特許第5738306号(P5738306)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5738306
(24)【登録日】2015年5月1日
(45)【発行日】2015年6月24日
(54)【発明の名称】バルブ配列
(51)【国際特許分類】
   F15B 11/08 20060101AFI20150604BHJP
【FI】
   F15B11/08 A
【請求項の数】3
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-539349(P2012-539349)
(86)(22)【出願日】2010年11月22日
(65)【公表番号】特表2013-511677(P2013-511677A)
(43)【公表日】2013年4月4日
(86)【国際出願番号】EP2010067919
(87)【国際公開番号】WO2011061323
(87)【国際公開日】20110526
【審査請求日】2013年6月24日
(31)【優先権主張番号】102009053899.2
(32)【優先日】2009年11月20日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】508346767
【氏名又は名称】アーベーベー・テクノロジー・アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】マティアス・シュミット
(72)【発明者】
【氏名】フランツ−ヨーゼフ・コルバー
【審査官】 柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】 独国特許出願公開第19932139(DE,A1)
【文献】 特開昭61−285513(JP,A)
【文献】 米国特許第5476030(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F15B 11/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピストン/シリンダ配列(13)を作動するためのバルブ配列であって、シリンダ(14)内にはピストン(15)が配置されており、該ピストンの一方において該ピストン(15)の下流に空間(16)が画定されて、ピストンロッド(17)が接続されており、該ピストンロッドは回路ブレーカ(12)の可動接点(11)に連結されており、前記ピストン(15)の反対側には前記ピストン(15)の上流に空間(18)が配置されたバルブ配列であって、該バルブ配列は、
パイロット制御バルブ配列と主制御バルブ配列とを備え、
該パイロット制御バルブ配列と主制御バルブ配列とはそれぞれパイロット制御バルブ(21)および主制御バルブ(20)としての3/2方式バルブを具備し、制御圧力接続部、高圧接続部、および低圧接続部を備え、
前記主制御バルブ(20)は前記パイロット制御バルブ(21)の前記制御圧力接続部(30)を介して作動されるバルブ配列において、
前記3/2方式バルブ(20,21)はシートバルブとしてデザインされており、且つ互いに流体的にのみ連結されており、
前記パイロット制御バルブ(21)には、方向を切り替えるための磁石システム(22,23)がそれぞれに割り当てられており、
前記主制御バルブ(20)は第1接続ポート(32)、第2接続ポート(34)、および第3接続ポート(36)を備え、
前記第1接続ポート(32)は低圧タンク(26)に接続され、前記第2接続ポート(34)は高圧タンクまたは高圧リザーバ(29)に接続されており、
前記第3接続ポート(36)は前記ピストン(15)の上流の空間(18)に接続されており、
前記主制御バルブ(20)は第1制御面(F1)、第2制御面(F2)、および第3制御面(F3)を備え、前記第2制御面(F2)および第3制御面(F3)は同一方向の作動流体に作用され、前記第1制御面(F1)は反対方向の作動流体に作用され、前記制御面の面積は、
F1>F2+F3
の関係式に従っており、
前記第1制御面(F1)は前記パイロット制御バルブ(21)の前記制御圧力接続部(30)に接続されており、
前記第3制御面(F3)は前記主制御バルブの前記第2接続ポート(34)に接続されており、
前記第2制御面(F2)は前記主制御バルブの前記第3接続ポート(36)に接続されており、
前記主制御バルブ(20)の第1制御面(F1)における制御圧力(px)と、前記ピストン/シリンダ配列(13)に供給される供給圧力(pz)と、は、互いに静的に逆転していることを特徴とするバルブ配列。
【請求項2】
シリンダボディ内において移動可能なピストン(15)と、該ピストンに接続されたピストンロッド(17)と、を備えたピストン/シリンダ配列(13)を作動するためのバルブ配列において、
