(57)【要約】  本発明は、流体負荷により流体供給するバルブ装置を備える流体システムに関する。流体システムは複数のバルブモジュール（２）を有し、各バルブモジュール（２）はチャネル要素（１１）と４つの２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）を有する。４つの２／２ウェイバルブは完全なブリッジ配置で相互に連結され、シャットオフ（遮断）ポジションとオープン（開放）ポジションとの間で切換え可能である。また、流体システムはバルブモジュール（２）の２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）を個々に作動するための制御装置（１２７）を備える。本発明は、接続チャネルを介して連通するように接続される第１ワークチャネル（２１）及び第２ワークチャネル（２２）を提供する。更に本発明はバルブ手段（１２４）に割り当てられるバルブモジュール（２）を提供する。個々のバルブ手段（１２４）は制御装置（１２７）によりシャットオフポジションとオープンポジションとの間で切り替え可能であり、第１及び第２ワークチャネル（２１、２２）間で連通接続を一時的に開放するために接続チャネルの自由断面に影響を及ぼす。
2012524216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバルブモジュール（２）を有し、流体を流体消費装置（１１５）に供給するためのバルブ装置（１）を備える流体システムであって、
各バルブモジュール（２）はチャネルボディ（１１）を備え、このチャネルボディは、流体源に接続する供給チャネル開口部（３５）、流体消費装置と流体消費装置を通気する通気チャネル開口部（３６）とに接続される２つのワークチャネル、及び、４つの２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）を有し、各２／２ウェイバルブは第１及び第２の流体接続部（４７、４８、４９、５０、５１、５２、５５、５６）、及び、前記第１及び第２の流体接続部（４７、４８、４９、５０、５１、５２、５５、５６）間で自由な流体チャネル断面を調節する可動弁部材を有し、
前記バルブモジュール（２）の前記４つの２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）は完全なブリッジ配置で以下のように相互に連結され、即ち、前記第１及び第２の２/２ウェイバルブ（４１、４２）の前記第１流体接続部（４７，４９）は供給チャネル開口（３５）に接続され、前記第１の２/２ウェイバルブ（４１）の前記第２流体接続部（４８）及び前記第４の２／２ウェイバルブ（４６）の前記第１流体接続部（５５）は第１ワークチャネル（２１）に接続され、前記第２の２／２ウェイバルブ（４２）の前記第２流体接続部（５０）及び前記第３の２／２ウェイバルブ（４５）の前記第１流体接続部（５１）は前記第２ワークチャネル（２２）に接続され、また、前記第３及び第４の２／２ウェイバルブ  （４５、４６）の前記第２の流体接続部（４５、４６）は前記通気チャネル開口部（３６）に接続され、
各２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）はシャットオフポジションとオープンポジションとの間で切り替え可能であり、また、当該流体システムは前記バルブモジュール（２）の前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）を個々に作動するための制御装置（１２７）を備え、
前記第１ワークチャネル（２１）及び前記第２ワークチャネル（２２）が接続チャネルを介して連通するように接続され、
バルブモジュール（２）がバルブ手段（１２４）に割り当てられ、
第１及び第２ワークチャネル（２１、２２）間で連通接続を一時的に実施するために、個々のバルブ手段（１２４）は制御装置（１２７）によりシャットオフポジションとオープンポジションとの間で切り替え可能であり前記接続チャネルの自由断面に影響を及ぼす、ことを特徴とする流体システム。
【請求項２】
前記接続チャネルがチャネルユニット中に形成され、当該チャネルユニットは、前記ワークチャネル（２１、２２）に連通接続を生じるように設計された２つの流体チャネルを有し、且つ、前記バルブモジュール（２）の連結領域（１７）に取り付けられるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の流体システム。
【請求項３】
前記バルブ手段（１２４）が２／２ウェイバルブとして設計されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体システム。
【請求項４】
前記バルブ手段（１２４）及び前記バルブモジュール（２）の前記２／２のウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）を断続的に作動するための前記制御装置（１２７）は、具体的にはパルス幅変調方法を適用して比例サーボバルブの様式で設計されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の流体システム。
【請求項５】
