KR20080020970A

KR20080020970A - 밸브 장치

Info

Publication number: KR20080020970A
Application number: KR1020070088644A
Authority: KR
Inventors: 안데르손 보
Original assignee: 파커 하니핀 아베
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2008-03-06
Also published as: KR101394492B1; EP1895168B1; US20080054203A1; US8833391B2; DE602006006676D1; EP1895168A1

Abstract

도관을 통하여 유체 흐름을 제어하는 밸브 장치는 입력부와 배출부로 교대로 사용되는 제1 및 제2 밸브 포트를 가지는 밸브 몸체와, 개방 위치에서 밸브 포트들을 서로 연결하고 밸브 콘(46)의 가압 유체 측에 작용하고 인입 포트의 매체 압력에 따라서 작용하는 힘보다 큰 지지력에 의해서 작동되는 밸브 콘을 포함한다. 흐름이 어느 방향으로든 이루어지도록, 밸브 포트들(42,43)은 각각의 통로(49,50)와 밸브 콘의 가변 제한부로 사용되는 홈 슬로트(18)를 통하여 공간(47)에 연결되고, 각각의 통로(49,50)는 밸브 포트(42,43)로부터 공간(47)으로의 흐름을 허락하는 밸브(51,52)를 수용하며, 공간(47)으로부터의 흐름을 개방하고 차단하며 밸브 콘(46)의 개방을 제어하도록 공간으로부터의 흐름을 허락하는 밸브(57,58)을 가지고 흐름 방향에서 이들 밸브의 전에 제어 밸브(54,56)를 수용하는 통로들을 통하여 공간이 밸브 포트들과 연결된다.

절대 안전 기능, 가역 펌프, 유압 실린더

Description

밸브 장치{VALVE ARRANGEMENT}

본 발명은 유체 수요자를 제어하는 밸브 장치에 관한 것으로, 밸브 장치는 설정된 방향으로의 수요자의 절대 안전 작동(fail-safe actuation)을 제공하기 위해서 유압원을 수요자에게 선택적으로 연결시키게 설치된다.

유체시스템에서, 유압 실린더 또는 유압 모터와 같은 작동기들은 종종 방향 밸브들을 사용하여 제어된다. 도1은 이러한 형태의 종래의 시스템을 도시한다. 도면에 도시된 방향 밸브는 스풀 밸브(11)이며, 이는 유체를 펌프(12)로부터 실린더(13)의 하나의 챔버로 공급하고, 제2 챔버로부터 탱크 또는 저장통(14)으로 드레인 시키도록 기계적으로 또는 전기적으로 작동될 수 있다. 본 명세서에서, “탱크”란 용어는 오일이 재사용되도록 수집되는 용기 또는 저장통을 나타낸다. 잘못된 방향으로 흐르는 것을 피하기 위해서, 이 경우에 실린더(13)로부터 펌프(12)사이에는 비귀환 밸브(15)가 실린더로 유체를 공급하는 도관에 설치된다. 비귀환 밸브(non-return valve)는 탄성 스프링에 의해서 시트에 접촉되어 유지되는 볼 또는 콘을 가질 수 있다. 이러한 형태의 비귀환 밸브는 매우 튼튼하고, 일반적으로 유체를 특수한 방향으로 흐르지 못하게 하는 유체시스템에서 절대 안전한 것으로 고려 된다.

상기와 같은 형태의 종래 밸브 제어 시스템은 예컨대, 다른 밸브 요소들사이의 압력강하와 가압 유체가 탱크로 드레인 된다는 사실로 인하여 에너지 손실을 입는다. 작동기를 보다 에너지 효율이 좋은 방법으로 부하를 제어하도록, 밸브 장치는 도2에 도시된 바와 같이 분리된 제어가능한 밸브들을 설치하여 제공될 수 있다. 도면에는 단방향 밸브가 4개의 분리된 2-포트 밸브들(21a-21d)로 교체되어 있다.

도2는 크레인의 붐을 제어하기 위한 밸브 장치의 개략도를 도시한다. 2-포트 밸브들(21a-21d)은 CPU라 불리는 중앙 처리 장치에 의해서 제어되는 전기 제어 밸브들이다. 제1 공급밸브(21b)는 크레인 암(C)을 상승시키거나 하강시키도록 유체를 제어 펌프(22)로부터 실린더(23)의 제1 챔버로 공급하게 제어된다. 제1 드레인 밸브(21d)는 크레인 암(C)이 상승할 때 실린더(23)의 제2 챔버로부터 탱크(24)로 유체를 드레인 시키게 제어된다. 제2 공급밸브(21c)는 크레인 암(C)을 하강시키도록 유체를 제어 펌프(22)로부터 실린더(23)의 제2 챔버로 공급하게 제어된다. 제2 드레인 밸브(21a)는 크레인 암(C)이 하강할 때 실린더(23)의 제1 챔버로부터 탱크(24)로 유체를 드레인 시키게 제어된다. 배압 밸브(25)는 밸브들(21a-21d)을 탱크(24)에 연결하는 도관에 설치된다. 에너지 손실을 최소화하기 위해서, 분리된 밸브들(21a-21d)은 작동기로부터의 제어신호들과 시스템의 여러 부품들의 유압을 나타내는 다수개의 압력 센서들(26, 27, 28)로부터의 신호들에 기초한 CPU에 의해서 제어된다. 제어 및 센서 입력 신호들은 CPU가 펌프와 밸브들을 제어하기 위한 최적 제어 전략을 연속적으로 계산하게 해 준다.

