(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ事前設定可能な流れ横断面を有する第１流路端部区間（１６）及び第２の流路端部区間（２０）と、
第１のばね装置（１０６）により、弁構成部材（４４）の第１の位置に変化され、該第１の位置において、前記第１の流路端部区間（１６）と前記第２の流路端部区間（２０）とは流路を介して連通される少なくとも１つの前記弁構成部材（４４）と、
前記弁構成部材（４４）の第２の位置においては前記第１の流路端部区間（１６）と前記第２の流路端部区間（２０）との間を遮断するために、励磁コイル（７９）に結合される鉄心（７４）を有する少なくとも１つの前記励磁コイル（７９）により構成される電磁石装置（４２）が、可変空隙（ＳLを介して前記弁構成部材（４４）を動かすための可動子を作動させて、前記弁構成部材（４４）を前記第２の位置に変位させる弁作動装置とを備え、
前記第２の位置において、前記第１のばね装置（１０６）のばね力と、前記第１の流路端部区間（１６）と前記第２の流路端部区間（２０）の流れ横断面と、前記弁作動装置により前記弁構成部材（４４）に対して調整可能に作用する電磁力とが、前記第２の流路端部区間（２０）における事前設定された流体圧力により、前記弁構成部材（４４）が前記第２の流路端部区間（２０）を開放し、この開放により前記第１の流路端部区間（１６）と前記第２の流路端部区間（２０）とが流路を介して連通される弁装置において、
前記電磁石装置（４２）の前記空隙（ＳL）の少なくとも１つの部分区間が、段状横断面形状（７１）を有するとともに、該空隙（ＳL）が、該空隙の変動が前記弁構成部材（４４）に作用する電磁力にほんの僅かしか影響しない領域に形成されることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記電磁石装置（４２）を励磁した際の前記空隙（ＳL）の変動が、発生する電磁力が少なくとも近似的に線形に変化する領域内で発生することを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記電磁石装置（４２）が磁気飽和状態で作動可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記弁作動装置が、鉄心（７４）と潜込み可動子（７８，８０）を有するポットコイル（７９）として形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の弁装置。
【請求項５】
前記弁作動装置が、第２のばね装置（８４）により前記弁構成部材（４４）の前記第２の位置の方向に変位され、前記弁作動装置が励磁されかつ前記第１流路端部区間（１６）及び前記第２の流路端部区間（２０）に事前設定された圧力が印加される状態において、前記弁構成部材（４４）がその弁座（１００）から離れないように、前記第１のばね装置と前記第２のばね装置とのばね力が定められることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の弁装置。
【請求項６】
前記弁構成部材（４４）と前記可動子（９０）とが、別個の構成部材として形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の弁装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は請求項１の前段に記載の弁装置に関する。
ヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ−０４９２１０９Ａ１号公報には被供給側に弁座を、圧力発生側に閉成部材を有する遮断弁が開示され、この閉成部材は可動子への磁力作用により弁座に当接する。可動子と閉成部材との間には圧縮ばねが設けられている。圧縮ばねは弁閉成位置において、応答圧力に調整されている閉成力を閉成部材に作用する。このようにして弁装置の中で遮断弁と圧力制限弁とが実現されている。
ドイツ特許出願第ＤＥ３８３２０２３号明細書から、トラクション（ＡＳＲ）制御用切換え電磁弁に逆並列に、異なるバイアス力を有する逆止弁が設けられているものが公知である。もちろんこれら逆止弁は別個の構成要素として形成されている。
