KR20120107467A

KR20120107467A - 밸브 장치

Info

Publication number: KR20120107467A
Application number: KR20127012773A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 슈미트; 프란츠-죠셉 코버
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 아게
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-10-02
Also published as: EP2513937B1; DE102009053901B3; CN102640247B; CN201696386U; US20120280152A1; HUE031635T2; WO2011061041A1; CN102640247A; EP2513937A1; US8910660B2

Abstract

본 발명은 유압 또는 유체 장치용의 피스톤 실린더 장치(11)의 피스톤(14)을 작동시키기 위한, 특히 고전압 회로 차단기(12)의 가동 접점부(16)의 작동을 위한 피스톤 실린더 장치를 작동시키기 위한 밸브 시스템에 관한 것으로, 메인 밸브로 사용되며 파일럿 컨트롤 밸브 장치(22, 35)에 의해 제어될 수 있는 2개의 2/2 방향 밸브(26, 26a; 39)를 포함하는 메인 컨트롤 밸브 장치를 포함한다. 상기 메인 컨트롤 밸브 장치는 피스톤(14) 위의 공간(17)으로의 고압 유체의 경로를 안내하며 피스톤(14) 위의 공간(17)을 완화하기 위해 상기 공간을 저압 탱크(37)에 접속한다. 2/2 방향 밸브가 메인 컨트롤 밸브 장치(26, 26a; 39)에 고압의 제어 압력 또는 저압의 제어 압력을 안내 또는 공급하도록, 파일럿 컨트롤 밸브 장치를 형성하는 2개의 2/2 방향 밸브(22, 35)가 메인 컨트롤 밸브 장치(26, 26a; 39)에 결부된다.

Description

밸브 장치{VALVE ARRANGEMENT}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 밸브 장치 또는 밸브 시스템에 관한 것이다.

일반적인 밸브 장치가 특허문헌 DE 201 16 920 U1으로부터 알려져 있다. 이러한 유형의 밸브 장치는 피스톤/실린더 장치를 작동시키는데 사용되며, 그 실린더 공간 내에는 피스톤이 배치되고, 피스톤의 일측면에는 실린더 공간으로부터 확장될 수 있고 또한 실린더 공간 안으로 후퇴될 수 있는 피스톤 로드의 일단부가 접속된다. 피스톤 아래의 공간은 피스톤 로드가 접하는 피스톤의 측면에 위치하는 반면에, 피스톤 위의 공간은 피스톤의 타측에 배치된다. 따라서, 피스톤 위의 공간의 횡단면 면적은 피스톤 아래의 횡단면 면적보다 더 큰데, 이는 후자의 경우에 피스톤 로드의 횡단면 면적이 차감되기 때문이다. 고압 유체가 피스톤의 위 및 아래의 공간에 공급될 때, 피스톤은 피스톤 로드의 확장 방향으로 이동하고; 피스톤 위의 공간 및 그 내부에 위치된 유체가 저압 탱크라고도 불리는 저압의 저장소에 접속됨으로써 피스톤 위의 공간이 완화되면, 피스톤 아래의 공간의 고압으로 인해 피스톤은 반대의 방향으로 이동함으로써, 피스톤 로드는 후퇴된다.

이러한 피스톤/실린더 장치에 의해, 예를 들면 고전압 회로 차단기의 가동 접점부가 작동될 수 있다.

물론, 이러한 피스톤/실린더 장치에 의해, 예를 들면 크레인 암(crane arm), 버킷(bucket) 또는 버킷 굴착기(bucket excavator) 등과 같은 다른 부품도 또한 이동될 수 있다.

많은 적용에 있어서, 예를 들면 스위칭 위치에 따라 다른 유동 저항 또는 체적 유량, 짧은 스위칭 시간 또는 낮은 파일럿 컨트롤 체적에 의한 작동이 달성될 수 있도록, 반전(反轉: reversal) 손실 없이 전환이 이루어져야 한다, 즉 압력 접속부로부터 2개의 제어 모서리를 통한 저압 탱크로의 체적 유량은 스위칭 동작시에 회피되어야 한다.

하지만, 3/2 방향 밸브가 사용될 때, 이들 요건은 종종 불충분하게 달성되거나 또는 생산 측면에서의 높은 경비 및 높은 생산비로만 달성될 수 있다. 2개의 2/2 방향 밸브가 메인 컨트롤 밸브로 사용되면, 전환의 경우에 반전 손실을 회피하고자 하고 추가적인 조치가 취해지지 않으면 폐쇄 밸브가 개방되기 전에 개방 밸브가 먼저 폐쇄되어야 한다. 하지만, 이러한 목적으로, 파일럿 제어식 밸브의 경우에, 적절한 작동 전기장치를 갖는 예를 들면, 제2의 밸브의 시간 지연식(time-delayed) 또는 센서 제어식 트리거링(triggering)을 갖는 적어도 2개의 파일럿 컨트롤 밸브가 필수적이다. 이는 추가적인 고비용 및 제1의 밸브의 폐쇄 이후 제2의 2/2 방향 밸브의 개방에 있어서 불필요한 장시간 지연을 초래한다.