前記接続チャネルに流れる流体の関数としての電気計測信号を決定するために、接続チャネル上及び／又は接続チャネル中に配置される検出装置（１２５、１２６）、具体的には圧力センサ及び／又はフローセンサ及び／又は温度センサ及び／又は水分センサが設けられ、前記検出装置（１２５、１２６）は電気的に制御装置（１２７）に接続されていることを特徴とする上記請求項の何れか１項に記載の流体システム。
【請求項６】
前記流体チャネルに接続された流体成分（１１５）の動作状態の関数として及び／又は検出装置（１２０、１２１、１２５、１２６）の電気計測信号の関数として、前記第１及び第２ワークチャネル（２１、２２）間の連通接続を一時的に開放することが特定できるような方法で、前記制御装置（１２７）は、前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）及び前記バルブ手段（１２４）を作動するためにセットアップされていることを特徴とする上記請求項の何れか１項に記載の流体システム。
【請求項７】
流体駆動装置（１１５）の第１駆動室（１１６）、具体的には前記第１ワークチャネル（２１）に連通接続される流体シリンダ、及び前記第２ワークチャネル（２２）に連通接続される前記流体駆動装置（１１５）の第２駆動室（１１７）が設けられており、前記複数の駆動室（１１６、１１７）は、直線移動可能な駆動要素（１１８）により互いに隔てられていることを特徴とする上記請求項の何れか１項に記載の流体システム。
【請求項８】
前記第１駆動室（１１６）の通気或いは脱気が、前記第２駆動室（１１７）の通気或いは脱気と独立して特定できるような方法で、前記制御装置（１２７）が前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）及び前記バルブ手段（１２４）を作動するようセットアップされていることを特徴とする請求項７に記載の流体システム。
【請求項９】
前記駆動要素（１１８）が、それぞれの前記駆動室（１１６、１１７）の最小体積により判定されるエンドポジションに接近したときに、駆動室間（１１６、１１７）の少なくとも部分的な圧力均等化を規定することができ、その結果、前記駆動要素（１１８）の運動エネルギをワーキング流体の流体圧力に少なくとも一部変換することができるような方法で、前記制御装置（１２７）が前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）及び前記バルブ手段（１２４）を作動するよう設定されることを特徴とする請求項７又は８に記載の流体システム。
【請求項１０】
前記駆動要素（１１８）の移動中に流体ワーク装置（１１５）の前記第１及び第２駆動室（１１６、１１７）間の圧力差を一定に特定できるような方法で、前記制御装置（１２７）が前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）及び前記バルブ手段（１２４）を作動するようセットアップされることを特徴とする請求項７、８又は９に記載の流体システム。
【請求項１１】
前記駆動要素（１１８）の移動により更に小さくなった流体ワーク装置（１１５）の駆動室（１１６、１１７）と駆動要素（１１８）の移動により拡大した流体ワーク装置（１１５）の駆動室（１１６、１１７）との間での圧力均等化が、特に断続的に前記バルブ手段（１２４）を作動することにより前記駆動要素（１１８）が移動する間に、特定できるような方法で、前記制御装置（１２７）が前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）及び前記バルブ手段（１２４）を作動するようセットアップされることを特徴とする請求項７から１０の何れか１項に記載の流体システム。
【請求項１２】
前記２／２ウェイバルブ（４１、４２、４５、４６）がバルブユニット（１２）として設計されており、当該ユニットにおいて、作動手段（７６）はバルブ区域（７７）を備えたコンパクトなユニットを形成し、このコンパクトなユニットはチャネルボディ（１１）又はチャネルユニットの取り付け領域（１８）に取り付けられ、
前記バルブ区域（７７）は、前記第１及び第２の流体接続部（４７、４８、４９、５０、５１、５２、５５、５６）及びバルブシート（８９）を有し、また、シャットオフポジションとオープンポジションとの間にある前記第１の流体接続部及び前記第２の流体接続部の間で自由な流体チャネル断面に影響を及ぼすために、前記第１と第２の流体接続部（４７、４８、４９、５０、５１、５２、５５、５６）及びバルブシート（８９）に対してバルブ部材が自由に移動するよう配置されていることを特徴とする上記請求項の何れか１項に記載の流体システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、複数のバルブモジュールを有し流体を流体消費装置に供給するためのバルブ装置を備える流体システムに関する。また、各バルブモジュールは、流体源に接続されるように設計された供給チャネル開口部を有するチャネルボディ、流体消費装置と流体消費装置を通気する通気チャネル開口部（通気流路開口部）とに接続される２つのワークチャネル、および、４つの２／２ウェイバルブを有する。各２／２ウェイバルブは第１及び第２の流体接続部を有し、また前記第１及び第２の流体接続部間で自由な流体チャネル断面を調節する可動弁部材を有する。前記バルブモジュールの４つの２／２ウェイバルブは、完全なブリッジ配置で以下のように相互に連結されている。即ち、第１及び第２の２／２ウェイバルブの第１流体接続部は供給チャネル開口部に接続される。第１の２／２ウェイバルブの第２流体接続部及び第４の２／２ウェイバルブの第１流体接続部は、第１ワークチャネルに接続される。第２の２／２ウェイバルブの第２流体接続部及び第３の２／２ウェイバルブの第１流体接続部は、第２ワークチャネルに接続される。また、第３及び第４の２／２ウェイバルブの第２流体接続部は、通気チャネル開口部に接続される。各２／２ウェイバルブは、シャットオフ（遮断）ポジションとオープンポジションとの間で切換え可能である。また、流体システムは、前記バルブモジュールの前記２／２ウェイバルブを個々に作動するための制御装置を備える。