ドイツ特許出願公開第ＤＥ３５０６２８７Ａ１号公報から自動車搭載のアンチロック制御装置を制御する電気弁が公知であり、この電気弁は作動装置の中の圧力降下を制御する、すなわちこの圧力降下により、自動車のロックされた車輪が解放され、これにより、失った接地性を再び得ることができる。これを実現するために電気弁は、自動車ブレーキを制御する制御回路に接続する入力側開口、割当てられているブレーキの作動装置に接続する出力側開口、及び排出容器に接続されている排出開口とを有する。バルブスライダ機構は出力側開口を入力側開口と排出開口とに選択的に接続するために用いられる。バルブスライダ機構は弾性手段により、出力側開口が入力側開口に接続される位置にバイアス変位されており、バルブスライダ機構は電磁石により弾性手段の作用に抗して、出力側開口が排出開口に接続される位置に動かされる。排出開口の領域内には逆止弁が設けられ、逆止弁は流体が、流体の圧力が所定閾値より大きい場合にのみ排出可能であるように作用する。
ドイツ特許出願公開第ＤＥ１６５０５７４Ａ１号公報から公知の電磁的に作用可能な小型弁は磁石システムを有し、この小型弁は半径方向空隙及び軸線方向空隙を有し、この小型弁の弁構成部材は、磁石システムが励磁されている状態では弁部材が弁座に当接し、これにより小型弁の流路を遮断する。この弁では、磁石システムが励磁されている場合、流路が弁座から出発して磁気的軸線方向空隙を走行し、次いで可動子から離れるように弁箱を貫通して外方へ走行する。これにより可動子は、流体が流れのよどみ空間の中に位置する、何故ならば流路は磁力線を軸線方向空隙の中で一度交差し、弁箱を貫通する際にもう一度交差するからである。
ドイツ特許出願公開第ＤＥ４１１２１３６Ａ１号公報から、アンチロック制御及びトラクションコントロール制御装置を有する液圧ブレーキののための圧力制限弁及び切換え弁を有する装置が公知である。この装置は、コイルを収容するハウジングジャケットから形成されている案内管を有し、この案内管は、長手方向に可動な可動子を収容し、この可動子を案内する。案内管の両端はそれぞれのヨーク部分により終端されている。第１のヨーク部分は切換え弁の第１の流路端部区間を有する。この中央から外れて配置されている流路端部区間は案内管の内室に接続されている。その上、第１のヨーク部分は、案内管の長手軸線に同軸に走行する切換え弁の第３の流路端部区間を有する。この第３の流路端部区間は第１の弁座で終端する。第２のヨーク部分は中央に切換え弁の第２の流路端部区間が設けられている。この第２の流路端部区間は内部で第２の弁座につながる。
切換え弁の可動子は管状に形成され、第２のヨーク部分の側に内部フランジを有する。この内部フランジにより、コイル圧縮ばねとして形成されている戻しばねが支持され、戻しばねは第２のヨーク部分に作用する。可動子の中には、圧力媒体が貫流できる２つのディスクが収容され、これらのディスクの間に、コイル圧縮ばねとして形成され長手軸線に同軸に走行するばねが配置されている。ばねはバイアス力を印加され、このバイアス力に起因して第１のディスクは、可動子の中に挿入されているストッパリングにより支持され、第２のディスクは内部フランジにより支持されている。第１のヨーク部分の側において第１のディスクに、第１の閉成部材として用いられる球が固定されている。第１の閉成部材は第１のヨーク部分の弁座と共働して切換え弁の第１のシートバルブを形成する。第２のヨーク部分の側において可動子の第２のディスクにも、同様に球として形成されている第２の閉成部材が設けられている。この閉成部材は第２のヨークの弁座と共働して切換え弁のシートバルブと圧力制限弁との両方を形成している。
この配置は比較的多くの部品を有し、製造が複雑である。
本発明の課題は冒頭に記載の弁装置を、請求項１の特徴部分に記載の特徴により改善することにある。
上記課題を解決するために、冒頭に記載の弁装置は請求項１の特徴部分に記載の特徴により改善される。
このような弁では、限界圧力を越えると閉成力が克服され、ひいては弁が開放し、これにより更なる圧力上昇は不可能となる。限界圧力に到達する前には弁の第２の流路端部区間は弁の第１の流路端部区間に対して遮断される。
必要なスペースを小さくするために、そして取付けを簡単化するために本発明では両方の弁機能の組合せと、最大の圧力制限と、流路の遮断とをただ１つの弁装置の中で実現できる。
本発明の弁装置の有利な実施の形態はその他の請求項に記載されている。
本発明の弁装置の１つの有利な実施の形態が以下の説明において図面を参照しながら詳細に説明される。
