(57)【要約】【課題】改良された減圧器および減圧器を作動させるための改良された方法を提供すること。【解決手段】高圧入口（３）、低圧出口（４）、並びに、弁座（５）と、弁座（５）と相互作用し、変位方向に変位され得る弁プランジャ（６）とを有する弁を備える減圧器（１ａ、・・・１ｄ）が開示される。前記弁プランジャは、弁座（５）から離れるように変位されると、高圧入口（３）と低圧出口（４）との間において第１の経路を開く。減圧器（１ａ、・・・１ｄ）は、高圧入口（３）と低圧出口（４）とを連結する第２の経路、第２の経路の途中に配置される第１の可制御弁（１０）、並びに、弁プランジャ（６）の第１の有効区域（１４）であって、第２の経路の途中に配置され、この有効区域（１４）に対して作用する第１の制御圧力（ｐ１１）により変位方向への弁プランジャ（６）に対する第１の力がもたらされるように位置合わせされた第１の有効区域（１４）をさらに備える。さらに、本発明による減圧器（１ａ、・・・１ｄ）を作動させるための方法も示す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  高圧入口（３）、
−  低圧出口（４）、並びに
−  弁座（５）と、前記弁座（５）と相互作用し、変位方向に変位させることができ、前記弁座（５）から離れるように変位されると前記高圧入口（３）と前記低圧出口（４）との間に第１の経路を開く弁プランジャ（６）とを有する弁
を備える減圧器（１ａ、・・・１ｄ）であって、
−  前記高圧入口（３）と前記低圧出口（４）とを連結する第２の経路、
−  前記第２の経路の途中に配置される第１の可制御弁（１０）、並びに
−  前記弁プランジャ（６）の第１の有効区域（１４）であって、前記第２の経路の途中に配置され、この有効区域（１４）に対して作用する第１の制御圧力（ｐ１１）により、前記変位方向へ、前記弁プランジャ（６）に対して第１の力がもたらされるように位置合わせされている第１の有効区域（１４）
を特徴とする減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項２】
絞り部（１８）が前記第２の経路の途中に設けられており、前記第１の有効区域（１４）が前記絞り部（１８）と前記第１の可制御弁（１０）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項３】
第２の可制御弁（２３）が前記第２の経路の途中に設けられており、前記第１の有効区域（１４）が前記第１の可制御弁（１０）と前記第２の可制御弁（２３）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項４】
前記弁プランジャ（６）の第２の有効区域（２１）であって、前記第２の経路の途中に配置され、この有効区域（２１）に対して作用する第２の制御圧力（ｐ２２）により、前記第１の力とは逆の前記変位方向へ、前記弁プランジャ（６）に対して第２の力がもたらされるように位置合わせされている第２の有効区域（２１）を特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項５】
前記第１の可制御弁（１０）、前記第２の可制御弁（２３）、または前記絞り部（１８）が、前記第１の有効区域（１４）と前記第２の有効区域（２１）との間の前記第２の経路の途中に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項６】
前記弁プランジャ（６）に対して作用するばね力を前記第１の力または前記第２の力の方向にかけるために設けられたばね（１５）を特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項７】
前記第２の可制御弁（２３）が、前記第１の有効区域（１４）と前記第２の有効区域（２１）との間の前記第２の経路の途中に配置されていることと、前記第２の力および前記ばね力が、前記弁プランジャ（６）の閉じる方向に向けられていることとを特徴とする、請求項３に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項８】
前記第１の制御圧力（ｐ１１）または前記第２の制御圧力（ｐ２２）を測定するために設置された、第１の測定デバイス（１１）および／または第２の測定デバイス（２２）を特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項９】
前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）を制御するために設置された開ループ制御装置（１７）を特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１０】
前記第１の制御圧力（ｐ１１）および／または前記第２の制御圧力（ｐ22）を検出するため、ならびに前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）を制御するために設置された閉ループ制御装置（１７）を特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１１】
前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）が、比例弁として設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１２】
