(57)【要約】  この発明は比例弁（１）に係り、その際弁（１）が付勢要素（２）と圧力空気供給接続用の圧力空気接続部（５）と動作接続部（４）と排気接続部（３）を備えてなる。弁（１）は、相互に直列接続されていていずれも軸方向に動作可能な３個の弁体（７，８，９）、すなわち付勢要素（２）によって付勢される第１の弁体（７）と、前記第１の弁体（７）によって付勢される第２の弁体（８）と、前記第２の弁体（８）によって付勢される第３の弁体（９）を備える。比例弁（１）の基本状態において前記第１の弁体（７）を第２の弁体（８）からまた第２の弁体（８）は第３の弁体（９）から離間させるとともに弁（１）内において第１の弁体（７）と第２の弁体（８）の間で作用する第１のシールシート（２５）と第３の弁体（９）とハウジング（１５）の間で作用する第２のシールシート（２６）を以下のような方式で形成および配置し、すなわち第１の弁体（７）が変位した際に付勢要素（２）とそれがカスケード状に作用する第１、第２および第３の弁体（７，８，９）の軸方向の位置設定が変化することによって動作接続部（４）を排気あるいは空気供給するか、または動作接続部（４）上に存在する圧力を保持するための異なった切換状態を設定し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に気圧式アクチュエータを付勢するための比例弁であって、その際弁（１）が付勢要素（２）と圧力空気供給接続用の圧力空気接続部（５）と動作接続部（４）と排気接続部（３）を備えてなる比例弁（１）であり、
相互に直列接続されていていずれも軸方向に動作可能な３個の弁体（７，８，９）、すなわち
−  付勢要素（２）によって付勢される第１の弁体（７）と、
−  前記第１の弁体（７）によって付勢される第２の弁体（８）と、
−  前記第２の弁体（８）によって付勢される第３の弁体（９）を弁（１）が備え、
その際比例弁（１）の基本状態において前記第１の弁体（７）を第２の弁体（８）からまた第２の弁体（８）は第３の弁体（９）から離間させるとともに弁（１）内において第１の弁体（７）と第２の弁体（８）の間で作用する第１のシールシート（２５）と第３の弁体（９）とハウジング（１５）の間で作用する第２のシールシート（２６）を以下のような方式で形成および配置し、
すなわち第１の弁体（７）が変位した際に付勢要素（２）とそれがカスケード状に作用する第１、第２および第３の弁体（７，８，９）の軸方向の位置設定が変化することによって排気接続部（３）との結合を通じて動作接続部（４）を排気するか、圧力空気接続部（５）との結合を通じて動作接続部（４）に空気供給するか、または排気接続部（３）と圧力空気接続部（５）の両方からの動作接続部（４）の遮断を通じて動作接続部（４）上に存在する圧力を保持するための異なった切換状態を設定し得るように形成および配置してなる比例弁。
【請求項２】
付勢要素（２）が液圧式、気圧式、あるいは電気機械式の原理によって動作することを特徴とする請求項１記載の比例弁。
【請求項３】
制御圧力空間（１４）を介して第１の弁体（７）と共働作用し好適には圧電屈曲アクチュエータ（３５）を含んでなる気圧式のパイロット弁（３１）として付勢要素（２）を形成することを特徴とする請求項１記載の比例弁。
【請求項４】
軸方向に延在していてかつ軸方向の中空部（１２）を有する薄膜プレートシャフト（１１）を備えた薄膜プレート（１０）によって第１の弁体（７）を形成し、その際前記薄膜プレート（１０）をバネによって制御圧力空間（１４）の方向に予荷重するとともに軸方向の位置を調節するために第１の薄膜（１３）と連動結合させ、その薄膜の片面側に制御圧力空間（１４）内に予設定された制御圧力を付加することを特徴とする請求項３記載の比例弁。
【請求項５】
バネによって第１の弁体（７）を指向する方向に予荷重されたバルブプランジャ（１７）によって第２の弁体（８）を形成し、そのバルブプランジャは前記第１の弁体（７）の軸方向の位置に従って薄膜プレートシャフト（１１）から離間するかあるいは接合し、その際薄膜プレートシャフト（１１）とバルブプランジャ（１７）の間の接触面内に第１のシールシート（２５）が形成されることを特徴とする請求項４記載の比例弁。
【請求項６】
第３の弁体（９）をソケット要素（１８）によって形成し、そのソケット要素はバルブプランジャ（１７）を指向する方向においてバネによって第２のシールシート（２６）に対して予荷重されるとともにソケット要素（１８）上に接合するバルブプランジャ（１７）を軸方向に摺動させることによって前記第２のシールシート（２６）から持ち上げることができることを特徴とする請求項４または５記載の比例弁。
【請求項７】
第１および／または第２のシールシートを形成するか、および／またはそれらと共働作用する表面（２４，２７）を、漏出率を調節するためにおよび／または制御特性を改善するためにポリマー材料から形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の比例弁。
【請求項８】
排気接続部（３）が弁（１）の恒常的に排気される排気空間（２２）に接続し、その排気空間は薄膜プレートシャフト（１１）がバルブプランジャ（１７）に接合していない場合に薄膜プレートシャフト（１１）の軸方向の中空部（１２）を介して動作接続部（４）と流体動作的に結合され、また薄膜プレートシャフト（１１）がバルブプランジャ（１７）に気密に接合する場合は動作接続部（４）から流体動作的に切断されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の比例弁。