【０００２】
自由に構成可能な弁機能を備えたマルチウェイバルブは、ドイツ特許、ＤＥ１０２０８３９０Ａ１に記載されている。このマルチウェイバルブは、バルブ本体上に配置された複数の圧力媒体接続部、および、バルブ本体に収容されたバルブ機構を作動させるために電気的に起動させることができる駆動装置を備える。バルブ機構は少なくとも４つの個々の２／２ウェイメインバルブから成り、これら２／２ウェイメインバルブはメインバルブ間に配置された複数の圧力媒体接続部と直列に接続されている。共通の電子制御装置に接続される電気駆動要素が個々のメインバルブに割り当てられる。マルチウェイバルブの使用により、異なる方法のバルブ機能が自由に選択できる。
【０００３】
ガス及び流動性媒体のためのバルブアレンジメント(バルブ配置)がドイツ特許ＤＥ１０３１５４６０Ｂ４に記載されている。このバルブアレンジメントは、完全なブリッジ配置でマルチウェイバルブユニットに接続された少なくとも４つの２／２ウェイバルブを備え、マルチウェイバルブユニットには電子制御ユニットが割り当てられている。電子制御ユニットは少なくとも１つのバス接続部、少なくとも１つのセンサ接続部、及び少なくとも１つのパルス幅変調部を有する。これらのウェイバルブは、スイッチング時間が５ミリセカンド未満である迅速なスイッチングプレートアーマチャ（電気子）バルブとして設計されている。
【０００４】
欧州特許、ＥＰ０３９１２６９Ｂ１には、共通ベースプレート上に配置された複数のソレノイドバルブを備えたソレノイドバルブバッテリーが記載されている。これらのソレノイドバルブには、ベースプレートに一体化されたチャネル（流路）を介して、一括して入力側の圧縮空気を供給することができる。このチャネル（流路）は、ベースプレートの２つの対向する面に存在する分岐ラインに接続されている。
【０００５】
ソレノイドバルブが欧州特許ＥＰ１７４８２３８Ｂ１に記載されている。このソレノイドバルブはバルブチャネルが通り抜けるベースボディを備え、また電磁気装置を有するマグネットヘッドを備える。複数のバルブチャネルと連通するバルブチャンバ(弁室)は、主軸方向に連続して配置されたマグネットヘッドとベースボディとの間に配置されている。バルブチャンバはプレート形のマグネットアーマチャを備え、このマグネットアーマチャはバルブ部材として作用し電磁気装置の固定磁石コアアレンジメント（固定磁石コアが配置されたもの）により引きつけられることができる。
【０００６】
米国特許６５９８３９１は、水圧シリンダを作動する複数の相互に連結した２／２ウェイバルブで構成されるバルブアレンジメント(バルブ配置)を開示している。このバルブアレンジメントでは過剰圧力バルブが、水圧シリンダに接続された２つのワークチャネルにそれぞれ割り当てられている。この方法においては、水圧シリンダと水圧シリンダに接続された負荷の質量慣性によって起こる、水圧シリンダの２つのワークチャンバのうちの１つの圧力上昇は、移動中の水圧シリンダが急速に減速する際、抑制される。急速な減速は割り当てられた２／２ウェイのバルブをシャットオフ(遮断)することにより生じる。
【０００７】
本発明は、流体駆動システムなどにおいて流体を使用する際、効率を改善させた流体システムを提供することを目的とする。
本明細書の冒頭に記載された流体システムにおいて、上記の目的はクレーム１の特徴により実現される。流体システムには接続チャネルを介して連通するように接続される第１ワークチャネル及び第２ワークチャネルと、バルブ手段が割り当てられるバルブモジュールが設けられている。第１及び第２ワークチャネル間で連通接続を一時的に実施（開放）するために、個々のバルブ手段は、制御装置によりシャットオフポジション（遮断ポジション）とオープンポジション（開放ポジション）との間で個別に切換え可能であり、接続チャネルの自由断面に影響を及ぼす。バルブ手段により接続チャネルが一時的に開かれている状態で２つのワークチャネル間の流体交換を、完全なブリッジ回路を有する２／２ウェイバルブを必要することなく、生じさせることができる。このバルブ手段により供給チャネル或いは通気チャネルへの接続を実施（開放）することができ、この接続のためにチャネルは作動されなければない。従って、更に流体を供給することなく或いは流体を損失することなく、２つのワークチャネル間で流体を交換することができる。これによりバルブモジュールの機能範囲が広がる。
【０００８】
本発明の有利な更なる実施形態は、サブクレームで明らかになる。特に「１つ」と言及しない限り、可算名詞は「少なくとも１つ」と解釈する。
接続チャネルがチャネルユニット中に形成されていると有利であり、このチャネルユニットはワークチャネルへの連通接続を生じるように設計された２つの流体チャネルを有し、且つバルブモジュールの接続領域に取り付けられるように設計されている。
【０００９】
付加モジュールは、バルブ手段のセッティングに応じて、バルブモジュールのワークチャネルに供給された流体の流れを別々に運んだり混合したりすることができる。
