KR20100108234A - 밸브 장치 - Google Patents

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마티아스 슈미트
프란쯔-요세프 쾨베르
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에이비비 테크놀로지 아게
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Abstract

본 발명은, 유압 또는 유체 디바이스를 위한 피스톤-실린더 장치(15)의 피스톤(17)을 작동시키기 위한, 예를 들어 고전압 전력 스위치(51)의 이동가능한 접점 부품(50)을 작동시키기 위해 피스톤-실린더 장치(15)를 작동시키기 위한 밸브 시스템 또는 밸브 장치(10)에 관한 것으로, 상기 밸브 장치(10)는 제 1 위치에서, 고압 하의 유체에 대한 경로를 피스톤(17) 위의 공간(19)으로 향하게 하고, 제 2 위치에서, 피스톤(17) 위의 공간(19)에서의 압력을 경감시키기 위해 이러한 공간을 저압 탱크(28)에 연결시키는 3/2-웨이 밸브(13)를 구비한다.
상기 3/2-웨이 밸브(13)는 2/2-웨이 밸브로서 구현되는 2개의 메인 밸브(11, 12)를 갖는 메인 밸브 장치를 위한 파일럿-제어 밸브의 역할을 하고, 파일럿-제어 밸브(13)는 고압 유체를 피스톤-실린더 장치(15)로 향하게 하기 위해 메인 밸브들 중 제 1 메인 밸브(11)를 개방 위치로 이동시키고, 저압 탱크(28)와의 피스톤-실린더 장치(15)로부터의 연결부를 세척하는 제 2 메인 밸브(12)는 차단되고, 상기 파일럿-제어 밸브(13)는 개방될 제 2 메인 밸브(12)를 작동시키고, 제 1 메인 밸브(11)를 차단 위치로 이동시킨다.

Description

밸브 장치{VALVE ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 밸브 장치(arrangement)에 관한 것이다.
그러한 밸브 장치는 피스톤-실린더 장치를 작동시키는데 사용된다. 피스톤은 피스톤 로드(rod)의 일단부에 위치하고, 그 결과, 피스톤 위의 공간의 단면적은 피스톤 아래의 단면적보다 더 큰데, 이는 피스톤 로드의 단면적이 이러한 단면적으로부터 공제되기 때문이다. 고압 유체가 피스톤의 위 및 아래의 공간에 공급되면, 피스톤은 제 1 방향으로 이동하는데, 이는 고압 유체에 의해 피스톤의 윗면 측에 가해진 힘이 피스톤의 밑면에 가해진 힘보다 더 큰 단면적으로 인해 더 크기 때문이다. 피스톤 위의 공간의 압력이 경감되는 한편, 이 공간 및 그 안에 포함된 유체가 저압에 있는 저장 용기(reservoir vessel)(또한 저압 탱크로 언급됨)에 연결되면, 피스톤은 제 1 방향에 반대 방향으로 이동한다. 그러므로, 피스톤 로드는, 피스톤 위의 공간이 작용될 때 실린더로부터 연장되고, 압력이 경감될 때 다시 후퇴된다.
임의의 유체는 매질로서 사용될 수 있다. 유압 오일이 일반적으로 사용되지만, 또한 특정 경우에 압축 공기가 사용된다. 유압 오일은 본 발명에 무시할 수 있는 설계를 갖는 특정한 고압 탱크에 의해 본 명세서에서 이용가능하게 만들어질 수 있다.
그러한 피스톤-실린더 장치는 특히 고전압 전력 스위치의 이동가능 접점 부품을 작동시키기 위해 사용되고, 물론 예를 들어 크레인 아암, 굴착기의 삽 등과 같은 구성요소가 이동되는 다른 응용에 사용될 수 있다.
피스톤 위 및 아래의 공간과 고압 탱크의 연결과, 피스톤 위의 공간과 저압 탱크 또는 다른 연결부(connections)의 연결은 3/2-웨이 밸브 또는 2개의 2/2-웨이 밸브를 이용하여 주로 전기적 작동 밸브에 의해 이루어지며, 2개의 2/2-웨이 밸브는 서로 독립적으로 동작한다.
응용 경우에 따라, 그 의도는, 예를 들어 스위칭 손실 없고, 스위칭 오버 동안 압력 연결부로부터 양쪽 제어 에지를 통해 저압 탱크로의 부피 흐름(volume flow)이 스위칭 프로세스 동안 회피되는 스위칭 오버를 달성할 수 있다는 것이고, 또한 스위칭된 위치에 따라 상이한 크기의 흐름 저항 또는 부피 흐름과, 작은 파일럿-제어 부피(pilot-control volume)에 대한 짧은 스위칭 시간 또는 작동을 달성할 수 있다는 것이다.
그러나, 3/2-웨이 밸브가 사용될 때, 이들 요건은 종종 부적절하게 또는 높은 레벨의 제조 경비 및 높은 제조비로만 충족될 수 있다. 2개의 2/2-웨이 밸브가 사용되면, 스위칭 오버 동안 개방 밸브는, 스위칭 손실이 회피되는 경우 차단된 밸브가 개방되기 전에 먼저 차단되어야 한다. 그러나, 파일럿-제어된 밸브의 경우에, 이것은, 예를 들어 제 2 밸브의 지연되거나 센서-제어된 트리거링(triggering)을 갖는 적합한 전기 작동 시스템을 갖는 적어도 2개의 파일럿-제어 밸브를 요구한다. 이것은 높은 비용과, 제 1 차단 이후에 제 2/2-웨이 밸브의 개방의 불필요한 긴 지연을 추가로 수반한다.