【請求項９】
排気空間（２２）を第１の薄膜（１３）と第２の薄膜（２１）によって仕切り、その際薄膜プレートシャフト（１１）がそれの自由端部によって軸方向に第２の薄膜（２１）を貫通することを特徴とする請求項８記載の比例弁。
【請求項１０】
弁（１）の動作接続部（４）と結合された動作圧力空間（２３）を第２の薄膜（２１）と第２のシールシートによって仕切り、その際薄膜プレート（１０）、バルブプランジャ（１７）、およびソケット要素（１８）の位置状態に応じて前記動作圧力空間（２３）が圧力空気接続部（５）あるいは排気接続部（３）と流体通流性に結合されるかまたは圧力空気接続部（５）および排気接続部（３）から遮断されることを特徴とする請求項９記載の比例弁。
【請求項１１】
薄膜プレート（１０）および／またはソケット要素（１８）を予荷重するバネ要素（１６，２０）がいずれも弁（１）のハウジング（１５）上で支承されることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の比例弁。
【請求項１２】
薄膜プレート（１０）の中央軸（Ｍ）に対していずれも等距離に配置されるとともにそれぞれ対ごとに等しい角度（α）ずつずらせて弁（１）のハウジング（１５）上に支承された少なくとも３本のバネ要素（１６）によって薄膜プレート（１０）を予荷重することを特徴とする請求項１１記載の比例弁。
【請求項１３】
薄膜プレート（１０）が特に薄膜プレートシャフト（１１）の領域内で第２の薄膜（２１）と結合され、その際第２の薄膜（２１）は軸方向に誘導される薄膜プレート（１０）を半径方向で支承するよう作用することを特徴とする請求項９、または直接的あるいは間接的に請求項９に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１４】
バルブプランジャ（１７）がソケット要素（１８）上に支承されたバネ（１９）によって薄膜プレートシャフト（１１）の方向に予荷重されることを特徴とする請求項６、または直接的あるいは間接的に請求項６に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１５】
付勢されていない状態のバルブプランジャ（１７）が第２のシールシートに接合するソケット要素（１８）から所与の摺動距離分離間することを特徴とする請求項５、または直接的あるいは間接的に請求項５に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１６】
薄膜プレート（１０）、バルブプランジャ（１７）、ソケット要素（１８）を予荷重する各バネ要素（１６，１９，２０）が互いに異なっていてかつ相互に調整されたバネ特性曲線をそれぞれ有することを特徴とする請求項６、または直接的あるいは間接的に請求項６に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１７】
ソケット要素（１８）を予荷重するバネ要素（２０）のバネ剛性がバルブプランジャ（１７）を予荷重するバネ要素（１９）のバネ剛性に比べて高くなり、またバルブプランジャ（１７）を予荷重するバネ要素（１９）のバネ剛性は薄膜プレート（１０）を予荷重するバネ要素（１６）のバネ剛性に比べて高くなることを特徴とする請求項１６記載の比例弁。
【請求項１８】
弁（１）がパイロット弁（３１）の気圧入力（３３）上に存在する圧力を調節するための圧力調整器（６）をさらに備えることを特徴とする請求項３、または直接的あるいは間接的に請求項３に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に気圧式アクチュエータを付勢するための比例弁に係り、その際弁が付勢要素と圧力空気供給接続用の圧力空気接続部と動作接続部と排気接続部を備える。
【背景技術】
【０００２】
この種の弁は多様な方式で先行技術によって知られている。比例弁として、気圧弁の接続のために設けられた動作接続部に可能な限り正確に調節可能な（空気）圧力を供給するように適する必要がある。そのため付勢要素を使用して弁を適宜に付勢することによって通常異なった弁位置に移動させ、それによって動作接続部を選択的に圧力供給あるいは排気と通流可能に結合するか、または（動作接続部に存在する圧力を保持するために）両方から遮断する。その際比例弁として、動作接続部に接続された弁の完全な吸気と完全な排気の間の中間位置も可能にする必要がある。
明確化のために、本願において気圧式アクチュエータとして任意の気圧付勢可能なアクチュエータを理解することができ、特に気圧駆動装置と理解し得るものとする。
【０００３】
上述した種類の比例弁はその構造型式および稼働の点において比較的高コストである。
【０００４】
従来の技術においてしばしばいわゆるスライド弁が用いられ、それによれば少なくとも１個の直線摺動可能な弁体がそれの位置に応じてその弁体の側方に配置されていて気流に影響を及ぼす開口を（完全にあるいは部分的に）開放するかまたは閉鎖する。しかしながらここで弁座の場合と異なって通流を有効に遮断するシールシートが欠如するため精密な使用状況において問題になる漏出を常に考慮する必要があり、そのことを本発明の枠内において可能な限り低減するかまたは完全に防止すべきである。