チャネルユニットとバルブ手段を備える付加モジュールの個別設計により、付加モジュールはコンパクトな構造形状でそれぞれのバルブモジュールに必要に応じて組み付けることができ、バルブ装置にバルブモジュールと共に組み込むことができる。
【００１０】
チャネルユニットが構造的に簡素な設計になるという理由で、バルブ手段がチャネルユニットに取り付けられていると有利である。互いに面する連結領域を有するバルブモジュールは、積層方向に沿って互いに隣接して配置され、それによりバルブ装置が形成される。
【００１１】
バルブモジュールのワークチャネルは連結領域に出口があり、この連結領域は積層方向に垂直に、連結領域にも垂直に位置合わせされている。チャネルユニットは、連結領域と当接するように設計され、チャネルユニットの流体チャネルはチャネルボディのワークチャネルとオーバーラップする（重なる）ことができる。
【００１２】
アセンブリ方向に順に配置する付加モジュールは、バルブモジュールの連結領域の表面法線と平行に或いは別の付加モジュール上に形成されて、付加モジュールアレンジメント（付加モジュールをアレンジしたもの）を形成すると特に有利である。
【００１３】
これにより、１つ或いは複数のバルブモジュールの上に配置された付加モジュールによって、バルブ装置を形成するためのバルブモジュールの積層が妨げられないことを保証する。さらにこれにより、それぞれのバルブモジュールに割り当てられた付加モジュールと連結領域に出口があるバルブモジュールのワークチャネルとの間で、連通接続は簡単に確保される。複数の付加モジュールはアセンブリ方向に互いに隣接してバルブモジュールに取り付けられると更に有利である。これにより、バルブ装置を形成するバルブモジュールを積層することを妨げることなく、バルブモジュールの機能範囲を複数の付加機能により広げることができる。
【００１４】
バルブ手段が２／２ウェイバルブとして設計されていると有利である。そのような方法で設計されたバルブ手段は、バルブモジュールの２／２ウェイバルブと同様の構造を持つことができ、好ましくはバルブモジュールの２／２ウェイバルブと同一である。これにより、２／２ウェイバルブを作動するように専用に設計できるので、制御装置の設計のみならずバルブ装置の製造コストに関しても利点が得られる。
【００１５】
バルブ手段及びバルブモジュールの２／２ウェイバルブを断続的に作動するため制御装置は、具体的にはパルス幅変調方法を適用して比例サーボバルブの様式で設計されると有利である。２／２ウェイバルブは、制御装置により作動されたときに、１つのスイッチ状態(例えば閉鎖位置)から別のスイッチ状態(例えば開放位置)へ切換えることができるオンオフバルブとして設計されていることが好ましい。流体体積の流れは、２つのスイッチ状態を迅速に切換えることにより、それぞれの２／２ウェイバルブにより制御又は規制することができる。２／２ウェイバルブ用の切換え信号の周波数、及び／又は２／２ウェイバルブのスイッチ・オン期間を変えることにより、比例弁或いは比例サーボバルブの切換え動作に少なくとも殆ど対応する流体の流れの切換え動作が得られる。バルブモジュール及び／又はバルブ手段の２／２ウェイバルブは、例えばパルス幅を変調することにより作動される。
【００１６】
ここでは、２／２ウェイバルブ或いはバルブ手段により流体体積の流れを要求に適応させるために、スイッチ・オン期間とスイッチ・オフ期間との関係(負荷サイクル)は、一定の切換え頻度で変えられる。
【００１７】
本発明の１つの実施形態においては、接続チャネルに流れる流体の機能としての電気計測信号を決定するために、接続チャネル上及び／又は接続チャネル中に配置される検出装置、具体的には圧力センサ及び／又はフローセンサ及び／又は温度センサ及び／又は水分センサが設けられ、検出装置は電気的に制御装置に接続されている。
【００１８】
検出装置のタイプにもよるが、水分センサまたは温度センサ等のセンサは流体の流れと直接接触し、或いは、フローセンサ等のセンサは流れる流体から離れて接続チャネルの壁に配置される。このような検出装置を使用して、流れる流体のための１つ以上のパラメーターを決定し、制御装置に電気信号として送信することができる。
【００１９】
制御装置は、流体チャネルに連結した流体成分の動作状態の関数（Ａｂｈａｎｇｉｇｋｅｉｔ）として及び／又は検出装置の電気計測信号の関数として、第１及び第２ワークチャネル間の連通接続を一時的に実施（開放）することが特定できるような方法で、２／２ウェイバルブ及びバルブ手段を作動するようにセットアップ（構成される）されることが好ましい。２つのワークチャネル間で少なくとも、本質的に損失なしの流体交換がこれにより可能になり、流体に蓄えられたエネルギをより効率的に利用することができる。
【００２０】
本発明の更なる実施形態においては、流体駆動装置の第１駆動室、具体的には第１ワークチャネルに連通接続される流体シリンダ、第２ワークチャネルに連通接続される流体駆動装置の第２駆動室、及び直線移動可能な駆動要素により互いに隔てられる前記複数の駆動室が設けられている。例えば、流体駆動デバイスは空気圧シリンダであってもよく、この空気圧シリンダでは、シリンダ領域が、ワーキングエレメントとして作用する直線移動可能なピストンによって、大きさが可変である第１及び第２駆動室に分けられる。
【００２１】
