 하우징(cast housing)을 제공할 수 있다. 이는 짧은 라인 경로를 담보한다.

제어 피스톤의 로딩된 상태는 체크 밸브가 개방되도록 제어 압력이 입력 측 상에 작용되어 제어 피스톤을 이동시키는 상태이다. 압력 매체/유체, 즉 유압 오일은 제어 유닛의 현재 작동 모드와 독립적으로 제어 피스톤을 통과할 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 동안 프리텐셔닝이 가능하다.

제1 작동 모드는 또한 스윙 모드로 언급될 수 있다. 제2 작동 모드는 또한 로킹 모드로 언급될 수 있다. 제2 작동 모드에서 로딩된 실린더의 적어도 피스톤이 리트랙트할 수 없다는 것이 담보된다. 스윙 모드에서, 스윙 액슬의 양쪽 실린더의 피스톤이 리트랙트 및 연장할 수 있다는 것이 담보된다. 제2 작동 모드에서 블로킹 방향/폐쇄 방향에 대항하여 재흡입이 발생할 수 있다는 것은 당연하다. 따라서, 체크 밸브는 제2 작동 모드에서 방향에 따라서 블로킹되고, 폐쇄 힘은 또한 경우에 따라서 극복될 수 있다.

게다가, 편향 요소는 개방이 유일한 (단일) 유체 라인 내 정의된 높은 압력에서 가능하도록 치수화될 수 있다. 이는 스윙 액슬의 안정성을 증가시키는 데 기여한다. 하나 및 동일한 라인이 제어 라인 및 공급 라인으로서 모두 사용된다고 할지라도, 작업 기계의 작동 압력 변화가 바람직하지 않은 스위칭 작동을 유발시킬 수 있는 것은 바람직하지 않다.

밸브 유닛은 바람직하게 프리-해제(pre-releast) 없이 밸브 유닛으로 구성된다. 프리-해제에 대한 예방의 생략은 한편으로 요구되는 더 큰 액추에이팅 힘/압력(actuating forces/pressure)을 초래한다. 다른 한편으로는, 작업 기계의 작동 동안 발생할 수 있는 정상적인 압력 변동이 밸브 유닛을 개방할 수 없다는 것이 담보될 수 있다. 이는 작동 동안 원치 않는 언로킹을 방지하고 작동 안전성을 증가시킨다.

또한, 프리-해제 없는 설계는 제2 작동 모드에서 밸브 유닛의 프리로드와 관련하여 설계의 더 큰 자유도를 허용한다. 이는 로드 변화(우측으로부터 좌측으로 또는 그 반대의 경우도 마찬가지로) 동안 로킹된 스윙 액슬의 두 측 사이에서 임의의 플레이가 상당히 감소되는 이점을 갖는다. 스윙 액슬의 행동은 보다 예측 가능하고 더 안전해진다. 매우 높은 압력만이 밸브 유닛의 체크 밸브를 개방시키므로, 더 큰 프리로드 압력이 선택될 수 있고, 그럼에도 개방 압력보다 충분히 작은 압력이다. 이는 로딩되지 않거나 오직 약간 로딩되는, 스윙 액슬의 두 개의 실린더 중 실린더를 통한 재흡입을 허용한다. 프리로드 압력이 더 커질수록, 로드 변화 동안 스윙 액슬 행동이 더 경직된다.

제어 유닛의 예시적인 실시예에 따라서, 제어 피스톤 내 적어도 하나의 통로 개구는, 압력 매체가 그것을 통과할 때, 압력 매체의 흐름 방향과 동일한 방향으로 제어 피스톤에 힘이 인가되도록 설계된다. 이는 특히 제2 작동 모드에서 체크 밸브를 폐쇄시킬 때 이점을 갖는다.

제어 유닛의 다른 예시적인 실시예에 따라서, 편향 요소는 통기 가능한 수용 부분에 수용된다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 수용 부분은 초과 압력의 경우에 수용 부분 내에 개방되는 체크 밸브를 통해서 대기에 연결된다.

이는 편향 요소에 의해서 제어 피스톤 상으로 인가된 힘과 함께, 제어 피스톤의 작동 행동에 영향을 미칠 수 있는 수용 부분 내 다른 유체 힘들이 없다는 이점을 갖는다. 수용 부분 및 대기 사이의 추가적인 체크 밸브는 수용 부분 내 초과 압력이 존재할 때만이 통기가 발생하는 것을 담보한다. 이는 외부 물체가 외부로부터 수용 부분에 들어갈 수 없다는 이점을 갖는다. 이러한 방식으로, 물, 티끌 등의 유입에 의해서 유발되는 오염이 방지될 수 있다. 이는 또한 제어 피스톤 및 제어 유닛 전체로서의 예측 가능한 및 안전한 작동에 기여한다.

제어 유닛의 다른 예시적인 실시예에 따라서, 제어 피스톤은 제어 유닛의 하우징 내에 밀폐 가능하게 수용되고, 편향 요소는 제어 피스톤의 밀폐된 영역 외부에서 제어 피스톤에 커플링된다.

이는 제어 피스톤을 통한 흐름의 가능성이 증가된 누설의 위험에 의해서 동반되지 않는다. 다른 이점은 실링 요소의 총 개수가 최소화될 수 있다는 것이고, 이는 오직 하나의 커넥션 라인을 구비하도록 된 솔루션이 제어 유닛 및 그것에 연관된 실린더의 제어 및 공급을 위한 유일한 단일 유체 경로를 요구하기 때문이다.

제어 유닛의 추가적인 예시적인 실시예에 따라서, 유체 라인은 조합된 제어 라인 및 공급 라인을 설계되고, 이때 유일한 포트가 단일 유체 라인을 위한 공급 포트이고, 그것을 통해서 제어 유닛이 작동 모드 제어 밸브 및 다른 제어 유닛에 연결된다.

제어 유닛은 제어 라인 및 공급 라인으로 구성된 공통된 라인을 통해서 스윙 액슬의 실린더가 제어되게 한다. 이러한 방식으로 파이핑 수고가 최소화될 수 있다. 시스템은 단순하고 비용면에서 효율적이도록 설계된다.

그러나, 라인 브레이크의 경우에, 실린더에 할당된 제어 유닛의 체크 밸브가 로드의 경우에 빨리 그리고 안전하게 개별적인 실린더의 피스톤 챔버를 폐쇄시키므로, 예측 가능한 행동 및 안전한 행동이 담보된다. 라인 브레이크의 경우에, 외부로부터 체크 밸브가 개방될 수 있는 범위까지 제어 압력이 인가되지 않는다.