【０００５】
さらにドイツ国特許出願公開第１０２０１２０１７７１３号（Ａ１）明細書により同種の比例弁がポジショナの形式で既に知られており、それにおいては（付勢要素として作用する前段によって付勢される）出力ステージがバネによって予荷重された２個のポペットバルブを圧力−路程変換器として備え、それらに共通の制御空間から圧力が付加され、異なった切換状態を実現するために制御空間内に存在する圧力を上昇させることによって連続的に付勢される。共通の制御空間の異なった面上に配置すべきポペットバルブのため、ドイツ国特許出願公開第１０２０１２０１７７１３号（Ａ１）明細書に開示されたポジショナは決して小さいと言えない構造容積を有し、本発明によってそれを小型化することが必要とされる。
【０００６】
米国特許第２８５０３３０号明細書により連結車を伴ったトラクタのブレーキシステム内で使用される弁群が知られており、それによれば２個の弁を形成しながら相互に直列接続されていていずれも軸方向に動作可能でありかつカスケード状に調節可能な合計３個の弁体が設けられる。その際第１の弁を使用して連結車のブレーキシステムの第１の動作接続部を選択的に排気するかまたはトラクタ側の圧力空気接続部と結合することができ、他方第２の弁を使用して連結車のブレーキシステムの第２の緊急動作接続部を選択的に排気するかまたはトラクタ側の第２の緊急圧力空気接続部と結合することができる。第１の弁体の位置の変化によって対応する動作接続部が排気される第１の切換状態から対応する動作接続部がトラクタ側の圧力空気接続部と結合される第２の切換状態へ移行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した背景から本発明の目的は、特に可能な限り小さな（側方の）構造容積しか必要とせず同時に極めて簡便な方式で安全かつ正確に動作することができる、冒頭に述べた種類の改良された比例弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題は請求項１に係る比例弁によって解決される。その種の弁の好適な構成形態は従属請求項および後述する詳細な説明によって明らかさにされる。
【０００９】
本発明に係る弁において冒頭に述べた特徴に加えて、相互に直列接続されていていずれも軸方向に動作可能な３個の弁体、すなわち
−  付勢要素によって付勢される第１の弁体と、
−  前記第１の弁体によって付勢される第２の弁体と、
−  前記第２の弁体によって付勢される第３の弁体を弁が備え、
【００１０】
その際比例弁の基本状態において前記第１の弁体を第２の弁体からまた第２の弁体は第３の弁体から離間させるとともに弁内において第１の弁体と第２の弁体の間で作用する第１のシールシートと第３の弁体とハウジングの間で作用する第２のシールシートを以下のような方式で形成および配置し、すなわち第１の弁体が変位した際に付勢要素とそれがカスケード状に作用する第１、第２および第３の弁体の軸方向の位置設定が変化することによって排気接続部との結合を通じて動作接続部を排気するか、圧力空気接続部との結合を通じて動作接続部に空気供給するか、または排気接続部と圧力空気接続部の両方からの動作接続部の遮断を通じて動作接続部上に存在する圧力を保持するための異なった切換状態を設定し得るように形成および配置する。
【００１１】
従って上述した先行技術と異なって本発明によれば、圧力−路程変換器の構成要素である２個のポペットバルブが共通の制御空間内の圧力によって付勢されることはなく、むしろ弁内の流体通流に影響を及ぼす弁体のカスケード状の調節が実行され、その際第１の弁体は付勢要素によって付勢されその第１の弁体に対して後置接続された各弁体が連続的に（特に純粋に機械的に）それぞれ前置された弁体によって付勢される。全ての３個の弁体について付勢方向を軸方向にするため、本発明に係る弁のために必要な構造容積は（特に弁体の動作方向に対して横断する方向において）極めて小型化し得ることが明らかである。
【００１２】
さらに、弁内部にそれぞれ少なくとも１個の弁体と共働作用する２個のシールシートを具備することができるという事実のため極めて漏出が少ないあるいは漏出が無い動作を保証することができ、そのことが特に動作接続部に存在する圧力を保持する際に大きな利点になるとともに弁の気圧エネルギー消費を最小限に抑制する。さらに、本発明に係る弁は極めて高い制御特性をもって比例式に動作することができる。本発明に係る弁のカスケード状の変位性のため、「完全空気供給」と「完全排気」の間に（任意の）中間位置を有効に設定することができ、それによって特に気圧弁あるいは駆動装置の制御に際して高い位置精度の達成が可能になる。
【００１３】
本発明の好適な構成形態において、本発明に係る弁の第１の弁体を付勢するために第１の弁体に作用する付勢要素は液圧式、気圧式、あるいは電気機械式の原理によって動作することができる。
【００１４】