ワークチャネルを接続しバルブ手段により開くことができる接続チャネルと完全なブリッジ回路の本発明による組合せにより、流体駆動デバイスは、流体エネルギを運動エネルギに変換するモータのように動作させることができるだけでなく、運動エネルギが流体エネルギに返還される流体ジェネレータのように動作させることができる。この結果、流体駆動装置の応用分野によっては、流体消費を著しく節約することができる。
【００２２】
第１駆動室の通気或いは脱気が第２駆動室の脱気或いは通気と独立して特定できるような方法で、制御装置が２／２ウェイバルブ及びバルブ手段を作動するようセットアップされると有利である。例えば、別の駆動室が加圧される前に加圧された駆動室から圧力を解放することにより、具体的には通気することにより、流体を更に効率よく利用することができる。この場合、より小さい流体体積はそのポイントまで加圧された駆動室から移動しなければならないので、流体駆動装置はより低い流体圧力及び／又は駆動デバイスのより高い運動速度で移動することができる。
【００２３】
駆動室で移動自由に収納されている駆動要素が、それぞれの駆動室の最小体積により決定されるエンドポジション（終端位置）に接近した際、駆動室間の少なくとも一部の圧力均等化を規定することができ、その結果、駆動要素の運動エネルギを少なくともワーキング流体の流体圧力に一部変換することができるような方法で、制御装置が２／２ウェイバルブ及びバルブ手段を作動するようセットアップされることが好ましい。
【００２４】
これにより、機械的に誘導されるエンドポジションに到達する前に、流体駆動装置は小さな力で緩やかに減速する。例えば、バルブモジュールによりそれぞれ生じる、一方の駆動室への圧力供給及び他方の駆動室からの圧力解放はともに、エンドポジションに到着する前にスイッチが切られるか或いは遮断される。
【００２５】
速すぎる減速を防ぐために、或いは駆動要素の移動により小さくなる駆動室の流体圧縮により更なる手段なしで続いて起こる流体駆動装置の逆移動を防止するために、駆動要素の移動により小さくなる駆動室で、遮断されている圧力解放によりまず圧力増加が生じる。同時に、駆動要素の移動により拡大した他方の駆動室に圧力降下が生じる。
【００２６】
２つのワークチャンバ間での圧力差の低下と一方のワークチャンバの圧力の増大により駆動要素の速度が低下する。接続チャネルを一時的に開くことにより２つの駆動室間で目標とされた圧力の均等化が生じ、これにより２つの駆動室間の圧力差は更に減少し、駆動要素の少なくとも一部の運動エネルギは、ワーキング流体として作用する流体の増加した圧力に変換される。更に、流体駆動装置の運動速度に所望の低下が生じる。一方では、これらの手段により駆動室の流体圧力は特定可能なレベルに維持され、その結果、駆動要素の更なる移動により流体消費は更に節約される。
【００２７】
他方では、その結果、エンドポジションの制動を確実にする流体駆動装置の設計が簡単になり、或いはエンドポジションの制動が完全に免除（ｖｅｒｚｉｃｈｔｅｔ）される。
本発明の有利な実施形態の１つにおいて、駆動要素の移動中に流体ワーク装置の第１及び第２駆動室間の圧力差を一定に特定できるような方法で、２／２ウェイバルブ及びバルブ手段を作動するようセットアップされる制御装置が設けられる。流体駆動装置が大きな圧力差により速過ぎる移動をし、その後（ひいては）、この駆動装置の速度を再び低下させなければならないという状況がこの手段により防止される。また、圧縮性流体、具体的には圧縮空気を使用する際の流体駆動デバイスは、両方の駆動室で上昇した圧力レベルにより高い剛性を得る。これより、流体駆動デバイスが、特定可能な位置から外力の影響により大きく外れることが抑制される。
【００２８】
駆動要素が具体的には断続的にバルブ手段を作動することにより移動する間に、駆動要素の移動により更に小さくなった流体ワーク装置の駆動室と駆動要素の移動により拡大した流体ワーク装置の駆動室との間での圧力均等化が特定できるような方法で２／２のウェイバルブ及びバルブ手段が作動するように、制御装置がセットアップされることが好ましい。これにより、流体駆動デバイスは、例えば、駆動要素の運動エネルギが流体を加圧、具体的には圧縮するために使用されるジェネレータとして使用できる。例えば、加圧、特に圧縮された流体で水圧アキュムレータを充満するか、或いは、加圧により（具体的には圧縮された流体により）圧力を流体駆動装置の駆動室間で均等化できる。
【００２９】
本発明の更なる実施形態においては、バルブユニットとして設計されている２／２ウェイバルブが設けられる。このユニットにおいて、作動手段はバルブ区域を備えたコンパクトなユニットを形成し、このコンパクトなユニットはチャネルボディかチャネルユニットの取り付け領域へ取り付けられ、バルブ区域は第１と第２の流体接続部及びバルブシート（弁座）を有し、また、シャットオフ（遮断）ポジションとオープン（開放）ポジションとの間にある第１及び第２の流体接続部の間で自由な流体チャネル断面図に影響を及ぼすために第１と第２の流体接続部及びバルブシートに対してバルブ部材が自由に移動するよう配置されている。
【００３０】
本発明のこの実施形態により、２／２ウェイバルブは完全にチャネルボディの外部に形成され、チャネルボディの取り付け領域へコンパクトなユニットとして取り付けられる。その結果、一方ではバルブシートの設計、或いはバルブエレメントの収容支持が配置に影響を及ぼすことがないのでチャネルボディの構造は更に簡素になる。他方では、これによりバルブユニットを完全な構造部品として取り除き交換できるので、２／２ウェイバルブは損傷した際、有利に（都合よく）交換できる。