前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）が、開閉弁として設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１３】
前記第１の制御弁（１０）／前記第２の制御弁（２３）が、前記高圧入口（３）と前記低圧出口（４）との間に圧力差が適用されるとき、前記減圧器の設置目的となる媒体が、閉位置においても前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）を通過して流れるように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１４】
前記第１の制御弁（１０）および前記第２の制御弁（２３）が、３／３方向弁（２４）または３／２方向弁（２５）により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１５】
第１／第２の制御スプールが、前記第１の制御弁（１０）／前記第２の制御弁（２３）の代わりに設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の減圧器（１ａ、・・・１ｄ）。
【請求項１６】
高圧入口（３）、低圧出口（４）、並びに、弁座（５）と、前記弁座（５）と相互作用し、変位方向に変位することができ、前記弁座（５）から離れるように変位されると前記高圧入口（３）と前記低圧出口（４）との間に第１の経路を開く弁プランジャ（６）とを有する弁を備える減圧器（１ａ、・・・１ｄ）を作動させる方法であって、
前記弁プランジャ（６）の第１の有効区域（１４）に作用して、前記第１の有効区域（１４）に対して前記変位方向へ第１の力をもたらす第１の制御圧力（ｐ１１）が、第１の可制御弁（１０）により調節され、前記第１の有効区域（１４）および前記第１の可制御弁（１０）が、前記高圧入口（３）と前記低圧出口（４）とを連結する第２の経路の途中に配置されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記弁プランジャ（６）の第２の有効区域（２１）に作用して、前記第２の有効区域（２１）に対して前記第１の力とは逆の前記変位方向に第２の力をもたらす第２の制御圧力（ｐ２２）が、前記第１の可制御弁（１０）により調節され、前記第２の有効区域（２１）が前記第２の経路の途中に配置されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の制御圧力（ｐ１１）および／または前記第２の制御圧力（ｐ２２）が、前記第１の制御弁（１０）および第２の制御弁（２３）により調節され、前記第２の制御弁（２３）が前記第２の経路の途中に配置されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の制御弁（１０）および／または前記第２の制御弁（２３）がパルス幅変調信号により制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドイツにおいて２０１１年５月１１日に出願されたＤＥ１０２０１１１０１１８７．４に基づくものであり、該出願は、ここに参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、高圧入口と、低圧出口と、弁座、および弁座と相互作用し変位方向に変位され得る弁プランジャを有する弁とを備える減圧器に関する。弁プランジャは、弁座から離れるように変位されると、高圧入口と低圧出口との間において第１の経路を開く。さらに、本発明は、この種の減圧器を作動させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
減圧器は、流体（液体または気体）の圧力を低減させるために非常に一般的に使用される。通常は、減圧器は、管路中に設置され、その結果として、高圧入口においては比較的高い圧力がもたらされるが、低圧出口においては比較的低い圧力がもたらされる。例えば、水路中の圧力または圧縮空気シリンダもしくは圧縮ガスシリンダからの圧力が、冒頭で述べたタイプの減圧器または圧力調整器により、所望のレベルまで低減され得る。
【０００４】
これを目的として、例えば特許文献１では、高圧ガス調整器のための、特に高圧入口圧力および高圧降下のための２段階パイロット構成が開示されている。この調整器は、高圧入口と低圧出口との間における圧力降下を調節するためのばね付き弁プランジャを有する主要弁と、パイロット負荷圧力を生成するためのデバイスとを有する。
【０００５】
さらに、特許文献２は、入口および出口を有するハウジングと、入口と出口との間の流路内に設置された低圧チャンバとを備える、特にガス車両においてガス圧力を調整するためのガス圧力調整器に関する。閉鎖要素を有する弁構成体は、ガス圧をより高いまたはより低い程度に調整するためにシール座を開閉することが可能である。低圧チャンバ内には、ダイヤフラムが設けられ、このダイヤフラムは、耐圧チャンバからの圧力を受ける。第１の手段が、このダイヤフラムに予荷重をかけるために使用される。さらに、少なくとも１つのさらなる手段が、ダイヤフラムに対する予荷重を変更するために設けられる。閉鎖要素を作動させるために、前記要素は、ダイヤフラムにまたはこのさらなる手段に連結される。