제어 유닛의 다른 예시적인 실시예에 따라서, 레귤레이팅 밸브가 밸브 유닛 및 실린더 사이에 제공된다. 예시로서, 레귤레이팅 밸브는 실린더의 피스톤 챔버 및 체크 밸브 사이에 제공된다. 예를 들어, 레귤레이팅 밸브는 흐름 레귤레이팅 밸브로 설계된다. 예시로서, 레귤레이팅 밸브는 1-웨이 리스트릭터 밸브(one-way restrictor valve)로 설계된다. 제어 유닛의 추가적인 예시적인 실시예에 따라서, 레귤레이팅 밸브는 개방된 체크 밸브보다 포트를 향하는 방향으로 더 작은 체적 흐름을 허용한다.

레귤레이팅 밸브는 실린더의 피스톤 챔버 안팎으로 흐르는 유체의 흐름 행동에 영향을 미친다. 예를 들어, 레귤레이팅 밸브는, 실린더의 피스톤 챔버로부터 유체 라인을 위한 커넥션을 향하는 흐름이 레귤레이팅 밸브를 통과할 때, 체적 흐름이 개방된 체크 밸브가 허용하는 체적 흐름보다 항상 작도록 설계된다. 이는, 예를 들어 스윙 액슬이 언로킹될 때, 실린더의 피스톤 챔버 내 큰 압력이 오직 포트를 향하여 댐핑된 방식으로 퍼지는 것을 담보한다. 이는 제어 유닛 상에 전체적이 로드를 감소시킨다.

또한, 예를 들어, 레귤레이팅 밸브는 밸브 유닛 및 실린더 사이에 방향 유량이 있도록 설계되고, 밸브 유닛을 향하는 방향으로 흐르는 유량이 실린더를 향하는 방향으로 흐르는 유량보다 적다.

예시적인 실시예에서, 레귤레이팅 밸브는 구조적으로 밸브 유닛에 통합된다. 예를 들어 이는 체크 밸브 및 레귤레이팅 밸브를 위한 공통된 하우징을 포함할 수 있다.

이러한 조치는 또한 제어 유닛 상에 로드의 감소에 기여한다. 제어 유닛의 영역 내 램 압력(Ram pressure)이 실린더가 리트랙트할(retract) 때 피해진다. 게다가, 감소하는 제어 압력을 구비하여, 로딩된 실린더 유닛의 체크 밸브의 빠른 폐쇄가 선호된다.

다른 측면에 따라서, 본 발명의 목적은, 실린더 및 여기에 설명된 적어도 하나의 실시예에 따른 제어 유닛이 제공되는, 이동식 작업 기계의 스윙 액슬을 위한 실린더 어셈블리에 의해서 달성된다.

이론적으로, 실린더 어셈블리를 위한 단일-작용 실린더를 사용하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이중-작용(double-acting) 실린더를 구비하는 두 개의 제어 유닛을 커플링하는 것이 고려될 수 있고, 이때 제1 제어 유닛은 제1 리프팅 챔버에 할당되고 제2 제어 유닛은 이중-작용 실린더의 제2 리프팅 챔버에 할당된다.

예시로서, 제어 유닛은 실린어 하우징에 커플링될 수 있는 하우징 카트리지가 구비되고 카트리지형 설계를 포함한다. 제어 유닛의 카트리지 하우징은 실린더 하우징 안으로 스크류되어, 실린더 하우징에 플랜지되고 및/또는 실린더 하우징 상에 위치될 수 있다. 그 결과 실린더 어셈블리의 콤팩트하고 단순한 설계가 달성되고, 공급 및 제어가 모두 오직 하나의 단일 유체 라인을 통해서 실현된다. 오직 몇 개의 시일이 요구된다. 이론적으로, 파이프 커플링 또한 고려될 수 있다.

다른 측면에 따라서, 본 발명의 목적은 여기에 설명된 적어도 일 실시예에 따른 두 개의 실린더 어셈블리를 포함하는 이동식 작업 기계의 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스에 의해서 달성되고, 실린더 어셈블리는 유체 라인을 통해서 서로 연결되고, 유체 라인은 작동 모드 제어 밸브에 추가적으로 연결된다. 예를 들어, 유체 라인은 Y-라인으로 설계되고 세 개의 포트가 제공되며, 제1 포트는 제1 실린더 어셈블리에 할당되고, 제2 포트는 제2 실린더 어셈블리에 할당되고 제3 포트는 작동 모드 제어 밸브에 할당된다.

이론적으로, 이중-작용 실린더 및 두 개의 제어 유닛을 포함하는 실린더 어셈블리를 구비하는 디바이스를 제공하는 것을 고려할 수 있고, 제1 제어 유닛은 제1 리프팅 챔버와 관련되고 제2 제어 유닛은 이중-작용 실린더의 제2 리프팅 챔버와 연관된다. 전술된 이점은 또한 대안적인 설계를 구비하여 실현될 수 있다.

예시로서, 제어 밸브는 방향 밸브, 특히 3/2-웨이 밸브(3/2 way valve)로서 설계된다.

디바이스의 예시적인 실시예에 따라서, 제어 밸브는 제1 작동 모드에 대응하는 제1 스위칭 위치에서 제어 압력 라인에 유체 라인을 연결하고, 제어 밸브는 제2 작동 모드에 대응하는 제2 스위칭 위치에서 탱크 라인에 유체 라인을 연결하고, 탱크 라인 내에 프리로드 압력이 존재하고, 제어 압력 라인에 제어 압력이 존재한다. 프리로딩 압력은 각각의 그리고 임의의 고려 가능한 대안에 대하여 필수적으로 존재해야 하는 것은 아니다.

압력 없이 탱크 라인을 설계하지 않는 것이 바람직하다. 스윙 액슬의 로킹된 위치에서, 약간 로딩되거나 로딩되지 않은 실린더 어셈블리의 실린더는 탱크 라인을 통해서 타켓팅된 방식으로 프리텐셔닝될 수 있다. 따라서 현재 언로딩된 실린더를 향한 압력 매체의 흐름이 가능해진다. 이는 로드 변화 동안 가능한 백래쉬를 감소 또는 제거하는, 재흡입을 가능하게 한다.