【００３１】
電気的に駆動される作動手段の他に、２／２ウェイバルブは流体搬送の役目をするバルブ区域を備える。バルブ区域は流動性チャネル有し、このチャネルは互いに離れた２つの流体接続部中に延び、外表面に出口を有する。バルブシートは流動性チャネル中に形成され、これによりバルブ部材が密着当接して流動性チャネルの自由断面を遮断する。シャットオフポジション或いはオープンポジションのいずれかを取るような方法で、バルブ部材は、作動手段がもたらす力の影響を受ける。バルブ区域の(流体接続部の出口がある)外表面は、チャネルボディの取り付け領域上に平らに密着当接するように設計されている。流体接続部はチャネルボディ中の流体チャネルへ連通接続するよう設計されている。
【００３２】
バルブモジュールの４つのバルブユニットは全て同一の方法で設計され、各バルブユニットは、例えばスクリューのように設計された、個々の固定手段でチャネルボディに取り付けられている。個々のバルブユニットが損傷した場合、各バルブユニットが同一の設計となっているため、また、各バルブユニットが個別にチャネルボディに取り付けられるので、容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
発明の有利な例示としての実施形態は添付された図面により示される。
【図１】図１は、バルブ装置を有する流体システムの斜視図である。
【図２】図２は、図１による流体システムの空気の等価回路図である。
【図３】図３は、２つのワークチャネルにおける２/２ウェイバルブのスイッチポジション及び圧力コースの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に示された流体システムは、バルブ装置１、およびバルブ装置１を作動するために設けられた制御装置(不図示)を有する。バルブ装置１は、複数の流体消費装置(不図示)、例えば、空気ワークシリンダに流体を供給するために設計されている。バルブ装置１は複数の流体の流れを制御し且つ/又は規制する役目をする。これら流体の流れは、制御装置(不図示)からの制御信号により流体源(不図示)からそれぞれの流体消費装置まで供給される。
【００３５】
バルブ装置１は複数のバルブモジュール２を有する。モジュールは（例示として）スライス（薄片）のように設計され、積層方向３に互いに隣接して並べられている。
バルブモジュール２は、積層方向３の各端部でバルブ装置１の境界を定めるベースエレメント４とエンドプレート５の間に配置される。
【００３６】
付加モジュール６及び７がバルブモジュール２の内のいくつかに割り当てられ、例えば、バルブエレメント或いはセンサーエレメントとして設計されている。
(図１から明らかなように)これら付加モジュール６及び７は、積層方向３に直交するアセンブリ方向９２に付け加えてもよく、必要に応じてバルブモジュール２の機能範囲を拡張可能にする。
【００３７】
ベースエレメント４は本実施形態では直方体の形状をし、表面法線が積層方向３に直交するように合わせられた端面８は、流体路(不図示)に接続するための供給口９有する。この供給口を介して加圧された流体或いは負圧下の流体を供給することができる。ベースエレメント４は更に通気開口部１０を有し、それは、例えば、既にバルブ装置１及び流体消費装置(不図示)を通って流れた流体の出口として作用することができる。
【００３８】
気体の流れ、具体的には圧縮された空気の流れを制御し且つ／又は規制するバルブ装置１を使用する場合、消音器(不図示)をベースエレメント４の通気開口部１０に配置してもよい。
【００３９】
例示としての実施形態による図示されたバルブ装置１では、複数のバルブモジュール２が積層方向３にベースエレメント４まで真直ぐに並べられている。これらバルブモジュール２は全て同じ設計である。ベースエレメント４を介して供給される流体を所望の方法で流体消費装置(不図示)に運び、また、必要に応じて流体を流体消費装置から再びベースエレメント４に運び戻す機能をバルブモジュール２は有する。
【００４０】
各バルブモジュール２はプレート形チャネルボディ（流路体）１１、及び均等に設計されチャネルボディ１１に取り付けられた複数のバルブユニット１２を有する。
バルブモジュール２の複数のバルブユニット１２には、例えば、バルブユニット１２のための遮音用に設計することができ、且つ／又は環境的な影響、具体的には汚染物質に対してバルブユニット１２を保護するために設計することができ、且つ／又はバルブユニット１２に電気的接触するために設計することができるカバーストリップ（被覆片）１３が設けられている。付加モジュール６のバルブユニット１２にはカバーフード１４が設けられ、このカバーフード１４は、バルブモジュール２の複数のバルブユニット１２用に設けられたカバーストリップ１３と同じ機能を個々のバルブユニット１２のために果たす。
【００４１】
例えば立方体の外部形状を有していてもよいプレート形チャネルボディ１１は２つの対向する連結領域を有し、これら領域の表面法線（不図示）は積層方向３に対して平行に位置合わせされている。チャネルボディ１１の狭い側面は連結領域に直角になるように位置合わせされ、それらの表面法線(不図示)は積層方向３に垂直である。これら狭い側面の内、短く狭い側面は連結領域１７として作用し、長く狭い側面は取り付け領域１８として作用する。
【００４２】
バルブモジュール２では、第１、第２ワークチャネル２１、２２の接続開口部１９、２０は、接続エリア１７に出口がある。
