KR20220013300A - 프리셀렉션 밸브, 유압 밸브 조립체 및 유압 제어 유닛 - Google Patents

프리셀렉션 밸브, 유압 밸브 조립체 및 유압 제어 유닛 Download PDF

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에이치에이더블유이 하이드롤릭 에스이
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Abstract

본 발명은 부하 압력 라인 배열(2), 압력 커넥션(3) 및 적어도 하나의 압력 출구(4, 5)를 구비하는 유압 밸브 조립체용 프리셀렉션 밸브(1)에 관한 것이다. 부하 압력 라인 배열(2)은 적어도 하나의 부하 압력 커넥션(6), 적어도 하나의 부하 압력 출구(7), 제1 부하 압력 라인(8) 및 부하 압력 커넥션(6)에 연결되는 제2 부하 압력 라인(9)을 포함한다. 제1 부하 압력 라인(8) 또는 제2 부하 압력 라인(9)은 부하 압력 출구(7)에 연결된다. 프리셀렉션 밸브(1)는 중립 위치(N)로부터 제1 스위칭 위치(1S)로 전환될 수 있으며, 이에 의해 프리셀렉션 밸브(1)의 제1 스위칭 위치(1S)에서 압력 포트(3)가 압력 출구(4)에 연결된다. 제1 부하 압력 라인(8)은 제1 스위칭 위치(1S)에서 압력 포트(3)를 부하 압력 출구(7)에 연결하고, 이에 의해 폐쇄 밸브(10)가 제1 부하 압력 라인(8)에 배열된다. 또한, 본 발명은 유압 밸브 조립체 및 유압 제어 장치에 관한 것이다.

Description

프리셀렉션 밸브, 유압 밸브 조립체 및 유압 제어 유닛{PRESELECTION VALVE, HYDRAULIC VALVE ASSEMBLY AND HYDRAULIC CONTROL UNIT}
본 발명은 유압 밸브 조립체용 프리셀렉션 밸브, 이러한 프리셀렉션 밸브를 구비하는 유압 밸브 조립체, 및 본 발명에 따른 유압 밸브 조립체를 구비하는 유압 제어 장치에 관한 것이다.
이러한 프리셀렉션 밸브는 종래 기술, 예를 들어 EP 3 093 505 A1 또는 EP 1 837 529 A1에서 알려져 있다. 알려진 프리셀렉션 밸브는 부하 압력 라인 배열, 압력 포트 및 적어도 하나의 압력 출구를 구비한다. 유압 펌프는 일반적으로 입력 블록을 통해 압력 포트에 연결되며, 유압 시스템 또는 유압 제어 장치에서 우세한 부하 압력이 부하 압력 라인 배열을 통해 유압 펌프 또는 펌프 컨트롤러에 보고된다. 통상적으로 제어 대상이 되는 유압 수요처의 그룹은 프리셀렉션 밸브를 통해 선택된다. 임업 크레인의 예에서 이들은 한편으로는 아웃리거(outriggers)이고 다른 한편으로는 지브 암(jib arm) 또는 크레인 암(crane arm)이 될 수 있다.
특히 지브 암을 제어할 때, 유압 제어 장치가 예압되어(preloaded) 있어서, 즉, 펌프가 이전에 원하는 유량으로 전달되어 예압 압력(preload pressure)을 제공할 필요가 있다. 따라서 종래 최선단의 기술에서, 지브 암을 제어하기 위해 프리셀렉션 밸브가 중립 위치로부터 제1 스위칭 위치로 이동되는 경우, 압력 포트와 부하 압력 라인 배열을 단락(short-circuit)시키는 것이 알려져 있다.