이러한 방식으로 스윙 액슬의 플레이는 최소화되거나 방지될 수 있고, 이는 오일 압축성, 라인 팽창 등에 기인할 수 있다. 스윙 액슬이 로킹될 때, 이러한 영향은 항상 로딩된 측을 향하는 방향으로 작업 기계의 바디가 틸팅되게 한다. 이는 언로딩된/더 낮게 로딩된 측 상에 작은 플레이를 유발할 수 있다. 이는 예를 들어, 작업 기계의 구조가 틸팅된다면, 즉 로딩된 측이 변화한다면, 현저할 수 있다.

그러나, 만약 언로딩된 측의 프리로드가 담보된다면, 이러한 플레이는 로드 변화 동안 현저하지 않다. 로드 변화 동안 스윙 액슬의 강도는 증가될 수 있다. 이는 로드가 로킹된 상태로 변화할 때, 작업 기계의 예측 가능한 행동을 초래한다. 축을 갖는 실린더 피스톤 로드의 방해되는 접촉에 의해서 유발될 수 있는 충격 및/또는 갑작스런 로드는 피해지거나 적어도 최소화될 수 있다.

탱크 라인 내 프리로드 압력은 기본적으로 제어 압력 라인 내 제어 압력보다 낮다. 이러한 방식으로 작동 상태들 사이에서 바람직하지 않은 스위칭이 피해질 수 있다.

디바이스의 제1 작동 모드에서, 양쪽 실린더 어셈블리의 제어 유닛의 체크 밸브가 제어 압력 라인의 제어 압력에 의해서 개방된다.

디바이스의 제2 작동 모드에서, 더 크게 로딩된 실린더 어셈블리의 밸브 유닛의 체크 밸브는 이 실린더 어셈블리의 실린더 내에 존재하는 압력에 의해서 폐쇄되고, 더 낮은 로드 하에서 실린더 어셈블리는, 특히 그것의 밸브 유닛은 필요하다면, 탱크 라인의 프리로딩 압력에 의해서 프리로딩된다. 오일 압축성에 의해서, 로딩된 실린더 내에 트랩된 오일의 양은 체적이 감소된다. 반대로, 언로딩된 실린더에서, 커플링된 무브먼트는 체크 밸브를 통해서 공급 라인으로부터 오일로 충전된, 추가적인 체적을 해제시킨다. 로딩된 실린더가 이어서 완화될 때, 압축된 오일 컬럼(compressed oil column)은 더 이상 스윙 액슬 및 섀시를 통하여 실린더의 기계적 커플링에 의해서 그것의 원래 값으로 해제될 수 없다. 이는 두 개의 실린더의 프리로드에서 상당한 증가를 초래한다. 이는 바람직하게 상당히 견고한 지지(support)를 만들어낸다.

디바이스의 실린더 어셈블리는, 제어 라인 및 공급 라인으로 기능하는, 단일 라인을 통해서 제어된다.

바람직하게, 여기에 언급된 측면들 중 적어도 하나에 따른 디바이스는 로킹된 상태 및 스윙 상태로 스윙 액슬의 스윙 액슬을 선택적으로 작동시키기 위해서 이동식 작업 기계를 위한 스윙 액슬 어셈블리에서 사용된다. 작동 모드 제어 밸브의 전류 스위칭 위치(current switching position)에 따라서, 스윙 액슬은 로킹된 상태 또는 진동 상태로 된다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 본 발명의 목적은 이동식 작업 기계에 의해서 달성되고, 작업 기계는 적어도 하나의 스윙 액슬 및 스윙 액슬을 작동시키기 위해서 여기에 언급된 실시예 중 적어도 하나에 따른 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스를 포함하며, 스윙 액슬은 바람직하게 견고한 스윙 액슬로서 설계되고 작업 기계의 프레임 상에 피봇 가능하게 장착되며, 디바이스의 실린더 어셈블리는 스윙 액슬의 하부 부분 및 프레임과 연관된 상부 부분 사이에서 연장하며, 상부 부분 및 하부 부분은 스윙 상태/스윙 모드에서 서로에 대해서 피봇 가능하다.

앞서 언급된 특징들 및 하기에 언급된 특징들은 특정 조합으로 사용될 뿐만 아니라 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 조합 또는 격리된 특징으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서 내에 포함됨.

본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 다음의 도면들을 참조하여, 복수 개의 예시적인 실시예들의 다음의 설명에 의해서 개시된다.
도 1은 휠 로더(wheel loader)로서 구성된 이동식 작업 기계의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 2는 이동식 작업 기계의 다른 실시예의 개략적인 정면도이다.
도 3은 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스의 실시예에 대한 개략적인 기호 표현(symbolic representation)이다.
도 4는 로킹 가능한 스윙 액슬용 밸브 어셈블리의 실시예에 대한 개략적인 기호 표현이다.
도 5는 스윙 액슬의 실린더를 위한 제어 유닛의 단면도이다.

도 1은 예를 들어 휠 로더(wheel loader)로 구성된, 이동식 작업 기계의 예시적인 사시도를 도시한다. 도 2는 예시적으로 굴착기(excavator)로 설계된, 다른 이동식 작업 기계의 개략적인 정면도를 도시하고, 예시적인 이유에서 붐(boom) 및 장착 툴(attachment tool)의 표현이 생략된다. 이동식 작업 기계(10, 30)는 적어도 하나의 스윙 액슬을 포함한다.

일반적으로, 이동식 작업 기계는 또한 이동식 작업 장비가 참조될 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 이동식 작업 기계(10, 30)의 실시예들과 함께, 임업 기계(forestry machine), 운송 차량(transport vehicle), 농업 기계, 차량 및 트레일러 또한 고려될 수 있다.

도 1에 도시된 작업 기계(10)는 예를 들어, 대략 프레임인 섀시(chassis; 12)를 포함한다. 섀시(12)에 예를 들어 운전자의 운전석(driver's cab) 또는 제어 스탠드(control stand)를 포함하는, 바디(14)가 배치된다. 또한, 구동부(drive; 16)가 섀시(12) 상에 장착되고, 바디(14)에 의해서 적어도 부분적으로 덮이거나 둘러싸인다. 구동부(16)는 예를 들어 내연기관 구동부(internal combustion engine drive)를 수반할 수 있다.

또한, 애드-온 디바이스(add-on device; 18)가 이동식 작업 기계(10) 상에, 특히 그것의 섀시(12) 상에 장착되고, 예를 들어 붐 메커니즘(boom mechanism)을 통해서 그것에 연결된다. 애드-온 디바이스(18)는 버킷의 형태로 된 툴(20)로 구성될 수 있다. 다른 애드-온 디바이스(18)가 고려될 수 있다.

