KR20010040922A - 고압-유압밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압-유압밸브로서 하우징(1) 적어도 또한 상기 하우징(1) 내에 설치되어 있어 유압유 흐름에 영향을 주는 주제어플렌저(3), 압력플렌저(6)와 같은 기능 부품들이 마노메터플렌저(manometer plunger) 경화 열처리 가능한 알미늄합금으로 되어 있다. 고압 유압밸브의 중량은 이에 따라 충분히 감소시킬 수 있다. 경화 열처리 가능한 알미늄 합금으로 된 부품의 표면은 이의 내마모성을 더욱 증가시켜 주기 위하여 아노다이징(anodiging) 하는 것이 유리하다. 특히 경량인 고압 유압밸브의 이러한 유형은 이동식 기중기, 승강장 및 굴삭기에 사용되는 것들과 같은 이동 유압시스템에 주로 사용된다.

Description

고압-유압밸브{HIGH-PRESSURE HYDRAULIC VALVE}

일반적으로 고압-유압밸브의 하우징은 주물 또는 구상흑연주물로 제조되어 있으며 내부의 일부 운동부품은 열처리강으로 되어 있다. 고압-유아밸브 중량은 일반적으로 이러한 하우징의 중량에 의해서 결정된다. WO 92/07208에는 이러한 고압-유압밸브가 공지되어 있다. 이러한 출원으로 나타난 US-A-5,556,075에 의하면 발명의 주요효과로서 중량이 현저히 낮다는 점을 언급하고 있다. 따라서 2가지 상기 출원에 의하면 밸브스핀들의 일부 또는 전체 밸브스핀들/밸브콘-배열은 동, 황동 또는 알미늄과 같은 연질재료로 제작하는 것이 바람직하다. 이로인하여 기밀이 개선된다.

알미늄을 사용할 경우에는 더욱더 감량이 이루어지나 이것은 그의 질양에서 초과하는 하주잉에서 보면 극히 미미하다. 밸브스핀들/밸브콘-배열에 대한 감량은 관성이 작게 됨으로서 주기적인 전환시에 보다 작은 동압손실을 초래한다. 밸브스핀들/밸브콘 배열의 중량 가중치는 전체 중량의 작은 값에 불과한 것으로 이미 언급한 상태에서 고압-유압랩의 중량절감은 그리 중요하지 않다. 또한 상이한 재료의 상이한 열팽창 계수 문제가 발생한다.

기계부품을 가급적 경량으로 하기 위한 노력은 오래전 부터 시행되어 오고 있다. 또한 다방면의 기술에서 오래전부터 경량 구조재가 사용되어 오고 있다. 이에관한 예로서 승용차량의 경우에도 티타늄 및 알미늄과 같은 경량소재가 사용된다는 점을 언급하고자 한다. 이는 예컨대 US-A-5,169,460으로 공지되어 있다. 언급한 바와같이 경량화의 노력은 오래전부터 서술되어 있기 때문에 그러한 경량소재를 전혀 사용하지 않는 기술분야에 있어서는 그러한 소재사용을 배제하자는 중요한 논거가 존재한다는 결론을 도출할 수 있다.

본 발명은 청구항 제 1 항의 상위개념에 언급한 기술의 고압-유압밸브에 관한 것이다.

이러한 고압-유압밸브는 이동 유압장치의 다양한 유형과 구조에 사용된다. 이러한 상이한 유형들의 예는 비례밸브, 부하-제동밸브 및 차단-/안전밸브와 같은 것이다. 이동 유압장치들은 예컨대 굴착기, 기중기 및 기타 리프팅(lifting) 장치들의 부품이다. 이러한 적용에 있어서 유압장치의 중량을 중요한 역할을 한다. 이것은 가급적 가벼워야 한다.

다음에 도면에 의하여 본 발명의 한가지 실시예를 보다 상세히 설명한다. 유일한 도는 고압-유압밸브의 약도단면을 도시하고 있다.

본 발명에서는, 사용특성을 불리하게 변경함이 없이 고압-유압밸브의 중량을 더욱더 감소키기 위한 과제를 기본으로 하고 있다. 유리한 개발은 제 종속청구항에서 볼 수 있다.

고압-유압밸브의 총중량은 이러한 하우징에 의하여 결정된다. 동시에 한편으로는 크기와 두께와 같이 형상과 관련된 데이터와 또 한편으로는 사용재료의 비중이 중요한 역할을 한다. 하우징의 크기는 제어할 유량의 크기에 의하여 영향을 받으며 기능과 유관한 구조형태에 의해서도 똑같이 영향을 받는다. 고압-유압밸브를 억제해야할 최대압력도 하우징크기, 예컨대 벽의 최소두께에 결정적인 영향을 준다. 고압-장치로서 판정될 수 있는 고압장치는 100바(bar) 이상의 작동압력으로 표시된다. 이와 동시에 유의할점은 기증기와 굴착기와 같은 이동장치에 있어서 곧바로 정격-작동압력을 상회하는 부하의 피크도 발생할 수 있을 것이다.