이를 위해 부하 압력 라인 배열은, 적어도 하나의 부하 압력 커넥션(connection), 적어도 하나의 부하 압력 출구, 제1 부하 압력 라인 및 부하 압력 커넥션에 연결된 제2 부하 압력 라인을 포함한다. 작동 중에 제1 부하 압력 라인 또는 제2 부하 압력 라인은, 두 개의 부하 압력 라인들 중 어느 것이 더 높은 부하 압력을 갖는지에 따라서, 부하 압력 출구에 연결된다. 제1 부하 압력 라인은 제1 스위칭 위치에서 압력 포트에 연결되는 부하 압력 라인이다. 유압 시스템의 부하 압력은 부하 압력 커넥션 및 제2 부하 압력 라인을 통해 보고된다.
알려진 해결방안의 단점은, 원하는 예압 압력이, 큰 수고에 의해, 예를 들어 노즐 및 압력 릴리프 밸브에 의해, 특정 값으로 제한될 수만 있다는 것이다. 이 해결방안은 부분적으로만 실행 가능하다. 이는 손실이 발생하고 유압 유체에서의 캐비테이션의 위험이 급격히 증가하기 때문이다. 특히 후자는 마모의 증가로 이어지고 결과적으로 유압 제어 장치의 수명을 단축시킨다.
따라서 본 발명의 목적은, 유압 수요처 또는 유압 수요처의 그룹을 제어하기 위한 스위칭 위치에서의 유압 예압이 간단한 방식으로 원하는 압력으로 제한될 수 있는 프리셀렉션 밸브를 개시하는 것이다.
상기 과제의 해결방안은 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다. 다른 바람직한 실시형태는 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 프리셀렉션 밸브는, 폐쇄 밸브(closing valve)가 제1 부하 압력 라인에 배치된다는 점에서 종래 최선단의 기술에서 알려진 프리셀렉션 밸브에 대해 특징을 갖는다. 바람직하게는, 폐쇄 밸브는 압력 의존형(pressure-dependent) 폐쇄 밸브로서 구성된다.
폐쇄 밸브의 입구 포트에 적용되는 압력이 제한 압력에 도달하자마자 폐쇄 밸브가 폐쇄된다. 그러나 이 압력까지 실제 펌프 압력은 부하 압력 라인 배열에 존재하며 펌프 또는 펌프 컨트롤러에 통지된다. 이는, 프리셀렉션 밸브가 제1 스위칭 위치로 전환될 때 예압이 생성되도록 하고, 그리고 동시에 부하 압력을 원하는 압력, 즉, 제한 또는 예압 압력으로 제한하는 것을 보장하는 간이한 방법이다.
게다가, 본 발명에 따른 프리셀렉션 밸브는 압력 증가를 위한 잠금장치(lock)도 형성한다. 프리셀렉션 밸브의 스위칭 위치에 기초하여, 부하 압력 라인 배열의 압력을 제한 압력까지 상승시킬지의 여부가 선택되어질 수 있다.
바람직하게는 폐쇄 밸브는 당해 폐쇄 밸브의 개방 방향으로 작용하는 스프링 장치를 포함하며 제1 부하 압력 라인의 압력은 스프링 장치에 대항하여, 즉 폐쇄 밸브의 폐쇄 방향으로 작용한다. 바람직하게는 스프링 장치는 조정 가능한 스프링 장치이다. 폐쇄 밸브의 원하는 폐쇄 압력, 예를 들어, 40 bar 또는 심지어 200 bar는 스프링 장치의 프리 텐션을 조정함으로써 설정될 수 있다. 따라서 실제 적용에 따라, 최대 예압 압력이 신속하고 용이하게 설정될 수 있다.
폐쇄 밸브는 바람직하게는 시트 밸브(seat valve)로서 구성된다. 이러한 방식으로 구현된 시트-기밀 시일은 폐쇄 밸브를 통한 원치 않는 누설 유동을 신뢰성 있게 방지한다.
대안으로서, 폐쇄 밸브는 스풀 밸브(spool valve)로서 구성될 수도 있다. 스풀 밸브는 시트 밸브보다 제조 비용이 상당히 저렴하다.