도 1에 도시된 이동식 작업 기계(10)는, 제1 액슬(22) 및 작업 기계(10)의 길이방향으로 제1 액슬(22)으로부터 오프셋된 제2 액슬(24)을 포함한다. 바람직하게, 두 개의 액슬(22, 24) 중 적어도 하나는 소위 스윙 액슬로 구성된다. 휠(26)은 액슬(22 및 24) 상에 장착된다.

스윙 액슬은 일반적으로 섀시 및 스윙 액슬의 액슬 바디 사이에 상당한 비틀림을 허용한다. 이러한 식으로, 이동식 작업 기계(10, 30)은 또한 험한 지형(heavy terrain)에서 사용에 적합하다.

도 2를 추가적으로 참조하여, 기호 표현에 의해서 이동식 작업 기계(30)의 추가적인 실시예가 도시된다. 작업 기계(30)는 또한 언더캐리지(undercarriage; 32)를 포함하고, 언더캐리지 상에 상부 구조(34)가 장착된다. 또한, 작업 기계(30)는 도 2에서 기호로만 도시된, 온-보드 유압 시스템(on-board hydraulic system; 36)을 포함한다. 온-보드 유압 시스템(36)은 예를 들어, 작업 기계(30)의 구동 모터에 결합되어, 압력이 작업 기계(30)의 보드 상에 발생될 수 있다. 온-보드 유압 시스템(36)은 예를 들어 (도 2에 도시되지 않은) 작업 기계(30)의 빔 또는 애드-온 툴을 구동시킨다.

게다가, 작업 기계(30)는 조인트(46)를 통해서 (언더캐리지(32)의) 상부 부분(42) 및 하부 부분(44)이 관절식으로 연결된(articulate) 적어도 하나의 스윙 액슬(swing axle; 40)을 포함한다. 예시로서, 상부 부분(42)은 언더캐리지 프레임으로 언급될 수 있다. 하부 부분(44)은 축(axis) 또는 축 구성으로 언급될 수 있다. 상부 부분(42)은 예시로서 언더캐리지(32)의 프레임 구조에 할당된다. 예를 들어, 하부 부분(44)은 작업 기계(30)의 주행 기어(running gear)에 또는 액슬 측에 할당된다.

스윙 액슬(40)은 본질적으로(intrinsically) 단단한 액슬 바디로 설계된, 액슬 바디(axle body; 50)를 포함한다. 액슬 바디(50)는 액슬 바디(50)의 개별적인 단부에 장착된 두 개의 휠(52)을 연결한다. 액슬 바디(50)는 조인트(46)를 통해서 언더캐리지(32)에 관절식으로 연결된다. 다시 말해서, 만약 작업 기계(30)가 거친 지형에서 이동된다면, 액슬 바디(50)가 작업 기계(30)의 상부 구조(34)에 대해서 스윙할 수 있다.

스윙 액슬(40)의 조인트(46)는 액슬 바디(50)의 길이방향 연장선을 따라서 대략 중앙에 배치된다. 도 2에서 48에 의해서 지정된 굽은 이중 화살표는 상부 구조(34) 또는 언더캐리지(32)의 상부 부분(42)에 대해서 액슬 바디(50)의 피봇팅 또는 스윙 무브먼트를 도시한다.

스윙 액슬(40)을 블로킹 또는 로킹하는 데 바람직한 적용 또는 작동 조건이 고안 가능하다. 다시 말해서, 목표는 상부 부분(42)에 대한 액슬 바디(50)의 스위블링(swiveling) 무브먼트를 블로킹 또는 방지하는 것이다. 이는 기본적으로 도 3을 더 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명되는 로킹 디바이스 또는 로킹 디바이스(locking device; 100)를 구비하여 달성될 수 있다.

도 2는 프레임 측에 장착된, 예를 들어 언더캐리지 및/또는 상부 부분(42)에 장착된, 제1 실린더 어셈블리(110) 및 제2 실린더 어셈블리(112)를 예시적으로 도시한다. 실린더 어셈블리(110, 112)의 실린더의 플런저 또는 피스톤은 연장하여 액슬 바디(50)의 스러스트 피스(thrust piece; 54)에 접촉함으로써 그것들의 피봇팅 무브먼트를 방지할 수 있다. 이러한 방식으로, 만약 실린더 어셈블리(110, 112)의 실린더가 블로킹된다면 스윙 액슬(40)이 로킹될 수 있다.

도 3은 전체적으로 100에 의해 지정된 이동식 작업 기계의 스윙 액슬을 제어하기 위한 디바이스의 개략적인 표현을 도시한다. 예시로서, 디바이스(100)는 작업 기계의 온-보드 유압 시스템(36)에 연결된다. 이는 펌프(102), 스토리지 등과 커플링을 포함할 수 있다. 또한, 이는 탱크(104)에 대한 커플링을 포함할 수 있다.

디바이스(100)는 예를 들어 밸브 블록의 일부 또는 밸브 블록으로 구성된 작동 모드 제어 밸브(operating mode control valve; 106)를 포함한다. 특히, 제어 밸브(106)는 방향 밸브, 바람직하게 3/2-웨이 밸브(3/2 way valve)로 구성된다.

디바이스(100)는 또한 스윙 액슬(40)의 두 측에 할당된, 제1 실린더 어셈블리(110) 및 제2 실린더 어셈블리(112)를 포함하고, 또한 도 2를 참조하기 바란다. 디바이스(100)는 제1 작동 모드 및 제2 작동 모드에서 작동될 수 있다. 제1 작동 모드에서, 스윙 액슬(40)의 진동이 가능하게 된다. 제2 작동 모드에서 스윙 액슬(40)이 로킹된다.

제어 밸브(106)는 커넥팅 라인(connecting line; 116)을 통해서 실린더 어셈블리(110) 및 실린더 어셈블리(112)에 커플링된다. 커넥팅 라인(116)은 예를 들어 Y-형상 설계를 포함한다. 커넥팅 라인(116) 외에 제어 밸브(106) 및 제1 실린더 어셈블리(110) 및 제2 실린더 어셈블리(112) 사이에 다른 라인은 없다.

