JP5950908B2 - 主流路と少なくとも１つの流路との間における貫流を制御する弁装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つの主流路と少なくとも１つの流路との間における貫流を制御する弁装置及び方法、並びに弁装置の使用に関する。

従来技術に基づいて、種々様々な弁装置が公知である。例えば、ＤＩＮ ＩＳＯ ７３６８に基づくスリップイン・カートリッジ・バルブを有する弁装置が公知である。このような弁装置は、ＤＥ１０２００８０５９０５８Ｂ３に示されている。この場合特に、主流路から弁ピストンの端面に作用する作業圧の影響は、同様に作業圧によって負荷される、相応に逆向きの相殺面によって、補償もしくは相殺される。図示された弁装置は、弁の開放程度に対する推定又は弁ピストンの位置に対する推定を可能にする。

ＥＰ０８２８９４５Ｂ１に示された弁装置は、作業圧の相殺に加えて、弁ピストンの位置の直接的な測定をも可能にする。例えば弁ピストンの、主接続部とは反対側の端部に、距離測定システムと共働する測定ロッドが固定されている。しかしながらこのような測定ロッドは、弁カバーに可動に支持されて配置されていなくてはならないので、距離測定システムは常に作業圧によって負荷されねばならない。経験的に公知の距離測定システムは、最大４２０バールの運転圧を上回らない値に制限されている。従って弁装置の作業圧もまたこのような値に制限されている。

ゆえに本発明の課題は、従来技術における欠点を解消することである。特に弁装置は、４２０バールを上回る流路における作業圧のためにも使用することができ、汎用の距離測定システム、特に、直線的に可変の変位トランスデューサ（ＬＶＤＴ）を備えた距離測定システムと組み合わせることができる弁装置を提供することである。

この課題を解決するために、本発明の構成では請求項１の記載のように、すなわち、弁ブロック及び／又はハウジングカバーの孔内において１つの閉鎖位置と少なくとも１つの開放位置との間で可動に配置された円筒形の弁ピストンを備える、１つの主流路と少なくとも１つの流路との間における貫流を制御する弁装置において、１つのリング室が、前記弁ピストンと前記弁ブロック及び／又は前記ハウジングカバーとの間に配置され、前記リング室は、前記主流路に通じる貫流可能な接続路を有するようにした。

本発明の別の実施態様は、従属請求項に記載されている。

１つの主流路と少なくとも１つの流路との間における貫流を制御する本発明による弁装置は、円筒形の弁ピストンを有し、該弁ピストンは、弁ブロック及び／又はハウジングカバーの孔内において１つの閉鎖位置と少なくとも１つの開放位置との間で可動に配置されている。弁ピストンと弁ブロック及び／又はハウジングカバーとの間には、リング室が配置されている。このリング室は、主流路に通じる貫流可能な接続路を有する。

１つのリング室と主通路に通じる接続路とを備える弁装置の構成によって、主通路の圧力によって弁ピストンに作用する力を、相殺することができる。

前記リング室は、前記弁ピストンに相殺面を有し、該相殺面の寸法は、前記弁ピストンの、前記主流路に対して配設された有効横断面の寸法にほぼ相当している。この場合相殺面は、規定通りの使用時に、前記主流路から前記相殺面に対して作用する圧力が、前記有効横断面に対して作用する圧力の方向とは逆方向に作用するように、配置されている。

相殺面と有効横断面とがほぼ同じ寸法を有していると、弁ピストンがほぼ力なしで、閉鎖位置と開放位置との間において運動できることを、保証することができる。有効横断面と弁ピストンの相殺面との両方に、液圧接続部を介して、主流路の圧力が作用している。相殺面の適宜な構成によって、相殺面と有効横断面との間における力のバランスを得ることができる。

前記弁ピストン前記有効横断面とは逆向きの端面によって形成される端部室が、流路から液圧的に遮断されていてよい。このような遮断には次のような利点がある。すなわちこのように遮断されていると、前記端面に例えば測定システムを接続することができ、この測定システムは、極めて敏感であり、流路に存在する高い圧力に対抗することができない。そしてこれにより、弁ピストンの位置の確実な距離測定もしくは認識が可能になる。

距離測定システムは、弁ピストンの端面に配置されていてよい。このような距離測定システムは、これにより、流路の作業圧から簡単に無関係となる。

相殺面は、有効横断面よりも小さくてよい。相殺面は好ましくは、該相殺面が、制御縁のリング間隙において作用する流れ力を小さな弁開放時に相殺するように、形成されている。これによって、このような弁装置の振動傾向が減じられる。

