CN109963728B - 气动可控阀组件、轮胎充气系统、以及操作阀组件和轮胎充气系统的方法 - Google Patents

气动可控阀组件、轮胎充气系统、以及操作阀组件和轮胎充气系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气动可控阀组件(48)，具体是用于轮胎充气系统(12)，阀组件(48)包括：第一流体端口(51)；第二流体端口(52)；可移动构件(53)，该可移动构件(53)构造成在打开位置和闭合位置之间移动，其中当可移动构件(53)处于打开位置时，第一流体端口(51)与第二流体端口(52)流体连通，并且其中当可移动构件(53)处于闭合位置时，第一流体端口(51)与第二流体端口(52)流体隔离；与第一流体端口(51)流体连通的第一气动致动器(63a)，该第一气动致动器(63a)构造成将可移动构件(53)朝向打开位置偏置；构造成将可移动构件(53)朝向闭合位置偏置的第二气动致动器(63b)；和限流器(65)；其中，至少当可移动构件(53)处于打开位置时，第一流体端口(51)借助于限流器(65)与第二气动致动器(63b)流体连通。本发明还涉及一种包括阀组件(48)的轮胎充气系统(12)以及操作阀组件(48)和轮胎充气系统(12)的方法。

Description

气动可控阀组件、轮胎充气系统、以及操作阀组件和轮胎充气 系统的方法
技术领域
本发明主要涉及一种气动可控阀组件，具体涉及一种用于轮胎充气系统的阀组件；涉及一种包括所提出的阀组件的轮胎充气系统；以及涉及一种操作所提出的阀组件和轮胎充气系统的方法。当前提出类型的阀组件和轮胎充气系统可以应用于诸如卡车、拖拉机或运土设备的非公路车辆。
背景技术
轮胎充气系统对于特定车辆变得至关重要，诸如例如卡车、拖拉机和运土车辆。轮胎充气系统用于测量和调节轮胎压力，以使车辆具有在不同地形类型上操纵的多功能性并降低维护要求。例如，可以降低与轮胎充气系统流体连通的车轮组件的轮胎压力，以便为车辆提供额外的牵引力，或者可以升高以降低车辆的滚动阻力。轮胎充气系统通常包括用于使轮胎充气和放气的主流体管线、用于控制使车辆轮胎充气和放气的过程的轮阀、以及用于通过将先导压力或先导压力脉冲施加到轮阀来选择性地打开和闭合轮阀的先导流体管线。
诸如主轴的部件可包括主流体管线的第一部段和先导流体管线的第一部段，并且诸如轮毂的旋转部件可包括主流体管线的第二部段和先导流体管线的第二部段。通常，旋转接头用于轮胎充气系统中，以能实现系统的非旋转部件和旋转部件之间的流体连通。例如，主流体的第一和第二部段可以经由第一旋转接头流体连通，并且先导流体的第一和第二部段可以经由第二旋转接头流体连通。旋转接头通常包括安装在旋转和非旋转部件中的一个上的环形密封件，并且与旋转和非旋转部件中的另一个滑动地密封接触。然而，旋转接头的生产和组装可能是昂贵的。而且，旋转接头可能在旋转和非旋转部件之间产生摩擦，并且通常易于泄漏。因此，如果可以减少轮胎充气系统中的旋转接头的数量将是有利的。
发明内容
因此，本发明隐含的问题在于设计一种阀组件，具体是用于轮胎充气系统，用于控制通过流体管线的流体流动并且构造成经由通过相同流体管线施加的先导压力来加以引导。
该问题通过根据权利要求1所述的阀组件来解决，以及通过在从属权利要求中限定的轮胎充气系统和操作方法来解决。在从属权利要求中描述了具体实施例。
因此，当前提出了一种气动可控阀组件，具体是用于轮胎充气系统。该阀组件包括：
第一流体端口；
第二流体端口；
可移动构件，其构造成在打开位置和闭合位置之间移动，其中当可移动构件处于打开位置时，第一流体端口与第二流体端口流体连通，并且其中当可移动构件处于闭合位置时第一流体端口与第二流体端口流体隔离；
与第一流体端口流体连通的第一气动致动器，第一气动致动器构造成将可移动构件朝向打开位置偏置；