일정한 부하 조건하에서, 최적 제어는 유체 흐름의 최소한 일부를 펌프로 귀환하게 하여, 펌프가 시스템의 다른 부품들에서 사용될 수 있는 에너지를 회수하는 모터로서 작동하게 한다. 결국, 펌프와 실린더 포트들사이에 위치한 밸브들은 양방향 흐름제어를 허락해야 한다.

예컨대, 리프팅 운동중에 압력 손실을 최소화하기 위해서는 각 밸브의 압력강하는 비교적 적어야 한다. 많은 경우에, 압력강하가 단지 절대압력의 몇 퍼센트일 수 있다. 이러한 형태의 시스템은 절대 안전해야하는 것이 중요하다. 그러나, 만약 압력 센서의 하나 또는 그 이상이 실제 압력보다 몇 퍼센트 높거나 낮은 압력을 나타내는 부정확한 신호를 전달하면, 바람직한 상승 운동 대신에 크레인 암에 의해서 운반되는 부하의 갑작스런 하강을 야기시킬 수 있다. 이것은 안전 포인트에서 보면 수용할 수 없다. 여분의 센서들이 사용된다 하더라도, 펌프에 의해서 공급되는 압력과 실린더상의 부하가 갑자기 변할 수 있는 경우 시스템의 절대 안전을 보장하기 어려울 수 있다. 결국, 에러가 시스템에서 발생되면 상승되는 부하는 갑자기 하강하기 시작할 수 있다.

본 발명의 목적은 유체 압력 매체의 흐름을 한 방향으로 제어하거나 또는 유체 압력 매체가 담긴 도관속에서는 다른 방향으로 제어하여 도관이 압력원과 수요자 장치사이의 공급 및 귀환 도관으로 작동할 수 있게 하는 절대 안전 장치를 제공하고자 하는 것이다. 더욱이, 본 밸브 장치는 상기와 같은 문제점들을 해결하는 간단하고 신뢰성 있는 기능을 가져야 한다.

본 발명의 목적은 본 발명에 따른 밸브 장치와 첨부된 청구항들에서 한정된 특징들을 가지는 밸브 장치를 포함한 유체 회로에 의해서 이루어진다.

본 발명은 절대 안전 기능을 가진 밸브 장치에 관한 것이다. 하나의 실시예에 따르면, 상승하는 부하를 지지하는 수요자 장치는 유압원에 의해서 공급되는 압력이 수요자 장치에서 가압되는 챔버속의 압력을 초과하면 인입 밸브포트가 배출 밸브 포트에만 연결되는 절대 안전 밸브에 연결된다. 이것은 지지되는 부하가 유압을 지지하는 밸브 장치의 우연한 개방으로 인하여 갑작스럽게 하강하는 것을 방지한다.

밸브 장치는 유압 매체를 가지는 도관에 배치될 수 있고, 도관은 공급 도관 및 귀환 도관으로 사용된다. 유압 도관은 펌프와 같은 압력원을 압력 수요자 장치에 연결하는데 사용될 수 있다. 수요자 장치는 하나 또는 이중 작동 실린더이거나 스프링 력 또는 이와 유사한 외부 또는 내부 귀환력에 의해서 야기되는 귀환 스트 로크를 가지는 피스톤-실린더 장치일 수도 있다. 유체는 탱크로 또는 재생 목적의 가역 펌프를 통하여 귀환될 수 있다.