본 발명의 목적은, 전술한 요건이 낮은 레벨의 제조 경비 및 낮은 스위칭 손실로 충족될 수 있는 서두에 언급된 유형의 밸브 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1항의 특징부에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
이러한 정황에서, 본 발명은, 3/2-웨이 밸브가 2/2-웨이 밸브로서 구현되는 2개의 메인 밸브를 갖는 밸브 장치를 위한 파일럿-제어 밸브의 역할을 하고, 파일럿-제어 밸브가 고압 유체를 피스톤-실린더 장치로 향하게 하기 위해 메인 밸브 중 첫 번째 밸브를 개방 위치로 이동시키고, 피스톤-실린더 장치로부터 저압 탱크로의 연결부를 세척하는 제 2 메인 밸브가 차단되고, 상기 파일럿-제어 밸브가 제 2 메인 밸브를 개방 상태로 작동시키고, 동시에 제 1 메인 밸브를 차단 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가로 유리한 실시예 및 개선점은 종속항으로부터 나타난다.
밸브 바디 내에 변위가능하게(displaceably) 배치되고 가압된 유체가 인가될 수 있는 제어 면을 갖는 슬라이드(slide)를 각각 구비하는 2개의 메인 밸브를 갖는 본 발명의 하나의 유리한 실시예는, 각각의 메인 밸브가 3개의 제어 면을 갖는데, 이 중 제 1 및 제 2 제어 면 각각은 한 방향으로 슬라이드 상에서 작용하고, 이 중 다른 제 3 제어 면은 다른 방향으로 슬라이드 상에서 각각 작용하며, 2개의 동일하게 작용하는 제어 면들의 합은 반대 방향으로 다른 제어 면과 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 정황에서, 각각의 메인 밸브의 제어 면 각각은 작동 요소(actuation element)에 대응할 수 있고, 제 2 메인 밸브의 제 2 제어 면(제 2 작동 요소)에 대한 제 3 제어 면(제 3 작동 요소)의 표면적 비율은 제 1 메인 밸브의 제 1 제어 면(제 1 작동 요소)에 대한 제 3 제어 면(제 3 작동 요소)의 표면적 비율보다 항상 더 크다.
제어 면들이 방사상 연장하는 고리형 면 및/또는 슬라이드 상의 방사상 연장하는 단부 면으로 형성될 수 있는 것이 특히 유리하다.
특히, 밸브 시스템은, 제 1 메인 밸브의 제 3 제어 면이 슬라이드의 단부 면으로 형성되고, 파일럿-제어 밸브에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
더욱이, 제 1 메인 밸브의 제 1 및 제 2 제어 면은 슬라이드 상에 형성되는 고리형 면과, 슬라이드의 단부 면으로 형성될 수 있다.
제 2 메인 밸브의 제 2 제어 면은, 본 명세서에서 제 2 메인 밸브의 슬라이드 상에 배치되고 파일럿-제어 밸브에 연결되는 고리형 면에 의해 특히 유리한 방식으로 형성된다.
제 2 메인 밸브의 슬라이드의 단부 면은 본 명세서에서 제 3 제어 면으로서 저압 탱크에 연결된다.
고압 유체는 특히 유리하게 파일럿-제어 밸브를 통해 각 메인 밸브의 제 1 및 제 3 제어 면에 교대로 인가될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에 따라, 제 1 메인 밸브의 제 1 제어 면은 고압 공급 라인을 통해 고압에 연속적으로 연결되고, 제 2 메인 밸브의 제 1 제어 면은 저압에 연속적으로 연결된다.
이러한 정황에서, 밸브 시스템은, 제 1 메인 밸브가 개방되고 제 2 메인 밸브가 차단될 때, 고압은 제 1 및 제 2 메인 밸브의 제 2 제어 면에 가해지고, 제 1 메인 밸브가 차단되고 제 2 메인 밸브가 개방될 때, 저압이 이에 가해지는 것을 특징으로 할 수 있다.
각각의 메인 밸브는 차단 방향으로 연관된 슬라이드 상에서 작용하는 나선형 압축 스프링을 각각 포함할 수 있다. 그러나, 상기 나선형 압축 스프링은 필요하지 않다.
밸브 시스템의 추가 실시예는, 제 2 메인 밸브의 슬라이드가 슬라이드를 통해 완전히 통과하는 긴 보어(longitudinal bore)를 갖고, 그 결과 나선형 스프링을 수용하는 공간이 단부 면, 이에 따라 저압 탱크에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
유사한 방식으로, 밸브 시스템은, 제 1 메인 밸브의 슬라이드가 긴 보어를 갖고, 상기 긴 보어는 슬라이드를 부분적으로 통과하고, 나선형 압축 스프링을 수용하기 위한 공간을 제 1 메인 밸브의 내부에 있는 덕트(duct)에 연결시키고, 상기 덕트는 피스톤-실린더 장치에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 정황에서, 각각의 메인 밸브의 제어 면 각각은 작동 요소에 대응할 수 있고, 제 2 메인 밸브의 제 2 제어 면(제 2 작동 요소)에 대한 제 3 제어 면(제 3 작동 요소)의 표면적 비율은 제 1 메인 밸브의 제 1 제어 면(제 1 작동 요소)에 대한 제 3 제어 면(제 3 작동 요소)의 표면적 비율보다 항상 더 크다.