바람직하게는 셔틀 밸브가 부하 압력 라인 배열에 배열되어, 제1 부하 압력 라인 또는 제2 부하 압력 라인이 압력에 따라 부하 압력 출구에 연결된다. 셔틀 밸브는, 폐쇄 밸브에 설정된 최소 제한 압력이 유압 펌프에 항상 통지되는 것을 보장한다. 유압 수요처에서의 부하 압력이 폐쇄 밸브에서 설정된 제한 압력보다 높으면, 셔틀 밸브가 제2 부하 압력 라인을 부하 압력 출구에 연결하고 동시에 제1 부하 압력 라인과 부하 압력 출구 사이의 연결을 폐쇄한다.
바람직하게는, 프리셀렉션 밸브는 리턴 라인(return line)을 포함하며, 부하 압력 출구는 프리셀렉션 밸브의 중립 위치에서 리턴 라인에 연결된다. 이는, 부하 압력이 탱크로의 리턴 라인을 통해 배출(relieved)되므로, 프리셀렉션 밸브의 중립 위치에서 펌프가 최소 용량으로 조정되는 것을 보장한다. 이는 또한, 유압 밸브 조립체의 제어 스풀의 임의의 위치로 인해 유압 펌프에 보고되는 부하 압력이 없음을 보장한다.
바람직하게는, 프리셀렉션 밸브는 중립 위치로부터 제2 스위칭 위치로 전환될 수 있다. 부하 압력 라인 배열은, 제2 스위칭 위치에서 압력 포트를 부하 압력 출구와 연결하는 제3 부하 압력 라인을 포함한다. 이 경우, 부하 압력 라인 배열은 폐쇄 밸브가 활성화 되는 일 없이 압력 포트와 단락된다. 따라서, 예를 들어 임업 크레인의 아웃리거를 확장하기 위해 프리셀렉션 밸브가 제2 스위칭 위치에 있을 때 펌프 압력이 적용된다. 체적 유량 또는 임의의 후속하는 (스로틀 밸브와 같은) 밸브에 따라, 최대 펌프 압력 또는 조절된 펌프 압력이 대응하는 압력 출구에 적용된다.
대안적으로, 제3 부하 압력 라인이 폐쇄 밸브의 상류에 있는 제1 부하 압력 라인으로 개방된다는 점에서, 폐쇄 밸브가 또한 제2 스위칭 위치에서 활성인 것도 가능하다. 또한 제2 폐쇄 밸브가 제공되고, 이 제2 폐쇄 밸브가 제2 스위칭 위치에서 부하 압력 라인 배열에서의 압력을 제한하는 것도 가능하다. 후자는, 제한 또는 예압 압력이 상이한 압력 출구에 대해 상이할 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 상기 과제는 청구항 제10항에 따른 유압 밸브 조립체에 의해 해결된다. 본 발명에 따르면, 유압 밸브 조립체는, 프리셀렉션 밸브에 연결된 적어도 하나의 제어 스풀과 함께 전술한 프리셀렉션 밸브를 포함한다.
또한, 상기 과제는 청구항 제11항에 따른 유압 제어 장치에 의해 해결된다. 유압 제어 장치는, 본 발명에 따른 유압 밸브 조립체, 및 입력 블록을 통해 프리셀렉션 밸브에 연결된 유압 펌프를 포함한다. 유압 펌프는 가변 용량형(variable displacement) 펌프 또는 고정 용량형(fixed) 펌프일 수 있다.
이하 본 발명을 도면에 도시된 바람직한 실시형태를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도면 중, 다음이 개략적으로 도시되어 있다:
도 1은 본 발명에 따른 유압 제어 장치의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유압 제어 장치의 프리셀렉션 밸브의 유압 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유압 회로도의 수정이다.