양호한 실시예에 따르면, 본 발명은 유체 수요자를 제어하는 밸브 장치에 관한 것이며, 밸브 장치는 수요자 장치를 설정된 방향으로 작동시키도록 유압원을 수요자 장치에 선택적으로 연결시키게 설치된다. 밸브 장치는 압력원에 연결된 제1 밸브 포트와 수요자 장치의 제1 챔버에 연결된 제2 밸브 포트를 가지는 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 밸브 장치는 제1 및 제2 밸브 포트들이 밸브 콘의 제1 측면에 의해서 폐쇄되는 제1 위치와 제1 및 제2 밸브 포트들사이의 연결이 개방되는 제2 위치사이에서 밸브 몸체의 공간속에서 미끄럼 이동가능한 밸브 콘을 가질 수 있다. 이러한 콘은 그 반대의 제2 슬라이드에 작용하는 유압에 의해서 폐쇄 위치로 밀쳐지며, 제2 슬라이드는 밸브 몸체속의 공간을 형성한다. 또한, 밸브 몸체는 압력 유체를 밸브 콘을 통하여 제1 및 제2 밸브 포트들로부터 비귀환 밸브를 가지는 각각의 통로들을 통하여 상기 공간으로 흐르게 하는 장치를 포함할 수 있다. 제어 밸브 장치는 상기 공간을 제1 및 제2 밸브 포트에 각기 연결하게 설치될 수 있다.

제어 밸브 장치는 상기 공간을 제1 밸브 포트에 연결하는 도관속에 제1 파일럿 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 밸브는 어떤 적당한 전기 작동 밸브이거나 그 2개의 단부 위치들 사이에서 무단 제어되는 비례 자석 밸브일 수 있다. 양호한 실시예에 따르면, 각각의 파일럿 밸브는 폐쇄 위치를 향하여 스프링 로드된 솔레노이드 작동 2-포트 밸브이다. 제1 파일럿 밸브는 제2 밸브 포트의 압력이 제1 밸브 포트 의 압력을 초과하면 제2 밸브 포트로부터 제1 밸브 포트로 유체가 흐르도록 작동되게 설치된다.

또한, 제어 밸브 장치는 상기 공간을 제2 밸브 포트에 연결하는 도관속의 제2 파일럿 밸브를 가질 수 있다. 제2 파일럿 밸브는 제1 밸브 포트의 압력이 제2 밸브 포트의 압력을 초과하면, 제1 밸브 포트로부터 제2 밸브 포트로 유체가 흐르도록 작동되게 설치될 수 있다.

상기 공간을 제1 및 제2 밸브 포트들에 연결하는 도관에 분리된 파일럿 밸브들을 사용하면, 밸브 장치는 절대 안전하게 이루어 질 수 있다. 인입 포트로서의 압력이 배출 포트의 압력보다 낮으면, 밸브 장치는 밸브 콘이 개방되는 것을 방지한다. 결국, 인입 포트 압력이 배출 포트 압력을 초과하면 각각의 인입 및 배출 포트들 사이의 직접적인 연결은 이루어 질 수 없다.

또한, 본 발명은 상기에 언급한 밸브 장치를 가지는 유압 회로에 관한 것이다. 유압 회로는 제어가능한 유압원, 유체용 제1 및 제2 챔버를 가지고 상기 유체의 작용으로 제1 및 제2 단부 위치사이를 이동하게 설치된 유체 수요자 장치를 가진다. 더욱이, 유압 회로는 유체가 각각의 챔버로 공급되거나 그로부터 드레인 되도록 유압원 또는 탱크를 수요자 장치의 제1 또는 제2 챔버에 선택적으로 연결시키는 밸브 장치를 가진다. 상기에 언급했듯이, 유압원을 수요자 장치의 제1 챔버에 연결시키는 밸브 장치는 유압원에 연결된 제1 밸브 포트와 수요자 장치의 제1 챔버에 연결된 제2 밸브 포트를 가지는 압력 제어 밸브를 포함한다. 또한, 압력 제어 밸브는 제1 및 제2 밸브 포트들이 밸브 콘의 제1 측면에 의해서 폐쇄되는 제1 위치 와 제1 및 제2 밸브 포트들사이의 연결이 개방되는 제2 위치사이의 밸브 몸체의 공간속을 미끄럼 이동하는 밸브 콘을 가진다. 이 콘은 밸브 몸체속의 공간을 형성하는 제2 측면인 밸브 콘의 반대편 제2 측면상에 작동하는 유압에 의해서 그 폐쇄 위치로 밀쳐진다. 또한, 밸브 몸체는 밸브 콘을 통해서 제1 및 제2 밸브 포트로부터 상기 공간으로 각기 비귀환 밸브를 가지는 통로들을 통하여 압력하에 유체를 통과시키는 장치를 가진다. 제어 밸브 장치는 상기 공간을 제1 및 제2 밸브 포트 각각에 연결하게 설치 될 수 있다.

제어 밸브 장치는 상기 공간을 제1 밸브 포트에 연결하는 도관속의 제1 파일럿 밸브를 가진다. 제1 파일럿 밸브는 제1 챔버의 압력이 유압원에 연결된 도관의 압력을 초과하면 제2 밸브 포트로부터 제1 밸브 포트로 유체가 흐르도록 작동되게 설치된다. 이 경우는 예컨대 수요자 장치가 하강하는 부하를 지지하는 경우이다. 그리고 제1 챔버로부터의 가압 유체가 드레인되면 부분적으로 제2 챔버로 귀환되고 또한 부분적으로 유압원으로 드레인될 수 있다. 유압원은 최소한 하나의 가역 펌프를 가져서 제1 챔버로부터의 유압이 상기 펌프가 모터로서 작동되어 회수될 수 있다.