그러므로, 메인 밸브의 슬라이드 상에서의 제어 면의 표면적 비율은, 상당히 더 높은 파일럿-제어 압력이 제 2 메인 제어 밸브를 차단하는 것보다 제 1 메인 밸브를 개방하는데 요구되는 방식으로 구성된다. 파일럿-제어 밸브로부터 메인 밸브로 안내되는 라인 섹션에서의 흐름 저항에 관련하여 파일럿-제어 밸브의 영역에서의 충분히 큰 흐름 저항은, 파일럿-제어 밸브가 스위칭할 때, 파일럿-제어 부피 흐름은 여전히 개방된 메인 밸브를 통해 항상 먼저 구현되면서, 메인 밸브는 차단되고, 파일럿-제어 압력이 프로세스에서 크게 변하지 않는 것을 보장한다. 아마 여전히 개방된 메인 밸브가 차단된 후에만, 상기 메인 밸브는 더 이상 어떠한 부피 흐름도 구현하지 않고, 그 결과 파일럿-제어 압력은 추가로 증가하거나, 또는 상이한 경우에, 다른 메인 밸브가 개방될 때까지 감소한다.
이러한 정황에서, 상승하는 파일럿-제어 압력의 결과로서, 제 2 메인 밸브는 먼저 차단되고, 제 1 메인 밸브는 그런 후에 개방되는 반면, 파일럿-제어 압력이 하강될 때, 제 1 메인 밸브는 먼저 차단되고, 그런 후에 제 2 메인 밸브가 개방된다. 그 결과, 메인 밸브의 개별적인 시간순(chronologically)으로 오프셋된 작동의 필요 없이 단일 공통의 파일럿-제어 밸브에 의한 작동에 의해 원하는 스위칭 동작이 달성된다.
본 발명에 따른 제어 면의 합 및 비율은 메인 밸브의 각 슬라이드에 따르고, 각 메인 밸브의 직경 및 추가 파라미터는 다른 메인 밸브와 독립적으로 넓은 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있다.
누출의 경우에 또는 부피 흐름이 소비자, 즉 피스톤-실린더 장치로부터 발생하는 경우에, 메인 밸브는 자동으로 개방될 수 있다. 더욱이, 어떠한 추가 부피 흐름도 소비자에 의해 요구되지 않은 경우 자동 차단이 발생하는데, 예를 들어 이는 연결된 작동 피스톤이 단부 위치로 이동되기 때문이다.
소비자가 어떠한 부피 흐름도 구현하지 않으면, 메인 밸브의 즉각적인 개방은, 다른 메인 밸브의 차단으로 인한 지연 없이 파일럿-제어 밸브가 스위칭 오버할 때 가능하게 이루어진다.
제어 면의 비율로 인해, 제 1 메인 밸브 상의 유압력은, 압력 공급부로 향하는 연결부에서와 동일한 압력이 소비자쪽으로 향하는 연결부에서 우세하자마자 서로 상쇄된다. 소비자 측 압력이 하강되자마자, 제 1 메인 밸브는, 슬라이드가 예를 들어 압축 스프링으로 인해 차단 위치에 있을 때 다시 개방된다. 대응 방식으로 이것은 또한 제 2 메인 밸브에 적용된다.
본 발명과, 본 발명의 추가로 유리한 실시예, 및 추가 장점은, 본 발명에 따른 밸브 장치가 개략적으로 도시되는 도면에 기초하여 더 구체적으로 설명되고 기재될 것이다.
본 발명의 밸브 장치는 높은 비용과, 제 1 차단 이후에 제 2/2-웨이 밸브의 개방의 불필요한 긴 지연을 해소할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 밸브 장치의 스위칭도.
도 2는 개략도로서 도 1에 따른 장치의 제 1 메인 밸브를 도시한 횡단면도.
도 3은 마찬가지로 개략도로서 도 1의 장치의 제 2 메인 밸브를 도시한 횡단면도.
도 1은 2개의 메인 밸브(11 및 12) 및 파일럿-제어 밸브(13)를 갖는 밸브 장치(10)의 개략적인 스위칭 도면이다. 또한 아래에 간략하게 제 1 및 제 2 밸브(11, 12)로 언급되는 2개의 메인 밸브(11 및 12)는 아래에 더 구체적으로 설명되는 바와 같이 상이한 설계를 갖는 2/2-웨이 밸브이다. 제 1 밸브(11)의 하나의 출구(outlet)(14)는 연결 라인(21)을 통해 피스톤-실린더 장치(15)와 연결되며, 상기 피스톤-실린더 장치(15)는 실린더 하우징(16)에서, 피스톤 로드(18)가 일체형으로 형성되는 피스톤(17)을 갖는다. 출구(14)는 여기서 피스톤(17) 위의 공간(19)에 연결된다. 피스톤(17) 아래의 공간(20)은 라인(55)을 통해 고압 공급부(27)에 연결되지만, 이것은 기능적으로 중요하지 않은데, 그 이유는 피스톤(17)의 복구력이 또한 예를 들어 스프링에 의해 상이하게 적용될 수 있기 때문이다. 피스톤(17) 아래 및 위의 공간의 상이한 단면으로 인해, 고압 유체가 양쪽 공간(19 및 20)에 인가되면, 힘은 피스톤(17) 상에 작용하고, 피스톤(17)을 실린더(16)로부터 화살표 방향(P1)으로 구동시킨다. 프로세스에서, 고압 전력 스위치(51)의 이동가능한 스위칭 접점 부품(50)은 피스톤 로드(18)에 연결될 수 있고, 그 결과, 스위치는 2개의 밸브(11 및 12)를 작동시킴으로써 스위칭 온 및 오프될 수 있다. 여기에 예시된 위치에서, 여기서 개방되는 스위치(51)는, 고압 유체가 공간(19 및 20)에 존재하는 경우 차단되고; 스위칭-오프 프로세스 동안, 피스톤(17) 위의 공간(19)의 압력이 경감되며, 그 결과, 피스톤(17) 아래의 공간(20)에 위치한 유체는 화살표 방향(P1)의 반대 방향으로 피스톤(17)을 잡아당기므로, 피스톤 로드(18)를 실린더(16)쪽으로 잡아당긴다. 스위치에서의 응용은 단지 예에 불과하다.