도 1은 본 발명에 따른 유압 제어 장치(100)의 유압 회로도를 보여준다. 이 실시형태에서, 유압 제어 장치(100)는 2개의 제어 스풀(102), 프리셀렉션 밸브(1), 입력 블록(103) 및 유압 펌프(104)를 구비하는 유압 밸브 조립체(101)를 포함한다. 이 실시형태에서, 유압 펌프(104)는 가변 용량형 펌프로서 구성된다. 유압 펌프(104)는 입구 블록(103)을 통해 탱크(105)로부터 프리셀렉션 밸브(1)로 유압 유체를 전달한다. 프리셀렉션 밸브(1)는 도 2에 보다 상세히 도시되어 있으며, 이 실시형태에서 스풀 밸브로서 구성되어 있다. 도 2에서 일부 요소는 명확성을 위해 생략되어 있다. 프리셀렉션 밸브(1)는 중립 위치(N)로부터 제1 스위칭 위치(1S) 또는 제2 스위칭 위치(2S)로 전환될 수 있다.
프리셀렉션 밸브(1)의 제1 스위칭 위치(1S)에서, 예를 들어 이동식 유압 장치가 장착된 차량의 지그 암을 제어하도록, 유압 밸브 조립체(101)의 제어 스풀(102)에 압력이 인가된다. 프리셀렉션 밸브(1)의 제2 스위칭 위치(2S)에서, 유압 수요처의 제2 그룹, 예를 들어 차량의 아웃리거가 가압된다. 차량은 예를 들어 임업 크레인 또는 콘크리트 펌프일 수 있다.
이를 위해 프리셀렉션 밸브(1)는, 제2 스위칭 위치(2S)에서 가압되는 제2 압력 출구(5) 및 제어 스풀(102)에 압력을 공급하도록 제1 스위칭 위치(1S)에서 가압되는 제1 압력 출구(4)와 함께, 입구 블록(103)에 연결되는 압력 포트(3)를 포함한다.
또한, 프리셀렉션 밸브(1)는 입구 블록(103)을 통해 탱크(105)에 연결되는 리턴 라인(13)을 포함한다. 제1 스위칭 위치(1S)에서는 제2 압력 출구(5)가 리턴 라인(13)에 연결되고 제2 스위칭 위치(2S)에서는 제1 압력 출구(4)가 리턴 라인(13)에 연결된다.
또한 프리셀렉션 밸브(1)는, 유압 제어 장치(100)의 부하 압력이 유압 펌프(104)에 보고되는 부하 압력 라인 배열(2)을 포함한다. 이를 위해 부하 압력 라인 배열(2)은, 유압 밸브 조립체(101)의 대응하는 부하 압력 라인에 연결되는 부하 압력 커넥션(6) 및 입력 블록(103)의 대응하는 부하 압력 라인에 연결되는 부하 압력 출구(7)를 포함한다.
부하 압력 라인 배열(2)은 압력 의존형 폐쇄 밸브(10)가 내부에 배치된 제1 부하 압력 라인(8) 및 부하 압력 커넥션(6)에 연결된 제2 부하 압력 라인(9)을 더 포함한다. 제1 부하 압력 라인(8) 및 제2 부하 압력 라인(9)은 셔틀 밸브(12)를 통해 부하 압력 출구(7)에 연결되고, 따라서 각각 더 높은 부하 압력이 유압 펌프(104)에 통지된다.
프리셀렉션 밸브(1)의 제1 스위칭 위치(1S)에서, 압력 포트(3)는 제1 부하 압력 라인(8)과 단락되고, 따라서 현재 펌프 압력이 부하 압력으로서 유압 펌프(104)에 통지된다. 폐쇄 밸브(10)는 개방 위치에 있고 셔틀 밸브(12)는 제1 부하 압력 라인(8)을 부하 압력 출구(7)와 연결한다. 폐쇄 밸브(10)는 당해 폐쇄 밸브(10)가 폐쇄되는 제한 압력이 설정될 수 있는 조절 가능한 스프링 장치(11)를 포함한다. 그러므로 조절 가능한 스프링 장치(11)는 폐쇄 밸브(10)의 개방 방향으로 작용한다. 제1 부하 압력 라인(8)에서의 압력은 폐쇄 밸브(10)의 폐쇄 방향으로 스프링 장치(11)에 대항하여 작용한다.