弁ピストンを組み込むために、連続した弁スリーブが使用されるのではなく、弁スリーブが流路の領域において分離されている場合、特に流れ方向において制御縁の後方に流れ抵抗を有しない場合には、貫流出力を高めることができる。そして所望の弁貫流量を、より小型の、ゆえにより動的な弁装置によって、得ることができる。例えば、連続的な弁スリーブを有する公称幅ＮＧ５０の汎用の弁装置では、連続していない弁スリーブを使用するだけで、貫流出力を損なうことなしに、公称幅をＮＧ４０に減じることができる。このような使用によって、特に、短縮された調節時間を有する調整弁を実現することができる。択一的に、弁ピストンを弁ブロック内に直に組み込むことも可能である。

前記弁ピストンはその円筒体周面に複数の段部を有し、これによって複数のリング室を、前記弁ピストンと前記弁ブロック及び／又は前記ハウジングカバーとの間に形成することができる。これらの付加的な段部もしくはリング室によって、弁ピストンは例えばその位置を制御することができる。

本発明による弁装置の別の態様では、弁装置の第１のリング室又は第２のリング室は、閉鎖位置と開放位置との間において前記弁ピストンを制御するために、パイロット弁に接続されている、又は接続可能である。第２のリング室の代わりに、前記端部室が、前記弁ピストンを制御するために、パイロット弁に接続されている、又は接続可能である態様も可能である。しかしながらまた、端部室と第２のリング室の両方が、弁ピストンを制御するために、パイロット弁に接続されている、又は接続可能である態様も可能である。既に述べたように、弁ピストンの運動を制御するためには、単に小さな力しか必要なく、それというのは、主流路における圧力に起因して弁ピストンの有効横断面に対して作用する力は、相殺面に対して作用する同じ圧力によって相殺されるからである。これによって弁ピストンは、第１又は第２のリング室もしくは第１のリング室又は端部室における相応な制御圧の作用によって、極めて迅速に移動することができる。そしてこれにより、極めて動的な切換え動作が可能になる。

この場合好ましくは、前記端部室は、ほぼ無圧で又は最高でも前記パイロット弁の制御圧によって負荷されている。端部室が流路から遮断されていて、構成に応じて、完全に無圧に又は最高でもパイロット弁の制御圧によって負荷されていることによって、流路の高い圧力に耐える必要がない距離測定システムを使用することができる。さらに、パイロット弁の制御圧によって端部室を圧力負荷する場合、圧力は、端面の直径を変化させることによって、この圧力が距離測定システムの運転圧を上回らないように、調節することができる。これにより、安価な距離測定システムを使用することができる。汎用の距離測定システムは、約４２０バールまでの最大運転圧しか許さない。つまり本発明による弁装置によって、距離測定システムの許容運転圧の数倍の、流路における圧力をも調整することが可能になる。

本発明はさらに、上に述べた弁装置を用いて、流体の流れを制御及び／又は調整する方法に関する。

本発明はさらにまた、弁における流体の流れを制御及び／又は調整するための、上に述べた弁装置の使用にも関する。

本発明はさらに、距離測定システムが設けられていて、該距離測定システムは許容最大運転圧を有し、該距離測定システムの許容最大運転圧を上回る圧力を有する流体の流れに、前記距離測定システムは、位置している、上に述べた弁装置の使用に関する。

この場合、前記距離測定システムは、３５０バールまでの、特に４００バールまでの、好ましくは４５０バールまでの最大運転圧を有するＬＶＤＴ距離測定システムである。ＬＶＤＴ距離測定システムの代わりに、他の距離測定システム、例えば、高い分解能を有する微分式又は容量式の距離測定システムを使用することも可能である。この場合アナログ式又はデジタル式の距離測定システムを使用することができる。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

３ウエイのスリップイン・カートリッジ・バルブとして形成された本発明による弁装置を、弁スリーブなしで示す断面図である。 ３ウエイバルブとして形成された本発明による弁装置の別の実施形態を、弁スリーブなしで示す断面図である。 ２ウエイバルブとして形成された本発明による弁装置を、連続していない弁スリーブと共に示す断面図である。 ３ウエイバルブとして形成された本発明による弁装置を、連続していない弁スリーブと共に示す断面図である。

図１には、３ウエイのスリップイン・カートリッジ・バルブ（3-Wege-Einbauventil）として形成された本発明による弁装置が、弁スリーブなしで示されている。弁ピストン５は、弁ブロック１の貫通孔内に配置されている。この場合弁ピストン５は実質的に、片側において閉鎖された中空円筒体である。弁ピストン５の開放端部は、弁ブロック１内に配置されている。弁ピストン５の閉鎖端部は、弁ブロック１から突出していて、ハウジングカバー２内に収容される。弁ブロック１は、貫通孔に対して横方向に２つの横孔を有し、両横孔は、弁装置において流路１９，２０として働く。