그러나, 추가 연결 라인(22)은 노드점(node point)(23)에서 연결 라인(21)에 연결되며, 상기 추가 연결 라인(22)은 또한 본 명세서에 도시된 위치에서 차단되는 출력 개구부(24){간략하게 개구부 또는 출구(24)로 언급됨}에 결합된다. 출구(24)는 제 2 밸브(12) 상에 위치한다.
2개의 밸브(11 및 12) 각각은 추가 개구부 또는 출구(25 및 26)를 갖고, 이 중에 밸브(11)의 개구부(25)는 고압 축적기 또는 펌프일 수 있는 고압 공급부(27)에 연결되고, 밸브(12)의 개구부(26)는 단지 기호로만 표시된 저압 탱크(28)에 연결된다. 개구부(25)는 복귀 라인(29)을 통해 밸브(11)의 제 1 작동 요소(30)에 연결되고, 개구부(14)는 복귀 라인(33)을 통해 밸브(11)의 제 2 작동 요소(35)에 연결된다. 개구부(26)는 복귀 라인(31)을 통해 밸브(12)의 제 1 작동 요소(32)에 연결되고, 개구부(24)는 복귀 라인(34)을 통해 밸브(12)의 제 2 작동 요소(36)에 연결된다.
2/2-웨이 밸브로서 구현되는 2개의 밸브(11 및 12)에는 본 명세서에서 3/2-웨이 밸브로서 구현되는 파일럿-제어 밸브(13)가 할당된다. 이것은 개구부(37, 38, 39)를 갖는다. 개구부(38)는 본 명세서에서 고압 공급부(27)에 연결되고, 개구부(37)는 저압 탱크(28)에 연결된다. 개구부(39)는 전자기 제어기(40 및 41)를 작동시킴으로써 또는 몇몇 다른 종류의 외부 인가력에 의해 고압 공급부(27) 또는 저압 탱크(28) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 출구 개구부(39)는 노드점(54)을 통해 라인(52 및 53)에 연결되며, 각 라인은 밸브(11 및 12)의 제 3 작동 요소(42 및 43)를 갖는다. 밸브(11)의 제 3 작동 요소(42)는, 파일럿-제어 밸브(13)의 연결부(39)가 고압 공급부(27)에 연결될 때 밸브(11)를 개방 위치로 이동시키도록 한다. 밸브(12)의 제 3 작동 요소(43)는, 파일럿-제어 밸브(13)의 연결 개구부(39), 또는 간략하게 연결부(39)가 고압 공급부(27)에 연결될 때 제 2 밸브(12)를 차단하도록 한다. 본 명세서에서 후속하는 문장에서 "연결 개구부"라는 용어가 또한 간략하게 "연결부"로 언급된다는 것이 주지되어야 한다. 이러한 방식으로, 피스톤(17) 아래의 공간(19)은 고압 공급부(27)에 연결되고, 피스톤(17)은 실린더 하우징(16) 밖으로 이동한다. 파일럿-제어 밸브(13)의 연결부(39)가 저압 탱크(28)에 연결되면, 압력은 또한 제 3 작동 요소(42 및 43)에서 하강된다. 그 결과, 제 1 작동 요소(30)는 제 1 밸브(11)를 차단할 수 있고, 제 2 작동 요소(36)는 제 2 밸브(12)를 개방시킬 수 있다. 그 결과, 피스톤(17) 위의 공간(19)은 저압 탱크(28)에 연결되고, 피스톤(17)은 실린더 하우징(16)으로 이동한다.
작동기 요소(30, 35, 32, 36) 및 작동기 요소(42 및 43)는 도 2 및 도 3과 관련하여 동작 방법 및 설계에 관해 아래에 추가로 설명되며, 여기서 "작동 요소"라는 용어도 또한 설명된다.
이제 도 2가 참조될 것이다.
밸브(11)는, 슬라이드(202)가 슬라이딩 방식으로 이동할 수 있는 내부 공간(201)을 둘러싸는 밸브 바디(200)를 갖는다. 내부 공간(201)은 제 1 내부 공간 섹션(203), 및 제 1 내부 공간 섹션(203)의 내부 직경에 비해 확대된 내부 직경을 갖는 제 2 내부 공간 섹션(204)을 갖는다. 2개의 내부 공간 섹션(203 및 204)은 스텝(step)을 형성하는 방사상 고리형 면(205)을 통해 서로 연결된다. 또한 간략하게 제 2 섹션으로 언급되는 제 2 내부 공간 섹션(204)은 만입부(depression)(207)를 갖는 베이스(206)에 의해 차단되며, 아래를 참조하자.
밀봉 면의 역할을 하고 이 경우에 경사진 챔퍼(bevelled chamfer)로 표현되는 영역(229)은 제 1 내부 공간 섹션(203)과 고리형 면(205) 사이에 위치한다.
밸브 바디(200)는, 대략 중앙 영역에서, 밸브 바디(200)를 통해 방사상 맞물리고 공간(201) 안으로 개방하는 보어(212)를 갖는다. 밸브 바디(200)의 길이 크기에 대해 수직으로 연장하는 추가 보어(220)는 밸브 바디(200)의 섹션(204)의 영역 안으로 개방한다.