사실은 일반적으로 큰 부하를 방치해야하는 안전장치들이 존재하며 또한 이러한 경우에 동적부하 피크가 발생하게 된다. 고압-유압밸브의 제조자는 따라서 장치으 기능 및 내구성은 예컨대 정격-작동압력의 수배인 경우에도 보장되도록 증명을 해야한다.

하우징재료로서 회주철 또는 구상 흑연주철 GGG 40이고 내부 부품이 경화강을 사용하는 시험된 선행기술과는 반대로 발명에 따라 하우징소재로서 열처리 알미늄-템퍼링합금 즉 AlZnMgCu를 사용하는 것을 권장한다. 이러한 합금의 비중은 2.8g/㎤인 한편 구상흑연주철(GGG40)에 대하여 각 7.25g/㎤을 가지고 있으므로 하우징의 중량에 대하여 동일한 크기가 전제되며 약 60% 정도의 중량의 경감에 이른다.

고압-유압밸브의 하우징부품은 여러개의 형상주물 피스로 되어 있지 않고 순수한 블록으로 되어 있다. 이것은 한편으로 개수가 근소함으로 형상 및 내부 공동을 위한 형상코어의 제작의 고비용이 필요없기 때문에 그러하고 또 한편으로 다수의 부품들이 자주 연결요소로서 보다 큰 장치단위로 통합되기 때문에 그러하다. 여기에서 하우징이 직육면체일 때 유리하다. 이러한 직육면에 하우징의 경우 부품당 ㎏로 표시된 절대 중량 이득은 구상흑연주철 GGG50 대신에 열처리 알미늄-합금을 사용함으로서 특히 중요하다.

언급한 소재의 기계적 성질, 인장강도, 브린넬경도, 탄성계수 및 0.2% 팽창한계 등은 오래전 부터 공지되어 있다. 예컨대 열처리 알미늄합금의 인장강도와 0.2% 팽창한계는 구상 흑연주철 GGG 40의 당해 특성치 보다 크다고 하지만 당업자는 여직것 열처리 알미늄-합금을 고압-유압밸브의 하우징 소재로서 사용하는 것을 꺼려 왔다.

발명에 따르는 해결은 구상흑연주철 GGG 40의 내마모 강도는 특히 높은 것으로 간주되는 한편 알미늄-합금들은 일반적으로 별로 내마모성이 있는 것으로 간주되지 아니된다. 이러한 관점은 연구에서 제시한 바와 같이 유압장치의 경우 특히 중요한 것이 아니면 이러한 장치에 존재하는 유압유는 슬라이드 응력일 때에는 윤활수단으로 작용한다. 본 발명의 유리한 점은 그러나 알미늄합금의 부품의 표면처리 그중에서도 특히 아노다이징(Anodiging)이다. 이러한 방법은 그 자체가 오래전부터 공지되어 왔다. 소기의 목적을 위하여 유리한 방법은 "HART-COAT^*-방법(AHC-표면처리, Friebe ＆ Reininghaus 회신의 상표)로 공지되어 있는 ㅂ교적 아주 근소한 기공용적을 가진 한개층 생성이다. 이러한 방법에서 아노다이징은 처리중에 냉각된 특수 합성 산전해액에서 아노다이징이 행해진다.

참조기호 1로 하우징이 도시되어 있으며 직육면체 형태로 되어 있다. 발명에 따라서 이 하우징(1)은 열처리 가능한 알미늄 연질합금 예컨대 AlZnMgCu 성분으로 되어 있다. 하우징(1) 내에는 공간으로 되어 있으며 그 아에 기능부품이 들어 있다. 공간은 예컨대 블록으로부터 구멍 및/또는 밀링으로 파낸다. 그래서 고압-유압밸브는 2개의 조인트(2)를 가지며 그로부터 도시되어 있지 않은 유압관을 거쳐서 동시에 도시되어 있지 않은 유압부하 예컨대 유압제어 구동과 연결되어 있다. 다른 조인트는 그와 같은 유압관을 거쳐서 동일한 경우로 도시되어 있지 않은 펌프에 연결되어 있다.

도에 도시되어 있는 고압-유압밸브에 있어서 비례-방향제어밸브와 2포트-방향제어밸브와 2포트-방향제어-조정밸브 외에도 발명에 주요하지 않으므로 여기에 도시안된 다른 요소를 포함한다. 그러한 기타요소들은 예컨대 최대압력, 최대행정 및 압력차의 조정기구이다.