図１は本発明の弁装置を概略的に示す横断面図、図２は空隙の幅を横軸として電磁石装置の磁力が縦軸に記載されている線図、図３は電磁石装置の磁束密度が縦軸に磁界強度を横軸として記載されている線図である。
図１は弁装置１８を示し、弁装置１８は、電磁作動式２ポート２位置換え弁として形成されている。弁装置１８が作動されていない状態では第１の流路端部区間１６から流路が第２の流路端部区間２０につながる。
弁装置１８が作動されると制御信号が弁装置１８をスイッチオンする、すなわち弁装置１８の電磁石装置４２が作動され、弁構成部材４４がスライドされ、従って第１の流路端部区間１６と第２の流路端部区間２０がもはや流路によりつながらなくなる（図１参照）。
弁装置１８の用途に依存して、弁装置１８の遮断状態では流体圧力は弁装置１８の第１の流路端部区間においても第２の流路端部区間においても上昇させることができる。弁装置１８の第２の流路端部区間２０において圧力上昇により発生される力ＦPに、閉成力として電磁石装置４２により発生される磁力ＦLの軸線成分が抗する。弁装置１８の中の所定の圧力及び表面状態に起因してある特定の可及的最大圧力が第２の流路端部区間２０に発生し、この可及的最大圧力は例えば約６０バールであることもある。この可及的最大圧力を上回ると弁構成部材４４は第２の流路端部区間を開放し、従って過剰圧力流体は第１の流路端部区間１６を介して逃れることができる。個々の成分の寸法は後に説明する。
このようにして第２の流路端部区間２０における可及的最大圧力に効果的に制限される。
弁装置１８はほぼ円筒形の形状を有し、１つの端面(図１の上部）で第２の流路端部区間２０は開口し、これに対して第１の流路端部区間１６は半径方向で弁装置１８の外壁で開口している。
電磁石装置４２は第２の流路端部区間２０に対向して位置して（図１において弁装置１８の下端に）配置されている。
電磁石装置４２は励磁コイル７９を有し、励磁コイル７９は心棒７２の中にセンタリングされて収容されている。励磁卷線７９はポットコアコイル７９として形成され、ポットコアコイル７９の心棒７２の中の円筒形凹部に約半分にわたり、同軸の貫通孔７６を有する鉄心７４が突出している。貫通孔７６の中には、同軸でスライド可能な潜込み可動子７８が収容され、潜込み可動子７８の、トップコアコイル７９の内部の中に到達する端部は、ほぼ中空円筒形の鉄製部分８０によりトップコアコイル７９の内径にまで広がっている。
潜込み可動子７８は、中空円筒形体８０の中に配置されているコイルばね８４を介して弁装置１８のストッパ８２により支持されることができる。
トップコアコイル７９の内部に突出している鉄心７４の端面８６と、それに対向して位置する中空円筒形体８０の端面８８との間に高さが可変の空隙ｓLが形成されている。
貫通孔７６を貫通して突出している潜込み可動子７８の電磁石装置４２から遠くに位置する端部９０は、（図１の上部の）弁室９２の中に突出している。潜込み可動子７８の端部は弁構成部材４４として形成されているか、又は弁構成部材４４に接触しており、弁構成部材４４は例えば球４４として形成されている。
弁装置１８が静止位置にある場合、弁構成部材４４の表面と弁室９２の壁１０２との間を流体が流れることができ、これにより第１の流路端部区間１６から第２の流路端部区間２０への流路が形成される。
弁構成部材４４はコイルばね１０６により弁装置１８の上部内部端面１０８ににより支持され、これにより、第２の流路端部区間２０の領域内に所定の弁開放部を形成することが可能となる。
弁装置１８が作動位置にある場合、弁構成部材４４は弁座１００に当接し、これにより第１の流路端部空間１６は第２の流路端部区間２０から流路的に分離されている。
励磁されている電磁石装置４２において閉成力又は保持力を所定のように調整するために次のような寸法規則が用いられ、その際、温度変動及び電圧変動による影響はできるだけ除去するように考慮されるべきである。
通常は電磁石４２の作動信号の電流調整器は設けられていないので磁力が電流する比例する磁石は使用できない。従って磁力の調整は空隙ｓL及び／又は定められている材料選択又は幾何学的構成を介してしか達成できない。
図２及び３には磁力Ｆmが縦軸に空隙ｓLを横軸として記載され、磁束密度Ｂが縦軸に磁界強度Ｈを横軸として記載されている。