しかしながら特に全体的に可能な限り少ない（電気および気圧）エネルギー消費を達成するために、制御圧力空間を介して第１の弁体と共働作用する気圧式のパイロット弁として付勢要素を形成することが好適である。その際例えば好適なパイロット弁が記載された欧州特許出願公開第０９４３８１２号（Ａ１）明細書に開示されているように、パイロット弁が圧電屈曲アクチュエータを含むことが極めて省エネルギー型の構成方式として有利である。
【００１５】
従って本発明に係る弁は（特に３個の弁体を含む）出力段を有する気圧式のポジショナとみなすことができ、その際第１の弁体を付勢要素として作用するパイロット弁によって付勢する。パイロット弁は（比例式の）３／２ウェイバルブとして形成することが極めて好適である。
【００１６】
本発明の好適な追加構成においてさらに、軸方向に延在していてかつ軸方向の中空部を有する薄膜プレートシャフトを備えた薄膜プレートによって本発明に係る弁の第１の弁体を形成し、その際前記薄膜プレートをバネによって制御圧力空間の方向に予荷重するとともに軸方向の位置を調節するために第１の薄膜と連動結合させ、その薄膜の片面側に制御圧力空間内に予設定された（パイロット弁によって制御された）制御圧力が付加される。
【００１７】
従って制御圧力が制御圧力空間側で第１の薄膜に作用してその第１の薄膜がそれの両側で設定される差圧に従って変形し、さらにそれによって（薄膜プレートを介して第１の薄膜と結合された）第１の弁体の第２の弁体の方向への付勢、すなわち軸方向の摺動が実行される。
【００１８】
本発明の別の好適な追加構成によれば、第２の弁体がバネによって第１の弁体を指向する方向に予荷重されたバルブプランジャによって形成され、そのバルブプランジャは前記第１の弁体の軸方向の位置に従って薄膜プレートシャフトから離間するかあるいは接合し、その際薄膜プレートシャフトとバルブプランジャの間の接触面内に第１のシールシートが形成される。その際バルブプランジャの方向に指向する薄膜プレートシャフトの（自由）端部の側部あるいは薄膜プレートシャフトの方向に指向するバルブプランジャの端部上のいずれかにシール面を形成することが好適であり、そのシール面が対応するバルブプランジャあるいは薄膜プレートシャフトのシール縁部と共にシールシートを形成する。
【００１９】
本発明の枠内において第３の弁体はソケット要素によって有効に形成することができ、そのソケット要素は前記バルブプランジャを指向する方向においてバネによって第２のシールシートに対して予荷重されるとともにソケット要素上に接合するバルブプランジャを軸方向に摺動させることによって第２のシールシートから持ち上げることができる。
【００２０】
従って全体的に本発明に係る弁のカスケード状の調節可能性が達成され、その際特に制御圧力空間が排気されている場合に設定される基本位置において第１の弁体（薄膜プレートおよびシャフト）が第２の弁体（バルブプランジャ）から、また第２の弁体（バルブプランジャ）が第３の弁体（ソケット要素）からいずれも離間する。従って本発明に係る弁の動作に際し、付勢要素によってまず第１の弁体（薄膜プレートおよびシャフト）を、第１のシールシートを形成する接触面の領域内で第２の弁体と相互に接触するまで、バネ予荷重に対抗して第２の弁体（バルブプランジャ）の方向に摺動させる。続いて付勢要素によって第１の弁体をさらに摺動させることにより第２の弁体（バルブプランジャ）が第３の弁体（ソケット要素）に接合するまで第１および第２の弁体を共に第３の弁体の方向に摺動させ、その後弁体のさらなる操作によって第２のシールシートに対してバネによって予荷重されている第３の弁体をその第２のシールシートから持ち上げることができる。
【００２１】
その際動作接続部と排気接続部の流体接続が（基本位置から開始して）第１の弁体が第２の弁体と気密に接合するまで有効に保持される。その軸方向位置以降に形成される動作接続部上に存在する圧力を保持するような切換状態は、（基本位置において形成される第２の弁体と第３の弁体の間の距離によって設定される）所与の摺動路程にわたって有効となり、第２の弁体が第３の弁体に接合して第３の弁体が第２のシールシートから持ち上がるまで保持される。続いて弁は動作接続部に空気供給するような切換状態となる。
【００２２】
本発明の好適な追加構成によれば、第１および／または第２のシールシートを形成するか、および／またはそれらと共働作用する表面を、漏出率を調節するためにおよび／または制御特性を改善するためにポリマー材料から形成し、特に必要に応じてシール相手と異なった弾力性を有するポリマー材料によって形成する。そのことによって特に、弁の比例動作のために必要な中間位置の点に関して極めて繊細な変位を達成することができる。
【００２３】
本発明によればさらに、排気接続部が弁の恒常的に排気される排気空間に接続し、その排気空間は薄膜プレートシャフトがバルブプランジャに接合していない場合に薄膜プレートシャフトの軸方向の中空部を介して動作接続部と流体動作的に結合され、また薄膜プレートシャフトがバルブプランジャに気密に接合する場合は動作接続部から流体動作的に切断されることが好適である。
【００２４】
加えて、排気空間を第１の薄膜と第２の薄膜によって仕切り、その際（軸方向の中空部を有する）薄膜プレートシャフトがそれの自由端部によって軸方向に第２の薄膜を貫通するよう好適に構成することができる。従って、（バルブプランジャから離間することによって薄膜プレートシャフトの軸方向の中空部が開放されているかあるいはバルブプランジャに気密に接合することによって遮断されているかに応じて）排気空間と動作接続部の間の流体通流性の接続を形成するかあるいは遮断することができる。