본 발명의 목적은 서두에서 언급된 유형의 밸브 장치를 더 개선하고 단순화 하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1에 따른 특징을 갖는 밸브 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 유익한 진전 사항은 종속항에 구체화되어 있다.

이 경우에, 특히 유익한 진전에 따르면, 본 밸브 장치는 피스톤 위의 공간에 고압 유체를 공급하기 위해, 제1의 파일럿 컨트롤 밸브가 제1의 메인 밸브의 주(主) 제어면으로의 고압의 유체의 경로를 개방하며, 그에 따라 제1의 메인 밸브는 고압의 유체를 피스톤 위의 공간에 공급하고, 제2의 파일럿 컨트롤 밸브는 폐쇄되는 것과, 피스톤 위의 공간을 완화하기 위해, 제2의 파일럿 컨트롤 밸브가 제2의 메인 컨트롤 밸브의 주 제어면으로부터 저압 탱크로의 경로를 개방하며 그 결과 제2의 메인 컨트롤 밸브는 피스톤 위의 공간으로부터 저압 탱크로의 경로를 개방하는 것을 특징으로 한다.

본 밸브 장치의 보다 유익한 진전은, 작은 횡단면을 갖는 오리피스가 메인 컨트롤 밸브의 주 제어면과 피스톤/실린더 장치의 피스톤 위의 공간의 사이에 제공되는 것이다.

이 오리피스는 예를 들면, 파일럿 컨트롤 밸브의 누설의 경우에, 피스톤/실린더 장치의 고압 또는 저압 상류도 유지하며, 그에 따라 누설로 인한 저압의 바람직하지 않은 상승 또는 고압의 바람직하지 않은 저하의 경우에 피스톤의 잘못된 이동이 방지되기 때문에 중요하다.

특히 유익하게는, 쌍안정성 밸브(bistable valve)로 설계된 제1의 메인 컨트롤 밸브의 피스톤이 그 단부 위치에서 유지된다. 제1의 실시예에서, 이는 피스톤이 스프링 보조식 볼 래칭에 의해 기계적으로 유지됨으로써 달성된다. 또 다른 진전에 있어서, 피스톤은 그 단부 위치에서 기계적으로 및 자성(磁性)에 의해 유지될 수 있다. 이 경우에, 피스톤은 실린더 내에서 이동할 수 있고, 실린더의 일 단부에는 영구자석이 제공되며, 상기 단부와 피스톤 사이에는 스프링이 제공되고, 피스톤에 작용하는 힘은 0점 통과점(zero crossing)을 갖는다.

본 발명 및 또한 추가적인 유익한 진전과 개선 및 추가적인 이점이 본 발명의 2개의 예시적인 실시예를 도시한 도면에 의거하여 상세히 설명 및 기재될 것이다.

본 발명에 의해 달성되는 이점은 특히, 2개의 상업적으로 이용 가능한 파일럿 컨트롤 밸브 및 메인 밸브 또는 메인 컨트롤 밸브로서 2개의 대응되게 설계된 2/2 방향 밸브로 구성된 밸브 장치에 의해, 예를 들면 반전 손실이 없는 전환, 스위칭 위치에 따른 다른 유동 저항 또는 체적 유량, 매우 짧은 스위칭 시간 및 낮은 파일럿 컨트롤 체적에 의한 작동 등과 같은 위에서 언급된 요건들이, 생산 측면에서 비교적 낮은 비용에도 불구하고 달성될 수 있다는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 시스템의 회로 장치를 도시하는 도면.
도 2는 제2의 메인 밸브의 개략적인 예시도.
도 3은 제1의 메인 밸브의 제1의 실시예의 개략적인 예시도.
도 4는 제1의 메인 밸브의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 따른 메인 밸브의 양태의 힘/경로 그래프를 도시하는 도면.

도 1이 참조될 것이다.