제어 밸브(106)는 제1 작동 모드에서 예를 들어, 펌프(102)에 커플링된, 제어 압력 라인(118)에 커넥팅 라인(116)을 연결한다. 제2 작동 모드에서, 제어 밸브(106)는 탱크(104)에 연결된, 탱크 라인(120)에 커넥팅 라인(116)을 연결한다. 제어 압력 라인(118) 내에 제어 압력이 있다. 본 발명의 적어도 일부 측면에 따라서, 탱크 라인(120) 내에 적어도 약간의 프리로딩(preloading)을 제공하는 또한 제안되었다. 이러한 방식으로, 제2 작동 모드에서, 가압된 유체(유압 오일)가 탱크 라인(120)을 통해서 커넥팅 라인(116) 안으로 그리고 최종적으로 실린더 어셈블리(110, 112) 중 적어도 하나 안으로 흐를 수 있다.

예시로서 도 3에 도시된 제어 밸브(106)는 액추에이터(actuator; 124) 및 리셋 요소(reset element; 126)를 포함한다. 예시로서, 액추에이터(124)는 전자기 액추에이터로 설계된다. 리셋 요소(126)는 예시로서 리셋 스프링으로 설계된다. 액추에이터(124)의 비활성/비-전류(non-current) 상태에서, 제어 밸브(106)는 제2 작동 모드에 대응하는 스위칭 위치(switching position)에 있다. 액추에이터(124)의 활성/전류 상태에서, 제어 밸브(106)는 제1 작동 모드에 대응하는 스위칭 위치에 있다.

제1 실린더 어셈블리(110)는 제어 유닛(136)에 커플링된 실린더(130)를 포함한다. 제2 실린더 어셈블리(112)는 제어 유닛(136)에 커플링된 실린더(132)를 포함한다. 실린더(130)는 피스톤 챔버(142) 내에 수용된 피스톤 로드(138)를 포함한다. 실린더(132)는 피스톤 챔버(144) 내에 수용된 피스톤 로드(140)를 포함한다. 제1 제어 유닛(134)은 밸브 유닛(146)을 포함한다. 제2 제어 유닛(136)은 밸브 유닛(148)을 포함한다.

바람직하게, 탱크 라인(120)은 적어도 부분적으로 프리로딩된다. 디바이스(100)의 제2 작동 모드에서, 즉 블로킹 모드에서, 이것은 예를 들어 두 개의 실린더 어셈블리(110, 112) 중 더 큰 로드(higher load)를 겪는 하나의 어셈블리에서 압력 매체 압축의 경우에, 두 개의 실린더 어셈블리(110, 112) 중 더 작은 로드를 겪는 다른 하나의 어셈블리의 보상 및 프리로딩이 영향을 받게 되는 이점을 갖는다. 이러한 방식으로, 예를 들어 실린더 어셈블리(110)로부터 실린더 어셈블리(112) 또는 그 반대로 로드를 변화시킬 때, 백래쉬 및 현저한 틸팅이 방지될 수 있다. 탱크 라인(120) 내 압력에 기초하는 프리로딩은 반드시 크지 않다. 그러나, 로드 변화의 경우에, 프리로드(preload)는 이전에 로딩된 실린더로부터 두 개의 실린더 어셈블리(110, 112)로 압축된 오일에 의해서 분배된다. 두 개의 실린더 어셈블리(110, 112) 내 결과적인 프리로딩은 상당히 크게 될 수 있다.

실린더 어셈블리(110, 112)는 바람직하게 동일하거나 일치하는 설계로 된다. 다음에서, 실린더 어셈블리(110)의 설계는 디바이스(100)의 개략적인 부분적인 표현에 의해서 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명된다. 실린더 어셈블리(112)는 유사하거나 일치하는 설계를 구비할 수 있음은 물론이다.

실린더 어셈블리(110)는 피스톤 로드(138)를 포함하는 실린더 하우징(154)을 포함한다. 적어도 일부의 예시적인 실시예에 따라서, 제어 유닛(134)은 또한 예를 들어 카트리지형 하우징(196)을 통해서, 실린더 하우징(196) 내에 수용되고, 이 문서에서 도 5를 참조하기 바란다.

제어 유닛(134)은 포트(156)를 포함하고 포트(156)를 통해서 커넥팅 라인(116)이 제어 유닛(134)에 연결된다. 제어 유닛(134)은 실린더(130)를 향하는 방향으로 포트(158)를 포함한다. 포트(158)는 예를 들어 피스톤 챔버(142)를 향하는 방향으로 덕트 개구 또는 마우스(mouth)를 포함할 수 있다.

제어 유닛(134)의 밸브 유닛(146)은 체크 밸브(164)를 포함한다. 체크 밸브(164)는 제어 피스톤(166)에 의해서 제어될 수 있고, 도 5를 참조하기 바란다. 도 4는 체크 밸브(164)에 대한 제어 피스톤(166)의 영향을 설명하고, 포트(156) 및 체크 밸브(164) 사이의 점선을 참조하기 바란다. 도 4는 실린더(130)의 피스톤 챔버(142) 내에 존재하는 압력 또한 체크 밸브(164)의 상태에 영향을 미친다는 것을 설명하는 168에 의해서 지정된 점선을 더 도시한다.

체크 밸브(164)는 시트(seat; 170) 및 폐쇄 요소(172)를 포함하고, 폐쇄 요소(172)는 밀폐식으로(in a sealed manner) 시트(170)와 접촉하게 될 수 있다. 게다가, 편향 요소(biasing element; 174)가 제공되고, 편향 요소(174)는 시트(170)를 향하는 방향으로 폐쇄 요소(172)를 프리로드한다. 편향 요소(174)에 의해서 인가된 폐쇄 힘은 실린더(130)로부터 멀리 포트(156)를 향하는 방향으로 작용한다. 적어도 디바이스(100)(도 3을 참조하기 바란다)가 제2 작동 모드에서 작동될 때, 체크 밸브(164)는 블로킹 방향(폐쇄 방향)으로 폐쇄된다. 이는 한편으로 폐쇄 요소(172)에 의해서 담보된다. 또한, 실린더(130)의 피스톤 챔버(142) 내 초과 압력이 폐쇄 요소(172)에 체크 밸브(164)의 폐쇄 위치를 향해서 힘을 가한다. 이는 제2 작동 모드에서 블로킹 방향에 대항하는 방향으로 실린더(130)의 재흡입(re-sucking) 가능성을 배제하지 않는다.