【００２５】
さらに、弁の動作接続部と結合された動作圧力空間を第２の薄膜と第２のシールシートによって仕切り、その際薄膜プレート、バルブプランジャ、およびソケット要素の位置状態に応じて前記動作圧力空間が圧力空気接続部あるいは排気接続部と流体通流性に結合されるかまたは圧力空気接続部および排気接続部から遮断されるように構成することが好適である。
【００２６】
薄膜プレートおよび／またはソケット要素をバネによって予荷重するために、その薄膜プレートおよび／またはソケット要素を予荷重するバネ要素がいずれも弁のハウジング上で支承されることが好適である。
【００２７】
その際、薄膜プレートの中央軸（ならびに薄膜プレートシャフト）に対していずれも等距離に配置されるとともにそれぞれ対ごとに等角にずらせて弁のハウジング上に支承された少なくとも３本のバネ要素によって薄膜プレートを予荷重するよう極めて好適に構成することができる。従って３本のバネ要素を有する場合はそれぞれ１２０°ずれることが好適である。また、４本のバネ要素を有する場合はそれぞれ９０°ずれ、それ以上の場合も同様である。
【００２８】
本発明の枠内においてさらに、第２の薄膜が（軸方向に誘導される）薄膜プレートシャフトを半径方向で固定するように好適に作用する。そのため本発明に係る弁の別の好適な追加構成によれば、薄膜プレートが特に薄膜プレートシャフトの領域内で第２の薄膜と結合され、その際第２の薄膜は軸方向に誘導される薄膜プレートを半径方向で支承するよう作用する。
【００２９】
本発明のさらに別の好適な追加構成によれば、バルブプランジャのバネ予荷重に関してソケット要素上に支承されたバネによってバルブプランジャが薄膜プレートシャフトの方向に予荷重されるよう構成する。そのことによって、バルブプランジャが既にソケット要素上に接合している場合に３個すべての弁体をさらに摺動させるために前記バルブプランジャを予荷重するバネ要素をそれのバネ圧力に逆行してさらに圧縮させる必要が無くなるという利点が得られる。従ってバルブプランジャを予荷重するバネ要素は、第１、第２、および第３の弁体をさらに摺動する際に超越すべきバネ圧力のさらなる増加を負担しない。従って、ハウジング上におけるバルブプランジャのバネの支承に際して必要となるものに比べて第２のシールシートから第３の弁体を持ち上げる際にはより少ない制御圧力空間内における制御圧力の上昇しか必要とならないため、本発明に係る弁の制御特性をさらに改善させることができる。
【００３０】
本発明のさらに別の好適な構成形態によれば、付勢されていない状態のバルブプランジャは第２のシールシートに接合するソケット要素から所与の摺動距離分離間する。それによって、特に本発明に係る比例弁の動作接続部上に特定の圧力を維持するために設定された切換状態を、動作接続部の空気供給および排気のための他の両方の切換状態から明確に区別することができ、それによっても弁の制御特性が改善される。
【００３１】
本発明の枠内においてさらに、薄膜プレートを予荷重するバネ要素とバルブプランジャを予荷重するバネ要素とソケット要素を予荷重するバネ要素が互いに異なっていてかつ相互に調整されたバネ特性曲線をそれぞれ有することが好適であり、その理由はそれによって弁の制御特性を極めて良好に各時点の要求性能に適合させ得るためである。カスケード状の調節の観点から、ソケット要素を予荷重するバネ要素のバネ剛性がバルブプランジャを予荷重するバネ要素のバネ剛性に比べて高くなり、またバルブプランジャを予荷重するバネ要素のバネ剛性は薄膜プレートを予荷重するバネ要素のバネ剛性に比べて高くなるようにすることが極めて好適である。
【００３２】
さらに本発明の好適な構成形態によれば、本発明に係る弁がパイロット弁の気圧入力上に存在する圧力を調節するための圧力調整器を備え、その際特に前記パイロット弁の入力上に存在する圧力は圧力空気接続部に接続する圧力空気供給源から分流あるいは流入させるものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る弁の一実施例を示した断面図である。
【００３４】
【図２】図１の実施例において第１の弁体を予荷重するバネ要素の構成を概略的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本発明に係る弁の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３６】
図１には本発明に係る比例弁１の実施例が示されており、気圧式のパイロット弁３１の形式の付勢要素２を備える。パイロット弁３１の構造については後述において詳細に説明する。
【００３７】
弁１はさらに、排気接続部３と、弁１によって付勢する気圧弁（図示されていない）に接続するための動作接続部４と、例えば８バールである所与の気圧を有する圧力空気供給源に対する接続部５を備える。さらに圧力調整器６を備え、それによって圧力空気供給のための接続部５上に存在する圧力からそれより低い圧力、例えば１．２バールを、付勢要素２として機能する気圧式のパイロット弁のための初期圧力として生成することができる。圧力調整器は先行技術において広く知られているとともにその具体的な構成は本発明の視点において重要でないため、それの機能方式の詳細な説明は省略する。