또한, 제어 밸브 장치는 상기 공간을 제2 밸브 포트에 연결하는 도관속의 제2 파일럿 밸브를 가질 수 있다. 제2 파일럿 밸브는 유압원에 의해서 공급되는 압력이 제1 챔버속의 압력을 초과하면 제1 밸브 포트로부터 제2 밸브 포트로 유체가 흐르도록 작동되게 설치될 수 있다. 다시 말해서, 수요자 장치가 상승하는 부하를 지지하면 제1 밸브 포트는 유압원에 의해서 공급되는 압력이 수요자 장치의 제1 챔 버속의 압력을 초과해서 단지 제2 밸브 포트에만 연결된다. 이것은 지지되는 부하가 유압을 공급하는 밸브 장치의 우연한 개방으로 인하여 갑자기 하강하는 것을 방지한다.

도3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 밸브 장치를 도시한다. 이러한 실시예에서, 제1 밸브 장치(31)는 유압 작동 실린더(33)를 제어하고 그 절대 안전 작동을 보장하는데 사용된다. 여기서, 실린더(33)의 피스톤은 제1 방향(A)의 상승 작동과 제2 방향(B)의 하강 작동을 실행한다. 이러한 장치는 하기의 도4와 관련되어 보다 상세히 설명된다. 제1 밸브 장치(31)는 전기적으로 작동되고 유체를 한쌍의 가역 펌프(32a, 32b)로부터 유압 실린더(33)로 유체를 공급하는 도관속에 위치한다. 실린더(33)를 작동시키도록, 가압 유체는 밸브 장치(31)를 통하여 실린더의 제1 챔버(33a)로 공급되고, 반면에 유체는 밸브 장치를 통해서 제2 챔버(33b)로부터 탱크(34)로 드레인된다. 비록 다수개의 탱크들이 도3에서 부호“34”로 표시되었으나, 이들은 사실상 동일한 수집 탱크이다. 제2 밸브 장치(35)는 제1 밸브 장치(31)와 실린더(33)의 제1 챔버(33a)사이의 도관에 연결된다. 제2 밸브 장치(35)는 압력 작동 릴리프 밸브 또는 전기 작동 2-포트 밸브에 의해서 탱크(34)로 유체를 드레인 시킨다. 압력 릴리프 밸브 또는 전기 작동 밸브중 어느 것이 개방되면, 시트 밸브가 개방 위치로 이동되어 유체가 제1 챔버(33a)로부터 탱크(34)로 직접 흐르게 한다. 하기에 언급되는 이런 저런 전기 작동 밸브들은 작동기로부터의 입력 신호들에 작동하여 중앙처리 장치 또는 CPU(도시 안됨)에 의해서 제어된다.

릴리프 밸브는 그 속의 압력이 설정값을 초과하면 가압 유체의 흐름 일부가 실린더(33)로부터 탱크(34)로 드레인되게 하여 폐쇄된 배출 밸브의 가압 유체로 도관속의 압력을 제한하게 설치된다. 이러한 배출 압력 릴리프 장치는 그 자체가 알려진 밸브 조합체를 포함하며 본 발명의 일부는 아니고, 따라서 이러한 목적에 요구되는 기능을 가지는 그 자체가 알려진 밸브들의 다른 조합체로 교체될 수 있다.

실린더(33)를 반대 방향으로 작동시키도록, 2가지 모드의 작동이 가능하다. 제1 모드에서는, 실린더(33)가 가압 유체를 제3의 밸브 장치(36)를 통하여 실린더의 제2 챔버(33b)로 공급시켜 하강 운동을 실행하고, 유체는 제1 챔버(33a)로부터 탱크(34)로 드레인되게 제작된다. 이러한 작동은 제2 및 제3 밸브 장치(35,36) 각각의 솔레노이드 작동 2-포트 밸브들을 작동시켜 실행된다. 제2 모드에서는, 실린더(33)가 도3의 화살표B의 방향으로 작동하는 부하를 지지한다. 실린더(33)는 가압 유체를 제3 밸브 장치(36)를 통하여 제1 챔버(33a)로부터 제2 챔버(33b)로 흐르게 하여 하강 운동을 실행하게 제조된다. 실린더속의 피스톤 운동을 지지하는데 요구되지 않는 잉여 유체는 가역 펌프들(32a,32b)중 하나 또는 모두를 통하여 흐른다. 그러면, 펌프들은 다른 수요자 장치(도시 안됨)에 의해서 사용될 수 있는 유압을 발생시키는 모터로서 작동한다. 이러한 방법으로, 유압은 에너지를 절약하도록 재생될 수 있다.