도 1은 피스톤/실린더 장치(11)를 작동시키는 기능을 하는 밸브 장치(10)를 도시하며, 이 피스톤/실린더 장치(11)에 의해 고전압 회로 차단기(12)가 작동될 수 있다. 피스톤/실린더 장치(11)는 내부에서 피스톤(14)이 이동 가능한 실린더(13)를 구비하며, 피스톤(14)의 일측에는 고전압 회로 차단기(12)의 가동 접점부(16)에 접속된 피스톤 로드(15)가 접속된다. 피스톤(14)은 실린더 내부 공간을 피스톤(14) 위의 공간(17)과 아래의 공간(18)으로 분할하며, 피스톤(14) 아래의 공간(18)에는 피스톤 로드(15)가 수용된다. 피스톤 로드(15)가 피스톤(14) 아래의 공간(18)을 한정하는 피스톤 면과 접하고, 그 결과 피스톤 로드(15)의 횡단면의 분량만큼 피스톤 면을 저감시키기 때문에, 피스톤(14) 위의 공간(17)을 한정하는 피스톤 면은 피스톤(14) 아래의 공간(18)에 마주하는 피스톤 면보다 더 크다.

피스톤(4)이 확장되도록 구동하기 위해, 아래에서와 같이 유압 유체가 고압 저장소(19)로부터 펌프에 의해 혹은 다른 방식으로 밸브 장치의 위치에 따라 피스톤(14) 위의 공간(17)으로 및 피스톤(14) 아래의 공간(18)으로 공급되며, 이는 회로 차단기 상에서의 스위칭을 위한 동작이다.

고압 저장소(19)는 이 고압 저장소(19)를 피스톤(14) 아래의 공간(18)에 접속하는 제1의 라인 섹션 또는 라인 길이(20)를 인접하게 구비한다. 제1의 라인 섹션(20)은 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)에 접속된 제2의 라인 섹션(21)을 인접하게 구비하며; 또한, 파일럿 컨트롤 밸브(22)는 피스톤(14) 위의 공간(17)으로 통해 있고 그 결과 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)를 피스톤(14) 위의 공간(17)에 접속하는 제3의 라인 섹션(23)에 접속된다. 제1의 라인 섹션(20)과 특히 제1의 라인 섹션(20)과 제2의 라인 섹션(21) 사이의 접합점은 인접하게 제4의 라인 섹션(24)을 구비하며, 제4의 라인 섹션(24)은 아래에서 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)의 입구 포트(25)라고도 불리는 제1의 포트에 접속된다. 아래에서 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)의 출구 포트(27)라고도 불리는 제2의 포트는 접합점(29)에서 제3의 라인 섹션(23)에 접속된 제5의 라인 섹션(28)을 인접하게 구비한다. 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)에는 제1의 복귀선(30)이 제공되며, 이 제1의 복귀선(30)은 입구 포트(25)에 접하며 제2의 제어면(F₂/26)에 접속된다. 또한, 제2의 복귀선(31)을 통하여 출구 포트(27)에 접속된 제3의 제어면(F₃/26)이 제공된다.

제1의 메인 컨트롤 밸브(26)는 다음의 관계가 적용되도록 치수가 정해진 제1의 제어면(F₁/26)을 구비한다:

F₁/26 = F₂/26 + F₃/26.

제1의 제어면(F₁/26)은 제2의 접합점(32)을 통하여 제3의 라인 섹션(23)에 접속된다. 제1의 접합점(29)과 제2의 접합점(23) 사이에는 작은 횡단면을 갖는 오리피스(33)가 배치된다(아래 추가로 참조).

제3의 라인 섹션(23)에는 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)가 위치된 제6의 라인 섹션(34)이 접속된다.

제6의 라인 섹션(34)은, 한편으로는 저압 탱크(37)로 통해 있고 다른 한편으로는 아래에서 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 입구 포트(38)라고도 불리는 제1의 포트로 통해 있는 제7의 라인 섹션(36)에 접속된다. 아래에서 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 출구 포트(40)라고도 불리는 제2의 포트는 제8의 라인 섹션(36a)을 통하여 제1의 접합점(29)에 접속된다.

제2의 메인 밸브(39)의 제1의 제어면(F₁/39)은 제2의 접합점(32)에 접속되고; 제2의 메인 컨트롤 밸브(29)는 각각 제어면(F₂/26과 F₃/26)에 대응하는 제2 및 제3의 제어면(F₂/39와 F₃/39)을 구비하며, 여기서도 동일하게 규칙: F₁/39 = F₂/39 + F₃/39 이 적용되며, 제어면(F₁/39 및 F₂/39 + F₃/39)에 작용하는 압력은 메인 컨트롤 밸브(39)의 피스톤에 대향 방향으로 작용한다(야래 추가로 참조). 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)의 경우에서와 같이, 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 입구 포트(38)는 제1의 복귀선(42) 및 제2의 제어면(F₂/39)에 접속되고, 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 출구 포트(40)는 복귀선(43)을 통하여 제3의 제어면(F₃/39)에 접속된다.