【００３８】
弁１はさらに、相互に連続して接続されいずれも矢印Ｒに従って軸方向に移動可能な３個の弁体７，８，９を備える。
【００３９】
その際（図１で最上にある）第１の弁体７が薄膜プレート１０、ならびに軸方向の中空部１２を有する薄膜プレートシャフト１１を備える。
【００４０】
薄膜プレート１０は（この場合機械的連結によって）第１の薄膜１３と動作接続し、その際前記第１の薄膜１３と薄膜プレート１０の上方に制御圧力空間１４が形成される。制御圧力空間１４内に存在する気圧は付勢要素２として機能するパイロット弁２によって制御される。さらに、（薄膜プレート１０および薄膜プレートシャフト１１によって形成された）第１の弁体７が制御圧力空間１４を指向する（軸）方向においてバネによって予荷重される。そのため図示された実施例において弁１のハウジング１５上に支承された合計３個のバネ要素１６を備え、図１においてそのうち１個が断面図内（中央軸Ｍの左側）に存在し、残りの両方のバネ要素（そのうち１個のみが図１で確認可能）はこの断面の手前あるいは奥に存在する。それら３個のバネ要素１６はいずれも中央軸Ｍに対して等距離（すなわち等しい半径方向の距離）に配置され、また中央軸Ｍに対して垂直に延在する平面内で（中央軸Ｍ周りで）対ごとにいずれも１２０°の等しい角度αをもって相互にずれて配置され、従って軸方向の中央軸Ｍに関して完全に対称性の第１の弁体７の制御圧力空間１４の方向への予荷重が達成される。図２には、それら合計３個のバネ要素１６の対称性の配置が示されている。
【００４１】
本実施例において第２の弁体８はバルブプランジャ１７により、または第３の弁体９はソケット要素１８によって形成される。その際前記バルブプランジャ１７はソケット要素１８上に支承されたバネ１９によって第１の弁体７（＝薄膜プレート１０および薄膜プレートシャフト１１）の方向に予荷重され、他方ソケット要素１８はハウジング１５上に支承されたバネ２０によって予荷重される。
【００４２】
図１に示された弁１の基本位置において弁１の軸方向に移動可能な３個の弁体７，８，９全てが同一方向に予荷重されるが、それぞれ対ごとに離間する。
【００４３】
薄膜プレートシャフト１１は第２の薄膜２１と結合され、その第２の薄膜は薄膜プレートシャフト１１を周回状に密封して包囲するとともに、第１の薄膜１３と第２の薄膜２１の間に存在していて排気接続部３に通じる（恒常的に排気される）排気空間２２を動作接続部４に通じる動作圧力空間２３から分離する。その際第２の薄膜２１は同時に薄膜プレートシャフトを半径方向に支承するように作用することができる。弁１の基本位置において形成される薄膜プレートシャフト１１の自由端部とバルブプランジャ１７の間の距離のため、図１に示された弁状態において動作圧力空間２３（従ってさらに動作接続部４に接続された気圧弁）が排気される。
【００４４】
バルブプランジャ１７は薄膜プレートシャフト１１を指向する上面にシール面２４として作用するポリマー材料を有し、その上に薄膜プレートシャフト１１の下縁部２５が第１のシールシートを形成しながら接合することができる。この柔軟なシール面は、弁の調節に際して接触領域の近辺でポリマーの硬度に依存しながら極めて正確な比例式の微調整を可能にする。
【００４５】
すなわち（制御圧力空間１４内に存在する圧力を適宜に上昇させることによって）薄膜プレートシャフト１１の下縁部２５がバルブプランジャ１７の上面２４に気密に接合するまで第１の弁体７を摺動させると、薄膜プレートシャフト１１の軸方向の中空部１２によって形成された排気空間２２と動作圧力空間２３の間の接続が遮断され、その結果先行した動作圧力空間２３の排気が終了する。
【００４６】
図示された本発明に係る比例弁１の実施例においてハウジングに固定されていて図１において下方を指向するシール縁部２６によって第２のシールシートが形成され、前記シール縁部に対し第３の弁体９として機能するソケット要素１８がバネ２０によって予荷重され、その際ソケット要素側にも前記シール縁部２６と共働作用して第２のシールシートを形成するポリマー材料製のシール面２７が設けられる。第２のシールシートの下方に圧力供給用の接続部５と結合された圧力供給空間２８が存在し、従ってその圧力供給空間２８は、ソケット要素１８の上面がシール縁部２６に気密に接合する場合に動作圧力空間２３から流体動作的に分離される。
【００４７】
すなわち（パイロット弁２によって第１の弁体７を適宜に付勢することにより）第１の弁体７が第２の弁体８に接合しまた第２の弁体８が第３の弁体９に接合するまで前記第１の弁体７を摺動させた場合に初めて、制御圧力空間１４内の制御圧力のさらなる上昇によって第３の弁体９（＝ソケット要素１８）が第２のシールシートから持ち上がることにつながり、その結果動作圧力空間２３が流体動作的に圧力供給と結合される。なお、第３の弁体９の付勢の観点においてバルブプランジャ１７とソケット要素１８の間に硬質のストッパを形成することが好適である。
【００４８】
本発明に係る弁の極めて良好な制御特性は特に基本状態において形成される第１、第２、および第３の弁体７，８，９の間の距離のために達成されるものであり、その理由は、それによって弁の異なった流体動作状態が極めて良好に差別化可能であるとともに容易に制御可能になるためである。