図示の位置において弁装置は閉鎖されており、つまり主流路１８は、両流路１９，２０から弁ピストン５によって隔てられている。弁ピストン５がさらに弁ブロック１内に移動させられると、弁ピストン５の開口３１は流路２０に向かって移動し、主流路１８から流路２０への貫流を可能にする。流路２０の貫通孔に対する、弁ピストン５もしくは制御縁１６の位置に応じて、貫流を調整することができる。この場合流路１９は主流路１８から切り離されたままである。弁ピストン５が逆方向に移動させられると、主流路１８から流路１９への貫流部が開放される。この貫流もまた同様に、弁ピストン５もしくは制御縁１７の位置によって調整することができる。しかしながらこの場合流路２０は、閉鎖されたままである。

弁ピストン５はその外側に複数の段部１０，１３，２１を有しており、これらの段部１０，１３，２１は、ハウジングカバー２の相応な構成と相俟って、リング室１２，１５，２３を形成している。リング室１２，１５は弁ピストン５を制御するために働く。相応にこれらのリング室１２，１５は、パイロット弁８に接続されており、このパイロット弁８は、制御面１１，１４に対する相応な制御圧の作用によって弁ピストン５の移動を制御する。弁ピストン５の移動を可能な限り小さな制御圧で可能にするために、リング室２３は液圧接続部２５を介して主流路１８に接続されている。この液圧接続部２５は、リング室２３における圧力が、主流路１８における圧力に相当することを保証している。弁ピストン５の有効横断面２４，２４′，２４′′に対して作用する圧力によって生ぜしめられる力は、相殺面２２に作用する、リング室２３における同じ圧力によって、相殺することができる。相殺面２２及び相応に段部２１はこの場合、この相殺面２２が有効横断面２４，２４′，２４′′よりも幾分小さいように、寸法設定されている。このように構成されていると、弁開口が小さい場合に、制御縁１６，１７のリング間隙において作用する流れ力に起因する、弁ピストン５の振動傾向が、減じられる。有効横断面は、弁ピストン５の端部におけるリング面２４と、弁ピストン５の内部における第１の段部におけるリング面２４′と、端面２６のちょうど反対側に位置する面２４′′とから成っている。

弁ピストン５の閉鎖端部には、弁ピストン５とハウジングカバー２との間に、端部室２７が形成される。この端部室２７は、弁ピストン５の移動を可能にするために、空気抜き部２８を有しているか、又はタンクと無圧で接続されている。弁ピストン５の端面２６には、測定ロッド６が配置されており、この測定ロッド６は距離測定システム７に接続されている。通常、距離測定は差動変圧器（ＬＶＤＴ）を用いて行われるが、しかしながら他の距離測定システム、例えば微分式又は容量式の距離測定システムを使用することもできる。端部室２７が流路１８，１９，２０の作業圧及びパイロット弁８の制御圧から徹底して切り離されていることによって、端部室２７は完全に無圧である。従って距離測定システム７は、その運転圧に関して特殊な要求を満たす必要がなく、相応に好適に構成することができる。また相応に、作業圧を調整する弁装置も、距離測定システムの最大許容運転圧とは無関係に独立して運転することができる。

図２には、３ウエイバルブ（3-Wege-Ventil）として形成された本発明による弁装置の別の実施形態が、弁スリーブなしで略示されている。この実施形態では、図１に示した実施形態とは異なり、弁ピストン５の円筒体周面における１つの段部が省かれている。しかしながらこの実施形態においても弁ピストン５をパイロット弁８によって制御できるようにするために、パイロット接続部２９がパイロット弁８から端部室２７内に通じている。これによって相応に、制御圧は端面２６に作用する。従って距離測定システム７は、パイロット弁８によって制御圧にさらされている。この弁装置では１つのリング室が省かれているので、図１に示した弁装置に比べて、コンパクトな弁装置を実現することができる。その他の点については、両実施形態における弁装置の構造は同一である。

図３には、２ウエイバルブとして形成された本発明による弁装置が断面図で示されている。この弁装置は、図２に示した弁装置にほぼ相当しているが、この場合弁ピストン５は、連続していない上側の弁スリーブ４を用いて弁ブロック１内において案内されている。下側のスリーブ３は弁座として形成されており、これによって主流路１８と流路１９との間における漏れのない分離が可能になっている。さらに弁装置は２つの流路１８，１９しか有していない。弁ピストン５はパイロット弁８によって制御される。制御面１１及び端面２６に作用する制御圧に相応して、弁ピストン５は開放位置又は閉鎖位置に移動する。主流路１８の作業圧は、有効横断面２４，２４′，２４′′と相殺面２２とに作用している。生じる力はこの場合相殺面２２の寸法選択によって、小さな弁開放時における振動傾向が最小になるように、調節されている。制御縁１６は、２ウエイバルブとして形成された図示の実施形態では、閉鎖位置において弁座に押し付けられ、これにより絶対に漏れのない閉鎖が可能になる。弁開放を測定するために、ハウジングカバー２には距離測定システム（ＬＶＤＴ）７が配置されており、この距離測定システム７は測定ロッド６で、弁ピストン５に結合されている。