도 4는 또한 환경, 즉 대기와 밸브 유닛(146)을 연결하는 통기 라인(vent line; 178)을 나타낸다. 통기 라인(178)에서, 예를 들어 체크 밸브(180)는 밸브 유닛(146)의 특정 영역에 존재하는 대기압보다 더 큰 압력이 존재할 때 개방되도록 형성된다. 이러한 방식으로 효과적인 통풍(ventilation)이 달성될 수 있다. 또한, 체크 밸브(180)는 외부로부터 밸브 유닛(146)에 티끌(dust), 먼지(dirt), 물 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

만약 통기 라인(178)이 제어 피스톤(166)을 위한 편향 요소(218)가 수용되는 수용 부분(176)과 커플링된다면 특히 바람직하고, 도 5를 다시 참조하기 바란다.

도 4는 또한 예를 들어 피스톤 챔버(143) 및 체크 밸브(164)가 제공되는 밸브 유닛(146) 사이에, 레귤레이팅 밸브(186)가 배치되는 것을 도시한다. 예를 들어, 레귤레이팅 밸브(186)는 체크 밸브(190)를 포함하는 체크-밸브 섹션 및 스로틀 밸브(throttle valve; 188)를 포함하는 스로틀 섹션을 포함한다. 레귤레이팅 밸브(190)를 통한 유체 경로는 - 기호로 도시된 바와 같이 - 스로틀 밸브(188) 및 체크 밸브(190)를 통해서 분기되고 포트(158)에서 연결된다. 요소(188 및 190)가 단일 부품으로 조합될 수 있음은 당연하다. 이와 관련하여, 도 3 및 4는 설명을 위하여 주로 개략적인 표현들이다.

레귤레이팅 밸브(186)는 더 큰 체적 유량을 구비하는 흐름이 피스톤 챔버(142)에서 밸브 유닛(146)을 향하는 방향으로 보다 피스톤 챔버(143)를 향하는 방향으로 가능한 방식으로 배치된다. 게다가, 피스톤 챔버(142)로부터 밸브 유닛(146)의 체크 밸브(164)를 향하는 방향으로 레귤레이팅 밸브(186)에 의해서 정의된 최대 체적 유량은 바람직하게 체크 밸브(164)를 통하여 동일한 방향으로 이론적으로 가능한 체적 유량보다 더 작다. 레귤레이팅 밸브(186)는 제어 유닛(134), 특히 밸브 유닛(146)의 부품들을 완화시킨다(relieve). 게다가, 실린더 어셈블리(110)의 바람직한 작동 행동이 그것으로부터 발생된다.

또한, 도 5에서 제어 유닛(134)의 부분적으로 섹션된 상세도가 참조된다. 도 5는 도 3 및 4에서 개략적으로 도시된 디바이스(100), 특히 제어 유닛(134)의 추가적인 측면 및 상세사항을 도시한다.

특히, 도 5는 제어 유닛(134)의 밸브 유닛(146)의 예시적인 실시예를 도시한다. 예시로서, 레귤레이팅 밸브(186)는 설명을 위해서 도 5에 명확하게 도시되지 않는다. 또한 설명을 위해서, 도 5는 체크 밸브(180)를 구비하는 통기 라인(178)의 명확한 표현을 도시하지 않고, 도 4를 참조하기 바란다.

그렇기는 하지만, 통기 라인(178)은 적어도 예시적인 실시예에 따라서, 수용 부분(176)을 통기시키기 위해서 수용 부분(176)에 연결된다. 수용 부분(176)은 도 5에 명확하게 도시된다.

밸브 유닛(146)은 제어 피스톤(166)에 커플링된, 체크 밸브(164)를 포함한다. 밸브 유닛(146)은 전체 제어 유닛(134)을 수용할 수 있는 하우징(196) 내에 배치된다. 예시로서, 하우징(196)은 카트리지형 설계를 포함하고 스레드(thread; 198)가 제공된다. 하우징(196)은 실린더 하우징(154)(도 4) 안에 스크류될 수 있거나 유사한 방식으로 그것에 커플링될 수 있다. 밀폐 목적으로, 하우징(196) 및 실린더 하우징(154) 사이에 시일(seal; 200)이 제공된다.

하우징(196)은 제1 하우징 섹션(204) 및 제2 하우징 섹션(206)을 포함하고, 제1 하우징 섹션(204)은 또한 외부 하우징 섹션으로 언급될 수 있다. 제2 하우징 섹션(206)은 또한 내부 하우징 섹션으로 언급될 수 있다.

체크 밸브(164)를 위한 시트(170)는 내부 하우징 섹션(206)에 위치된다. 또한, 내부 하우징 섹션(206)은 폐쇄 요소(172)를 위한 가이드를 포함한다.

하우징(196)은 또한 제어 피스톤(166)을 위한 리셉터클을 포함한다. 예시로서, 제어 피스톤(166)을 위한 리셉터클은 외부 하우징 섹션(204) 및 내부 하우징 섹션(206)에 의해서 함께(jointly) 형성되는, 피스톤 챔버(210)를 포함한다. 도 4와 함께 이전에 언급된 수용 부분(176)은 피스톤 챔버(210)에 인접한다. 바람직하게, 체크 밸브(180)를 구비하는 통기 라인(178)은 수용 부분(176) 및 대기 사이에서 연장한다.

제어 피스톤(166)은 실린더(214)에 의해서 이어지는 플레이트형 헤드 피스(plate-like head piece; 212)를 포함한다. 압력 피스(216)는 만약 필요하다면, 적어도 일시적으로, 실린더(130)를 향하는 방향으로 시트(170)로부터 들어올리기 위해서, 체크 밸브(164)의 폐쇄 요소(172)에 접촉하는, 체크 밸브(164)를 향하는 방향으로 형성된다. 헤드 피스(212)는 제1 하우징 섹션(204)에 장착된다. 실린더(214)는 제2 하우징 섹션(206)에 장착된다. 하우징 섹션(204, 206)은 제어 피스톤(166)을 위한 가이드를 제공한다.

압축 스프링으로 예시적으로 설계된, 편향 요소(biasing element; 218)가 제어 피스톤(166)에 연관된다. 편향 요소(218)는 수용 부분(176) 내에 수용되고, 만약 수용 부분(176) 내에 환경에서보다 더 큰 압력이 있다면, 수용 부분(176)은 통기 라인(178)을 통해서 통기된다.