하우징(1) 내에 설치되어 유압유에 영향을 미치는 기능 부품들을 도에서 볼 수 있다 : 제 1 실(5)에서 그의 축(4)을 따라서 이동하게 되어 있는 주 제어플렌저(3)와 기타실(8)에서 그의 축(7)을 따라서 이동하게 되어 있는 압력제어 플렌저(6) 이다. 동시에 압력조정밸브플렌저(6)는 실(8)의 벽 일부와 체크밸브(9)를 형성할 수 있다. 상기 요소들은 고압-유압밸브의 기능방법을 정한다. 그에 대해서는 당해 기능이 발명에 긴요하지 않으므로 더이상 다루지 아니한다.

선행기술에 따르는 그러한 고압-유압밸브에 있어서 경강으로된 주제어플렌저(3) 및 압력조정밸브플렌저(6)와 같은 기능부품들로 되어 있다. 동시에 제조공정의 종료시에 열처리가 이루어진다.

그러나 열처리시 특히 절삭가공부품에서 뒤틀림에 의한 치수변형이 일어남으로 부품의 기능에 소요되는 치수정도를 유지하기 위하여 규칙적으로 보정 가공이 필요하다.

하우징(1)이 알미늄-연질합금으로 구성되는 한편 기능상의 유압유동에 영향을 가지는 부품은 주제어 플렌저(3)와 압력조정밸브플렌저(6)와 같이 구성되어 있으면 동 부품의 구조설계와 치수 및 공차에 대해서는 강철과 알미늄합금의 열팽창이 현저히 다르며 즉 강철인 경우에는 약 12×10^-6/℃이며 알미늄합금인 경우에는 약 2곱인 즉 23 내지 24××10^-6/℃가 된다. 정치 구동 유압장치에 있어서 이러한 차이는 당해 장치가 예컨대 공장 내에 설치되어 있으면 별로 중요한 역할을 하지 않는다.

기중기와 굴착기와 같은 유압-장치를 가진 이동장비에 있어서는 임의로 본 장비를 사용하기 때문에 변화하는 기상조건으로 현저한 온도차기 발생된다.

부품의 설계에서는 이에 따라서 발생하는 최대온도치를 감안해야 한다. 그것은 대처 가능한 것으로 특히 온도가 유압유의 특성에도 영향을 미침으로 고압-유압장치 설계자는 여하턴 온도를 감안해야 한다.

그러나 주제어플렌저(3)와 마노메터플렌저(6)와 같은 기능부품들이 동시에 AlZnMgCu와 같은 열처리 알루미늄-연질합금으로 되면 유리하다. 이에 따라서 정상과 차이가 나는 온도에서 공차를 가지며 고려해야 할 하등의 추가 문제가 발생하지 않는다.

하우징(1)의 가공을 위하여 존재하는 소재가 예컨대 이미 열처리된 상태의 육면체이면 유리하다. 완성된 하우징(1)의 가공은 따라서 이미 열처리된 상태에서 행한다. 이것은 일련의 이점을 가지고 있다. 한편으로는 부품제작자는 소재의 열처리에 적합한 열처리실을 필요로 하지 않으며 또 한편으로 완성가공 하우징(1)에 열처리로 인한 치수변화가 더이상 발생하지 않는다. 특히 주요한 이점은 절삭 가공이 용이하다는 결과이다. 알미늄-소재는 일반적으로 연질이며 유연한 것으로 공지되어 있다. 그것은 특수연마 절삭공구를 요하며 그럼에도 불구하고 빈번히 소위 빌트업에너지(buitup edge)가 발생하여 치수유지에 불리하기도 하다.

열처리된 상태로 가공하는 경우가 보다 유리한 것으로 나타나 있다. 회수철의 경우에는 더욱이 예상을 초월하는 절삭속도로 가공할 수 있다. 따라서 특히 경제적인 제작이 이루어진다.

하우징(1) 제작을 위하여 언급한 사항은 제주어 플렌저(3)와 마노메터플렌저(6)와 같이 열처리 가능한 알미늄-연질합금으로 유리하게 동시에 제작하는 기능 부품에 대해서도 동일한 방법으로 적용한다.

부품제작에 이어서 하우징(1), 주제어 플렌저(3), 마노메터플렌저(6) 등의 유리하게 동 부품의 아노다이징(andiging)을 한다. 동시에 감안해야 할 점은 아노다이징의 피막구조가 치수변동에 영향을 미친다는 것이다.

표면으로부터 알미늄 웡자는 산화알미늄-분자로 전환된다. 이에 따라서 층은 한편으로 깊이 성장하나 또한편으로는 치수증가가 되는데 이는 아노다이징시 형성 된 산화알미늄이 큰 공간을 취하기 때문이다. 그러나 치수변동은 엄밀히 형성된 층 두께에 좌우되기 때문에 조정이 가능하다. 따라서 일정한 언더사이즈(undersize)로 소재를 계장할 수 있어서 이로부터 이제 일정한 두께의 산화층의 생성으로 정확한 치수를 가진 완제품을 얻을 수가 있다.