슬라이드(202)는 슬라이딩가능한 방식으로 밸브 바디(200) 내에 장착된다. 상기 슬라이드(202)는, 섹션(203)의 내부 직경에 대응하는 외부 직경을 갖는 제 1 슬라이드 섹션(221)과, 제 1 섹션(203)의 외부 직경보다 작고 유체가 흐를 수 있는 방식으로 크기가 정해진(dimensioned) 외부 직경을 갖는 제 2 슬라이드 섹션(222)과, 섹션(203)의 내부 직경보다 약간 더 커서, 그 결과 슬라이드(202)가 좌측(도면에서)으로 완전히 압착될 때 밀봉 면(229)에서 밀봉이 발생할 수 있게 되는, 제 3 슬라이드 섹션(223)과, 만입부(207)의 내부 직경에 대응하고 슬라이드 섹션9221)의 외부 직경보다 작지만 슬라이드 섹션(222)의 외부 직경보다 더 큰 외부 직경을 갖는 제 4 슬라이드 섹션(224)을 갖는다. 제 4 슬라이드 섹션(224)은 만입부(207)에서, 즉 슬라이드(202)의 각 위치에서 연속적으로 맞물리고, 슬라이드 섹션(221)은 또한 슬라이드 섹션(203)에서 연속적으로 맞물린다. 슬라이드(202)의 단부 면(225){만입부(207)에 위치함}과 만입부(207)의 베이스(226) 사이의 만입부(207)에서, 나선형 압축 스프링(227)은 상기 단부 면(225)과 상기 베이스(226) 사이에 형성된 스프링-용기 공간(231)에 배치되며, 나선형 압축 스프링(227)은 단부 면(225)에 대한 단부들 중 하나에 의해, 그리고 만입부(207)의 베이스(226)에 대한 다른 단부에 의해 지지되고, 슬라이드(202)를 좌측(도면에서)으로 압착하고, 그 결과, 슬라이드 섹션(223)은 챔퍼(229)를 향하는 밀봉 에지(228)를 가지고 밀봉 면의 역할을 하는 챔퍼(229)에 대해 지지하거나 압착된다. 본 명세서에서, 고리형 면(205)의 내부 에지가 챔퍼를 갖고, 그 결과 슬라이드(202)의 밀봉 에지(228)가 본 명세서에 예를 들어 나선형 압축 스프링(227)의 힘에 의해 챔퍼(229)에 대해 압착되므로, 밀봉을 형성한다는 것이 예시된다. 물론, 밀봉 에지(228)는 또한 챔퍼를 가질 수 있고, 내부 에지 상에서 지지하게 되고, 섹션(203)과 고리형 면(205) 사이에서 챔퍼를 갖지 않거나, 상이한 각도로 챔퍼를 갖는데, 이것은 변형일 수 있다. 밀봉 접촉을 구현하는 임의의 다른 방식도 또한 구상가능할 수 있다.
단부 면(225)에 이르는 제 2 슬라이드 섹션(222)을 기초하여, 내부 보어(230)는 슬라이드(202) 내로 연장하고, 그 결과 공간(235)은 제 2 슬라이드 섹션(222)의 영역에서, 스프링(227)이 위치하는 스프링-용기 공간(231)에 연결된다. 고압 유체가 제 2 슬라이드 섹션(222)의 영역에서 공간(235)에 위치하면, 압력은 또한 스프링(227)을 갖는 스프링-용기 공간(231)에 존재할 것이고, 그 크기로 인해, 나선형 압축 스프링(227)의 힘을 지지할 것이고, 고리형 면(205) 또는 챔퍼(229)에 대해 제 3 슬라이드 섹션(223)을 통해 슬라이드(202)를 압착할 것이다.
제 3 트리거링 요소(42)로 표시된 요소는 슬라이드(202)의 자유 단부 면(232)으로 형성된 제 3 제어 면의 역할을 한다.
제 2 트리거링 요소(35)는 슬라이드(202) 상의 고리형 면(233, 236) 및 단부 면(225)으로 형성된 제 2 제어 면의 역할을 하고, 상기 고리형 면(233, 236)은 각각 슬라이드 섹션(221 및 222) 사이와, 슬라이드 섹션(222 및 223) 사이에 위치된다. 제 1 트리거링 요소(30)는 슬라이드 섹션(223 및 224) 사이에 고리형 면(234)을 통해 형성되는 제 1 제어 면의 역할을 한다. 여기서, 단부 면(232)은 고리형 면(233, 234)과 단부 면(225)의 합에서 고리형 면(236)을 뺀 값과 동일한 크기이고, 그 결과, 메인 밸브(11)가 라인(52)과 같은 고압 하에 있는 경우에, 슬라이드(202)는 전적으로 스프링(227)의 힘에 의해 밀봉 면 또는 챔퍼(229)에 대해 압착된다. 나선형 압축 스프링(227)은 이 경우에 그 기능에 대해 불필요하므로, 또한 생략될 수 있다; 이것은 단지 스위칭 프로세스를 지원할 뿐이며, 아래에서 더 참조된다; 슬라이드(202)는 그 힘이 모두 균형을 이루기 때문에 밸브 바디에서 자유롭게 이동가능하다.
파일럿-제어 밸브(13)는 연결 라인(52)을 통해 제 1 밸브(11)의 제 3 트리거링 요소(42)에 연결되며, 연결 라인(52)에 존재하는 가압된 유체는 슬라이드(202)의 자유 단부 면(232) 상에서 작용한다.
다음 설명이 또한 주지되어야 한다: 그러므로 제 1 밸브(11)의 각 경우에, 제 1 작동 요소(30)는 제 1 제어 면에 대응하고, 제 2 작동 요소(35)는 제 2 제어 면에 대응하고, 제 3 작동 요소(42)는 제 3 제어 면에 대응한다.
이제 도 3을 참조할 것이다.