【００４９】
本発明に係る弁の制御は、（カスケード状の構成にもかかわらず）他方では極めて単純であることが理解される。そのため第１の弁体７上（例えば薄膜プレート縁部の領域内）に磁石要素２９を設けることができ、従って適宜な位置センサ３０を使用することによって第１の弁体７の軸方向の位置を正確に判定することができる。
【００５０】
３個の弁体７，８，９の純粋の機械的な連結のため、またシールシートの位置によって固定的に与えられる異なった弁状態の間の変位路程のため、（専ら）位置センサ３０によって検出可能である第１の弁体７の（軸方向の）位置を使用して弁の制御を実行することができる。
【００５１】
さらに図１には付勢要素２として使用される気圧式のパイロット弁３１が示されている。本実施例においてはそれを比例式の３／２ウェイバルブとして形成する。
【００５２】
圧力入力３３を設け、本実施例においてはそれに圧力調整器６から提供される空気圧が供給される。さらに、（場合によって弁１の排気接続部３と結合される）パイロット弁排気接続部３２を設け、また弁１の制御圧力空間１４と流体動作的に結合されるパイロット弁動作出力３４を設ける。電気的に付勢可能であるとともにそれによって自由端部の領域で矢印Ｂの方向に旋回可能である圧電屈曲アクチュエータ３５を使用して、パイロット弁動作出力３４を選択的に排気（すなわち流体動作的にパイロット弁排気接続部３２と結合する）するか、または部分的あるいは完全にパイロット弁３１の圧力入力３３上に存在する圧力と結合することができる。従ってパイロット弁３１は、極めて高い制御品質と小さなエネルギー消費をもって、上述したように、制御圧力空間１４内に存在する圧力を制御しながら本発明に係る弁１の第１の弁体７のための付勢要素として作用することができる。
【図１】
2019508639.tif 000003
【図２】
2019508639.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月15日(2018.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に気圧式アクチュエータを付勢するための比例弁であって、その際弁（１）が付勢要素（２）と圧力空気供給接続用の圧力空気接続部（５）と動作接続部（４）と排気接続部（３）を備えてなる比例弁（１）であり、
相互に直列接続されていていずれも軸方向に動作可能な３個の弁体（７，８，９）、すなわち
−  付勢要素（２）によって付勢される第１の弁体（７）と、
−  前記第１の弁体（７）によって付勢される第２の弁体（８）と、
−  前記第２の弁体（８）によって付勢される第３の弁体（９）を弁（１）が備え、
その際比例弁（１）の基本状態において前記第１の弁体（７）を第２の弁体（８）からまた第２の弁体（８）は第３の弁体（９）から離間させるとともに弁（１）内において第１の弁体（７）と第２の弁体（８）の間で作用する第１のシールシート（２５）と第３の弁体（９）とハウジング（１５）の間で作用する第２のシールシート（２６）を以下のような方式で形成および配置し、
すなわち第１の弁体（７）が変位した際に付勢要素（２）とそれがカスケード状に作用する第１、第２および第３の弁体（７，８，９）の軸方向の位置設定が変化することによって排気接続部（３）との結合を通じて動作接続部（４）を排気するか、圧力空気接続部（５）との結合を通じて動作接続部（４）に空気供給するか、または排気接続部（３）と圧力空気接続部（５）の両方からの動作接続部（４）の遮断を通じて動作接続部（４）上に存在する圧力を保持するための異なった切換状態を設定することができ、
その際前記動作接続部（４）上に存在する圧力を保持するための切換状態は前記基本状態において存在する第２および第３の弁体（８，９）の間の距離によって予設定される摺動路程によって有効になるよう形成および配置してなる比例弁。
【請求項２】
付勢要素（２）が液圧式、気圧式、あるいは電気機械式の原理によって動作することを特徴とする請求項１記載の比例弁。
【請求項３】
制御圧力空間（１４）を介して第１の弁体（７）と共働作用し好適には圧電屈曲アクチュエータ（３５）を含んでなる気圧式のパイロット弁（３１）として付勢要素（２）を形成することを特徴とする請求項１記載の比例弁。
【請求項４】
軸方向に延在していてかつ軸方向の中空部（１２）を有する薄膜プレートシャフト（１１）を備えた薄膜プレート（１０）によって第１の弁体（７）を形成し、その際前記薄膜プレート（１０）をバネによって制御圧力空間（１４）の方向に予荷重するとともに軸方向の位置を調節するために第１の薄膜（１３）と連動結合させ、その薄膜の片面側に制御圧力空間（１４）内に予設定された制御圧力を付加することを特徴とする請求項３記載の比例弁。
【請求項５】
バネによって第１の弁体（７）を指向する方向に予荷重されたバルブプランジャ（１７）によって第２の弁体（８）を形成し、そのバルブプランジャは前記第１の弁体（７）の軸方向の位置に従って薄膜プレートシャフト（１１）から離間するかあるいは接合し、その際薄膜プレートシャフト（１１）とバルブプランジャ（１７）の間の接触面内に第１のシールシート（２５）が形成されることを特徴とする請求項４記載の比例弁。
【請求項６】