【０００６】
公知の減圧器に関する欠点は、これらの減圧器が、技術的に比較的複雑であり、したがって高価である点である。さらに、現行の減圧器または圧力調整器の１つの主要な問題は、出口圧力が、環境要因および入口圧力とは関係なく、いかなる大きな変動も伴わずに一定に維持されるべき場合に、特に広い入口圧力の範囲内で作動させることができない点である。これは、入口の圧力が高い場合にも、摩擦により大きな力がシールに生じ、シールの十分な着座を確保するために必要となる力が大きくなり、それにより、出口圧力の正確な調整がより困難になることによるものである。入口圧力が降下する場合には、および他方において、入口圧力が設定すべき出口圧力に近づく場合には、前記力は低下する。さらに、出口圧力の調整は、流量、温度変化、等々の他の要因による影響を受ける。さらに、調整された出口圧力は、ヒステリシスをしばしば被る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１５２３３２３Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０２０４７４６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、改良された減圧器および減圧器を作動させるための改良された方法を示唆することである。特に、減圧器を調節するためにわずかな調節力のみが必要となる、比較的単純な技術構造からなる減圧器を示唆することを意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
高圧入口と低圧出口とを連結する第２の経路と、
第２の経路の途中に配置される第１の可制御弁と、
弁プランジャの第１の有効区域であって、第２の経路の途中に配置され、この有効区域に対して作用する第１の制御圧力により、変位方向へ、弁プランジャに対して第１の力がもたらされるように位置合わせされる、第１の有効区域と
を追加的に備える、冒頭において述べたタイプの減圧器によって、この目的を達成する。
【００１０】
本発明の目的は、弁プランジャの第１の有効区域に対して作用し、第１の有効区域に対する変位方向への第１の力をもたらす第１の制御圧力が、第１の可制御弁により調節され、第１の有効区域および第１の可制御弁が、高圧入口と低圧出口とを連結する第２の経路の途中に配置される、冒頭において述べたタイプの方法によって、さらに達成される。
【００１１】
本発明によれば、高圧入口と低圧出口との間の圧力差は、第２の経路を経由する小流量によって継続的に調節され得る。「制御流」、すなわち第２の経路を経由する流量は、第１の経路を経由する可能性のある流量との相関において小さい。したがって、第２の経路の途中の制御弁の開断面、したがって開くためのこの制御弁の作動力は、同様に小さい。この場合には、サーボ効果または増大効果が得られ、したがって、高圧入口と低圧出口との間の所望の圧力差を設定するためには、制御弁における比較的小さな調節力が十分なものとなる。さらに、従来の減圧器とは対照的に、弁を開くために入口の圧力を利用することにより、入口圧力が低い場合よりも、入口圧力が高い場合に、弁を開くためのより大きな力を利用することも可能となり、これは、同様に、本発明による減圧器の特徴に対して好ましい影響を有する。
【００１２】
図面と組み合わせて考慮することにより、従属請求項から、および本説明から、本発明の有利な実施形態および展開例が明らかになろう。
【００１３】
絞り部が、第２の経路の途中に設けられ、第１の有効区域が、この絞り部と第１の可制御弁との間に配置されると、有利である。このようにすることで、第１の制御圧力についての調節範囲を拡張することが可能となり、したがって第１の制御圧力の調整の実施がさらに容易になり得る。
【００１４】
第２の可制御弁が、第２の経路の途中に設けられ、第１の有効区域が、第１の可制御弁と第２の可制御弁との間に配置されると、特に有利である。このようにすることで、第１の制御圧力についての調節範囲が、さらに拡張され、第１の制御圧力の調整をさらにより容易にすることが可能となる。
【００１５】
弁プランジャの第２の有効区域が、第２の経路の途中に設けられ、前記有効区域は、この有効区域に対して作用する第２の制御圧力により、第１の力の逆の変位方向へ、弁プランジャに対して第２の力がもたらされるように位置合わせされていると、さらに特に有利である。このようにすることで、高圧入口と低圧入口との間の圧力差が、第１の制御圧力と第２の制御圧力との間の差圧によって調節され得る。これにより、高圧入口と低圧入口との間の圧力差の良好な開ループ制御または閉ループ制御が達成される。さらに、減圧器は、この弁プランジャについては、ハウジングの環境に対するシールが全く必要にならないように構成することが可能である。したがって、減圧器は、技術的に単純な構成のものとなり得る。
【００１６】
第１の可制御弁、第２の可制御弁、または絞り部が、第１の有効区域と第２の有効区域との間の第２の経路の途中に配置されると、有利である。このようにすることで、第１の有効区域と第２の有効区域との間の比較的高い差圧が実現され得る。
【００１７】