도 3은 메인 밸브(12)의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 메인 밸브(12)는 밸브 바디(300)를 갖고, 밸브 바디(300)의 내부(301)는 상이한 내부 직경을 갖는 복수의 섹션을 갖고, 도 3에 좌측에 있는 단부는 제 1 섹션(302)에 인접해 있고, 제 1 섹션(302)은 밸브 바디(300)의 다른 단부에서 개방하는 원뿔형 스테이지(conical stage) 또는 챔퍼(303)를 통해, 중간 내부 덕트(317)와의 약간 더 큰 직경을 갖는 제 2 섹션(304)과 병합한다. 섹션(304)은 만입부(308)가 형성되는 베이스 섹션(306)에 인접해있고, 상기 만입부(308)는 이 단부에서 밸브 바디(300)를 차단한다.
밸브 바디(300)는 2개의 보어(315 및 316)를 갖는데, 이러한 2개의 보어(315 및 316)는 길이 방향 축에 대해 가로질러 연장하고, 그 중 제 1 보어(315)는 제 1 및 제 2 섹션(302 및 304) 사이의 내부 덕트(317)쪽으로 개방한다. 제 2 보어(316)는 베이스 섹션을 향하는 섹션(304)의 부분으로 개방된다. 그러므로, 제 1 보어(315)는 제 1 섹션(302)으로부터 밸브 바디(300)의 제 2 섹션(304)으로의 전이면의 영역에 위치하며, 내부 공간(317)은 원뿔형 스테이지(303)에 인접한다. 개구부(24)에 대응하는 보어(215)는 라인(22)에 할당되고, 제 2 보어(316)는 제 3 작동 요소(43)에 할당된다.
슬라이드(314)는 밸브 바디(300) 내에 수용되고, 슬라이드(314)는 제 1 섹션(318)을 갖고, 제 1 섹션(318)의 외부 직경은 밸브 바디(300)의 제 1 섹션(302)의 내부 직경보다 약간 더 크며, 그 결과, 슬라이드(314)는, 슬라이드(314)가 도 3에 도시된 위치에 있을 때 원뿔형 스테이지(303)에 대해 단부 에지 또는 밀봉 에지(314)에 인접할 수 있다. 섹션(318)의 외부 직경은, 밀봉 에지가 개방될 때, 충분한 유체가 흐를 수 있는 방식으로 크기가 정해지게 된다. 그 결과, 슬라이드(314)는 밸브 바디(300)의 제 1 섹션(302) 내에서 밀봉 에지(319)에 인접하는 단부 면(320)의 전면에 놓이는 영역(321)에 대해 고리형 공간(317)을 밀봉하고, 저압 탱크(28)는 상기 영역(321)에 연결된다. 챔퍼(303 및 319)로 구성된 밀봉 접점은 또한 시스템의 기능에 중요하지 않은 상이한 기하학적 설계를 가질 수 있다.
슬라이드(314)의 제 1 섹션(318)은 더 큰 외부 직경을 갖는 제 2 섹션(322)에 인접되며, 그 결과, 단부 면(320)에 면하는 스텝(323)이 형성되고, 고리형 공간(317)에 존재하는 가압된 유체는 힘을 스텝(323)에 가하고, 이러한 힘은 밸브 바디(300)의 만입부(308)의 베이스 면(309)에 대해 슬라이드(314)를 압착한다.
슬라이드(314)의 제 2 섹션(322)은 제 3 섹션(324)에 인접하고, 슬라이드(314)는 만입부(308)의 내부에서 제 3 섹션(324)과 맞물린다. 슬라이드(314) 및 그 단부 면(331)과 베이스(309) 사이에 있는 공간(325)(또한 스프링-용기 공간으로 언급됨)에서, 나선형 압축 스프링(326)이 위치되고, 나선형 압축 스프링(326)은 원뿔형 면 또는 원뿔형 스텝(303)에 대해 밀봉 에지(319)를 통해 슬라이드(314)를 압착한다. 제 3 섹션(324)의 외부 직경은 제 1 섹션(318)의 외부 직경보다 더 작다.
슬라이드(314)는 긴 보어(327)를 갖고, 긴 보어(327)는 길이 방향으로 연장하고, 단부 면(320 및 331)쪽으로, 이에 따라 공간(325)쪽으로 개방하고, 그러므로 공간(321 및 325)을 서로 연결시킨다. 공간(321)에는 낮은 압력이 연속적으로 존재하는데, 그 이유는 공간(321)이 저압 축적기(28)에 연결되기 때문이다. 따라서, 연결부(26)는 공간(321)과 동일하다.
섹션(322 및 324) 사이의 접합은 고리형 면(330)으로 형성된다.
고리형 면(323)으로 형성된 제 2 제어 면은 도 1의 스위칭 도면에서, 제 2 작동 요소(36)에 대응하고, 고리형 면(330)으로 형성된 제 3 제어 면은 제 3 작동 요소(43)에 대응한다; 제 1 작동 요소(32)에 대응하는 제 1 제어 면은 단부 면(320 및 331) 사이의 차이에 의해 형성된다.
밸브 장치의 작용 방법은 다음과 같다:
가압된 유체가 피스톤 로드(18)를 실린더(16) 밖으로 이동시키기 위해 피스톤(17) 위의 공간(19)에 가해진고 간주된다. 이를 위해, 파일럿-제어 밸브(13)는, 고압 하의 유체가 라인(53)을 통해 작동 요소(43)에 공급고, 따라서, 슬라이드(314)의 고리형 면(330)에 공급되는 방식으로 작동된다. 그러므로, 슬라이드(314)는 좌측으로 이동하고, 그 결과, 연결부(24 및 26)는 압축 스프링(227)에 의해 도움을 받는, 에지(319)를 챔퍼(303) 상으로 압착함으로써 연결 해제된다. 동시에, 가압된 유체는 라인(52)을 통해 슬라이드(202)의 단부 면(232)에 대응하는 제 1 밸브(11)의 제 3 작동 요소(42)로 전달되고, 제 1 밸브(11)의 제 1 작동 요소(30)에 의해 슬라이드(202) 상에 작용하는 압착력에 대항하여 슬라이드(202)를 누르고, 압축 스프링(227)의 힘을 우측(도면에서)으로 누르고, 그 결과, 밀봉 에지(228)는 밀봉 면(229)으로부터 들어 올려지고, 연결부(25)는 연결부(14)에 연결되어, 그 결과, 고압 하의 유체는 피스톤(17) 위의 공간(19)으로 전달되고, 피스톤(17)은 실린더(16) 밖으로 이동한다.