第１ワークチャネル２１は、接続開口部２０に接続可能な流体消費装置と、第４の２／２ウェイバルブ４６と共に第１の２／２ウェイバルブ４１とを連通するよう接続する。
【００４３】
第２ワークチャネル２２は、接続開口部１９と、第３の２／２ウェイバルブ４５と共に第２の２／２ウェイバルブ４２とを連通するよう接続する。
図２の概略図から明らかなように、Ｚ１により示された第１ワークチャネル２１は、第１の２／２ウェイバルブ４１の第２流体接続部４８と第４の２／２ウェイバルブ４６の第１流体接続部５５とにそれぞれ連通するよう接続されている。Ｚ２により示された第２ワークチャネル２２は、第２の２／２ウェイバルブ４２の第２流体接続部５０と第３の２／２ウェイバルブ４５の第１流体接続部５１とにそれぞれ連通するよう接続されている。また、第１の２／２ウェイバルブ４１の第１流体接続部４７、及び、第２の２／２ウェイバルブ４２の第１バルブ接続４９は、Ｐにより示される供給チャネル開口部（供給流路開口部）３５に連通するよう接続されている。
【００４４】
第３の２／２ウェイバルブ４５の第２流体接続部５２、及び、第４の２／２ウェイバルブ４６の第２バルブ接続部５６は、Ｒにより示される通気チャネル開口部３６に連通するよう接続されている。２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６のこの相互連結もフルブリッジ相互連結と呼び、供給チャネル部３５と、ワークチャネル２１、２２と、開閉される通気チャネル開口部３６との間の個々の連通接続を可能にする。フルブリッジ回路のみならず、ワークチャネル２１及び２２は、付加モジュール６により互いに接続することができ、これにより流体の流れに関する追加の機能を獲得することができる。
【００４５】
図２に示された例示としての実施形態では、空気ワークシリンダの例としての流体駆動装置１１５が設けられ、この装置１１５の第１駆動室１１６が第１ワークチャネル２１に接続されている。流体駆動装置１１５の第２駆動室１１７は、第２のワークチャネル２２に接続される。付加モジュール６に一体化された検出装置１２５及び１２６は、第１ワークチャネル２１及び第２ワークチャネル２２にそれぞれ割り当てられ、圧力センサとして、フローセンサとして、温度センサとして、水分センサとして、あるいはそれらセンサの組合せとして設計することができる。
【００４６】
２つの駆動室１１６及び１１７は、流体ピストンの例としての直線移動可能な駆動要素１１８により互いに離され、これら駆動室１１６及び１１７は、移動可能な駆動要素１１８に応じてサイズが変更可能である。駆動要素１１８は、ピストンロッドの例としての作動手段１１９に接続され、作動手段１１９は、駆動要素１１８からボディー(不図示)、例えば、機械要素までの動作を伝達可能にする。ポジションセンサ１２０及び１２１は、対応する駆動室１１６及び１１７の外周面の一端に取り付けられている。駆動要素１１８が駆動室１１６及び１１７のそれぞれの端面１２２及び１２３に接近した際、センサ１２０及び１２１はこれを検出し電気信号を発生する。
【００４７】
バルブモジュール２の２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６、及び２／２ウェイバルブ１２４と２つの検出装置１２５及び１２６を有する付加モジュール６のように、ポジションセンサ１２０及び１２１も、点線で示される接続ラインにより制御装置１２７に接続される。尚、ここでは接続ラインの詳細な説明を省く。
【００４８】
制御装置１２７は計測信号を処理するためにセットアップされ、これらの計測信号は、具体的には、適切に構成された２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６、１２４及びポジションセンサ１２０及び１２１と共に検出装置１２５及び１２６により供給される。制御装置１２７は２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６、１２４を作動させるための電気制御信号或いは電気制御エネルギを供給するために更にセットアップされる。ここではその方法についての詳細な説明を省くが、複数のバルブモジュール２及び、適切な場合には、これらに接続された付加モジュール６及び７は、制御装置により作動させてもよい。その作動は開ループ制御として、具体的には時間制御として或いは閉ループ制御として１つ以上の測定信号を考慮に入れて実施してもよい。例えば、制御装置１２７はバルブモジュール２及び付加モジュール６を以下のように作動することができるようにセットアップしてもよい。即ち、流体駆動装置１１５の駆動室１１６及び１１７は、流体で加圧されて駆動要素１１８及び駆動要素１１８に接続された作動要素１１９が作動要素１１９の長手方向軸に沿って直線的に移動するようにセットアップしてもよい。
【００４９】
２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６及び付加モジュール６の２／２ウェイバルブ１２４は、図３に概略的に示すように、上記目的のために作動することができる。
ここで、値の一覧表において、「０」は、各関連する２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６、１２４がシャットオフ（遮断）ポジションにあることを示し、「１」は、各関連する２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６がオープン（開放）ポジションにあり、２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６、１２４それぞれの第１及び第２流体接続部間で流体チャネルを開くことを示している。