図２に示されているように限界空隙ｓL0＜ｓLで磁力は急激に減少している。これは、領域０．．．ｓL0の中では非常に小さい空隙変化でも磁力が急激に減少し、従って調整のための空隙公差は対応して狭くなければならないことを意味する。
調整公差を大きくするために、磁力変化が一定又は少なくとも僅かにしか変化しない空隙ｓLの領域（ｓL0＜ｓL＜ｓL1）を空隙寸法として使用することが提案される。曲線のこの部分区間の中では空隙の変動（公差）は、作用する磁力に僅かな影響しか有しない。
弁装置１８の中の電磁石装置４２の温度感度及び電圧感度を低減するために図３の線図を参照する。
温度負不感性び電圧不感性の達成は磁気回路の飽和により達成できる。磁気回路の中では磁束（磁界強度と面積との積）は全体にわたり一定である。従って、磁束を通す材料を挿入することにより磁気回路の中の任意の個所、例えば図１の参照番号１２０により示されている個所で磁気回路を飽和できる。
磁気回路が飽和されると図３のように磁束密度Ｂが縦軸に磁界強度Ｈ（Ｉ）を横軸として得られる。電磁石装置４２が、図３のほぼ磁束密度が一定の領域内で作動させる場合、温度の影響はほぼ完全に除去できる、何故ならばこの場合には磁気回路は常に飽和されているからである。作業領域の下限は、最小電圧（Ｕmin）、最大抵抗（Ｒmax）及び最大温度（Ｔmax）である。上部の作業領域の上限は相応して、最大電圧（Ｕmax）、最小抵抗（Ｒmin）及び最小温度（Ｔmin）である。
これらの諸元により、ばね１０６のばね力又はばね８４及び１０６のばね力の合成力と、弁座１００の寸法とを考慮して弁装置の応答点が定めることができる。この応答点においては、電磁石装置４２側から作用する弁構成部材４４のスライド力が、第２の流路端部区間２０における圧力に負け、球４４が弁座１００から押し離され、従って弁装置１８の弁室９２とひいては双方の流路端部区間１６，２０とが流路によりつながる。
励磁コイル７９に電流が印加されると電磁石装置４２を介して可動子７８に軸線方向力が発生する。この軸線方向力により弁構成部材４４はコイルばね１０６の力に抗してスライドされ、従って弁構成部材４４は弁座１００に当接する。これにより第１の流路端部区間１６から第２の流路端部区間２０への流路が遮断される。
流路端部区間２０における液圧力がある特定の程度を越えると、弁面積の寸法、ばね力及び磁力に起因して、弁構成部材４４を弁座１００から持上げるのに充分になる。この状態が発生するとただちに流体は第１の流路端部区間１６へ向かって流れ、この流れは、存在する過剰圧力が除去されるまで続く。過剰圧力が除去されるとただちに第２の流路端部区間２０における圧力は弱まり、磁力は弁座１００を再び閉成できる。この開閉動作は往復運動をするシャトル動作として連続して繰り返す。
このようにして第２の流路部分区間２０の中の圧力は、事前設定可能な値に制限可能である。電磁石装置４２により発生可能な力を調整するための別の１つのパラメータは、いわゆる磁力シェールンク（Scherung）効果を利用することから成る。この場合、磁力は潜込み可動子７８の軸線方向で作用するだけでなく、軸線方向に対して横方向でも作用する。潜込み可動子７８はせん断領域内に潜込むと磁力の軸線方向成分は、この場合に発生される横方向力だけ低減される。
これを実現するために図１に示されているように貫通孔７６は段状孔７６ａ，７６ｂとして形成されている。相応して、潜込み可動子７８に形成されている円筒形部分の励磁コイル７９の内部へ向いている側面に段１４０が設けられ、従って先細り領域８０ａは段状孔の領域７６ｂの中に潜込むことができる。
潜込みの際に横方向の磁束の一部が増加し、弁装置１８の閉成力に貢献しない。これは横方向力の増加が、弁の閉成維持のために使用可能な力を事前設定可能な方法で低減することを意味する。参照番号１４５を付けられている磁力線は分岐し、この分岐は、磁力経過の漸進的に増加する領域を大幅に弱くでき、従って空隙を横軸とした磁力変化関数が比較的一定の領域内にずれるように実現され、その一定値は空隙の寸法公差とはほぼ無関係である。
その上、鉄心７４と、円筒形付加部材８０を有する潜込み可動子７８とを段状に形成することにより空隙の横断面面積は低減され、これにより小さい電流における磁気回路の飽和が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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