本発明による減圧器が、弁プランジャに対して作用するばね力を第１の力または第２の力の方向にかけるために設けられたばねを備えると、さらに有利である。これにより、弁座に対して弁プランジャを押し付ける力が、減圧器の圧力条件のみにより決定されることがなくなる。したがって、弁プランジャにおいて所望の力比率を達成するために用い得る影響をもたらす別の様式が得られる。
【００１８】
この状況において、第２の可制御弁が、第１の有効区域と第２の有効区域との間の第２の経路の途中に配置されると、および、第２の力およびばね力が、弁プランジャの閉じる方向に向けられると、有利である。これにより、第２の制御弁が閉じられた場合でも、閉じる力が、弁プランジャに対して作用し続けることが確保される。
【００１９】
減圧器が、第１の制御圧力または第２の制御圧力を測定するために設置された第１の測定デバイスおよび／または第２の測定デバイスを有すると、有利である。このようにすることで、弁プランジャにおける実圧力比を判定することが可能となり、これらの実圧力比は、例えば開ループ制御装置または閉ループ制御装置に対して利用可能なものになり得る。
【００２０】
減圧器が、第１の制御弁および／または第２の制御弁を制御するために設置された開ループ制御装置を備えるか、または自体に開ループ制御装置を連結させると、有利である。これにより、例えば電子信号または光学信号によって、高圧入口と低圧出口との間の差圧を指定することが可能となる。電子制御装置により、入口圧力の効果、流量、温度、等々を補償すること、および出口圧力の調整のさらなる改良を達成することがさらに可能となる。
【００２１】
減圧器が、第１の制御圧力および／または第２の制御圧力を検出するために、ならびに第１の制御弁および／または第２の制御弁を制御するために設置された閉ループ制御装置を備えるか、または自体に閉ループ制御装置を連結させると有利である。これにより、高圧入口と低圧出口との間におけるある特定の差圧が事実上維持されることが確保される。
【００２２】
第１の制御弁および／または第２の制御弁が、比例弁として設計されると有利である。これにより、高圧入口と低圧出口との間の差圧が、継続的に調節可能となる。
【００２３】
また、第１の制御弁および／または第２の制御弁が、開閉弁として設計されると有利である。これにより、非常に単純な構成の制御弁を使用することが可能となる。
【００２４】
この状況においては、第１の制御弁および／または第２の制御弁が、パルス幅変調信号により制御されると、特に有利である。これにより、制御弁が開閉弁のみであっても、高圧入口と低圧出口との間の差圧を継続的に調節することが可能となる。
【００２５】
また、第１の制御弁および／または第２の制御弁は、高圧入口と低圧出口との間に圧力差が適用されているとき、減圧器の設置目的となる媒体が閉位置においても第１の制御弁／第２の制御弁を通過して流れるように設計されると有利である。制御弁または複数の制御弁が、低圧出口に高圧入口を連結する第２の経路に沿って配置されるため、制御弁を通過する流れは、これらの制御弁が閉じされた場合でも、必ずしも乱されるわけではない。したがって、本発明のこの変形形態においては、技術的に単純であり安価な制御弁を使用することが可能となる。
【００２６】
さらに、第１の制御弁および第２の制御弁が、３／３方向弁または３／２方向弁により形成されると、有利である。これにより、本発明による減圧器の特にコンパクトな構成が可能となる。さらに、少数の構成要素により、それらのアセンブリが比較的単純なものとなる。
【００２７】
また、第１／第２の制御スプールが、第１の制御弁／第２の制御弁の代わりに設けられることが、有利である。制御スプールは、一般的には、非常に高速の応答を有し、それにより、高圧入口と低圧出口との間の差圧の非常に迅速な調整が実現可能となる。
【００２８】
さらに、弁プランジャの第２の有効区域に対して作用し、この第２の有効区域に対して変位方向に第１の力とは逆方向に向けられた第２の力をもたらす、第２の制御圧力が、第１の可制御弁により調節され、第２の有効区域が、第２の経路の途中に配置されると、有利である。このようにすることで、弁プランジャにおける差制御圧を１つの制御弁のみによって調節することが可能となり、これにより制御システムを構成することが非常に簡単になる。
【００２９】
最後に、弁プランジャの第１の有効区域に対して作用する第１の制御圧力および／または弁プランジャの第２の有効区域に対して作用する第２の制御圧力が、第２の経路の途中に配置された第１の制御弁および第２の制御弁により調節される場合も、また有利である。これにより、制御圧力を調節するために、他の影響パラメータ、すなわち第２の制御弁の位置が得られ、その結果として、減圧器は、特に自由度の高い態様で調節することが可能となる。
【００３０】
ここで、本発明による減圧器との関連で示される変形形態およびその結果として得られる利点は、本発明による方法にも同様に当てはまり、その逆も当てはまることを指摘しておく。
【００３１】
本発明の上述の実施形態および展開例は、任意の所望の態様で組み合わせることが可能である。
【００３２】
次に、図面の概略図において示唆される例示底な実施形態を参照として、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の制御弁を有する本発明による減圧器の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す減圧器における第２の経路に沿った圧力特徴を示す図である。