【００５０】
ステップ１において、第１駆動室１１６は第１の２／２ウェイバルブ４１を作動させることにより加圧される。流体源と駆動室１１６との間の供給ラインにおけるスロットルロス（絞り弁の損失）により、不安定な圧力増加ではなく、むしろ圧力の急速な増加のみがワークチャネル２１、ひいては第１駆動室１１６に生じる。同時に、圧力は、第３の２／２ウェイバルブ４５の作動により（例示において、前回の移動ステップからまだ加圧されている）第２の駆動室１１７に解放される。その結果、第２駆動室１１７と通気部３６との間を接続する。これにより２つの駆動室１１６と１１７との間で圧力差が増加する。圧力差は駆動室１１７の方向に駆動要素１１８を加速させ、その結果、駆動室１１７の体積は減少する。
【００５１】
ステップ２では、ワークチャネル２１の圧力は供給圧力の圧力レベルに達し、その結果、定常状態（静止状態）がワークチャネル２１及び関連する駆動室１１６に生じる。更に第１駆動室１１６には加圧された流体が第１の２／２ウェイバルブ４１を介して供給される。一方では、第３の２／２ウェイバルブ４５を断続的に作動することにより、第２駆動室１１７は通気チャネル部３６に連通するように少なくとも一時的に接続される。２つの駆動室１１６及び１１７の間の圧力差を調節することにより、駆動要素１１８の速度は影響を受け得る。
【００５２】
ステップ３では、駆動室１１６への加圧された流体の供給は２／２ウェイバルブ４１の対応する作動により中断され、また、第３の２／２ウェイバルブ４５はシャットオフ（遮断）ポジションへ移動させられる。駆動要素１１８、作動エレメント１１９、及び、適切な場合には、作動エレメント１１９により作動された機械部品の質量の慣性により、駆動要素１１８はその移動を保持し、この場合、摩擦の影響で移動速度は低下する。
【００５３】
駆動要素１１８の移動により第１駆動室１１６が拡大するために、第１駆動室１１６の流体圧力は減少する。第３の２／２ウェイバルブ４５のシャットオフ（遮断）ポジションへの作動により第２駆動室１１７の圧力は増加する。その結果、圧力差は駆動室１１６と１１７との間で減少し、駆動要素１１８の運動速度は遅くなる。
【００５４】
ステップ４では、第２駆動室１１７と通気チャネル３６との間の連通接続も、第３の２／２ウェイバルブ４５の対応する作動により中断する。同時に、付加モジュール６の２／２ウェイバルブ１２４は制御装置１２７により作動する。それにより第１及び第２ワークチャネル２１と２２との間の接続チャネルは開かれ、第１及び第２駆動室１１６、１１７の間で圧力は等しくなる。圧力均等が開始される際、第１駆動室１１６に対する大きな圧力差により圧力は第２駆動室１１７で急速に上昇する。２つの駆動室１１６及び１１７の圧力は、圧力均等が進むにつれ共通レベルに近づく。圧力が均等化する過程中に、駆動要素１１８の運動速度は、摩擦の影響と２つの駆動室１１６及び１１７間の減少する圧力差により低下する。
【００５５】
端面１２３に達する前に駆動要素１１８の滑らかな減速をもたらすために、ステップ５において、付加モジュール６の２／２ウェイバルブ１２４を断続的に作動することにより制動処理を導入し、この間、残る２／２ウェイバルブ４１、４２、４５、４６全てを閉じる。これにより、駆動要素１１８の移動により一時的な圧力上昇が第２駆動室１１７に生じ、２／２ウェイバルブ１２４が閉じている限り、第２駆動室１１７の縮小を伴う。その結果、所望の制動効果が生じる。駆動要素１１８の逆移動を防止するために、断続的に２／２ウェイバルブ１２４を作動して加圧された流体を２つの駆動室１１６と１１７との間で断続的に交換させる。第１及び第２駆動室１１６、１１７、及びワークチャネル２１及び２２内の流体圧力により、図３で概略的に示される、ステップ６における鋸歯状の圧力変化が生じる。第２駆動室１１７の圧力があまりにも速く上昇して駆動要素１１８が逆移動してしまうのを防止するために、必要に応じて第３の２／２ウェイバルブ４５を図３でも示すように一時的に断続的にステップ４で作動してもよい。
【００５６】
付加モジュール６の２／２ウェイバルブ１２４による圧力平等化による流体圧力がある特定レベルで駆動室１１６及び１１７に残っているので、流体駆動装置１１５は外力に対して高い剛性を有する。また、先行技術から知られているマルチウェイバルブを使用した作動過程で要求されるような第１駆動室１１６の圧力を完全に解放する場合に比べて、ステップ６により制動処理を実施した後は、駆動要素１１８の更なる移動の開始に要する流体はより少ない。これは両方の駆動室１１６及び１１７が加圧された流体でまだ満たされているという事実に帰する。特に、圧縮空気のような圧縮性流体を使用する場合、流体を更に供給することなくワークチャンバ１１６を直ちに単に排気するのみで、例えば反対方向に駆動要素１１８を更に移動することが可能である。それにより２つの駆動室１１６及び１１７間に発生する圧力差により、駆動要素１１８は駆動室１１６の方向に動き始めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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