제1 밸브 장치(31)가 제2 밸브 장치(35)와 연결된 동일한 방법으로, 제3 밸브 장치(36)가 제3 밸브 장치(36)와 실린더(33)의 제2 챔버(33b)사이의 도관에 연결된 제4 밸브 장치(37)와 연결되게 설치된다. 제4 밸브 장치(37)는 압력 작동 압 력 릴리프 밸브 또는 솔레노이드 작동 2-포트 밸브에 의해서 유체가 탱크(34)로 드레인되게 한다. 압력 릴리프 밸브 또는 솔레노이드 작동 밸브 중 어느 것이 개방되면, 시트 밸브가 개방 위치로 이동되어 유체가 제2 챔버(33b)로부터 탱크(34)로 흐르게 된다. 만약 실린더(33)의 제1 또는 제2 챔버(33a,33b) 중 하나의 압력이 설정값 이상으로 증가하면, 제2 또는 제4 밸브 장치(36,37)의 각각의 압력 릴리프 밸브들을 통하여 탱크(34)로의 배출이 일어난다.

밸브 장치(31)의 확대도가 도4에 도시된다. 도면에 도시되듯이, 압력 제어 밸브는 인입 포트와 배출 포트로 교대로 사용되는 제1 밸브 포트(42)와 제2 밸브 포트(43)를 가지는 밸브 몸체(41)를 가진다. 도4에 도시된 실시예에서, 도3을 참조하면, 밸브 포트(42)는 유압 매체를 가지는 도관(44)(도3에 도시됨)을 통하여 펌프(32a, 32b) 형태의 압력원에 연결되어 있다. 밸브 포트(43)는 유압 매체용 도관(45)을 통하여 도3에 도시된 실린더(33)에 연결되어 있다.

본 발명에 따르면, 밸브 콘(46)은 밸브 몸체(41)속에 긴밀하게 밀착되고, 도4에 도시된 밸브 콘(46)이 2개의 밸브 포트들(42,43)을 폐쇄한 폐쇄 위치로부터 밸브 포트들(42,43)이 서로 연결되어 펌프들(32a, 32b)이 실린더(33)와 연결되거나 실린더와 유압 매체용 탱크(45)와 연결되는 개방 위치로 이동가능하게 설치된다.

원통형 횡단면을 가지는 밸브 콘(46)은 밸브 포트(42)에 근접한 원추형 단부면(46a)과 밸브 포트(43)에 근접한 원통형 외부면(46b)을 가진다. 단부면(46a)은 가압 유체 측면과 원추형 단부면(46a)으로부터 대면하는 밸브 콘(46)의 단부면(46c)의 면적과 동일한 돌출면적을 가진다. 단부면(46c)은 밸브 몸체(41)속의 파 일럿 흐름 챔버로서 형성된 공간(47)속에 위치된다.

도4에 도시된 실시에에서, 가변 제한부인 홈(48)이 밸브 콘(46)의 주변 표면에 형성되고, 상기 홈(48)은 밸브 콘의 폐쇄 위치에서 파일럿 흐름 챔버(47)와 일정하게 연결된다. 또한, 홈(48)은 밸브 콘(48)에 형성된 파일럿 흐름 통로(49)를 통하여 밸브 포트(42)와 유체 연결되고 밸브 콘(46)에 형성된 파일럿 흐름 통로(50)를 통하여 밸브 포트(43)와 유체 연결되며, 이러한 통로(49,50) 각각은 비귀환 밸브(51,52)를 각기 가지고, 비귀환 밸브들은 가압 유체가 밸브 포트(42,43)로부터 각기 가변 제한부인 홈(48)으로 흐르게 하며 이를 통해서 공간(47)으로 흐르게 하나, 반대 방향의 흐름은 방지한다.

밸브 몸체(41)속의 파일럿 흐름 챔버인 공간(47)은 밸브 포트(42,43)와 차례로 연결된다. 제1 파일럿 흐름 통로(53)는 펌프(32a,32b)에 연결된 도관(44)을 통해서 공간(47)과 제1 밸브 포트(42)사이에 설치된다. 파일럿 흐름 통로(53)에는, 솔레노이드 작동 제1 파일럿 밸브(54)가 설치된다. 이 밸브는 전기적으로 작동되는 솔레노이드 밸브거나 2개의 단부 위치들 사이에서 무단으로 제어되는 비례 자석 밸브 일 수 있다. 제1 파일럿 밸브(54)는 비작동 폐쇄 위치와 작동 개방 위치사이를 이동할 수 있다. 본 실시예에서, 파일럿 밸브들은 폐쇄 위치를 향하여 스프링 로드된 솔레노이드 작동 2-포트 밸브들이다. 폐쇄 위치에서, 제1 파일럿 밸브(54)는 공간(47)으로부터 가압 유체가 흘러나오는 것을 방지한다. 제2 파일럿 흐름 통로(55)는 공간(47)과 제2 밸브 포트(43)사이에 설치된다. 파일럿 흐름 통로(55)에는, 솔레노이드 작동 제2 파일럿 밸브(56)가 설치된다. 제2 파일럿 밸브(56)는 비작동 폐 쇄 위치와 작동 개방 위치사이를 이동할 수 있다. 폐쇄 위치에서는, 제2 파일럿 밸브(56)는 공간(47)으로부터 가압 유체가 흘러나오는 것을 방지한다.