【図３】追加の孔を有する本発明による減圧器の第２の実施形態を示す図である。
【図４】図３に示す減圧器における第２の経路に沿った圧力特徴を示す図である。
【図５】追加の後方プランジャチャンバを有する本発明による減圧器の第３の実施形態を示す図である。
【図６】図５に示す減圧器における第２の経路に沿った圧力特徴を示す図である。
【図７】２つの制御弁を有する本発明による減圧器の第４の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示す減圧器における第２の経路に沿った圧力特徴を示す図である。
【図９】第１の制御弁および第２の制御弁を形成する３／３方向弁を示す図である。
【図１０】第１の制御弁および第２の制御弁を形成する３／２方向弁を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
初めに、図面中の同一および同様の部分は、同一の参照符号により示され、特に明記しない限り、機能的に同様の要素および特徴は、いくつかの例では異なる添え字を伴った同一の参照符号により示されることを指摘しておく。
【００３５】
さらに、「上部」、「下部」、「側方」、「水平方向」、および「垂直方向」等々の位置の指摘は、図示される減圧器の位置を参照とする。減圧器の位置が変更された場合には、位置の指摘は、適切な観念的調節を要することとなる。
【００３６】
図１は、高圧入口３、低圧出口４、およびハウジング２内に配置された弁座５を備えるハウジング２と、ハウジング２内に変位自在に取り付けられた弁プランジャ６とを有する、減圧器１ａを示す。弁座５および弁プランジャ６が、弁を形成し、この弁は、高圧入口３と低圧出口４との間の第１の経路に沿って配置される。減圧器１ａは、第２の経路をさらに備え、この第２の経路は、高圧入口３と低圧出口４とを連結する。さらに具体的には、第１の連結ライン７が、高圧入口３から第１の後方プランジャチャンバ８まで通じ、第２の連結ライン９が、第１の後方プランジャチャンバ８から低圧出口４まで通じる。さらに、第１の制御弁１０が、第１の連結ライン７の途中に設けられ、第１の圧力計１１が、第１の後方プランジャチャンバ８に連結される。
【００３７】
図１から容易に理解できるように、弁プランジャ６は、弁座５に対面する前部に加えて、後部を有し、この後部の上には、シール１２が設けられる。さらに、ハウジング２には、さらなるシール１３が配置され、このシール１３は、第１の後方プランジャチャンバ８から高圧側３をシール遮断する。弁プランジャ６の後部は、第１の後方プランジャチャンバ８に対面する第１の有効区域１４と、弁プランジャ６の上方に配置されたばね１５とをさらに備える。通気開口１６が、圧力補正のためにハウジング２内にさらに形成される。最後に、減圧器１ａは、電子開ループ／閉ループ制御装置１７を備え、この制御装置１７は、第１の制御弁１０に、および第１の圧力計１１に連結される。
【００３８】
次に、図２を参照として、図１に図示する構成の作動を説明する。図２は、第２の経路ｓに沿った圧力ｐの特徴を示す。
【００３９】
第１の状態においては、第１の制御弁１０が閉じられるものとする。この場合には、実線により示される圧力特徴が、図２において得られる。これより、第１の制御弁１０にて、高圧ＨＰと低圧ＬＰとの間の圧力差分が完全に下落することが理解できる。したがって、第１の圧力計１１における圧力ｐ１１は、低圧ＬＰに等しい。この圧力ｐ１１は、第１の後方プランジャチャンバ８における圧力に一致するので、第１の有効区域１４に対しても作用し、弁プランジャ６に対して弁プランジャ６の変位方向に作用し弁座５から離れる方向に向けられる第１の力を生じさせる。しかし、ばね１５により生じるばね力、および高圧ＨＰにより弁プランジャ６の下方端部に対して生じる力は、さらに大きく、その結果として、プランジャは、弁座５に対して押し付けられ、したがって高圧入口３は、低圧出口４から離れた状態に留まる。
【００４０】
第２の状態においては、第１の制御弁１０は、幾分か開かれ、図２で点線により示される圧力特徴をもたらす。図２においては、第１の制御弁１０にて、高圧ＨＰと低圧ＬＰとの間の圧力差分が完全には下落せず、その差分の一部のみが下落することが理解できる（圧力特徴の急激な傾斜部分を参照）。残りは、第１の連結部分７、第１の後方プランジャチャンバ８、および第２の連結ライン９に沿って下落する。これら第１の連結部分７、第１の後方プランジャチャンバ８、および第２の連結ライン９を通る流れは、わずかな流量となる（圧力特徴の緩やかな傾斜部分を参照）。第１の圧力計１１における圧力ｐ１１は、低圧ＬＰよりも幾分か高く、したがって弁プランジャ６に対する第１の上方に向けられた力もまた、より高い。
【００４１】
第１の制御弁１０が、さらに開かれると、圧力ｐ１１、したがって弁プランジャ６に対する第１の力が、ばね１５により生じるばね力と弁プランジャ６の下方端部に対して高圧ＨＰにより生じる力との和を超過するようなレベルにまで上昇し、その結果として、プランジャは、弁座５から引き上げられ、したがって高圧入口３は、低圧出口４に連結される。その結果、弁プランジャ６にて力の平衡が再度もたらされるまで、高圧ＨＰと低圧ＬＰとの間の圧力差分が下落し続ける。したがって、第１の制御弁１０の位置に応じて、高圧入口３と低圧出口４との間にある程度の圧力損失が確保される。この時点において、高圧ＨＰと低圧ＬＰとの間の圧力差分の前記減少は、単純化のために図２（または図４、図６、および図８）においては考慮されていないことを指摘しておく。