실제 적용에 따라, 폐쇄 밸브(10)의 제한 압력은 조절 가능한 스프링 장치(11)를 통해 예를 들어, 40 bar, 60 bar 또는 심지어 120 bar로 설정될 수 있다. 결과적으로, 프리셀렉션 밸브(1)가 중립 위치(N)로부터 제1 스위칭 위치(1S)로 전환될 때, 유압 펌프(104)는 제한 압력에 대응하는 예압 압력으로 예압된다.
차량 또는 유압 제어 장치(100)의 나중의 작동 중에, 예압 또는 제한 압력을 초과하는 부하 압력이 제어 스풀(102)들 중 하나에 적용되면, 이는, 셔틀 밸브(12)가 제2 부하 압력 라인(9)을 부하 압력 출구(7)와 연결하고 제1 부하 압력 라인(8)을 차단하는 점에서, 제2 부하 압력 라인(9) 및 부하 압력 출구(7)를 통해 유압 펌프(104)에 통지된다.
게다가, 부하 압력 라인 배열(2)은 셔틀 밸브(12)의 상류 및 폐쇄 밸브(10)의 하류에 있는 제1 부하 압력 라인(8)으로 개방되는 제3 부하 압력 라인(14)을 포함한다. 프리셀렉션 밸브(1)의 제2 스위칭 위치(2S)에서, 제3 부하 압력 라인(14)은 압력 포트(3)에 연결되고 따라서 현재의 펌프 압력이 부하 압력으로서 유압 펌프(104)에 통지된다. 제3 부하 압력 라인(14)이 폐쇄 밸브(10)를 우회하기 때문에, 부하 압력은 제한 압력에 제한되지 않는다. 오히려 유압 펌프(104)는, 예를 들어 (스로틀 밸브와 같은) 어떤 후속 밸브가 연결되는지에 따라, 최대 압력으로 조정된다.
프리셀렉션 밸브(1)의 중립 위치(N)에서 압력 포트(3)는 차단되고 부하 압력 출구(7)는 배출(relief) 라인(15)을 통해 리턴 라인(13)에 연결된다. 따라서 부하 압력 라인 배열(2)은 탱크(105)를 향해 중립 위치(N)에서 배출(relief)된다. 그러므로 유압 펌프(104)는 프리셀렉션 밸브(1)의 중립 위치(N)에서 최소 출력으로 조정되고 제어 스풀(102)들에서 임의의 부하 압력에 의해 더 높은 출력으로 제어되지 않는다.
도 3은, 도 1에 도시된 유압 회로도의 수정예를 보여준다. 여기서 폐쇄 밸브(10)의 상류에 있는 제3 부하 압력 라인(14')이 제1 부하 압력 라인(8)으로 개방된다. 결과적으로, 이 수정예에서 폐쇄 밸브(10)는 또한 제2 스위칭 위치(2S)에서 활성화되고 제2 압력 출구(5)가 작동될 때 역시 부하 압력 라인 배열의 압력을 제한한다.