파일럿 컨트롤 밸브(22, 35)는 전자기 구동되며, 전자기 시스템(44 또는 45)에 의해 도 1에 도시된 차단 위치(blocking position)로부터 통과 위치(passage position)로 변경되며; 복귀 스프링(46과 47)이 각각 파일럿 컨트롤 밸브(22와 35)를 차단 위치로 복귀시킨다.

다음에 밸브 장치(10)는 아래와 같이 동작한다.

도 1은 스위치-오프 위치의 회로 차단기(12)를 도시한다. 회로 차단기(12)가 "온"으로 스위칭될 때, 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)는 일시적으로 개방 위치로 된다. 그에 따라 고압이 라인 섹션(23)을 통하여 제1의 제어면(F₁/26)에 이르게 되며, 그 결과 제1의 메인 밸브(26)가 개방되어 라인 섹션(24)이 라인 섹션(28)에 접속됨으로써, 고압 유체가 피스톤(14) 위의 공간(17)으로 이송된다. 상이한 피스톤 면들로 인해, 피스톤(14) 및 그에 따라 피스톤 로드(15)를 화살표(P1) 방향으로 이동시키는 힘이 발생되며, 그 결과 가동 접점부(16)가 스위치-온 위치로 된다. 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)는 쌍안정성(bistable)의 2/2 방향 밸브이므로, 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)는 통과 위치로 유지된다. 피스톤(14)에 작용하는 유압력(hydraulic force)은 이 경우에 위의 공식에 따라 0(영)이 된다. 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 제어면(F₁/39)에도 역시 접합점(32)을 통하여 고압이 작용하며, 그에 따라 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)는 폐쇄 위치로 유지된다.

파일럿 컨트롤 밸브(22)는 그리고 나서 복귀 스프링(46)에 의해 차단 위치로 복귀된다. 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)와 라인 섹션(41)을 통과하는 사이의 영역, 및 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)와 피스톤/실린더 장치(11)의 사이는, 그 결과 고압 상태로 된다.

스위치 오프 동작에서, 밸브 장치(10)는 다음과 같이 동작한다.

가동 접점부(16)가 개방 위치를 취하고자 할 때, 피스톤(14) 위의 공간(17)은 완화되어야 한다. 이는 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)가 통과 상태로 반전되고, 그 결과 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)와 오리피스(33) 사이의 라인 섹션(23)에서 저압이 우세하게 되며, 그에 따라 제1의 메인 밸브(26)의 제1의 제어면(F₁/26)에서도 마찬가지로 저압이 우세하게 된다. 그 결과, 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)(여기서 "메인 컨트롤 밸브"와 "메인 밸브"는 동일한 것일 수 있다)는 제어면(F₂/26과 F₃/26)에 의해 제1의 메인 밸브(26)의 피스톤에 발생된 힘으로 인해 다시 차단 위치로 되반전된다. 또한, 제1의 제어면(F₁/39)에서는 저압이 우세하며, 그에 따라 제2의 메인 밸브(39)는 통과 상태로 반전되는데, 이는 제2의 제어면(F₂/39)에서 저압이 우세함에도 복귀선(43)으로 인해 제3의 제어면(F₃/39)에는 고압이 작용하기 때문이다. 그 결과, 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 피스톤(아래 추가로 참조)은 통과 위치로 이동하며, 그에 따라 피스톤(14) 위의 공간(17)은 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)를 통하여 완화된다. 이 결과로서, 피스톤 아래의 공간(18)에 배치된 고압에 의해, 피스톤(14) 및 그에 따라 피스톤 로드(15)는 화살표(P1)의 방향과 반대인 화살표 방향으로 이동하게 된다. 이로써 회로 차단기(12)의 스위치-오프가 이루어진다.