【００４２】
第１の制御弁１０が、完全に開いている場合には、第２の経路に沿った圧力は、多少なりとも線形的に低下し、したがって圧力ｐ１１について最大値が得られる。
【００４３】
要言すると、本発明による減圧器１ａは、高圧入口３と低圧出口４とを連結する第２の経路と、第２の経路の途中に配置された第１の可制御式制御弁１０と、第２の経路の途中に配置され、弁プランジャ６に対して作用する第１の制御圧力ｐ１１により、弁プランジャ６に対し、その変位方向へ第１の力がもたらされるように位置合わせされた弁プランジャ６の第１の有効区域１４とを備える。
【００４４】
減圧器１ａは、ばね１５をさらに備える。このばね１５は、弁プランジャ６に対して第１の力とは逆方向に作用するばね力を加えるために設けられる。さらに、減圧器１ａは、第１の制御圧力ｐ１１を測定するように設置された第１の測定デバイス（第１の圧力計１１）と、第１の制御弁１０を制御するように設置された開ループ／閉ループ制御装置１７とを備える。
【００４５】
第１の制御圧力ｐ１１が、開ループ／閉ループ制御装置１７により検出され、第１の制御弁１０を制御することにより調整されることは、有利である。これを目的として、第１の制御弁１０は、例えば比例弁として設計することが可能である。しかし、第１の制御弁１０が、開閉弁として設計され、パルス幅変調信号により制御されることも考えられる。これらのいずれの例においても高圧入口３と低圧出口４との間の圧力差分は、第２の経路を経由する小流量により継続的に調節され得る。比較的小さな力が、第１の制御弁１０に対して作用するため、ここではサーボ効果または増大効果が得られる。
【００４６】
減圧器１ａを通過するある程度の残余流量が許容される場合には、高圧入口３と低圧出口４との間における完全な密封が絶対的な必須条件とはならないことは、第１の制御弁１０にとっては有利である。したがって、第１の制御弁１０は、高圧入口３と低圧出口４との間に圧力差が適用されているとき、減圧器１ａの設置目的となる媒体が、閉位置においても制御弁１０を通過して流れるように、設計することが可能である。これにより、比較的単純な構造の第１の制御弁１０を使用することが可能となる。
【００４７】
図３は、図１に図示する減圧器１ａと非常に類似した本発明による一変形形態の減圧器１ｂを示す。しかし、対照的に、孔１８の形態の絞り部が、第２の連結ライン９中に設けられる。したがって、絞り部１８は、第２の経路の途中に設けられ、第１の有効区域１４は、この絞り部１８と第１の可制御弁１０との間に配置される。
【００４８】
図４は、この減圧器１ｂが圧力特徴に対して有する効果を示す。第１の制御弁１０が閉じられる場合には、先述の変形形態に関して差異は生じない。しかし、第１の制御弁１０が開かれる場合には、孔１８にて比較的急激な圧力損失ｐ１８がもたらされる。図４より、この場合に達成可能な最大の第１の制御圧力ｐ１１（破線）は、図１および図２に示される変形形態における圧力よりも大幅に高いことが、明確に理解できる。したがって、第１の制御圧力ｐ１１に対する調節範囲が比較的広くなり、これにより第１の制御圧力ｐ１１の調整がより容易なものとなり得る。
【００４９】
さらに、原則的には、これら２つの減圧器１ａおよび１ｂの例において、第１の後方プランジャチャンバ８が弁プランジャ６の上方に配置され、したがって、第１の圧力ｐ１１により生じる第１の力によって弁座５に対して弁プランジャ６が押し付けられることも考えられる。したがって、この場合には、ばね１５は、ばね力が第１の力とは逆方向に向けられる引張ばねとして構成または設計されなければならない。第１の制御弁が閉じられた場合には、弁プランジャ６は、弁座５から最大の度合いまで上昇する。しかし、この実施形態に関しては、第１の制御弁１０は、弁座５に対して弁プランジャ６を押し付け、したがって高圧入口３から低圧出口４への流れを常に確保するためには、開かれなければならない点に留意されたい。いくつかの用途において、これは、利点となり得る。
【００５０】
上述の構成（弁プランジャ６の上方のプランジャチャンバ８）の１つの利点は、低圧出口４における圧力が上昇する場合に、弁プランジャ６に対する閉じる力が上昇し、したがって自動調整機能または安全機能がもたらされることによって得られる。しかし、多数の用途において、低圧出口４における圧力が上昇する場合には、減圧器１ａおよび１ｂが開かれる必要性がやはり存在し得る。これは、プランジャチャンバ８が弁プランジャ６の下方に配置されることにより正確に達成され得る。例えば、低圧側の流出が迅速に閉じられる（減圧器１ａおよび１ｂにおいて流れが全くない）と、圧力は、低圧出口４において短期的に上昇し、軽減され得ない。その結果、プランジャチャンバ８内の圧力もまた上昇し、減圧器１ａおよび１ｂが開かれる。
【００５１】
さらに、これら２つの減圧器１ａおよび１ｂにおいては、第１の制御弁１０が、第１の連結ライン７中にではなく第２の連結ライン９中に配置されることが考えられる。同様に、孔１８が存在する場合には、これが、第２の連結ライン９中にではなく第１の連結ライン７中に設けられて、これにより圧力比を逆転させることが可能である。例えば、第２の連結ライン９中に配置された第１の制御弁１０が閉じられた場合には、これは、高圧ＨＰが第１の後方プランジャチャンバ８内にもたらされ、したがって図１および図３に図示する変形形態において弁座５から弁プランジャ６を上昇させる効果を有する。したがって、本段落内で述べた変形形態は、先の段落内で述べた変形形態と組み合わせることが可能であり、この場合には、第１の制御弁１０が閉じられ、第１のプランジャチャンバ８が頂部に位置する場合に、弁プランジャ６が弁座５に対して押し付けられ、高圧入口３と低圧出口４との間における流れが回避され得ることにより、有利となる。