前記パイロット制御バルブ(21)は前記磁石システムによって作動され、前記第制御面(F)は前記パイロット制御バルブ(21)の第1位置において低圧に接続されており、結果的に前記主制御バルブ(20)はいずれも高圧流体によって作動される第制御面(F)と第制御面(F)とによって切り替えられ、前記ピストン/シリンダ配列(13)のピストン(15)は前記ピストンロッド(17)が伸びる方向に移動し、前記第3制御面(F3)は前記パイロット制御バルブ(21)の第2位置において高圧流体によって作用され、前記主制御バルブ(20)は前記ピストン(15)の上流の空間を低圧に接続し、結果的に前記ピストン(15)は前記ピストンロッド(17)が後退する方向に作動されることを特徴とする請求項1に記載のバルブ配列。
【請求項3】
前記主制御バルブ(20)はシリンダボディ(51)を備え、該シリンダボディ内にはピストン(52)が受容されており、該ピストンは前後に移動可能であり、前記ピストン(51)には2つのピストンセクション(53,57)が設けられ、第1ピストンセクション(53)は反対側に位置したピストン面において好適に面取部(54,55)を介して、異なった2つの位置においていずれもシール端部と協働し
高圧に晒される前記第1ピストンセクション(53)のその面の内径は、低圧に晒される前記第1ピストンセクション(53)の前記シール端部の内径よりも小さく、
第2ピストンセクション(57)は制御圧力オリフィス(68)を備えた前記シリンダボディ(51)の底部に面し、第1制御面(F1)として作用するピストン面を備え、前記シール端部(61,65)に割り当てられた面積の和は、前記制御圧力オリフィス(68)を備えたシリンダボディ(51)の底部に面した第2ピスントセクション(57)の面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項に記載のバルブ配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ピストン/シリンダ配列を作動するための、特に請求項1の前段による高圧回路ブレーカの可動接点を作動するための、先行制御バルブ配列と主制御バルブ配列とを備えたバルブ配列に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、3/2方式のバルブがパイロット制御バルブとして設けられ、且つ2つの2/2方式バルブが主制御バルブ配列として設けられたバルブ配列を提案している。
【0003】
特許文献2は、複数の2/2方式バルブおよび3/2方式バルブを備えた構成の、異なったタイプの複数のバルブ備えたバルブ配列を開示しており、したがって、バルブ配列の設定は高度に複雑である。
【0004】
特許文献3は最初に述べたタイプのバルブ配列を開示しており、2つのスライドバルブが設けられ、これらのバルブは最初に述べた方法において互いに接続されて、圧力の連続的な調節を目的とされている。両方のバルブはスプリングリターンを備え、パイロット制御バルブは励磁システムを備えている。フォロアピストンの原理として知られているスライドバルブの構造的形態のために、パイロット制御バルブが実際のバルブスライド内に配置されたバルブボディによって形成される限りにおいて、2つのバルブの機械的連結が提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】独国特許出願第10 2009 014 421.8号明細書
【特許文献2】米国特許大5,476,030号明細書
【特許文献3】独国特許第199 32 139号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的はバルブ配列を提供することであり、このバルブ配列の設定は大幅に簡素化されており、一方で、一旦起動されると、制御信号の提供が無くてもおよび圧力損失の事象においてさえも、位置が維持されることが達成されている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的は、請求項1の特徴を利用して達成されている。
【0008】
したがって、本発明は、ピストン/シリンダ配列を作動するためのバルブ配列であって、このバルブ配列は、パイロット制御バルブ配列と主制御バルブ配列とを備え、パイロット制御バルブ配列と主制御バルブ配列とはそれぞれパイロット制御バルブおよび主制御バルブとしての3/2方式バルブを含み、互いに接続された制御圧力接続部、高圧接続部、および低圧接続部を備え、主制御バルブはパイロット制御バルブの制御圧力接続部を介して作動され、2つのバルブの制御圧力接続部および高圧接続部における圧力は互いに対して静的に逆転しており、3/2方式バルブはシートバルブとしてデザインされており、且つ互いに流体的にのみ連結されているバルブ配列を具備している。
【0009】
結果的に静的な場合において、3/2方式バルブの圧力px(制御圧力)とpz(ピストン/シリンダ配列への圧力)は、互いに対して常に逆転している。制御圧力pxが高圧の場合、圧力pzは低圧であり、その逆も成立する。2つの3/2方式バルブが使用されることによって、漏れの事象においてさえも、配列は個々の切り替え位置に対して長期間の安定性を有する。
【0010】
