CN108603520A - 用于高电压或中等电压功率开关的活塞缸装置的液压控制的两级式阀装置 - Google Patents

Abstract

用于功率开关（7）的活塞缸的液压控制的阀装置包含具有第一主阀（31）和第二主阀（32）的主级以及具有至少一个预控制阀（3，4）的预控制级。为了在压力波动的情况下也能够实现所述第一主阀（31）可靠地保留在打开状态中，第一主阀具有总共四个控制面，其中，第二（F5）和第三（F6）控制面起关闭作用并且第四控制面（F7）起打开作用。在此，第二控制面（F5）连接到高压管路（P）上，第三控制面（F6）连接到低压管路（T）上，并且第四控制面（F7）与第一主阀（31）的输出侧阀连接端（35）连接。起打开作用的控制面（F4，F7）与起关闭作用的（F5，F6）控制面的大小比例选择成，使得在第一主阀（31）的打开状态中，起打开作用的合成力保持。

Description

用于高电压或中等电压功率开关的活塞缸装置的液压控制的 两级式阀装置

技术领域

本发明涉及借助阀装置进行活塞缸装置的液压控制的领域，其中，阀装置属于用于操纵高电压或中等电压功率开关的驱动装置。基于液压***和机械装置的共同作用，驱动装置也称作混合机械式驱动装置。高电压在此理解为高于50kV的电压范围，而在1kV和50kV之间的范围视为中等电压。

背景技术

由EP 2 234 135 B1以及DE 10 2009 053 901 B3分别已知用于操纵液压驱动装置的活塞的两级式阀装置，其中，液压式驱动装置被设置用于操纵高电压功率开关。阀级包括预控制级和主级。

EP 2 234 135 B1的阀装置由作为预控制阀的3/2切换阀以及作为主阀的两个2/2切换阀组成，而在DE 10 2009 053 901 B3的阀装置中同样存在作为主阀的两个2/2切换阀，然而3/2切换预控制阀的功能通过作为预控制阀的两个2/2切换阀来执行。

在图1中示出EP 2 234 135 B1的阀装置连同通过阀装置控制的活塞缸装置以及待操纵的高电压功率开关7。阀装置和活塞缸装置共同属于用于操纵高电压功率开关的液压驱动装置。

在预控制阀11的第一位置中，释放从高压存储器9经由第一主阀1至位于缸12之内和活塞6之上的空间10的路径，也即处于高压下的流体被提供给位于活塞6之上的空间10，使得闭合高电压功率开关7。流体通常通过液压油构成。在预控制阀11的第二位置中，空间10通过第二主阀2与低压油箱8连接，也即使活塞6之上的空间10释放压力，由此，活塞6往回运动并且断开高电压功率开关7。

在图2中可以看出DE 10 2009 053 901 B3的替代的阀装置，又连同液压驱动装置的活塞缸装置（6，12）以及待操纵的开关7。与图1相同的元件具有相同的附图标记，并且阀装置的基本工作方式与上面针对图1相同地描述。

图2的第一和第二预控制阀3和4实施为可电操纵的和弹簧复位的NC阀。通过技术上引起的弹簧复位，在开关之后始终到达以下状况，在预控制区域中、即在预控制级的液压区域中产生所包围的油体积，该油体积负责对于直至下一开关过程的持续时间内主级的第一主阀1的和第二主阀2的正确定位。

然而，预控制级的2/2切换阀3和4绝不是完全无泄漏的。视开关位置而定，现在，预控制阀3和4上的内部泄漏可能导致所不期望的压力形成和压力消失，这可以不利于主阀1和2的正确定位。在DE 10 2009 053 901 B3中通过以下方式来解决该问题，即在预控制区域、即液压区域——在其中包围有油——和主控制区域、即驱动主活塞6的区域之间装入小的遮板或节流阀5。具体地，节流阀5位于预控制阀3、4的与主阀1、2的控制输入端连接的输出侧X和主阀1、2的与活塞缸装置（6，12）的空间10连接的输出侧Z之间。