与第一流体端口流体连通的第二气动致动器，第二气动致动器构造成将可移动构件朝向闭合位置偏置；以及
限流器；
其中，例如至少当可移动构件处于打开位置时，第一流体端口借助于限流器与第二气动致动器流体连通。
如下面将进一步详细解释的，仅通过改变施加到第一流体端口的流体压力，可移动构件可以在打开和闭合位置之间移动。而且，当可移动构件处于打开位置时，流体可以沿任一方向、即从第一流体端口到第二流体端口或反之亦然地穿过阀组件，而不会引起可移动构件移动到闭合位置。因此，所提出的阀组件可以用在轮胎充气系统中，该系统仅包括单个流体管线，用于经由阀组件对车辆轮胎进行充气和放气，以及用于引导阀组件。在该文献的范围内，术语流体较佳地是指诸如空气的气态介质。
然而，所提出的阀组件不限于轮胎充气系统中的应用，而是可以用于任何其它气动系统。作为非限制性示例，所提出的阀组件可用于控制组装机器人的气动。
限流器较佳地构造成：当第一流体端口被加压时，相对于加压流体从第一流体端口到第一气动致动器的流动，加压流体从第一流体端口到第二气动致动器的流动受到限制。或者换言之，限流器、第一气动致动器和第二气动致动器较佳地构造成：当第一流体端口被加压时，相对于作用在第一气动致动器上并且将可移动构件朝向打开位置偏置的打开力的增加或相对于流体压力的增加，作用在第二气动致动器上并且使可移动构件朝向闭合位置偏置的闭合中的增加或流体压力的增加被延迟。这样，通过对第一流体端口和/或第一气动致动器加压，可移动构件可以从闭合位置移动到打开位置。
类似地，限流器、第一气动致动器和第二气动致动器较佳地构造成：当例如通过选择性地将第一流体端口与大气或低压罐流体连接而使第一流体端口和/或第一气动致动器被排气或减压时，相对于流体从第一气动致动器朝向第一流体端口的流动以及第一气动致动器经由第一流体端口的排气，可以限制流体从第二气动致动器朝向第一流体端口的流动以及第二气动致动器经由第一流体端口的排气。或者换言之，限流器、第一气动致动器和第二气动致动器较佳地构造成：当第一流体端口和/或第一气动致动器被排气或减压时，相对于作用在第一气动致动器上并且将可移动构件朝向打开位置偏置的打开力的减小或相对于流体压力的减小，作用在第二气动致动器上并且使可移动构件朝向闭合位置偏置的闭合力的减小或流体压力的减小被延迟。这样，通过对第一流体端口和/或第一气动致动器进行排气或减压，可移动构件可以从打开位置移动到闭合位置。
例如，限流器可包括孔口。附加地或替代地，限流器可包括设置在流体管道中的透气多孔介质，其将第一流体端口与第二气动致动器流体地连接，透气多孔介质由此减小所述流体管道的有效最小横截面。限流器的最小横截面AR、具体是孔口的最小横截面，可以是固定的或可变的。此外，第一流体端口和第一气动致动器之间的流体连接部可以具有最小横截面 AA。比率AR/AA可以是以下之一：小于1/10；小于1/50；小于1/100；小于1/200；以及小于1/500。
例如，如果限流器包括具有可变最小横截面的孔口，则当第一流体端口和/或第一气动致动器被加压时改变第一限流器的最小横截面可允许主动地控制作用在第二气动致动器上的流体压力的增加，具体是相对于作用在第一气动致动器上的流体压力的增加。类似地，当第一流体端口和/或第一气动致动器被排气或减压时，改变第一限流器的最小横截面可允许主动地控制作用在第二气动致动器上的流体压力的减小，具体是相对于作用在第一气动致动器上的流体压力的减小。
第一流体端口和第一气动致动器之间的流体连接部可以具有最小横截面A1，并且当可移动构件处于打开位置时，第二流体端口和第一气动致动器之间的流体连接部可以具有最小横截面A2。A1可以大于A2，即A1>A2。当可移动构件处于打开位置并且第一流体端口被排气时，A1大于A2的事实可以相对于第一流体端口处的压力降低和/或相对于第一流体致动器中的压力降低，延迟第二流体端口处的压力降低。例如，当第二流体端口连接到充气轮胎时，A1大于A2的事实可以允许通过使第一流体端口通气和/或通过使第一气动致动器通气来闭合阀，而不会在轮胎中引起显著的压力降低。