特に有利な発展は、パイロット制御バルブには方向を切り替えるための磁石システムがそれぞれに割り当てられていることである。結果的に、パイロット制御バルブは2つの磁石システム、特に各々の切り替え方向のための磁石システムを備えている。
【0011】
有利に、主制御バルブは3つの制御面を備え、第2制御面および第3制御面の2つの制御面は同一方向の作動流体に作用され、第1制御面は反対方向の作動流体に作用され、制御面の寸法は、F1>F2+F3の関係式に従っている。すなわち、第1制御面F1の面積は、第2制御面F2および第3制御面F3の面積の和よりも大きい。
【0012】
バルブ配列が、シリンダボディ内において移動可能なピストンと、ピストンに接続されたピストンロッドと、を備えたピストン/シリンダ配列を作動するために使用された場合、本発明のさらなる有利な改良は、パイロット制御バルブは磁石システムによって作動され、主制御バルブの第1制御面はパイロット制御バルブの第1位置において低圧に接続されており、結果的に主制御バルブはいずれも高圧によって作動される第2制御面と第3制御面とによって切り替えられ、ピストン/シリンダ配列のピストンはピストンロッドが伸びる方向に移動し、主制御バルブの第1制御面はパイロット制御バルブの第2位置において高圧流体によって作用され、主制御バルブはピストンの上流の空間を低圧に接続し、結果的にピストンはピストンロッドが後退する方向に作動されることを特徴とすることである。
【0013】
さらに、特別な利点は、主バルブの設定が大幅に簡素化されたことに見られる。可動部品として寄与するピストンは、2つのシールシートの間で前後に切り替わることが可能であり、ピストンは高圧接続部における圧力によって一方向に移動され、制御圧力によって他方向に移動される。したがって、バルブは1つのみの柔軟な動的シールを必要とし、したがって、より著しくコスト効果を高く生産され得る。また、パイロット制御バルブは、例えば特許文献3によるバルブ配列よりも顕著に短いストロークを達成することが可能であり、これは2つのバルブが流体的に連結されているためである。
【0014】
本発明によるバルブ配列は双安定であり、一旦起動されると、位置は圧力損失の事象においてさえも維持される。
【0015】
本発明のさらなる有利な改良および向上、ならびに本発明のさらなる利点は、以下の図を利用してより詳細に説明および記載されており、図は本発明の例示的な実施形態を示している。
本発明は、・・・の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明によるバルブ配列の回路配列を示した図であり、回路ブレーカがスイッチオフの位置、すなわちピストン/シリンダ配列のピストンロッドが後退したときの位置を示した図である。
図2】本発明によるバルブ配列の回路配列を示した図であり、回路ブレーカがスイッチオンの位置、すなわちピストンロッドが伸ばされたときの位置を示した図である。
図3】異なった2つの位置における主バルブの模式図を示している。
図4】異なった2つの位置における主バルブの模式図を示している。
【発明を実施するための形態】
【0017】
図1を参照する。バルブ配列10とも称される回路配列10は、シリンダ14内のピストン/シリンダ配列13を介して高圧回路ブレーカ12の可動接点11を作動させており、シリンダ14内には、一側に移動可能なピストン15を備え、ピストン15はピストン15の下流に空間16を画定し、回路ブレーカ12の可動接点11に連結されたピストンロッド17が接続されている。ピストン15の反対側にはピストン15の上流に空間18が形成され、この空間18を画定したピストン面は空間16を画定したピストン面よりも大きい。これは、ピストン面はピストンロッド17の断面積の量によって減少されるためである。そこで、作動液がピストン15の下流の空間16と上流の空間18との両方に圧送された場合、ピストン15はP1の方向に移動し、ピストンロッド17は可動接点11を閉じる方向に移動する。
【0018】
ピストン15の上流の空間18が解放されたとき、すなわち低圧リザーバ26に接続され(以下参照)たとき、ピストン15の下流の空間16の圧力は矢印P1の方向と反対の方向にピストンを移動させる。
【0019】
図1はバルブ配列10を示しており、ピストン17が後退した位置にある。すなわち、回路ブレーカ12がスイッチオフされた位置である。一方で、図2は、ピストンロッド17が伸びて、回路ブレーカがスイッチオンされた位置におけるバルブ配列を示している。
【0020】
バルブ配列10は主制御バルブ20または主バルブ20、およびパイロット制御バルブ21を具備している。
【0021】