在EP 2933816 A1中提出，替代节流阀地，使用切换阀，更确切地说，以以下方式，即该切换阀在预先定义的体积流以内或在预先定义的压力差以内能够实现通路并且在该预先定义的体积流或该预先定义的压力差以上将连接到该阀的两个压力管路相互分离。在此，液压阀在两个体积流方向上相同地有效。

关于由DE 10 2009 053 B3已知的阀装置（图2），现在发现以下缺点：第一主阀1具有三个控制面F1、F2、F3，其具有面积关系：F1=F2+F3。在此，F1对于第一主阀1打开起作用，并且F2和F3起关闭作用。如果打开第一主阀1，则闭合、也即接通高电压功率开关7。

在该接通过程结束之后，相同的压力，更确切地说，高压作用于第一主阀1的所有三个控制面F1、F2、F3上。由于第一控制面F1的大小与第二控制面F2和第三控制面F3的大小总和相同，于是在第一主阀1的打开和关闭的方向上的力平衡。第一主阀1在该状态、即高电压功率开关7的静止的接通状态中仅仅通过与作用的压力相比相对弱的弹簧锁止装置13来保持打开。在此，第二控制面F2经受以下压力，该压力在值得一提的部分上与液压油的流动相关。

因为实际上作用的压力与第一主阀1的真实存在的穿流相关，所以发生：控制面F1、F2和F3的力之间的力关系不再平衡，而是有时改变成，使得通过第二控制面F2产生的力增加。由此，由第一控制面F1产生的打开力比第二和第三控制面F2和F3的关闭力的总和更小，并且第一主阀1关闭。由此改变的流动因此虽然又降低通过第二控制面F2作用的关闭力，使得第一主阀1又处于平衡中。然而，力平衡不引起第一主阀1的重新打开，而是保持在当前的关闭状态中。第一主阀1的这种停留在关闭位置中在高电压功率开关7同时接通状态的情况下不是值得期望的，因为这基于控制线路与高压存储器9的分离而阻止在主阀1和2之间的控制区域中的泄漏平衡。这可能导致，或者基于X区域中的泄漏而发生所不期望的打开和因此高电压功率开关7的关断，或者甚至基于在Z区域中的泄漏而发生所不期望的缓慢进行的关断。两者是混合机械式驱动装置的决定性的故障功能。

如果又在高电压功率开关7的接通过程期间在第二控制面F2上出现流动改变，则该接通过程显著放慢。这样的缓慢接通同样分级为混合机械式驱动装置的决定性的功能故障。

发明内容

本发明的任务是，说明一种用于高电压或中等电压功率开关的活塞缸装置的液压控制的阀装置，借助所述阀装置可以消除高电压功率开关的所不期望的或缓慢的关断或缓慢接通的上述问题。

根据本发明，所述任务通过权利要求1的特征来解决。

在此，从根据图1或2的用于高电压或中等电压功率开关的缸中的活塞的液压控制的已知两级式阀装置出发，所述两级式阀装置包括：具有作为2/2切换阀实施的第一主阀和作为2/2切换阀实施的第二主阀的主级，其中，引导在阀装置的运行状态中处于高压下的流体的高压管路（P）直接与第一主阀的输入侧阀连接端连接，并且其中，引导处于低压下的流体的低压管路直接与第二主阀的输入侧阀连接端连接；以及

具有至少一个预控制阀的预控制级，所述预控制级在输入侧具有两个连接端，其中，所述连接端中的一个与所述高压管路连接，而所述连接端中的另一个与所述低压管路连接，其中，

第一主阀的输出侧阀连接端和第二主阀的输出侧阀连接端相互地并且与位于活塞的一侧的空间液压式连接，

所述预控制级的液压式预控制输出端不仅与所述第一主阀的起打开作用的第一控制面而且与所述第二主阀的起关闭作用的第一控制面连接，

所述预控制级在所述至少一个预控制阀的第一位置中建立所述高压管路和所述液压式预控制输出端之间的连接，由此，作用于主阀的第一控制面的高压引起所述第一主阀的打开和所述第二主阀的关闭，使得给位于活塞的一侧的空间提供处于高压下的流体，并且