이러한 방식에서는, 공간(47)의 압력은 제1 밸브 포트(42) 또는 제2 밸브 포트(43) 중 어느 것이 최고압 인가에 따라서 그 압력과 동일하다. 특히, 공간(47)의 압력은 흐름 방향에서 볼 때 압력이 배출측보다 인입측이 항상 높으면 밸브 포트(42,43) 중 어느 것이 인입측으로 작동하느냐에 무관하게 밸브 콘(46)의 상향 압력과 동일하게 된다. 공간(47)속의 유력한 이러한 압력은 밸브 콘(46)의 단부면(46c)에 작용하는 지지력을 높여주며 입력측으로 작동하고 밸브 콘의 원추형 단부면(46a)의 적어도 일부에 작용하는 포트(42,43)에 비례하는 반대방향 압력보다 면적 비에 따라서 커진다. 결국, 공간(47)의 유력한 압력은 파일럿 밸브(54,56)들이 폐쇄되어 있는 한 밸브 콘(46)을 그 폐쇄 위치로 유지한다.

예를 들어, 제1 파일럿 밸브(54)가 개방되어 있으면 공간(47)으로부터 파일럿 흐름 통로(53)를 통해서 이 경우에 포트(42)가 배출구로서 사용되는 밸브 포트 하향 위치로 파일럿 흐름이 일어난다. 결국, 밸브 콘(46)은 그 폐쇄 위치로부터 이동하여 밸브 몸체(41)를 통한 연속부를 개방하고, 밸브 콘(46)은 밸브 콘(46)을 통한 흐름과 제어 파일럿 밸브(54)를 통한 흐름사이에 흐름 균형이 일어나도록 요구되는 만큼 그 페쇄 위치로부터 멀리 이동된다. 상기 파일럿 밸브(54)에 의해서 이루어지는 무단 제어에 의해서, 밸브 콘(46)도 그 단부 위치들 사이에서 무단으로 제어되고 결국 이러한 방법으로 실린더(33)속의 피스톤의 속도를 제어할 수 있는 가능성이 얻어진다.

파일럿 흐름 통로(53,55) 각각은 비귀환 밸브(57,58)를 각기 가져서, 유체가 공간(47)로부터 멀어지는 방향으로 각각의 포트(42,43) 방향으로, 반대 방향이 아닌 방향으로 파일럿 밸브(54,56)를 통하여 흐르게 한다. 도면으로부터 분명하듯이, 각각의 비귀환 밸브(57,58)들은 파일럿 밸브(54,56)의 하향 흐름부에 위치된다.

실린더(33)를 부하의 작용에 반하는 화살표 A방향으로 작동시키도록, 펌프들(32a,32b)은 가압 유체를 공급하게 제어된다. 제1 및 제2 파일럿 밸브(54,56)들이 폐쇄된 채로 유지되는 한, 밸브 콘(46)도 인입부로 사용되는 밸브 포트(42)와 공간(47)의 압력은 동일하여 페쇄된 위치로 유지된다. 제2 파일럿 밸브(56)가 작동되면, 유체는 공간(47)으로부터 밸브 콘(46)뒤로 배출부인 제2 밸브 포트(43)을 향하여 흐른다. 제1 밸브 포트(42)의 압력이 제2 밸브 포트(43)의 압력보다 크면, 파일럿 흐름은 밸브 콘(46)이 그 폐쇄 위치로부터 이동하게 하여 밸브를 개방시킨다. 이것은 가압 유체가 제1 밸브 포트(42)로부터 제2 밸브 포트(43)으로 흘러 실린더(33)의 제1 챔버(33a)속으로 들어가서 실린더는 부하(도시 안됨)에 일하게 작동된다. 상기 장치는 펌프들(32a,32b)로부터 공급되는 압력이 실린더(33)의 제1 챔버(33a)의 압력보다 크면 밸브 장치(31)가 개방되지 않게 하는 절대 안전 기능을 제공한다.