パイロット制御バルブは3/2方式バルブであり、2方向において移動可能であり、各場合において磁石システム22および23を利用している。1つの磁石システム22はパイロット制御バルブ21を「オフ」方向に作動させ、他の磁石システム23はパイロット制御バルブ21を「オン」方向に作動させている。このことは以下にさらに詳細に説明されている。「オフ」は回路ブレーカのスイッチオフおよびピストンロッド17がシリンダ14内で後退していることを意味し、「オン」は回路ブレーカ12のスイッチオンおよびピストンロッド17が伸びていることを意味している。パイロット制御バルブ21は、第1ライン25を介して低圧リザーバ26に接続された第1接続ポート24を備えている。パイロット制御バルブ21は、第2ライン28を介して高圧リザーバ29もしくは高圧タンク、高圧ポンプ、またはそれに類似したものに接続された第2接続ポート27を備えている。第3接続ポート30は隣接した第3ライン31を備え、第3ラインは、同様に3/2方式バルブである主バルブ20の第1制御面F1に接続されている。
【0022】
主バルブ20は、パイロット制御バルブ21と類似した方式において、第4ライン33を介して同様に低圧リザーバ26に接続された第1接続ポート32を備えている。主制御バルブ20の第2接続ポート34に接続されたのは、高圧タンクもしくはリザーバ29に接続された第5ライン35である。主制御バルブ20の第3接続ポート36に接続されたのは、この接続ポートをピストン15の上流の空間18に接続した第6ラインである。第7ライン38はピストン15の下流の空間16を高圧リザーバ29に接続している。この場合、ここでは図1に図式化して示されたように、ライン28、35および38は結合ポイント40および41において互いに接続されており、ならびに高圧リザーバ29に接続されている。したがって、それらは高圧である。接続ポート36および34はいずれも返送ライン39および40aを介して第2制御面F2および第3制御面F3に接続されており、制御面F1、F2およびF3は以下の式によって関係付けられる。
F1>F2+F3
【0023】
これは、第1制御面F1の面積が第2制御面F2の面積および第3制御面F3の面積の和よりも大きいことを意味している。
【0024】
したがって、バルブ配列は以下のように作動する。
【0025】
図1に示された位置において、パイロット制御バルブ21は1つの磁石システム22を利用して「オフ」位置にあり、この位置において、ピストン15の上流の空間18はライン33および37を介して低圧リザーバ29に接続されており、したがって開放されている。パイロット制御バルブ21が接続ポート27および30を接続して通じるように設定されているので、高圧の制御圧力pxは第1制御面F1に負荷される。ピストン15の上流の空間18の流体圧を形成した供給圧力pzは低圧である。高圧は第3制御面F3に負荷され、一方で低圧は返送ライン39を介して第2制御面に負荷される。
【0026】
次いで、回路ブレーカ12がスイッチオンされると、ピストン15とピストンロッド17とは矢印P1の方向に移動され、これは図2に見られている。この目的のために、パイロット制御バルブ21は他の磁石システム23を利用して「オン」位置に切り替えられ、接続ポート30および24は切り替えられて通じ、したがって制御圧力pxは低圧となる。主制御バルブ20はここでは開放され、接続ポート36は接続ポート34に接続されて、高圧の高圧流体は、ここでは高圧の供給圧力pzとして、ピストン15の上流の空間18に供給される。ピストン15の下流の空間は恒久的に高圧下にあり、高圧タンク29に接続されている。ピストン15の上流と下流のピストン面の間の断面積の差によって、ピストン15とピストンロッド17とは矢印P1の方向において移動され、回路ブレーカ12はスイッチオンされる。制御圧力pxは低圧であり、供給圧力pzは高圧である。圧力pxとpzとはいずれも静的に逆転している。高圧の圧力pxがパイロット制御バルブ21の接続ポート30に負荷されたとき、第1制御面F1の圧力は同様に高圧となり、主制御バルブ20の接続ポート36における圧力pzは低圧となり、図2に示された位置においてはその逆となる。
【0027】
次いで、図3および4を参照すると、主制御バルブ20を構造的に改良した模式図が示されている。
【0028】
図3は主制御バルブを示しており、ここでは図3および4において参照符号50が付され、図1および2に従った主制御バルブ20の位置にある。
【0029】
図4による主制御バルブは、図2による主制御バルブを仮定した位置において示されている。
【0030】
単に図表の用語において、図3および4の主制御バルブ50はシリンダボディ51を備え、その中にはピストン52が受け入れられ、ピストンは前後に移動可能とされている。ピストン52は、対の端部に配置された2つの面取部54および55を備えた第1ピストンセクション53を備えている。第1ピストンセクション53は、そこに隣接して軸方向に伸びたウェブ56を備え、ウェブ56上には第2ピストンセクション57が一体的に形成されている。
【0031】
シリンダボディ51は、より内径の大きい第2シリンダセクション60内の径方向段差59を介して統合された第1シリンダセクション58を備え、第1シリンダセクション58の内面と、面取部または傾斜面54と、の間の端部は第1シールポイント61を形成している。第2シリンダセクション60の内径は第1シリンダセクション58の内径よりも大きい。
【0032】