所述预控制级在所述至少一个预控制阀的第二位置中建立所述低压管路和所述液压式预控制输出端之间的连接，由此，作用于主阀的第一控制面的低压引起所述第一主阀的关闭和所述第二主阀的打开，使得从位于活塞的一侧的空间中沿低压管路方向导走流体。

根据本发明，第一主阀具有总共四个控制面、即除了主阀的第一控制面之外还具有三个另外的控制面，其中，第一主阀的第二和第三控制面起关闭作用并且第一主阀的第四控制面起打开作用。在此，第一主阀的第二控制面连接到高压管路上，第一主阀的第三控制面连接到低压管路上；并且第一主阀的第四控制面与第一主阀的输出侧阀连接端连接。

所述第一主阀的起打开作用的控制面与起关闭作用的控制面的大小比例在此表现成，使得在所述第一主阀的打开状态中，起打开作用的合成力保持。后者与根据图2的已知的构型相反，在该构型中，在达到第一主阀1的打开状态之后，发生在第一主阀上的起打开作用和起关闭作用的力之间的力平衡，使得压力波动可能导致所不期望的关闭。

换言之，本发明的第一主阀现在包括四个、而不是已知的三个控制面或作用面。四个控制面中，两个起关闭作用并且两个起打开作用。附加地，起关闭作用的控制面中的一个与低压管路持久地连接并且此外与低压油箱连接。起打开作用的控制面的大小在此相对于起关闭作用的控制面的大小被选择成，使得第一主阀即使在压力波动的情况下也可靠地保持在打开状态中。

在一种构型中，所述第一主阀的第一控制面的大小和所述第一主阀的第四控制面的大小的总和大于所述第一主阀的第二控制面的大小，其中，在一种特别优选的构型中，所述第一主阀的第一控制面的大小和所述第一主阀的第四控制面的大小的总和恰恰与所述第一主阀的第二控制面的大小和所述第一主阀的第三控制面的大小的总和一样大。因为第三控制面持久地与低压管路连接，所以在第一主阀的打开状态中，仅仅第一、第二和第四控制面位于高压上。如果应该在直接与高压管路连接的第二控制面上出现所不期望的压力增加，则一起更大的并且在此尤其增大第三控制面的大小的量值的第一和第四控制面的打开作用足以避免第一主阀的所不期望的关闭。

在另一个构型中，所述第一主阀的第二控制面至少与所述第一主阀的第四控制面一样大。通过这种方式确保：第二控制面的关闭作用足以直接在施加低压到第一控制面上之后克服第四控制面的打开作用并且开始第一主阀的关闭。

在另一种实施中，所述第二主阀配备有基于弹簧力的锁止装置，所述锁止装置在所述第二主阀的打开状态中锁止。通过这种方式确保：如果第二主阀完全无压力，则第二主阀在高电压功率开关关断之后也保留在打开状态中。这种所期望的行为也称作开关位置记忆。在不存在的锁止装置的情况下，第二主阀在其他情况下通过在阀中存在的复位弹簧来自动关闭。

在另一种构型中，所述第一主阀和/或所述第二主阀配备有手动的复位可能性，也即可手动操纵的复位可能性。通过这种方式，消除了根据图1或图2的已知的阀装置的缺点，该缺点与运输相关联地、例如在功率开关驱动装置交付时可能出现。在运输期间，整个两级式阀装置处于无压力的状态中，因此两个主阀仅仅通过其自身的弹簧锁止装置或复位弹簧来保持在相应的开关位置中。如果主阀中的一个或两个要进入中间位置中，例如通过振动或冲击负荷触发，则可能出现以下状况：两个主阀同时可通过。在这种情况下，两级式阀装置和因此驱动装置不能够再运行，因为不能够形成压力。代替于此地，泵将仅仅在循环中输送流体——其通常为液压油，因为主阀将允许从高压管路至低压管路、也即从实际的高压区域到低压油箱中的直接通流。