도 2에 개략적으로 예시된 제2의 메인 밸브(39)는 간단히 실린더(50)라고도 불리는 실린더 몸체(50)를 구비하며, 실린더 몸체(50) 내부에서 피스톤(51)이 왕복 운동할 수 있고, 피스톤(51)은 저압 탱크(37)에 접속되며 그 결과 고압이 작용하지 않는 자유면(free face: 52)을 갖는다. 내부 덕트(55)가 자유면(52)의 반대편에 놓이며 실린더(50)의 함몰부(53) 안에 맞물리는 내측면(54)을 통해 있으며, 상기 내부 덕트의 타단부는 자유면(52)으로 통하며, 그에 따라 자유면(52)에서 우세한 저압이 간단히 내부면(54)이라고도 불리는 내측면(54)에 작용함으로써, 내측면(54)은 탱크(37)에 접속된다. 자유면(52)은 밀봉 모서리(56)를 통하여 계단부(58)를 인접하게 구비한 제1의 피스톤 섹션(57)에 합체되고, 계단부(58)를 통하여 제1의 피스톤 섹션(57)은 제2의 피스톤 섹션(59)에 접속되며, 제2의 피스톤 섹션(59)의 외경(外徑)은 제1의 피스톤 섹션(57)의 외경보다 더 크다. 제2의 피스톤 섹션(59)은 추가적인 계단부(60)를 통하여 함몰부(53) 안에 맞물리는 제3의 피스톤 섹션(61)에 합체되고, 제3의 피스톤 섹션(61)의 외경은 피스톤 섹션(57)의 외경보다 작으며, 내측면(54)은 상기 제3의 피스톤 섹션에 접한다.

자유면(52)의 영역에서, 실린더 몸체(50)는 제1의 실린더 섹션(62)을 구비하며, 제1의 실린더 섹션(62)의 내경은 제1의 피스톤 섹션(57)의 외경보다 작고, 제1의 실린더 섹션(62)의 내측 단부는 실린더(50)의 내부로 약 45도의 각도로 노출된 챔퍼(chamfer: 63)를 가지며, 그에 따라 이 챔퍼(63)는 밀봉 모서리(56)를 위한 밀봉 시트(sealing seat)의 기능을 한다. 실린더 몸체(50)에는 제2의 실린더 섹션(50a)이 제공되고, 제2의 실린더 섹션(50a)의 내경은 제2의 피스톤 섹션(59)의 외경과 일치하며, 그에 따라 제2의 피스톤 섹션(59)은 제2의 실린더 섹션(50a) 내에서 미끄럼 운동할 수 있다. 이 제2의 실린더 섹션(50a)은 반경방향으로 이어진 계단부(50b)를 인접하게 구비하며, 이 계단부(50b)를 통하여 제2의 실린더 섹션(50a)은 함몰부(53)에 합체된다.

두 면(52와 54)은 함께 제2의 제어면(F₂/39)을 형성하는 반면에, 계단부(58)는 제어면(F₃/39)을 형성한다. 따라서 계단부(60)는 제1의 제어면(F₁/39)에 대응된다.

피스톤(51)은 함몰부(53)의 바닥부와 내측면(54)의 사이에서 함몰부(53)에 배치된 나선형 압축 스프링(64)의 압력 하에 있다.

실린더 몸체(50)에는 2개의 구멍(65와 66)이 위치되며, 그 중 구멍(65)은 출구 포트(40)에 대응하는 반면, 자유면(52)은 입구 포트(38)에 할당된다. 도시된 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 위치는 탱크(37)로의 (압력) 완화가 완료된 위치에 해당한다.

구멍(66)은 모체(generatrix)에 의해 계단부(50b)로 통해 있다.

이제 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)의 제1의 예시적인 실시예를 도시하는 도 3이 참조될 것이다.

도 3에 따른 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)는 내부에 피스톤(71)이 이동 가능하게 배치된 실린더 몸체(70)를 구비한다. 피스톤(71)은 제1의 반경방향 계단부(74)를 통하여 제2의 피스톤 섹션(75)에 합체되는 제1의 피스톤 섹션(73)을 인접하게 구비한 자유면(72)을 구비하며, 제2의 피스톤 섹션(75)은 제1의 피스톤 섹션(73)에 비해 감소된 직경을 갖는다. 이 제2의 피스톤 섹션(75)은 인접하게 제3의 피스톤 섹션(76)을 구비하며, 제2 및 제3의 피스톤 섹션(75와 76)의 사이에는 제2의 반경방향 계단부(77)가 제공된다. 제2의 계단부(77)와 제3의 피스톤 섹션(76) 사이의 모서리는 밀봉 모서리(78)를 형성한다. 제3의 피스톤 섹션(76)은 실린더 몸체(70)의 함몰부(80) 안에 맞물리는 제4의 피스톤 섹션(79)을 인접하게 구비한다.

제1의 피스톤 섹션(73)의 외경은 제2의 피스톤 섹션(75)의 외경보다 더 크다. 제3의 피스톤 섹션(76)은 제1의 피스톤 섹션(73)의 외경보다 더 큰 외경을 가지며, 함몰부(80)의 내경 및 그에 따른 제4의 피스톤 섹션(79)의 내경은 제1의 피스톤 섹션(73)의 외경보다 작다. 함몰부(80) 내부에서, 피스톤(71)은 내측 단부면(91)에 의해 한정된다.