第３の弁体（９）をソケット要素（１８）によって形成し、そのソケット要素はバルブプランジャ（１７）を指向する方向においてバネによって第２のシールシート（２６）に対して予荷重されるとともにソケット要素（１８）上に接合するバルブプランジャ（１７）を軸方向に摺動させることによって前記第２のシールシート（２６）から持ち上げることができることを特徴とする請求項４または５記載の比例弁。
【請求項７】
第１および／または第２のシールシートを形成するか、および／またはそれらと共働作用する表面（２４，２７）を、漏出率を調節するためにおよび／または制御特性を改善するためにポリマー材料から形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の比例弁。
【請求項８】
排気接続部（３）が弁（１）の恒常的に排気される排気空間（２２）に接続し、その排気空間は薄膜プレートシャフト（１１）がバルブプランジャ（１７）に接合していない場合に薄膜プレートシャフト（１１）の軸方向の中空部（１２）を介して動作接続部（４）と流体動作的に結合され、また薄膜プレートシャフト（１１）がバルブプランジャ（１７）に気密に接合する場合は動作接続部（４）から流体動作的に切断されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の比例弁。
【請求項９】
排気空間（２２）を第１の薄膜（１３）と第２の薄膜（２１）によって仕切り、その際薄膜プレートシャフト（１１）がそれの自由端部によって軸方向に第２の薄膜（２１）を貫通することを特徴とする請求項８記載の比例弁。
【請求項１０】
弁（１）の動作接続部（４）と結合された動作圧力空間（２３）を第２の薄膜（２１）と第２のシールシートによって仕切り、その際薄膜プレート（１０）、バルブプランジャ（１７）、およびソケット要素（１８）の位置状態に応じて前記動作圧力空間（２３）が圧力空気接続部（５）あるいは排気接続部（３）と流体通流性に結合されるかまたは圧力空気接続部（５）および排気接続部（３）から遮断されることを特徴とする請求項９記載の比例弁。
【請求項１１】
薄膜プレート（１０）および／またはソケット要素（１８）を予荷重するバネ要素（１６，２０）がいずれも弁（１）のハウジング（１５）上で支承されることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の比例弁。
【請求項１２】
薄膜プレート（１０）の中央軸（Ｍ）に対していずれも等距離に配置されるとともにそれぞれ対ごとに等しい角度（α）ずつずらせて弁（１）のハウジング（１５）上に支承された少なくとも３本のバネ要素（１６）によって薄膜プレート（１０）を予荷重することを特徴とする請求項１１記載の比例弁。
【請求項１３】
薄膜プレート（１０）が特に薄膜プレートシャフト（１１）の領域内で第２の薄膜（２１）と結合され、その際第２の薄膜（２１）は軸方向に誘導される薄膜プレート（１０）を半径方向で支承するよう作用することを特徴とする請求項９、または直接的あるいは間接的に請求項９に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１４】
バルブプランジャ（１７）がソケット要素（１８）上に支承されたバネ（１９）によって薄膜プレートシャフト（１１）の方向に予荷重されることを特徴とする請求項６、または直接的あるいは間接的に請求項６に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１５】
付勢されていない状態のバルブプランジャ（１７）が第２のシールシートに接合するソケット要素（１８）から所与の摺動距離分離間することを特徴とする請求項５、または直接的あるいは間接的に請求項５に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１６】
薄膜プレート（１０）、バルブプランジャ（１７）、ソケット要素（１８）を予荷重する各バネ要素（１６，１９，２０）が互いに異なっていてかつ相互に調整されたバネ特性曲線をそれぞれ有することを特徴とする請求項６、または直接的あるいは間接的に請求項６に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【請求項１７】
ソケット要素（１８）を予荷重するバネ要素（２０）のバネ剛性がバルブプランジャ（１７）を予荷重するバネ要素（１９）のバネ剛性に比べて高くなり、またバルブプランジャ（１７）を予荷重するバネ要素（１９）のバネ剛性は薄膜プレート（１０）を予荷重するバネ要素（１６）のバネ剛性に比べて高くなることを特徴とする請求項１６記載の比例弁。
【請求項１８】
弁（１）がパイロット弁（３１）の気圧入力（３３）上に存在する圧力を調節するための圧力調整器（６）をさらに備えることを特徴とする請求項３、または直接的あるいは間接的に請求項３に係るその他の請求項に記載の比例弁。
【国際調査報告】
2019508639.tif 000005
2019508639.tif 000006
2019508639.tif 000007
2019508639.tif 000008
2019508639.tif 000009
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