借助手动的复位可能性，现在又可以将有关由振动引起的变换位置的主阀带回到其初始位置中，使得能够不受阻碍地进行开始运转。

附图说明

根据在另外的附图中示出的实施例应详细描述本发明和其可能的构型。

其中：

图1示出用于操纵活塞和因此高电压功率开关的已知的第一两级式阀装置；

图2示出具有用于导走泄漏流的遮板的已知的第二两级式阀装置；

图3示出根据本发明的第三两级式阀装置；

图4示出图3中的第一主阀的一种实施；

图5示出图3中的第二主阀的一种实施。

具体实施方式

图3示出根据本发明的两级式阀装置的一种可能的实施。两级式阀装置用于高电压或中等电压功率开关7的缸12中的活塞6的液压控制。两级式阀装置在此包括具有称作第一主阀31和第二主阀32的两个2/2切换阀的主级以及具有称作第一预控制阀3和第二预控制阀4的两个2/2切换阀的预控制级。相同的附图标记在此用于与图1和2一致的元件。

引导处于高压下的流体的高压管路P直接与第一主阀31的输入侧阀连接端33连接并且由高压存储器9馈送。流体优选是液压油，但例如也可以是压力空气。低压管路T直接与第二主阀32的输入侧阀连接端34连接，其中，低压管路T引导处于低压下的流体并且与低压油箱8连接。

预控制级在输入侧具有两个连接端，其中，所述连接端中的一个，更确切地说，第一预控制阀3的输入侧连接端37与高压管路P连接，并且其中，所述连接端中的另一个、即第二预控制阀4的输入侧连接端38与低压管路T连接。

第一主阀31的输出侧阀连接端35和第二主阀32的输出侧阀连接端36相互连接在液压的连接节点Z上并且此外与位于活塞6一侧的空间10连接，也即主阀31、32的输出侧阀连接端35、36直接馈入到空间10中。

预控制级具有液压式预控制输出端X，所述液压式预控制输出端分别与第一和第二预控制阀3、4的输出侧连接端连接。预控制输出端X又与第一主阀31的起打开作用的第一控制面F4并且与第二主阀32的起关闭作用的第一控制面F8连接。

在预控制阀3、4的第一位置中，预控制级建立高压管路P与液压式预控制输出端X之间的连接。在该第一位置中，第一预控制阀3打开并且第二预控制阀4关闭。接着作用于主阀31、32的第一控制面F4、F8上的高压引起第一主阀31的打开和第二主阀32的关闭，使得给位于活塞6一侧的空间10提供处于高压下的流体，由此，接通、即闭合高电压或中等电压功率开关7。

预控制级在预控制阀3、4的第二位置中建立低压管路T与液压式预控制输出端X之间的连接。在该第二位置中，第一预控制阀3关闭并且第二预控制阀4打开。接着作用于主阀31、32的第一控制面F4、F8上的低压引起第一主阀31的关闭和第二主阀32的打开，使得从位于所述活塞6一侧的空间10中沿低压管路T方向导走流体，这导致高电压或中等电压功率开关7的关断、即断开。

根据本发明，第一主阀31具有三个另外的控制面，如也可以从示出第一主阀31的一种可能的实施的图4得出。除了第一主阀的起打开作用的第一控制面F4之外，还存在第一主阀的第二和第三控制面，F5和F6，它们两者起关闭作用。第一主阀的第四控制面F7又起打开作用。