실린더 몸체(70)는 제1의 실린더 섹션(81)을 구비하고, 제1의 실린더 섹션(81)의 내경은 제1의 피스톤 섹션(73)의 외경에 일치되며, 제1의 실린더 섹션(81)은 계단부(82)를 통하여 제2의 실린더 섹션(83)에 합체되고, 제1의 실린더 섹션(81)과 계단부(82) 사이의 전이점(transition point)에는 챔퍼(63)에 대응하며 밀봉 모서리(78)와 함께 씰(seal)을 형성하는 챔퍼(84)가 형성된다.

제4의 피스톤 섹션(79)의 외측면에는 지붕 형태로 서로 설정된 2개의 경사면(86과 87)을 갖는 반경방향으로 돌출한 돌출부(85)가 배치된다. 함몰부(80)는 그 내부로 통해 있는, 나선형 스프링(90)에 의해 경사면(86과 87)에 대해 영구 가압된 볼(89)이 안내되는 반경방향으로의 블라인드 홀 보어(일단부가 막힌 보어: 88)를 구비한다.

도 3에 도시된 위치에서, 볼(89)은 경사면(86)에 대해 가압되며 그래서 피스톤(71)에 특별한 힘이 작용하지 않을 때 피스톤(71)이 화살표(P1)의 방향으로 함몰부(80) 안으로 들어가는 것을 방지한다. 파일럿 컨트롤 밸브(22)에 의해 제1의 메인 밸브(26)가 반전될 때, 자유면(72)에 대응하는 제1의 제어면(F₁/26)에 고압이 작용함으로써, 피스톤(71)은 화살표(P1)의 방향으로 이동되고, 그 결과 볼(89)은 경사면(86)을 굴러 올라가서는 블라인드 홀 보어(88) 내부로 가압된다. 볼(89)이 경사면(87)에 이르면, 피스톤(71)에는 더 이상 다른 힘이 작용하지 않으며, 볼(89)은 피스톤(71)을 유지시키고, 볼(89)은 경사면(87)과 제3의 피스톤 섹션(76)의 사이에 위치하게 된다.

덕트(92)가 제2의 피스톤 섹션(75) 안, 및 내측 단부면(91) 안으로 통해 있으며, 제2의 피스톤 섹션(75) 외부의 공간을 함몰부(80)의 내부 공간에 접속한다. 따라서 계단부(77)와 내측면(91)에서는 동일 압력이 가해진다.

실린더 몸체(70)는 제1의 반경방향 구멍(93)과 제2의 반경방향 구멍(94)을 구비하며, 제1의 구멍(93)은 제2의 피스톤 섹션(75)의 영역으로 통해 있고, 구멍(94)은 제2의 실린더 섹션(83)으로 통해 있다. 도 3에 따른 위치는, 제1의 제어면(F₁/26) = 자유면(72)에서 저압이 우세할 때, 피스톤(71)이 취하게 되는 위치이다. 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)가 통과 방향으로 제어되고, 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)가 차단 위치에 있게 되면, 피스톤(71)은 자유면(72)에서 우세한 고압으로 인해 우측으로 이동하게 되며, 그 결과 밀봉점(78/84)이 개방됨으로써, 고압 유체가 구멍(94)을 통하여 흐를 수 있다. 그래서 구멍(94)은 입구 포트(25)에 대응하고, 구멍(93)은 출구 포트(27)에 대응한다.

제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)가 반전될 때, 제1의 메인 컨트롤 밸브(26)의 면(F₁/26)과 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 면(F₁/39) 모두에서는 고압이 우세하다. 파일럿 컨트롤 밸브(22)는 일시적으로만 개방되기 때문에, 제1의 제어면(F₁/26과 F₁/39) 모두에서는 고압이 우세하다. 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)가 폐쇄된다. 그리고 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)에서 누설이 발생하게 되면, 두 제어면(F₁/26과 F₁/39) 사이의 압력이 떨어질 수 있으며, 그에 따라 두 메인 컨트롤 밸브(26과 39)의 바람직하지 않은 스위칭 동작이 초래될 수 있다. 두 제어면(F₁/26과 F₁/39)과 피스톤 위의 공간(17)의 사이에 위치된 오리피스(33)가 이들 두 제어면(F₁/26과 F₁/39)에 압력 유체를 이송하도록 설계되며, 그에 따라 보상이 이루어질 수 있다.