1: 프리셀렉션 밸브
2: 부하 압력 라인 배열
3: 압력 포트
4: 압력 출구
5: 압력 출구
6: 부하 압력 커넥션
7: 부하 압력 출구
8: 제1 부하 압력 라인
9: 제2 부하 압력 라인
10: 폐쇄 밸브
11: 스프링 장치
12: 셔틀 밸브
13: 리턴 라인
14, 14': 제3 부하 압력 라인
15: 릴리프(relief) 라인
100: 유압 제어 장치
101: 유압 밸브 조립체
102: 제어 스풀
103: 입력 블록
104: 펌프
105: 탱크
1S: 제1 스위칭 위치
2S: 제2 스위칭 위치
N: 중립 위치

Claims (11)

  1. 부하 압력 라인 배열(2), 압력 커넥션(connection)(3) 및 적어도 하나의 압력 출구(4, 5)를 구비하는 유압 밸브 조립체(101)용 프리셀렉션 밸브(preselection valve)(1)로서,
    상기 부하 압력 라인 배열(2)은 적어도 하나의 부하 압력 커넥션(6), 적어도 하나의 부하 압력 출구(7), 제1 부하 압력 라인(8) 및 상기 부하 압력 커넥션(6)에 연결되는 제2 부하 압력 라인(9)을 포함하고,
    상기 제1 부하 압력 라인(8) 또는 상기 제2 부하 압력 라인(9)은 상기 부하 압력 출구(7)에 연결되고,
    상기 프리셀렉션 밸브(1)는 중립 위치(N)로부터 제1 스위칭 위치(1S)로 전환될 수 있고, 상기 압력 커넥션(3)은 상기 프리셀렉션 밸브(1)의 상기 제1 스위칭 위치(1S)에서 상기 압력 출구(4)에 연결되고,
    상기 제1 스위칭 위치(1S)에서 상기 제1 부하 압력 라인(8)은 상기 압력 커넥션(3)을 상기 부하 압력 출구(7)와 연결하고,
    상기 제1 부하 압력 라인(8)에 폐쇄 밸브(closing valve)(10)가 배치되는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐쇄 밸브(10)는 압력 의존형(pressure dependent) 폐쇄 밸브인 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폐쇄 밸브(10)는 상기 폐쇄 밸브의 개방 방향으로 작용하는 스프링 장치(11)를 포함하고, 그리고 상기 제1 부하 압력 라인(8)에서의 압력은 상기 폐쇄 밸브(10)의 상기 스프링 장치에 대항하여 작용하는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스프링 장치(11)는 조정 가능한 스프링 장치인 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폐쇄 밸브(10)는 시트 밸브(seat valve)로서 또는 스풀 밸브(spool valve)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압력에 따라 상기 제1 부하 압력 라인(8) 또는 상기 제2 부하 압력 라인(9)이 상기 부하 압력 출구(7)에 연결되도록 상기 부하 압력 라인 배열(2)에 셔틀 밸브(12)가 배열되는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리셀렉션 밸브(1)는 리턴 라인(return line)(13)을 포함하고, 상기 부하 압력 출구(7)는 상기 프리셀렉션 밸브(1)의 상기 중립 위치(N)에서 상기 리턴 라인(13)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리셀렉션 밸브(1)는 상기 중립 위치(N)로부터 제2 스위칭 위치(2S)로 전환될 수 있으며, 상기 부하 압력 라인 배열(2)은 제3 부하 압력 라인(14)을 포함하고, 상기 제3 부하 압력 라인(14)은 상기 제2 스위칭 위치(2S)에서 상기 부하 압력 출구(7)에 상기 압력 커넥션(3)을 연결하는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리셀렉션 밸브(1)는 상기 중립 위치(N)로부터 제2 스위칭 위치(2S)로 전환될 수 있으며, 상기 부하 압력 라인 배열(2)은 제3 부하 압력 라인(14')을 포함하고, 상기 제3 부하 압력 라인(14')은 상기 폐쇄 밸브(10)의 상류에 있는 상기 제1 부하 압력 라인(8)으로 개방되는 것을 특징으로 하는 프리셀렉션 밸브(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 프리셀렉션 밸브(1) 및 상기 프리셀렉션 밸브(1)에 연결되는 적어도 하나의 제어 스풀(102)을 구비하는, 유압 밸브 조립체(101).
  11. 제10항에 따른 유압 밸브 조립체(101) 및 입력 블록(103)을 통해 상기 프리셀렉션 밸브(1)에 연결되는 적어도 하나의 유압 펌프(104)를 포함하는, 유압 제어 장치(100).
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