第一主阀的第二控制面F5在两级式阀装置内连接到高压管路P上；第一主阀的第三控制面F6连接到低压管路T上，并且第一主阀的第四控制面F7与第一主阀31的输出侧阀连接端35连接。

根据本发明，所述第一主阀的起打开作用的控制面F4和F7与起关闭作用的控制面F5和F6的大小比例表现成，使得在所述第一主阀的打开状态中，起打开作用的合成力保持，使得即使在高压管路P中应该发生压力波动，第一主阀31也可靠地保留在打开状态中。

下面，第一主阀的第一控制面F4的面积大小以AF4表示，并且类似地，第一主阀的其余控制面F5、F6、F7的面积大小以AF5、AF6和AF7表示。在根据图4的实施中，面积大小AF4、AF5、AF6和AF7选择成，使得所述第一主阀的第一（AF4）控制面的大小和所述第一主阀的第四（AF7）控制面的大小的总和恰恰与所述第一主阀的第二（AF5）控制面的大小和所述第一主阀的第三（AF6）控制面的大小的总和一样大，即AF4+AF7=AF5+AF6。因此，也同时满足以下条件：第一主阀的第一（AF4）控制面的大小和第四（AF7）控制面的大小的总和大于第二控制面（AF5）的大小，即AF4+AF7>AF5。此外，所述第一主阀的第二控制面至少与所述第一主阀的第四控制面一样大，即AF5≥AF7。在根据图4的构型中，通过第一大小比例确保，在第一主阀31的打开状态中，当在第一（F4）、第二（F5）和第四（F7）控制面上存在高压，在第二控制面F5上的压力的非预期的增大不导致第一主阀的所不期望的关闭。最后的大小比例负责，在第一主阀31的期望的关闭过程开始时，当在第一控制面F4上从高压切换到低压上时，在第二控制面F5上的高压足以用于开始关闭过程。

如在图3和4中示出的那样，第一主阀31此外具有基于弹簧力的锁止装置40，该锁止装置负责：第一主阀31在打开状态中尽可能可靠地保持直至足够大的关闭力相反地作用。

此外，第一主阀31配备有手动的复位可能性42，借助其，第一主阀在由运输引起的变换位置之后又可以进入到关闭状态中。

在图5中示出第二主阀32的一种可能的构型。第二主阀具有总共三个控制面，即除了第一控制面F8之外还具有第二主阀的第二控制面F9以及第二主阀的第三控制面F10。在根据图3的两级式阀装置中，第二主阀的第二控制面F9连接到低压管路T上，并且第二主阀的第三控制面F10与第二主阀32的输出侧阀连接端36连接。

第二主阀32也配备有基于弹簧力的锁止装置39，所述锁止装置在第二主阀的打开状态中锁止。该基于弹簧力的锁止装置39在此尤其反作用于复位弹簧41的力影响，使得通过这种方式可以实现开关位置记忆，也即第二主阀在高电压或中等电压功率开关7关断之后、当第二主阀完全无压力时，也保持在打开的状态中。

复位弹簧41在图5的第二主阀32中还通过手动的复位可能性42补充，使得第二主阀也在由运输引起的变换位置和锁止装置39的所不期望的锁止之后又可以进入到关闭状态中。

Claims (8)

1. 一种用于在高电压或中等电压功率开关（7）的缸（12）中的活塞（6）的液压控制的两级式阀装置，所述两级式阀装置包括：

具有作为2/2切换阀实施的第一主阀（31）和作为2/2切换阀实施的第二主阀（32）的主级，其中，引导处于高压下的流体的高压管路（P）直接与第一主阀（31）的输入侧阀连接端（33）连接，并且其中，引导处于低压下的流体的低压管路（T）直接与所述第二主阀（32）的输入侧阀连接端（34）连接，以及

具有至少一个预控制阀（3，4）的预控制级，所述预控制级在输入侧具有两个连接端（37，38），其中，所述两个连接端（37）中的一个与所述高压管路（P）连接，而两个连接端（38）中的另一个与所述低压管路（T）连接，其中，