피스톤(17) 위의 공간에서의 압력이 경감되면, 파일럿-제어 밸브(13)는 스위칭 오버되고, 그 결과, 저압에서의 유체는 연결부(39)에 존재하여, 그 결과 고압 하의 유체로부터 제 1 작동 요소(30) 상에서 작용하는 힘은 슬라이드(202)를 좌측으로 누르고, 그러므로 밀봉 에지(228) 및 밀봉 면(229)의 접촉 결과로서 연결부(25 및 14)를 연결 해제한다. 동시에, 제 2 밸브(12)의 제 3 작동 요소(43)는 라인(53)을 통해 저압 축적기(28)에 연결되고, 그 결과 슬라이드(314)는 힘에 의해 압축 스프링(326)의 힘에 대항하여 우측으로 눌러지고, 이러한 힘은 라인(22 및 34)에서의 압력으로부터 제 2 밸브(12)의 고리형 면(323)의 형태로 제 2 작동 요소(36) 상에 작용하고, 그 결과 연결부(24 및 26)는 연결된다. 그러므로, 유체는 피스톤(17) 위의 공간(19)으로부터 연결부(24, 26)를 통해 저압 축적기(28)로 흐를 수 있고, 예를 들어 고압 공급부로부터의 압력이 공간(20)에 가해지는 결과로서, 피스톤(17) 상에서 우측으로 작용하는 힘은 피스톤(17)을 실린더(16)쪽으로 이동시킨다.
표면적 비율의 독창적인 구성은, 하나의 메인 밸브(11 또는 12)가, 2개의 메인 제어 밸브(11, 12)의 시간순의 오프셋 작동을 필요로 하지 않고도 각각의 다른 밸브가 개방될 수 있기 전에 항상 차단되는 것을 보장한다. 이를 달성하기 위해, 제 2 밸브(12)의 제 2 작동 요소(36)와(에 대해) 제 2 밸브(12)의 제 3 작동 요소(43)의 표면적 비율이 제 1 밸브(11)의 제 1 작동 요소(30)와(에 대해) 제 1 밸브(11)의 제 3 작동 요소(42)의 표면적 비율보다 항상 더 큰 것을 보장할 필요가 있다.
각각의 슬라이드는 전술한 바와 같이 긴 보어를 갖고, 제 1 메인 밸브(11)의 슬라이드(202) 상의 긴 보어(230)는 제 1 메인 밸브(11)의 공간에 연결되고, 이러한 공간은 흐름에 대해, 피스톤-실린더 장치(15)쪽으로 향하는 면에 대해 제어 에지의 하류, 즉 밀봉 에지(228/229)의 하류에 위치한다. 이것은, 밀봉 에지(228/229) 뒤에서 하강하는 압력이 또한 보상 면의 역할을 하는 단부 면(225)에서 하강하고, 그 결과 대항력이 생성되며, 이러한 대항력은 개방 방향으로 작용하고, 차단 방향으로 작용하는 흐름 힘을 부분적으로 보상한다. 이것은, 또한 단부 면(320)의 상류에 있는 공간에서의 압력이 단부 면(331)에서의 압력과 동일하는 한 제 2 메인 제어 밸브(12)에서 동일하게 발생한다.
제 1 메인 밸브에 위치한 제어 에지 및 제 2 메인 밸브에 위치한 제어 에지로의 밀봉 지점 또는 제어 에지의 독창적인 연결 해제는 2개의 제어 에지가 요구에 적절한 방식으로 직경, 흐름 작용 및 추가 특징에 관해 구성되도록 한다. 그 결과, 각각의 적합한 제어 면 비율이 각 슬라이드에 따르지만, 직경 및 다양한 추가 파라미터는 다른 메인 밸브와 독립적으로 넓은 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명의 특정한 장점은, 2개의 압축 스프링(326 및 327)이 사용될 때, 2개의 메인 밸브(11 및 12)가, 가해지는 힘으로 인해 피스톤(17)의 이동 마지막 이후에 다시 차단된다는 것이다. 이것은, 소비자에서 구현되는 부피 흐름이 없는 시간에 스위칭 오버가 발생하는 경우 다른 메인 밸브의 이전 차단의 결과로서 지연 없이 파일럿-제어 밸브의 후속적인 스위칭 동안 필요한 메인 밸브의 즉각적인 개방을 허용한다. 이것은, 메인 밸브의 일 측부 상의 2개의 제어 면 각각이 반대 방향으로 작용하는 개별적인 제어 면과 정확히 동일한 크기라는 점으로 인해 달성된다. 그 결과, 메인 밸브에서의 유압력은, 동일한 압력이 모든 연결부에 존재하자마자 서로 상쇄된다. 피스톤(17)의 위치에 따라, 피스톤 공간(19)에서의 압력 하강 또는 압력 증가를 야기하는 고정 상태에서 누출이 발생하였다면, 메인 밸브는 자동적으로 개방할 수 있고, 이러한 누출을 보상할 수 있다. 그 결과, 피스톤은, 파일럿-제어 밸브(13)가 작동되지 않을 때 원하는 위치에 항상 남아있다.
슬라이드의 외부 면이 덕트 밀봉으로서 크기가 정해질 수 있는 밸브 바디의 내부 면이 있고, 물론 여기서 고리형 밀봉을 이용할 가능성도 있다.