具体地，A1/A2的比率可以满足以下关系中的至少一个2≤A1/A2≤10；和 4≤A1/A2≤8。第二流体端口和第一气动致动器之间的流体连接部的最小横截面A2可构造为可变的。例如，最小横截面A2可构造成基于第二流体端口和第一气动致动器之间的压力差异自动变化。例如，包括可变最小横截面 A2的机构可包括诸如弹簧或膜的弹性构件。弹性构件可以基于第二流体端口和第一气动致动器之间的压力差异而变形，从而改变最小横截面A2和通过最小横截面A2在第二流体端口和第一气动致动器之间流动的流体流。
阀组件还可包括流体贮存器，其中第一流体端口经由限流器与流体贮存器流体连通，并且其中流体贮存器与第二气动致动器流体连通。例如，流体贮存器的容积VC和第二气动致动器的最大位移V2可以满足以下关系中的至少一个：VC≥3·V2；VC≥5·V2；以及VC≥10·V2。附加地或替代地，流体贮存器的容积VC和第一气动致动器的最大位移V1可以满足以下关系中的至少一个：VC≥3·V1；VC≥5·V1；以及VC≥10·V1。限流器的最小横截面 AR和流体贮存器的容积VC可以满足关系10-7mm-1≤AR/VC≤10-4mm-1，优选是10-6mm-1≤AR/VC≤10-5mm-1。
当第一流体端口和/或第一气动致动器被加压时，由流体贮存器提供的附加流体存储容量可以进一步减慢作用在第二气动致动器上的闭合力的增加或流体压力的增加，具体是相对于作用在第一气动致动器上的打开力的增加或流体压力的增加。因此，当第一流体端口和/或第一气动致动器被加压时，由流体贮存器提供的附加流体存储容量可以促进阀组件的打开，即可移动构件从闭合位置到打开位置的移动。
类似地，当第一流体端口和/或第一气动致动器被排气或减压时，存储在由流体贮存器提供的附加存储容量中的加压流体的附加量可以进一步减慢作用在第二气动致动器上的闭合力或流体压力的减小，具体是相对于作用在第一气动致动器上的打开力或流体压力的减小。因此，当第一流体端口和/或第一气动致动器被排气或减压时，存储在由流体贮存器提供的附加流体存储容量的加压流体可以促进阀组件的闭合，即可移动构件从打开位置到闭合位置的移动。
阀组件可包括偏置构件，该偏置构件构造成将可移动构件朝向闭合位置偏置。具体地，偏置构件可构造成在没有借助于气动致动器施加在可移动构件上的净力的情况下将可移动构件保持在闭合位置中。同样可以设想，在其它实施例中，偏置构件构造成将可移动构件朝向打开位置偏置。在后一种情况下，偏置构件可构造成在没有借助于气动致动器施加在可移动构件上的净力的情况下将可移动构件保持在打开位置中。例如，偏置构件可包括诸如弹簧的弹性构件。偏置构件的刚度增加了附加参数，其可以被调整以校准作用在可移动构件上的力。
可移动构件可以可移动地设置在腔室内。腔室可包括形成第一气动致动器的第一可变容积和形成第二气动致动器的第二可变容积。即，可移动构件可构造成使得第一可变容积中的加压流体朝向打开位置迫使或偏置或附加地迫使或附加地偏置可移动构件，并且可移动构件可构造成使得第二可变容积中的加压流体朝向闭合位置迫使或偏置或附加地迫使或附加地偏置可移动构件。第一流体端口和第二流体端口可以流体地可连接，使得当可移动构件处于打开位置时，第一流体端口和第二流体端口经由第一可变容积流体连通。
包括第一可变容积和第二可变容积的腔室可以由刚性腔室壁界定，并且可移动地设置在腔室内部的可移动构件可以是刚性构件。腔室和可移动构件还可构造成使得包括第一可变容积和第二可变容积的腔室的总体积与可移动构件相对于腔室的位置无关。