所述第一主阀（31）的输出侧阀连接端（35）和所述第二主阀（32）的输出侧阀连接端（36）相互（Z）地并且与位于所述活塞（6）一侧的空间（10）液压式连接，

所述预控制级的液压式预控制输出端（X）不仅与所述第一主阀（31）的起打开作用的第一控制面（F4）而且与所述第二主阀（32）的起关闭作用的第一控制面（F8）连接，

所述预控制级在所述至少一个预控制阀（3，4）的第一位置中建立所述高压管路（P）和所述液压式预控制输出端（X）之间的连接，由此，作用于所述第一主阀（31）的第一控制面（F4）和所述第二主阀（32）的第一控制面（F8）上的高压引起所述第一主阀（31）的打开和所述第二主阀（32）的关闭，使得给位于所述活塞（6）一侧的所述空间（10）提供处于高压下的流体，并且

所述预控制级在所述至少一个预控制阀（3，4）的第二位置中建立所述低压管路（T）和所述液压式预控制输出端（X）之间的连接，由此，作用于所述第一主阀（31）的第一控制面（F4）和所述第二主阀（32）的第一控制面（F8）上的低压引起所述第一主阀（31）的关闭和所述第二主阀（32）的打开，使得从位于所述活塞（6）一侧的所述空间（10）沿低压管路（T）方向导出流体，

其特征在于，

第一主阀（31）具有三个另外的控制面（F5，F6，F7），其中，所述第一主阀（31）的第二控制面（F5）和所述第一主阀（31）的第三控制面（F6）起关闭作用并且所述第一主阀（31）的第四控制面（F7）起打开作用，其中，

所述第一主阀（31）的第二控制面（F5）连接到所述高压管路（P）上，

所述第一主阀（31）的第三控制面（F6）连接到所述低压管路（T）上，

所述第一主阀（31）的第四控制面（F7）与所述第一主阀（31）的输出侧阀连接端（35）连接，以及

所述第一主阀（31）的起打开作用的控制面（F4，F7）与所述第一主阀（31）的起关闭作用的控制面（F5，F6）的大小比例表现成，使得在所述第一主阀（31）的打开状态中，起打开作用的合成力保持。

2.根据权利要求1所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第一主阀（31）的第一控制面（AF4）的面积大小和所述第一主阀（31）的第四控制面（AF7）的面积大小的总和大于所述第一主阀（31）的第二控制面（AF5）的面积大小。

3.根据权利要求2所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第一主阀（31）的第一控制面（AF4）的面积大小和所述第一主阀（31）的第四控制面（AF7）的面积大小的总和恰恰与所述第一主阀（31）的第二控制面（AF5）的面积大小和所述第一主阀（31）的第三控制面（AF6）的面积大小的总和一样大。

4.根据以上权利要求中任一项所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第一主阀（31）的第二控制面（AF5）至少与所述第一主阀（31）的第四控制面（AF7）一样大。

5.根据以上权利要求中任一项所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第二主阀（32）配备有基于弹簧力的锁止装置（39），所述锁止装置在所述第二主阀（32）的打开状态中锁止。

6.根据以上权利要求中任一项所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第一主阀（31）和/或所述第二主阀（32）配备有手动的复位可能性（42，43）。

7.根据以上权利要求中任一项所述的两级式阀装置，其特征在于，所述第二主阀（32）具有两个另外的控制面（F9，F10），其中，所述第二主阀（32）的第二控制面（F9）连接到所述低压管路（T）上，并且所述第二主阀（32）的第三控制面（F10）与所述第二主阀（32）的输出侧阀连接端（36）连接。

8.根据以上权利要求中任一项所述的两级式阀装置，其特征在于，所述预控制级包含两个2/2切换阀作为预控制阀（3，4）。