【００５２】
図５は、第２の経路が上述の２つの変形形態における配置とは幾分か異なるとなる態様で配置される、一変形形態の減圧器１ｃを示す。第１の連結ライン７が、高圧入口３と第１の後方プランジャチャンバ８とをやはり連結するが、孔１８の形態の絞り部を備える第３の連結ライン１９が、第１の後方プランジャチャンバ８から第２の後方プランジャチャンバ２０まで通じ、第２の連結ライン９が、第２の後方プランジャ２０から低圧出口４まで通じる。第２の後方プランジャチャンバ２０の付近に、弁プランジャ６は、第２の有効区域２１を有する。したがって、減圧器１ｃは、弁プランジャ６の第２の有効区域２１を備え、この有効区域２１は、第２の経路の途中に配置され、この第２の有効区域２１に作用する第２の制御圧力ｐ２２が、弁プランジャ６に対し、第１の制御圧力ｐ１１から得られる第１の力とは逆の変位方向に、第２の力をもたらすように位置合わせされる。この場合に、絞り部１８は、第１の有効区域１４と第２の有効区域２１との間の第２の経路の途中に配置される。第１の制御弁１０が、第１の連結ライン７の途中にやはり配置される。さらに、第１の圧力計１１が、第１の後方プランジャチャンバ８に連結され、第２の圧力計２２が、第２の後方プランジャチャンバ２０に連結される。
【００５３】
図６は、第１の制御弁１０が閉じられた状態（実線）、制御弁１０が部分的に閉じられた状態（点線）、および制御弁１０が完全に開いた状態（破線）における、第２の経路ｓに沿った圧力特徴を示す。図６に示す圧力特徴は、図４に示す圧力特徴と非常に類似しているが、弁プランジャ６の第２の有効区域２１に対して作用し下方向の力を生じさせる第２の制御圧力ｐ２２が考慮されている。したがって、弁プランジャ６において、上述の２つの変形形態の例に該当するものとは異なる力の平衡が得られる。しかし、第１の制御弁１０が開くことにより弁座５から弁プランジャ６が上昇するという原理は、同じままとなる。
【００５４】
この変形形態においては、減圧器１ａおよび１ｂの場合にはシール１２により可能となる種類の外部漏出の阻止が、弁プランジャ６にて実現され得ることが有利となる。したがって、減圧器１ｃの場合には、シール１２は、より低い品質のものであることが可能であり、または完全に省くことも可能である。
【００５５】
図７は、図５に示す減圧器１ｃと非常に類似した別の変形形態の減圧器１ｄを示す。しかし、対照的に、第２の制御弁２３が、孔１８の代わりに第３の連結ライン１９中に設けられる。したがって、減圧器１ｄは、第２の経路の途中に第２の可制御弁２３を備え、有効区域１４は、第１の可制御弁１０と第２の可制御弁２３との間に配置される。さらに、第２の可制御弁２３は、第１の有効区域１４と第２の有効区域２１との間の第２の経路の途中に配置される。さらに、第２の有効区域２１に対して作用する第２の制御圧力ｐ２２により生じる第２の力およびばね力が、弁プランジャ６の閉じる方向に向けられる。
【００５６】
図８は、第１の制御弁１０が閉じられ第２の制御弁２３が開いた状態（実線）、第１の制御弁１０が部分的に開き第２の制御弁２３が部分的に開いた状態（点線）、および第１の制御弁１０が完全に開き第２の制御弁２３が完全に閉じられた状態（破線）における、第２の経路ｓに沿った圧力特徴を示す。図８においては、達成可能な最大の第１の制御圧力ｐ１１（破線）が、高圧ＨＰに等しく、図３および図６に示す変形形態において達成可能な最大の第１の制御圧力ｐ１１よりもやはり高いことが、明確に理解できる。したがって、第１の制御圧力ｐ１１に対するさらに大きな調節範囲が得られ、これにより第１の制御圧力ｐ１１の調整がより容易になる。
【００５７】
この実施形態においては、開ループ／閉ループ制御装置１７は、第１の制御圧力ｐ１１および第２の制御圧力ｐ２２を測定するために設置される。さらに、この実施形態においては、開ループ／閉ループ制御装置１７は、第１の制御圧力ｐ１１および／または第２の制御圧力ｐ２２をこのような態様で調節するために、第１の制御弁１０および第２の制御弁２３の両方を制御するために設置される。したがって、第１の制御圧力ｐ１１および第２の制御圧力ｐ２２が調整され得る。第１の制御弁１０と同様に、第２の制御弁２３もまた、比例弁としてまたは開閉弁として設計され得る。第２の制御弁２３が、開閉弁として設計される場合には、第２の制御弁２３は、パルス幅変調信号によって制御され、したがって比例弁と同様に機能し得る。また、第２の制御弁２３は、高圧入口３と低圧出口４との間に圧力差が適用されているとき、減圧器１ｄの設置目的となる媒体が、閉位置においても弁２３を通過して流れるように、設計することも可能である。
【００５８】
また、非常に一般的には、第１の制御スプールおよび／または第２の制御スプールが、第１の制御弁１０および／または第２の制御弁２３の代わりに設けられることも可能である。また、一般的には、制御弁１０よびまたは２３ならびに連結ライン７は、ハウジング２内に配置することも可能である。また、連結ライン９および１９は、外部に送ることも可能である。