可移动构件可沿着移动轴线在腔室内线性地可移动。第一可变容积和第二可变容积可沿着移动轴线形成在可移动构件的相对侧上。第一轴向方向可定义为沿着移动轴线从第二可变容积指向第一可变容积，第二轴向方向可定义为沿着移动轴线从第一可变容积朝向第二可变容积指向。于是，可移动构件可以构造成使得第一可变容积中的加压流体构造成使可移动构件在第二轴向方向上移动，并且第二可变容积中的加压流体构造成使可移动构件在第一轴向方向上移动。
可移动构件的至少一部分可以借助于密封装置与界定腔室的腔室壁滑动地密封接触。例如，密封装置可包括一个或多个密封环等。密封装置可以安装在可移动构件上和/或密封装置可以安装在腔室壁上或腔室壁中。密封装置可以布置或安装成使得它们将腔室分成至少第一可变容积和第二可变容积。密封装置可以将第一可变容积与第二可变容积流体隔离。附加地或替代地，阀组件可包括密封装置，诸如例如固定隔膜的隔膜，用于将第一可变容积和第二可变容积彼此流体隔离。第一可变容积可形成第一气动致动器，并且第二可变容积可形成第二气动致动器。
第一可变容积和第二可变容积是可变的，因为它们的容积可随着可移动构件在闭合位置和打开位置之间移动而变化。例如，随着可移动构件从闭合位置移动到打开位置，形成第一气动致动器的第一可变容积可以增加，并且形成第二气动致动器的第二可变容积可以减小。相反，随着可移动构件从打开位置移动到闭合位置，形成第二气动致动器的第二可变容积可以增加，并且形成第一气动致动器的第一可变容积可以减小。
当可移动构件处于打开位置时，第一流体端口和第二流体端口可经由使限流器旁路的流体连接部而流体连通。
包括所提出的阀组件的轮胎充气系统可另外包括诸如压缩机的加压流体源和充气轮胎。加压流体源可以与阀组件的第一流体端口流体连通或选择性地流体连通，用于选择性地加压第一流体端口和/或第一气动致动器。阀组件的第二流体端口可以与充气轮胎流体连通，例如当阀组件的可移动构件处于打开位置时经由第二流体端口用于选择性地对充气轮胎加压或用于选择性地对充气轮胎减压。
通常，轮胎充气系统另外包括通气口，其提供阀组件的第一流体端口与大气之间或阀组件的第一流体端口与低压罐之间的流体连通或选择性流体连通，用于经由通气口选择性地对第一流体端口和/或第一气动致动器减压。轮胎充气系统还可包括另外的限流器/节流件。另外的限流器/节流件和通气口可以与第一流体端口流体连通或选择性地流体连通，使得第一流体端口可以经由另外的限流器/节流件被选择性地排气或减压。这样，阀组件的第一流体端口可以以不同的速率排气。具体地，另外的限流器/节流件可具有可变最小横截面，用于改变阀组件的第一流体端口的排气速率。
轮胎充气系统还可包括诸如车轮或轮毂的可旋转部件。充气轮胎和阀组件可以安装在可旋转部件上。于是，阀组件的第一流体端口和/或第一气动致动器可以借助于旋转接头与加压流体源流体连通。旋转接头通常设置在固定部件和可旋转部件之间，其中可旋转部件通常可旋转地安装在固定部件上。例如，固定部件可包括主轴。
当可移动构件处于打开位置时，流体连接到第二流体端口的充气轮胎可以经由阀组件充气或放气。为了使轮胎充气，可以对第一流体端口加压，使得施加到第一流体端口的加压流体经由第二流体端口进入轮胎。为了使轮胎放气，第一流体端口和/或第一气动致动器可以被排气或减压，例如经由先前提到的排气口和经由另外的限流器，以防止可移动构件移动到闭合位置，直到第一流体端口处的流体压力下降到轮胎压力以下。然后可以经由打开的阀组件使轮胎放气。
或者，使轮胎放气可包括以下步骤：通过使用压力脉冲经由第一流体端口对第一气动致动器加压来打开阀组件，其中选择压力脉冲的最大压力和压力脉冲的持续时间，使得在可移动构件已经移动到打开位置并且第一流体端口已经被置于与轮胎流体连通之后，第二气动致动器中的气动压力足够低以防止可移动构件移动到闭合位置。当可移动构件处于打开位置时，第一气动致动器可以经由第一流体端口排气，直到第一流体端口处的流体压力低于轮胎压力。然后可以通过第一流体端口使轮胎放气。