아노다이징한 산화층은 그 두께가 200㎛으로 하는 것이 유리하다.

전기전도도가 아주 나쁜 산화알미늄층의 특성으로 인하여 알미늄/강철의 혼합구조에서는 추가로 전기접촉열의 상이한 위치를 가진 다양한 물질의 금속부품간의 접촉부식이 대폭적으로 배제되기에 이른다. 하우징은 물론 알미늄-연질합금으로된 주제어 프렌저(3) 압력제어 밸브 플렌저(6)등과 같은 기능부품도 제작될때의 유리한 경우에도 이는 예컨대 이러한 기능부품에 작용 및/또는 하우징(1)에 지지되는 스프링이 항시 강철로 제작되어 있기 때문에 중요하다.

하우징(1)의 경우 아노다이징에 의하여 생성되는 피막은 동일한 여러 요구조건을 충족한다. 외부에 노출되어 있는 표면 부위에서 생성피막은 외관이 미려한 기능과 같이 동일한 방법으로 방식의 기능을 충족시킨다. 표면에 대부분 적용되는 피복은 경우에 따라서는 생략할 수 있다. 그럼에도 불구하고 피복이 필요하면 ㅇ노다이징 산화층이 우수한 기본수단을 제공함으로 알미늄-재료로된 소재의 경우 일반적으로 필요하고 특히 고가의 기본재-준비 및 예벌칠을 생략할 수 있따.

표면에 있어서 내부공간 및 주제어 플렌저(3) 실(5)과 같은 쳄버와 마노메터플렌저(6) 챔버(8)는 부식방지 외에 무선 보다도 내마모가 중요시하고 있다.

발명에 따르는 특징을 가지면서 유리한 것으로 알려진 아노다이징피막을 가진 상기 유형의 고압-유압밸브는 내마모성이 큰것으로 나타나 있다. 이들은 수명에 있어서 종래의 밸브류에 못지 않다.

이러한 고압-유압밸브의 이력현상(hysteresis)은 종래으 밸브들의 경우에 비하여 작은 것으로 판명되었다. 이러한 감소 이력현상은 유압위치기구의 위치정확도와 또한 가속-및 감속과정에 대하여 대단히 유리하다. 동적상태는 이에 따라서 현저히 개선된다.

상기 실시예는 고압-유압밸브의 일정한 유형에 관한 것이다. 고압-유압밸브의 다른 유형의 경우 기능상의 부품 대 부품은 다른 명칭들을 가지고 있다. 기능 부품들이라함은 이와는 다른 부품들 예컨대 밸브체, 밸브콘, 제어-및 조정 플렌저 등을 말한다.

하우징은 발명의 범위를 벗어남이 없이 열처리 가능 알미늄-주물합금으로도 제조 가능하며 하우징(1) 소재 제조는 구조로 행한다. 본 발명의 일반적인 교시는 따라서 하우징(1)이 열처리 가능 알미늄-합금으로 제작되어 있다는 점이다. 아노다이징은 알미늄-주물합금의 사용시에도 동일한 방법으로 유리하게 실시 가능하다.

굴착기, 기중기 및 기타 리프팅(lifting) 장치에 소요되는 고압-유압밸브로서 사용특성을 저하시키지 않으면서 당해 밸브를 현저히 경량화시켜 준다.

Claims (6)

1. 적어도 하나의 쳄버(chamber)(5,8)를 가지고 있는 하우징(1) 및 적어도 이 쳄버(5,8) 내에서 이동 가능한 기능상의 플렌저(3,6) 또는 밸브체와 같은 유압유의 흐름을 취하는 부품은 하우징(1)이 열처리 가능한 알미늄-합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압-유압밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   하우징(1)의 내외 표면은 내마모 및 내식성을 위하여 아노다이징되는 것을 특징으로 하는 유압밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   적어도 이동 가능한 기능상 유압유의 흐름에 플렌저(3,6) 또는 밸브체와 같은 유입을 취하는 부품은 열처리가능 알미늄-연질합금으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유압밸브.
4. 제 3 항에 있어서,

   플렌저(3,6) 또는 밸브체의 표면은 내마모 및 내식성의 아노다이징되어 있는 것을 특징으로 하는 유압밸브.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

   아노다이증산화층 두께는 약 200㎛인 것을 특징으로 하는 유압밸브.
6. 제 1 항에 있어서,

   하우징(1)의 열처리 및 경우에 따라 밸브체 및 플렌저(3,6)와 같은 기능부품은 절삭방법에 의한 성형전에 열처리에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.