실린더(33)를 화살표 B방향으로 작동시키는데는, 2가지 작동 모드가 가능하다. 제1 모드에서는, 펌프들(32a,32b)이 실린더(33)의 제1 챔버(33a)로부터 가압 유체를 재생시키도록 사용된다. 제1 및 제2 파일럿 밸브들(54,56)이 폐쇄되어 유지되는 한, 밸브 콘(46)도 인입부인 밸브 포트(42)의 압력과 공간(47)속의 압력이 동 일하기 때문에 폐쇄 위치로 유지된다. 제1 파일럿 밸브(54)가 작동되면 파일럿 흐름이 공간(47)으로부터 밸브 콘(46)뒤로 배출부인 제1 밸브 포트(42)를 향하여 발생한다. 제2 밸브 포트(43)의 압력이 제1 밸브 포트(42)의 압력보다 크면 이러한 파일럿 흐름은 밸브 콘(46)을 그 폐쇄 위치로부터 이동하게 하여 밸브를 개방시킨다. 이것은 가압 유체가 실린더(33)의 제1 챔버(33a)로부터 제2 밸브 포트(43)를 통하여 직접 제1 밸브 포트(42)로 흐르게 한다. 제1 밸브 포트(42)로부터의 가압 유체의 첫 번째 분량이 피스톤이 화살표 B방향으로 이동하기 때문에 작동 개방된 제3 밸브 장치(36)을 통하여 실린더(33)의 제2 챔버(33b)를 채우게 흐른다. 가압 유체의 두 번째 분량은 도관(44)을 통하여 펌프들(32a,32b)로 흐르며, 펌프들은 에너지 회수 또는 유압 회수 모터로서 구동된다.

제2 모드에서, 펌프들(32a,32b)이 실린더(33)를 화살표 B방향으로 작동시키도록 가압 유체를 공급하게 제어된다. 제1 밸브 장치(31)에서는, 제1 및 제2 파일럿 밸브들(54,56)이 폐쇄되어 유지되고 밸브 콘(46)도 입력부인 밸브 포트(42)와 공간(47)의 압력이 동일하기 때문에 폐쇄 위치로 유지된다. 밸브 장치(36)에서는, 솔레노이드 밸브(38)(도3 참조)가 파일럿 흐름을 제공하게 작동되어 밸브 콘(39)이 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동하여 펌프(32a,32b)로부터 실린더(33)의 제2 챔버(33b)로 흐름이 이루어진다. 펌프(32a,32b)로부터 공급되는 인입 포트 압력이 제2 챔버(33b)의 배출 포트 압력보다 크면, 밸브 콘(39)이 개방된다. 이것은 가압 유체가 인입 포트로부터 밸브 장치(36)의 배출 포트로 직접 흘러 실린더(33)의 제1 챔버(33a)속으로 흐른다, 동시에, 제2 밸브 장치(35)는 유체가 탱크(34)로 드레인 되게 작동된다. 이것은 솔레노이드 작동 2-포트 밸브에 의해서 이루어진다. 솔레노이드가 작동되면, 밸브는 개방되고 시트 밸브는 개방 위치로 이동되어 유체가 제1 챔버(33a)로부터 직접 탱크(34)로 흐르게 한다.

도3에 도시된 실시예에서, 본 발명에 따른 밸브 장치(31)는 배출 포트의 압력이 인입 포트의 압력보다 큰 경우에 실린더(33)의 절대 안전 작동을 제공하는데 사용된다. 이중 작동 밸브의 경우는, 양방향의 실린더(33) 절대 안전 기능을 제공하도록 제3 밸브 장치(36)를 제1 밸브 장치(31)로 교체하는 것 도 가능하다.

본 발명은 상기의 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다.

본 명세서에서는, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 이러한 개략적인 도면들은 설명을 위한 것으로 어떻게든지 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도1은 방향 밸브를 사용하는 실린더를 제어하는 종래의 시스템을 도시한다.

도2는 실린더를 제어하는 분리된 차단 밸브들이 설치된 밸브 장치를 도시한다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 장치가 설치된 유압 회로를 도시한다.

도4는 도3에 도시된 밸브 장치의 확대도를 도시한다.