第2シリンダセクション60はそこに隣接した第2径方向段差を備え、この段差は第3シリンダセクション63内に統合されている。第3シリンダセクション63と段差62との間にはエッジ64が設けられ、図4によればこの位置においてピストンは停止し、傾斜面または面取部55とともにシールポイント65を形成する。第3シリンダセクション63の内径は第2シリンダセクション58の内径よりも大きく、第2シリンダセクション60の内径よりも小さい。
【0033】
第4シリンダセクション66は第3シリンダセクション63に隣接している。シリンダボディ51は、第4シリンダセクションに隣接した底部67を備え、底部67は貫通オリフィス68を備えている。第2ピストンセクション57の外径は第4シリンダセクション66の内径に一致している。
【0034】
さらに、シリンダボディは径方向穴69および70を備えている。第1径方向穴69はシールポイント61と65との間に配置され、第2径方向穴70はシールポイント65と第2ピストンセクション57との間の領域内に存在している。
【0035】
第1ピストンセクション53の自由面52aはシールポイント61内に配置され、接続ポート34を介して、符号Pにより図示された高圧部に恒久的に接続されている。シールポイント61および65は円形である。
【0036】
第1径方向穴69は接続ポート36(図1および2参照)に対応しており、ピストンの上流の空間18に接続されている。第2径方向穴70は、この場合、接続ポート32(図1および2参照)に対応しており、符号Tにより特定された低圧タンクに恒久的に接続されている。第1径方向穴のピストン上流の空間18への接続は、符号Zにより示されている。図1および2に示された第2制御面F2は、例えばシールポイント65および61内の領域の差によって、図3によるピストン内に形成され、一方で、図1および2に示された第3制御面F3は、シールポイント61の領域によって形成されている。返送ライン39および40aは主制御バルブ50内に統合され、専用のライン経路を形成していない。これらの返送ライン39および40aは図1および2に示されており、どのように回路時配列が作動するかを明確にしている。
【0037】
図3図1によるピストン内における主制御バルブを示している。この場合、高圧は貫通オリフィス68に面したピストンセクション57の面に負荷され、この面は第1制御面F1に相当する。確かに、高圧は同様に第1ピストンセクション53の面52aに負荷される。しかしながら、貫通オリフィス68に面したピストンセクション57のその面は高圧に暴露される面52aよりも大きいので、ピストン52は矢印P2の方向に恒久的に押圧され、結果的にシールポイント61は閉鎖される。ピストン15の上流の空間18は第1径方向穴69および第2径方向穴70を介して低圧となっている。
【0038】
逆戻りした後、すなわち図2から明確なように、低圧が、ピストン52もしくは貫通オリフィス68に面した第2ピストンセクション57の面に対応した第1制御面F1に負荷されたとき、次いでピストン52は面52を介して矢印P2の方向と反対に押圧され、シールポイント65が閉鎖される。次いで、開放されたシールポイント61を介した経路は高圧のために開放され、高圧はピストン52の上流の空間18に供給される。この結果、図2に示されたように、ピストンロッド17はシリンダ14の外側に伸び、回路ブレーカ12は閉じられる。
【0039】
本発明による改良において、主バルブステージとパイロットバルブステージとはいずれも独立して圧力を保持し、一方のバルブもしくは他方のバルブの漏れは望まれない切り替え動作を引き起こさない。
【符号の説明】
【0040】
10 ・・・バルブ(回路)配列、 11 ・・・可動接点、 12 ・・・高圧回路ブレーカ、 13 ・・・ピストン/シリンダ配列、 14 ・・・シリンダ、 15,52 ・・・ピストン、 16 ・・・空間、 17 ・・・ピストンロッド、 18 ・・・空間、 20,50 ・・・主制御バルブ、 21 ・・・パイロット制御バルブ、 22,23 ・・・磁石システム、 24 ・・・第1接続ポート、 25 ・・・第1ライン、 26 ・・・低圧リザーバ、 27 ・・・第2接続ポート、 28 ・・・第2ライン、 29 ・・・高圧リザーバ、 30 ・・・第3接続ポート、 31 ・・・第3ライン、 32 ・・・第1接続ポート、 33 ・・・第4ライン、 34 ・・・第2接続ポート、 35 ・・・第5ライン、 36 ・・・第3接続ポート、 37 ・・・第6ライン、 38 ・・・第7ライン、 39,40a ・・・返送ライン、 40,41 ・・・結合ポイント、 51 ・・・シリンダボディ、 53 ・・・第1ピストンセクション、 54,55 ・・・面取部、 56 ・・・ウェブ、 57 ・・・第2ピストンセクション、 58 ・・・第1シリンダセクション、 59,62 ・・・径方向段差、 60 ・・・第2シリンダセクション、 61 ・・・第1シールポイント、 63 ・・・第3シリンダセクション、 65 ・・・シールポイント、 66 ・・・第4シリンダセクション、 67 ・・・底部、 68 ・・・貫通オリフィス、 69 ・・・第1径方向穴、 70 ・・・第2径方向穴
図1
図2
図3
図4