본 발명은, 낮은 레벨의 제조 경비 및 낮은 스위칭 손실을 갖는 서두에 언급된 유형의 밸브 시스템 등에 이용된다.

Claims (14)

  1. 유압 또는 유체 디바이스를 위한 피스톤-실린더 장치(arrangement)(15)의 피스톤(17)을 작동시키기 위한, 특히 고전압 전력 스위치(51)의 이동가능한 접점 부품(50)을 작동시키기 위해 피스톤-실린더 장치(15)를 작동시키기 위한 밸브 시스템으로서, 제 1 위치에서, 고압 하의 유체에 대한 경로를 피스톤(17) 위의 공간(19)으로 향하게 하고, 제 2 위치에서, 피스톤(17) 위의 공간(19)에서의 압력을 경감시키기 위해 이러한 공간을 저압 탱크에 연결시키는 3/2-웨이 밸브(13)를 구비하는, 밸브 시스템에 있어서,
    상기 3/2-웨이 밸브(13)는 2/2-웨이 밸브(11, 12)로서 구현되는 2개의 메인 밸브(11, 12)를 갖는 메인 밸브 장치를 위한 파일럿-제어 밸브(pilot-control valve)의 역할을 하고, 파일럿-제어 밸브(13)는 고압 유체를 피스톤-실린더 장치(15)로 향하게 하기 위해 메인 밸브들 중 제 1 메인 밸브(11)를 개방 위치로 이동시키고, 제 2 메인 밸브(12)는 저압 탱크(28)와의 피스톤-실린더 장치(15)에서의 연결부를 세척하고, 상기 파일럿-제어 밸브(13)는 제 2 메인 밸브(12)를 개방되도록 작동시키고, 제 1 메인 밸브(11)를 차단 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 2개의 메인 밸브(11, 12)를 구비하고, 상기 2개의 메인 밸브(11, 12) 각각은 밸브 바디(200; 300) 내에 변위가능하게 배치되는 슬라이드(202; 314)를 갖고, 가압된 유체가 인가될 수 있는 제어 면(232, 233, 236, 234, 225; 320, 323, 330, 331)을 갖고,
    각 메인 밸브(11; 12)는 각각 3개의 제어 면을 갖는데, 이 중 제 1 및 제 2 제어 면 각각은 한 방향으로 슬라이드(202, 314) 상에서 작용하고, 이 중 다른 제 3 제어 면은 각각 다른 방향으로 슬라이드(202, 304) 상에서 작용하고, 2개의 동일하게 작용하는 제어 면의 합은 반대 방향으로 작용하는 다른 제어 면과 동일한 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 각 메인 밸브(11, 12)의 제어 면 각각은 작동 요소(42, 30, 35; 43, 32, 36)에 대응하고,
    제 2 메인 밸브(12)의 제 2 제어 면{제 2 작동 요소(36)}과의 제 3 제어 면{작동 요소(43)}의 표면적 비율은 제 1 메인 밸브(11)의 제 1 제어 면{제 1 작동 요소(30)}와의 제 3 제어 면{제 3 작동 요소(42)}의 표면적 비율보다 항상 더 큰 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 면들은 슬라이드(202, 314) 상에서 방사상 연장하는 고리형 면 및/또는 방사상 연장하는 단부 면으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 제 1 메인 밸브(11)의 제 3 제어 면은 슬라이드의 단부 면(232)으로 형성되고, 파일럿-제어 밸브(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 제 1 메인 밸브(11)의 제 1 및 제 2 제어 면은 슬라이드(202) 상에 일체형으로 형성되는 고리형 면(233, 236, 234)과, 슬라이드(202)의 단부 면(225)으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 메인 밸브(12)의 제 2 제어 면은 고리형 면(330)으로 형성되고, 상기 고리형 면(330)은 제 2 메인 밸브(12)의 슬라이드(314) 상에 배치되고, 파일럿-제어 밸브(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 메인 밸브(12)의 슬라이드(314)의 단부 면(320, 331)은 제 3 제어 면으로서 저압 탱크(28)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 유체는 파일럿-제어 밸브(13)를 통해 각 메인 밸브(11, 12)의 제 1 및 제 3 제어 면에 교대로 인가될 수 있는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 메인 밸브(12)의 제 1 제어 면은 고압 공급 라인을 통해 고압에 연속적으로 연결되고, 상기 제 2 메인 밸브(12)의 제 1 제어 면은 저압에 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 메인 밸브(11)가 개방되고 제 2 메인 밸브(12)가 차단될 때, 고압은 제 1 및 제 2 메인 밸브(11, 12)의 제 2 제어 면에 가해지고, 제 1 메인 밸브(11)가 차단되고 제 2 메인 밸브(12)가 개방될 때, 저압이 상기 제 2 제어 면에 가해지는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 각 메인 밸브(11, 12) 각각은 차단 방향으로 연관된 슬라이드(202, 314) 상에서 작용하는 나선형 압축 스프링(227, 326)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 메인 밸브(12)의 슬라이드(314)는 슬라이드(314)를 완전히 통과하는 긴 보어(longitudinal bore)(327)를 갖고, 그 결과 상기 나선형 스프링(326)을 수용하는 공간(325)은 단부 면(320), 이에 따라 저압 탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 메인 밸브(11)의 슬라이드(202)는 긴 보어(230)를 갖고, 상기 긴 보어(230)는 슬라이드(202)를 부분적으로 통과하고, 상기 나선형 압축 스프링(227)을 수용하기 위한 공간(231)을 제 1 메인 밸브(11)의 내부에서의 덕트(235)에 연결시키고, 상기 덕트(235)는 피스톤-실린더 장치(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 밸브 시스템.
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