제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)가 일시적으로 개방되는 경우에, 두 개의 제1의 제어면(F₁/26과 F₁/39)에서는 저압이 우세하게 된다. 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)에서의 누설로 인해, 고압은 라인(23)에 전달될 수 있고, 그 결과 두 개의 제1의 제어면(F₁/26과 F₁/39)에 이르게 되어, 그 결과로서 오리피스(33)가 보상을 제공하지 않았다면 바람직하지 않은 스위칭 동작이 초래되었을 것이다.

즉 두 단계, 보다 구체적으로는 파일럿 컨트롤 밸브 단계와 메인 컨트롤 밸브 단계가 오리피스(33)을 통하여 서로 접속됨으로써, 의도하지 않은 스위칭 동작에 대한 보상이 오리피스(33)를 통하여 달성된다.

도 4에 따른 실시예에서, 제1의 메인 컨트롤 밸브는 도 3에 따른 제1의 메인 컨트롤 밸브와 유사한 방식으로 구성되며, 그에 따라 여기서는 참조번호 26a가 부여된다. 제1의 메인 컨트롤 밸브는 내측면(102)에 의해 함몰부(103)에 맞물리는 피스톤(101)이 안내되는 실린더 몸체(100)를 구비한다. 함몰부(103)의 바닥에는 비자화성 재료부(non-magnetizable material part: 105)에 삽입된 영구자석(104)이 배치되고; 내측면(102)과 비자화성 재료부(105)의 자유면 사이에는 화살표(P₂)의 방향으로 피스톤을 영구 가압하기 위한 나선형 스프링(106)이 배치된다. 내측면(102)에는 축방향 연장부(107)가 일체로 형성되며, 이 축방향 연장부(107)는 피스톤(101)이 화살표(P₂)의 방향과 반대로 함몰부(103)의 내부로 가압되어 축방향 연장부(107)의 자유면이 비자화성 재료부(105)의 자유면에 접하게 될 때, 스프링(106)의 압력에 대항하여 영구자석(104)에 의해 영구적으로 끌어당겨진다. 유압력으로 인해 피스톤(101)이 화살표(P₂)의 방향으로 가압되자마자, 압축 스프링(106)의 힘이 화살표(P₂)의 방향으로 압도하게 되며, 그 결과 전반적으로 안정된 밸브가 얻어진다. 메인 밸브(26a)는 래칭(latching)이 없는 것 말고는, 메인 밸브(26)와 동일하게 구성된다.

도 5는 대응하는 힘 상태를 도시한다. 피스톤이 미치는 경로(S)에 대해 힘이 그래프로 그려져 있는데, 스프링력은 피스톤이 방향(P₂)인 좌측으로 이동시에 그 최대값(F_springmax)으로부터 선형적으로 감소하는 반면에, 자력(magnetic force: F_magnet)은 피스톤(101)이 영구자석(104)으로부터 멀어지게 이동할 때 피스톤(101)이 스프링력이 최대가 되는 위치에 있을 때의 최대값으로부터 비선형적으로 0에 접근한다. 합성력(F_total)은 0점 통과점(zero crossing: N)을 갖는다. 0점 통과점의 좌측에서 즉, 피스톤과 영구자석 사이의 거리가 작을 때에는, 영구자석의 인력(force of attraction)이 우세하고; 0점 통과점의 우측에서는 즉, 자력이 감소할 때에는 스프링력이 우세하며, 그에 따라 합성력 곡선(F_total)이 형성된다.

실린더 몸체(100)와 가동 피스톤(101) 모두는 강자성 재료(ferromagnetic material)로 제작되는 반면에, 삽입물(105)은 비자화성 재료로 형성되어야 함을 주의해야 한다.