편향 요소(218)는 체크 밸브(164) 및 제어 피스톤(166)과 동축으로 연장한다. 편향 요소(218)는 하우징(196) 상에, 특히 내부 하우징 섹션(206) 상에 지지된다. 편향 요소(218)는 또한 그것의 타단에서 제어 피스톤(166)의 헤드 피스(212)에 지지되고, 포트(156)를 향해서, 즉 실린더(130)로부터 멀리 그것을 푸쉬한다.

제어 피스톤(166)에는 적어도 하나의 통로 개구(222)가 제공된다. 이는, 예를 들어 실린더(214) 및 헤드 피스(212)를 통해서 돌출되는 채널(224)을 수반한다. 대략적으로 별 형상으로 배치된 채널들(226)이 채널(224)에 인접한다. 채널들(226)은 제어 피스톤(166)의 길이방향 축에 대해서 경사진다. 압력 매체(유체)는 제어 피스톤(166)을 통해 채널들(224, 226)을 거쳐 흐를 수 있다.

제어 피스톤(166)은 또한 시일(230, 232)에 의해서 바디(196)에 대항하여 밀폐된다. 이러한 식으로 압력 매체가 제어 피스톤(166)을 통해서 흐를 때조차도 압력 매체의 손실이 발생하지 않는다.

체크 밸브(164)의 폐쇄 요소(172)는 제어 피스톤(166)의 스러스트 피스(216)를 향하는 전방 콘(front cone; 236)을 포함한다. 실린더(238)는 콘(236)에 인접한다. 프리로딩 요소(174)를 위한 리셉터클(242)은 실린더(238) 내에 배치된다. 프리로딩 요소(174)는 체크 밸브(164)의 폐쇄된 위치를 향해서 폐쇄 요소(172)를 푸쉬한다. 프리로딩 요소(174)는 (도 5에 명확하게 도시되지 않은) 하우징(196)에 직접 또는 간접적으로 지지된다. 또한, 체크 밸브(164) 및 실린더(130) 사이에 레귤레이팅 밸브(186)가 제공될 수 있고, 도 4를 참조하기 바란다.

폐쇄 요소(172)는 또한 그것을 통한 흐름을 허용하도록 설계된다. 폐쇄 요소(172) 내에 채널(244)이 배치되어, 채널(244) 안으로 압력 매체가 시트(170)를 지난 후에 적어도 체크 밸브(164)의 개방 위치로 흐를 수 있다. 채널(226)과 유사하게, 채널(244) 또한 별형상으로 배치되고 폐쇄 요소(172)의 길이방향 축에 대해서 경사진다. 채널(226) 및 길이방향 사이 및 채널(244) 및 길이방향 사이의 개방 방향/개방 각도은 서로 마주본다.

폐쇄 요소(172)가, 예를 들어 시트(170)가 개방될 때 환형 갭을 해제시키는 원뿔형의 실링 섹션을 구비하는 폐쇄된 바디와 같이 다른 방식으로 설계될 수 있음은 당연하다. 폐쇄 요소(172)는 폐쇄 요소(172)를 통해서 유체가 흐르게 하는 개구가 형성되는 않도록 설계될 수 있다. 대신에, 압력 매체가 개방된 상태에 있는 폐쇄 요소(172)의 측면을 따라서 측방향으로 흐를 수 있다. 다른 설계 및 또한 혼합된 형태가 고려될 수 있다.

포트(242)는 또한 압력 매체에 의해서 통과될 수 있는 채널(244)에 인접한다. 클램핑 요소(clamping element; 172)가 제어 피스톤(166)에 유사하게 압력 매체를 위한 통로 개구를 제공하므로, 클램핑 요소(172)는 실린더(238)의 영역으로 안내될 수 있고 하우징(196), 특히 내부 하우징 섹션(206)에 적어도 밀폐식으로 수용될 수 있다.

제어 피스톤(166)의 설계는 관통해서 흐르는 유체가 또한 흐름의 방향에 따라서 제어 피스톤(166) 상에 힘 성분을 발생시키는 것을 수반한다. 예시로서, 이는 포트(156)에 인가된 제어 압력이 떨어질 때 체크 밸브(164)의 빠른 폐쇄를 지지한다. 결과적으로, 실린더(130)의 피스톤 챔버(142)로부터 멀리, 포트(156)를 향하는 방향으로 레귤레이팅 밸브(186)(도 4), 체크 밸브(164) 및 제어 피스톤(166)을 통해서 압력 매체가 흐른다. 이러한 흐름은 체크 밸브(164)의 폐쇄 요소(172)로부터 멀리, 제어 피스톤(166)을, 특히 스러스트 피스(216)를 들어 올리거나, 대응하는 프리로드를 적어도 감소시키는 힘 성분을 야기시킨다. 따라서, 실린더(130)로부터 먼 흐름은 제어 피스톤(166) 상으로 편향 요소(218)와 유사하게 작용한다.

제어 피스톤(166), 폐쇄 요소(172)의 유효 표면 및 프리로딩 요소(preloading element; 174, 218)의 특성은 예를 들어 작업 기계의 작동 동안 발생할 수 있는 압력 변동에 의해서 유발되는 바람직하지 않은 조건 변화 없이, 유일한 단일 커넥팅 라인(116)을 통해서 제어될 때조차도, 전체 밸브 어셈블리(110)가 두 개의 작동 모드로 안전하게 작동되고 정의될 수 있는 방식으로 선택된다.

예시로서, 제1 작동 모드로의 전환(transition)은 만약 실린더(130, 132) 내에 오직 저압이 로킹되거나 저압이 로킹되지 않는다면, 제어 압력 라인(118) 내에 50 bars 이상의 정의된 제어 압력에서 이루어질 것이다. 체크 밸브(164)가 오직 편향 요소(174, 218)의 힘에 대해서 그리고 이 압력에 대해서 개방될 수 있으므로, 해제 압력은 제2 작동 모드에서 실린더(130, 132) 내에 로킹되는 유체의 압력에 의존한다. 그러나, 실린더(130, 132) 내에 상당한 압력이 없을지라도, 제1 작동 모드에서 밸브 유닛(146, 148)을 작동시키기 위해서 그리고 체크 밸브(164)를 개방하기 위해서 상당한 해제 압력이 인가되어야 한다.