図４には、３ウエイバルブとして形成された本発明による弁装置が断面図で示されている。第３の流路２０及び弁ピストン５における相応な流出部３１を除けば、この弁装置は図３に示した弁装置に相当する。別の相違点は流入スリーブ３にあり、この流入スリーブ３は、弁ピストン５の制御縁１６と共に座付弁を構成するのではなく、弁ピストン５のためのスライド座を構成している。弁ピストン５はこの実施形態においても案内スリーブ４内に支持されている。弁ピストン５は、持ち上げることができるだけではなく、つまりこれによって主流路１８と流路１９との間の貫流部を生ぜしめるだけではなく、降下させることもできる。弁ピストン５の降下によって主流通路１８と流路２０との間における貫流部が流出部３１を介して開放される。制御縁１７の位置は、この場合貫流量を調整する。その他の機能は、図３に示したものと同一であるので、ここでそれについて再度記載することは省く。

Claims (12)

1. 弁ブロック（１）及び／又はハウジングカバー（２）の孔内において１つの閉鎖位置と少なくとも１つの開放位置との間で可動に配置された円筒形の弁ピストン（５）を備える、１つの主流路（１８）と少なくとも１つの流路（１９，２０）との間における貫流を制御する弁装置であって、前記弁ピストン（５）は、片側において閉鎖された中空円筒体であり、前記主流路（１８）は、前記弁ピストン（５）の内部において、該弁ピストンの開放端部から該弁ピストンの長手軸線に対して平行に延びているものにおいて、
   １つのリング室（２３）が、前記弁ピストン（５）と前記弁ブロック（１）及び／又は前記ハウジングカバー（２）との間に配置され、前記リング室（２３）は、前記主流路（１８）に通じる貫流可能な接続路（２５）を有しており、前記リング室（２３）は、前記弁ピストン（５）に相殺面（２２）を有し、該相殺面（２２）の寸法は、前記弁ピストン（５）の、前記主流路（１８）に対して配設された有効横断面（２４，２４′，２４′′）の寸法にほぼ相当しており、規定通りの使用時には、前記主流路（１８）から前記相殺面（２２）に対して作用する圧力は、前記有効横断面（２４，２４′，２４′′）に対して作用する圧力の方向とは逆方向に作用しており、前記弁ピストン（５）の、前記有効横断面（２４，２４′，２４′′）とは逆向きに作用する端面（２６）によって、一方の側を画定された端部室（２７）は、前記流路（１８，１９，２０）から遮断されていることを特徴とする、１つの主流路と少なくとも１つの流路との間における貫流を制御する弁装置。
2. 距離測定システム（７）が、前記弁ピストン（５）の前記端面（２６）に配置されている、請求項１記載の弁装置。
3. 前記相殺面（２２）は、前記有効横断面（２４，２４′，２４′′）よりも小さい、請求項１又は２記載の弁装置。
4. 前記弁ピストン（５）は、前記弁ブロック（１）及び／又は前記ハウジングカバー（２）内に直に組み込まれている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁装置。
5. 前記弁ピストン（５）はその円筒体周面に複数の段部（１０，１３，２１）を有し、これによって複数のリング室（１２，１５，２３）を、前記弁ピストン（５）と前記弁ブロック（１）及び／又は前記ハウジングカバー（２）との間に形成する、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置。
6. 第１のリング室（１２）は、閉鎖位置と開放位置との間において前記弁ピストン（５）を制御するために、パイロット弁（８）に接続されている、又は接続可能であり、第２のリング室（１５）及び／又は前記端部室（２７）は、閉鎖位置と開放位置との間において前記弁ピストン（５）を制御するために、パイロット弁（８）に接続されている、又は接続可能である、請求項５記載の弁装置。
7. 規定通りの使用時に、前記端部室（２７）は、ほぼ無圧で又は最高でも前記パイロット弁（８）の制御圧によって負荷されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁装置。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の弁装置を用いて、流体の流れを制御及び／又は調整する方法。
9. 弁における流体の流れを制御及び／又は調整するための、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁装置の使用。
10. 距離測定システムが設けられていて、該距離測定システムは許容最大運転圧を有し、該距離測定システムの許容最大運転圧を上回る圧力を有する流体の流れに位置している、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁装置の使用。
11. 前記距離測定システムは、３５０バールまでの最大運転圧を有するＬＶＤＴ距離測定システムである、請求項１０記載の使用。
12. 調整弁の応答時間を短縮するための、請求項１０又は１１記載の使用。

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