Claims

수요자 장치를 설정된 방향으로 작동시키도록 유압원(32a,32b)을 수요자에 선택적으로 연결시켜 유체 수요자(33)를 제어하는 밸브 장치에 있어서,

유압원(32a,32b)에 연결된 제1 밸브 포트(42), 수요자(33)의 제1 챔버(33a)에 연결된 제2 밸브 포트(43), 제1 및 제2 밸브 포트들이 밸브 콘(46)의 제1 측면(46a)에 의해서 폐쇄되는 제1 위치와 제1 및 제2 밸브 포트들이 개방되는 제2 위치사이에서 밸브 몸체(41)속의 공간에서 미끄럼 이동가능하고 밸브 몸체와 공간(47)을 형성하는 밸브 콘(46)의 대향하는 제2 측면(46c)상에 작동하는 유압에 의해서 그 페쇄 위치로 밀쳐지는 밸브 콘(46), 압력하에서 밸브 콘(46)을 통하여 제1 및 제2 밸브 포트(42,43)로부터 상기 공간(47)으로 비귀환 밸브를 가지는 각각의 통로들을 통하여 유체를 통과시키는 장치 및 상기 공간(47)을 제1 및 제2 밸브 포트(42,43)에 각기 연결하는 제어 밸브 장치(54,56)를 가지는 압력 제어 밸브를 포함하는 밸브 장치(31).
제1항에 있어서, 상기 제어 밸브 장치는 상기 공간(47)과 제1 밸브 포트(42)를 연결하는 도관에 제1 파일럿 밸브(54)를 가지는 밸브 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 파일럿 밸브(54)는 제2 밸브 포트(43)의 압력이 제1 밸브 포트(42)의 압력을 초과하면 유체가 제2 밸브 포트(43)로부터 제1 밸브 포트(42)로 흐르도록 작동되게 설치되는 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 밸브 장치는 상기 공간(47)과 제2 밸브 포트(43)를 연결하는 도관속의 제2 파일럿 밸브(56)를 가지는 밸브 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 파일럿 밸브(56)는 제1 밸브 포트(42)의 압력이 제2 밸브 포트(43)의 압력을 초과하면 유체가 제1 밸브 포트(42)로부터 제2 밸브 포트(43)로 흐르도록 작동되게 설치되는 밸브 장치.
제1항에 따른 밸브 장치를 가지는 유압 회로에 있어서,

제어가능한 유압원(32a,32b),

유체용 제1 및 제2 챔버(33a,33b)를 가지고 상기 유체 작용하에 제1 위치와 제2 위치사이를 이동가능하게 설치된 유체 수요자 장치(33),

유체가 각각의 챔버로 공급되거나 드레인되도록 유압원(32a,32b)을 수요자의 제1 또는 제2 챔버(33a,33b)에 선택적으로 연결하는 밸브 장치(31,35,36,37)를 가지는 유압회로에 있어서,

유압원을 수요자의 제1 챔버에 선택적으로 연결하는 밸브 장치(31)가 유압원(32a,32b)에 연결된 제1 밸브 포트(42), 수요자(33)의 제1 챔버(33a)에 연결된 제2 밸브 포트(43), 제1 및 제2 밸브 포트들이 밸브 콘(46)의 제1 측면(46a)에 의해서 폐쇄되는 제1 위치와 제1 및 제2 밸브 포트들이 개방되는 제2 위치사이에서 밸브 몸체(41)속의 공간에서 미끄럼 이동가능하고 밸브 몸체와 공간(47)을 형성하는 밸브 콘(46)의 대향하는 제2 축면(46c)상에 작동하는 유압에 의해서 그 페쇄 위치로 밀쳐지는 밸브 콘(46), 압력하에서 밸브 콘(46)을 통하여 제1 및 제2 밸브 포트(42,43)로부터 상기 공간(47)으로 비귀환 밸브를 가지는 각각의 통로들을 통하여 유체를 통과시키는 장치 및 상기 공간(47)을 제1 및 제2 밸브 포트(42,43)에 각기 연결하는 제어 밸브 장치(54,56)를 가지는 압력 제어 밸브를 포함하는 유압 회로.
제6항에 있어서, 상기 제어 밸브 장치는 상기 공간(47)과 제1 밸브 포트(42)를 연결하는 도관에 제1 파일럿 밸브(54)를 가지는 유압 회로.
제7항에 있어서, 상기 제1 파일럿 밸브(54)는 제1 챔버(33a)의 압력이 유압원(32a,32b)에 연결된 도관(44)속의 압력을 초과하면 유체가 제2 밸브 포트(43)로부터 제1 밸브 포트(42)로 흐르도록 작동되게 설치되는 유압 회로.
제8항에 있어서, 상기 유압원(32a,32b)은 유압이 펌프가 모터로서 작동하여 회수되는 최소한 하나의 가역 펌프로 구성되는 유압 회로.
제6항에 있어서, 상기 제어 밸브 장치는 상기 공간(47)과 제2 밸브 포트(43)를 연결하는 도관속의 제2 파일럿 밸브(56)를 가지는 유압 회로.
제10항에 있어서, 상기 제2 파일럿 밸브(56)는 유압원(32a,32b)에 의해서 공급되는 압력이 제1 챔버(33a)속의 압력을 초과하면 유체가 제1 밸브 포트(42)로부터 제2 밸브 포트(43)로 흐르도록 작동되게 설치되는 유압 회로.