10: 밸브 장치 11: 피스톤/실린더 장치
12: 고전압 회로 차단기 13: 실린더
14: 피스톤 15; 피스톤 로드
16: 가동 접점부 17: 피스톤 위의 공간
18: 피스톤 아래의 공간 19: 고압 저장소
20: 제1의 라인 섹션(라인 길이) 21: 제2의 라인 섹션(라인 길이)
22: 제1의 파일럿 컨트롤 밸브 23: 제3의 라인 섹션
24: 제4의 라인 섹션 25: 입구 포트
26, 26a: 제1의 메인 컨트롤 밸브 27: 출구 포트
28: 제5의 라인 섹션 29: 접합점
30: 제1의 복귀선 31: 제2의 복귀선
32: 제2의 접합점 33: 오리피스
34: 제6의 라인 섹션 35: 제2의 파일럿 컨트롤 밸브
36: 제7의 라인 섹션 37: 저압 탱크
38: 입구 포트 39: 제2의 메인 컨트롤 밸브
40: 출구 포트 41: 제8의 라인 섹션
42: 제1의 복귀선 43: 제2의 복귀선
44, 45: 전자기 시스템 46, 47: 복귀 스프링
50: 실린더 몸체 51: 피스톤
52: 자유면 53: 함몰부
54: 내측면 55: 내부 덕트
56: 밀봉 모서리 57: 제1의 피스톤 섹션
58: 계단부 59: 제2의 피스톤 섹션
60: 추가적인 계단부 61: 제3의 피스톤 섹션
62: 제1의 실린더 섹션 63: 챔퍼
64: 나선형 압축 스프링 70: 실린더 몸체
71: 피스톤 72: 자유면
73: 제1의 피스톤 섹션 74: 제1의 계단부
75: 제2의 피스톤 섹션 76: 제3의 피스톤 섹션
77: 제2의 계단부 78: 밀봉 모서리
79: 제4의 피스톤 섹션 80: 함몰부
81: 제1의 실린더 섹션 82: 계단부
83: 제2의 실린더 섹션 84: 챔퍼
85: 돌출부 86, 87: 경사면
88: 블라인드 홀 보어 89: 볼
90: 나선형 스프링 91: 내측면
92: 덕트 93: 제1의 구멍
94: 제2의 구멍 100: 실린더 몸체
101: 피스톤 102: 내측면
104: 영구자석 105: 비자화성 재료부
106: 나선형 스프링 17: 돌출부

Claims

유압 또는 유체 장치용의 피스톤/실린더 장치(11)의 피스톤(14)을 작동시키기 위한, 특히 고전압 회로 차단기(12)의 가동 접점부(16)의 작동을 위한 피스톤/실린더 장치(11)를 작동시키기 위한 밸브 장치로서,
파일럿 컨트롤 밸브 장치(22, 35)에 의해 작동 가능한 2개의 2/2 방향 밸브(26, 26a, 및 39)를 포함하고 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)으로 고압 하의 유체의 경로를 개방하며 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)을 완화시키기 위해 상기 공간을 저압 탱크(37)에 접속하는 메인 컨트롤 밸브 장치를 구비하고,
상기 메인 컨트롤 밸브 장치(26, 26a; 39)에는 상기 파일럿 컨트롤 밸브 장치를 형성하는 2개의 2/2 방향 밸브(22, 35)가 할당되어, 2개의 2/2 방향 밸브(22, 35)가 상기 메인 컨트롤 밸브 장치(26, 26a; 39)에 고압의 제어 압력 또는 저압의 제어 압력을 공급 또는 전달하고,
상기 고압 하의 유체를 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)에 공급하기 위해, 상기 제1의 파일럿 컨트롤 밸브(22)는 상기 제1의 메인 컨트롤 밸브(26, 26a)의 주 제어면(F₁/26)으로의 상기 고압 하의 유체의 경로를 개방하며, 그에 따라 상기 제1의 메인 컨트롤 밸브(26, 26a)는 상기 고압의 유체를 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)에 공급하고, 상기 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)는 폐쇄되는 것과,
상기 피스톤(14) 위의 공간(17)을 완화하기 위해, 상기 제2의 파일럿 컨트롤 밸브(35)는 상기 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)의 주 제어면(F₁/39)으로부터 상기 저압 탱크(37)로의 경로를 개방하며 그에 따라 상기 제2의 메인 컨트롤 밸브(39)는 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)으로부터 상기 저압 탱크(37)로의 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 메인 컨트롤 밸브(26, 26a; 39)의 상기 주 제어면(F₁/26; F₁/39)과 상기 피스톤/실린더 장치(11)의 상기 피스톤(14) 위의 공간(17)의 사이에 작은 횡단면을 갖는 오리피스(33)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 쌍안정성 밸브(bistable valve)로 설계된 상기 제1의 메인 컨트롤 밸브(26, 26a)의 피스톤(73, 101)은 그 단부 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치.
제3항에 있어서, 상기 피스톤(73)은 스프링 보조식 볼 래칭(86, 87; 89, 90)에 의해 기계적으로 유지되는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치.
제4항에 있어서, 상기 피스톤(101)은 그 단부 위치에서 기계적으로 및 자성(磁性)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치.
제5항에 있어서, 상기 피스톤(101)은 실린더(100) 내에서 이동하고, 상기 실린더(100)의 일 단부에는 영구자석(104)이 제공되며, 상기 단부와 상기 피스톤(101) 사이에는 스프링(106)이 제공되며,
상기 피스톤에 작용하는 힘(F_total)은 0점 통과점(zero crossing)을 갖는 것을
특징으로 하는, 밸브 장치.