【００５９】
原則的には、これらの２つの減圧器１ｃおよび１ｄの場合において、第１の後方プランジャチャンバ８が弁プランジャ６の上方に配置され、第２の後方プランジャチャンバ２０が弁プランジャ６の下方に配置され、したがってその結果として、第１の圧力ｐ１１により生じる第１の力が弁座５に対して弁プランジャ６を押し付け、第２の圧力ｐ２２により生じる力が弁座５から弁プランジャ６を引き上げる傾向をもたらすことが、やはり考えられる。したがって、この場合にはやはり、ばね１５は、ばね力が第１の力とは逆方向におよび第２の力の方向に向けられるような引張ばねとして構成または設計されなければならない。第１の制御弁１０が閉じられた場合には、弁プランジャ６は、弁座５から最大の度合いまで上昇する。しかし、均等な変形形態である減圧器１ａおよび１ｂとは対照的に、第２の制御弁２３は、弁プランジャ６が弁座５に対して押し付けられる場合でも、高圧入口３から低圧出口４への流れをもたらさない。
【００６０】
また、減圧器１ｄの場合には、第１の制御弁１０が第１の連結ライン７中にではなく第３の連結ライン１９中に配置され、第２の制御弁２３が第３の連結ライン１９中にではなく第２の連結ライン９中に配置されることが考えられる。同様に、減圧器１ｃについては、以下の変形形態、すなわち、第１の連結ライン７中の孔１８および第３の連結ライン１９中の第１の制御弁１０、第３の連結ライン１９中の孔１８および第２の連結ライン９中の第１の制御弁１０、ならびに第２の連結ライン９中の孔１８および第３の連結ライン１９中の第１の制御弁１０が考えられる。本段落内において述べた変形形態は、やはり有利は、先の段落内において述べた変形形態と組み合わせることが可能である。
【００６１】
図９は、組み合わされることにより３／３方向弁２４を形成するような制御弁１０および２３の有利な実施形態を示す。３／３方向弁２４の第１の位置においては、第１の連結ライン７（高圧入口３から低圧出口４まで）は開いているが、第２の連結ライン１９（プランジャチャンバ８からプランジャチャンバ２０まで）は閉じられる。第２の位置２においては、連結ライン７は閉じられ、第２の連結ライン１９は開いており、第３の位置（図９を参照）においては、連結ライン７および１９が共に閉じられる。したがって、第１の位置においては、図８において破線により示すような圧力直腸が得られ、実線による圧力特徴は、第２の位置において得られる。
【００６２】
有利な一変形形態においては、３／３方向弁２４の上述の第３の位置を省くことも可能であり、したがって、２つの制御弁１０および２３は、３／２方向弁２５により形成される。これは、図１０に図示される。本実施形態における３／２方向弁２５の第１の位置においては、第１の連結ライン７は開いており、第２の連結ライン１９は閉じられ（図１０を参照）、したがって図８における破線による圧力特徴が再び得られる。対照的に、第２の位置においては、第１の連結ライン７は閉じられ、第２の連結ライン１９は開いており、したがって図８における実線による圧力特徴が再び得られる。
【００６３】
弁２４または２５を比例弁として構築した場合には、中間位置（図８における点線を参照）を選択することにより、任意の所望の圧力ｐ１１を設定することがさらに可能となる。１つの代替形態としては、特に弁２４または２５が開閉弁として構築される場合には、弁２４または２５のパルス幅変調制御により、任意の所望の圧力ｐ１１を設定することがさらに可能となる。これらのいずれの場合においても、３／３方向弁２４の第１の位置および第２の位置が相互に隣接し合う場合には有利となる。
【００６４】
最後に、これらの図面に示す構成要素は、幾分か単純化された形式で示される点に注意されたい。実際には、本発明による減圧器１ａ、・・・１ｄは、この例示から逸脱してもよく、特に、本明細書において示さないさらに複雑なおよび／または追加の構成要素を備えることが可能である。最後に、図示したものは必ずしも縮尺通りではなく、実際の構成要素の大きさは図示する構成要素の大きさとは異なり得ることを指摘しておく。
【符号の説明】
【００６５】
１ａ  減圧器
１ｂ  減圧器
１ｃ  減圧器
１ｄ  減圧器
２  ハウジング
３  高圧入口
４  低圧出口
５  弁座
６  弁プランジャ
７  第１の連結ライン
８  第１の後方プランジャチャンバ
９  第２の連結ライン
１０  第１の制御弁
１１  第１の圧力計
１２  シール
１３  シール
１４  第１の有効区域
１５  ばね
１６  通気開口
１７  電子開ループ／閉ループ制御装置
１８  孔、絞り部
１９  第３の連結ライン
２１  第２の有効区域
２２  第２の圧力計
２３  第２の制御弁
２４  ３／３方向弁
２５  ３／２方向弁
ＬＰ  低圧
ＨＰ  高圧
ｐ  第２の経路
ｓ  圧力
ｐ１１  圧力
ｐ１8  圧力損失
ｐ２２  第２の制御圧力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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2012237446000002.pdf
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2012237446000004.pdf