예시로서, 탱크 라인(120) 내 프리로드 압력은 약 10 bars가 될 수 있다. 따라서, 한편으로, 두 개의 실린더(130, 132) 중 더 작은 로드를 겪는 하나의 실린더(130, 132)의 재흡입 기능이 증가된다. 이는 스윙 액슬(40)의 더 경직된(stiffer) 행동을 초래한다. 그러나, 또한, 개방을 위해서 요구되는 제어 압력 및 프리로드 압력 사이의 긴 거리가 여전히 유지될 수 있다. 이는 스윙 액슬(40)의 안전성을 증가시킨다. 또한, 미리 결정되지 않은 또한 잠재적으로 위험한 조건의 가능성이 감소된다.

결국, 밸브 유닛(146) 및 제어 유닛(134)은 견고하고 안전한 설계로 된다.

10, 30: 이동식 작업 기계
40: 스윙 액슬
130, 132: 실린더
134, 136: 제어 유닛
116: 유체 라인
146, 148: 밸브 유닛
156: 단일 유입 포트
158: 배출 포트
164: 체크 밸브
166: 제어 피스톤
174, 218: 편향 요소
222: 통로 개구

Claims (15)

1. 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)의 실린더(130, 132)를 위한 제어 유닛(134, 136)에 있어서,
   상기 제어 유닛(134, 136)은,
   압력 매체를 위한 유체 라인(116)을 위한 단일 유입 포트(156);
   상기 실린더(130, 132)를 위한 배출 포트(158);
   체크 밸브(164) 및 로딩 상태에서 상기 체크 밸브(164)의 폐쇄 방향에 대항하는(counteract) 제어 피스톤(166)을 포함하는 밸브 유닛(146, 148) - 상기 제어 피스톤(166)은 상기 체크 밸브(164)의 폐쇄 방향과 동일한 방향으로 상기 제어 피스톤(166) 상에 작용하는 편향 요소(174, 218)에 의해서 편향됨 -;
   을 포함하고,
   제1 작동 모드에서 상기 체크 밸브(164)는 개방되고,
   제2 작동 모드에서 상기 체크 밸브(164)는 폐쇄되고,
   적어도 하나의 통로 개구(222)를 통해서 상기 제어 피스톤(166)을 통한 흐름이 가능하며,
   상기 유입 포트(156) 및 상기 배출 포트(158) 사이의 흐름의 경우에 상기 제어 피스톤(166)을 통해서 상기 압력 매체가 흐르고,
   상기 배출 포트(158)는 단일한 배출 포트(158)인, 제어 유닛(134, 136).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 피스톤(166) 내 상기 적어도 하나의 통로 개구(222)는, 압력 매체가 관통할 때, 상기 제어 피스톤(166) 상으로의 힘이 상기 압력 매체의 흐름 방향에 대한 방향으로 동일하게 생성되도록 형성되는 제어 유닛(134, 136).
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 편향 요소(174, 218)는 통기 가능한 수용 부분(176) 내에 수용되고, 상기 수용 부분(176)은 체크 밸브(180)를 통해서 대기에 연결되며, 상기 체크 밸브(180)는 상기 수용 부분(176) 내 초과 압력의 경우에 개방되는 제어 유닛(134, 136).
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어 피스톤(166)은 상기 제어 유닛(134, 136)의 하우징(196) 내 밀폐 가능하게 수용되고, 상기 편향 요소(174, 218)는 밀폐된 영역 외부에서 상기 제어 피스톤(166)에 결합되는 제어 유닛(134, 136).
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유체 라인(116)은 조합된 제어 라인 및 공급 라인으로 제공되고, 상기 단일 유입 포트(156)는 단일 유체 라인(116)을 위한 공급 포트로 형성되고, 상기 단일 유체 라인(116)을 통해서 상기 제어 유닛(134, 136)이 작동 모드 제어 밸브(106) 및 추가적인 제어 유닛(134, 136)에 연결되는 제어 유닛(134, 136).
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 밸브 유닛(146, 148) 및 상기 실린더 사이에 레귤레이팅 밸브(186)가 제공되는 제어 유닛(134, 136).
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 레귤레이팅 밸브(186)는 흐름 레귤레이팅 밸브로 구성되는 제어 유닛(134, 136).
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 레귤레이팅 밸브(186)는 상기 밸브 유닛(146, 148) 및 상기 실린더 사이의 방향-의존 체적 흐름을 유발하고, 상기 실린더(130, 132)를 향하는 방향으로보다 상기 밸브 유닛(146, 148)을 향하는 방향으로 더 작은 체적 흐름이 제공되는 제어 유닛(134, 136).
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 레귤레이팅 밸브(186)는 상기 포트(156)를 향하는 방향으로 개방된 체크 밸브(164)보다 더 작은 체적 유량을 허용하는 제어 유닛(134, 136).
   
10. 실린더(130, 132) 및 제1항 또는 제2항에 따른 제어 유닛(134, 136)을 포함하는, 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 위한 실린더 어셈블리(110, 112).
    
11. 제10항에 따른 두 개의 실린더 어셈블리(110, 112)를 포함하는, 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스에 있어서,
    상기 실린더 어셈블리(110, 112)는 상기 유체 라인(116)을 통해서 서로 연결되고, 상기 유체 라인(116)은 작동 모드 제어 밸브(106)에 더 연결되는 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 밸브(106)는 상기 제1 작동 모드에 대응하는 제1 스위칭 위치에서 제어 압력 라인(118)에 상기 유체 라인(116)을 연결하고, 상기 제2 작동 모드에 대응하는 제2 스위칭 위치에서 탱크 라인(120)에 상기 유체 라인(116)을 연결하고, 상기 탱크 라인(120)에 프리로드 압력이 존재하고, 상기 제어 압력 라인(118)에 제어 압력이 존재하는 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 탱크 라인(120) 내 프리로드 압력은 파일럿 압력 라인(118) 내 제어 압력보다 낮은 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 작동 모드에서 양쪽 실린더 어셈블리(110, 112)의 제어 유닛(134, 136)의 체크 밸브는 상기 제어 압력 라인(118)의 제어 압력에 의해서 개방되는 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스.
    
15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 작동 모드에서 더 크게 로딩된 실린더 어셈블리(110, 112)의 밸브 유닛(146, 148)의 체크 밸브(164)는 상기 실린더 어셈블리(110, 112)의 실린더(130, 132) 내 존재하는 압력에 의해서 폐쇄되고, 더 작게 로딩된 실린더 어셈블리(110, 112)가 상기 탱크 라인(120)의 프리로드 압력에 의해서 편향되는 이동식 작업 기계(10, 30)의 스윙 액슬(40)을 제어하기 위한 디바이스.

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