重要的是要注意，对第一流体端口和/或第一气动致动器进行排气或减压以对充气轮胎进行放气或减压的过程必须以足够慢的速率进行，以防止可移动构件无意中移动到闭合位置。随着第一气动致动器和第二气动致动器与第一流体端口流体连通，第一气动致动器和第二气动致动器随着第一流体端口被排气而被减压。然而，第二气动致动器仅经由限流器与第一流体端口流体连通，限流器限制第二气动致动器中的流体压力可能下降的速率。因此，如果第一流体端口排气得太快，则由第二气动致动器中的残余流体压力施加在可移动构件上的闭合力(以及可能由偏置构件施加在可移动构件上的附加闭合力)可超过由第一气动致动器中的流体压力施加在可移动构件上的打开力。因此，因此，为了在对充气轮胎进行放气或减压的过程期间将可移动构件保持在打开位置，第一流体端口必须足够缓慢地排气以使打开力超过闭合力。
附图说明
在下面的详细描述中描述了目前提出的阀组件、轮胎充气系统和操作方法的实施例，并且在附图中示出了这些实施例，附图中：
图1示出了根据本发明的轮胎充气系统的实施例；
图2A示出了根据本发明的阀组件的第一实施例，其中阀组件的阀芯处于闭合位置；以及
图2B示出了图2A所示的阀组件，其中阀芯处于打开位置。
具体实施方式
图1中示出了轮胎充气系统12的实施例的示意图。轮胎充气系统12 包括气动控制部分14。气动控制部分14包括压力传感器和温度传感器(未示出)，用于测量空气的压力和温度。较佳地，气动控制部分14还包括多个电磁类的阀组件(未示出)，以及一个或多个第一流体管道，用于控制空气流过系统12并引导空气通过系统12。气动控制部分14还可包括用于选择性地将流体控制回路36、38安置成与大气流体连通的通气口。此外，气动控制部分14可包括可变限流器，用于控制通过前述通气口的空气流动。
轮胎充气系统12还包括电子控制部分16。电子控制部分16可以接收来自压力传感器和/或来自温度传感器、电力供应(未示出)以及诸如压力开关18和速度传感器20的一个或多个附加传感器(未示出)的输入信号。电子控制部分16也可从操作员控制装置22接收输入信号。电子控制部分 16可包括在成组编程指令的控制下运行的微处理器(未示出)，该组编程指令也可被称为软件。电子控制部分16可包括存储器(未示出)，编程指令储存在该存储器中。该存储器也可储存一段时间内的识别码、轮胎压力记录和/或用户输入。
电子控制部分16将信号输出到气动控制部分14，以例如打开或闭合阀组件。电子控制部分16还可以将信号输出到显示设备(未示出)。显示设备可以作为操作员控制设备22的一部分或独立设备而被包括在内。
气动控制部分14和电子控制部分16各自经由空气供应回路26选择性地与空气供应24连通。压力传感器经由空气供应回路26测量空气供应24 的压力。空气供应24可以是用于检查轮胎压力，并且如果需要，可增加和 /或降低轮胎压力。
空气供应24较佳地由附连到车辆的空气压缩机28提供。较佳地，空气供应装置24还包括空气罐30。压缩机28经由供应管道32与空气罐30 流体连通。空气压缩机28将加压空气供应到空气罐30以便存储在其中。来自空气供应24的加压空气经由空气罐30提供至空气供应回路26。提供干燥器34，用于从空气供应24中除去水。过滤器(未示出)也可插设在空气供应回路26或供应管道32中。
气动控制部分14还选择性地与一个或多个流体控制回路36、38流体连通。每个流体控制回路36、38用于在气动控制部分14与一个或多个轮胎40、42、44、46之间提供流体连通。较佳地，通过打开或闭合阀(未示出)来控制气动控制部分14和流体控制回路36、38之间的流体连通。
每个轮胎40、42、44、46包含一定压力下的空气，在下文中将其称为轮胎压力。较佳地，轮胎压力等于目标轮胎压力。目标轮胎压力可以选择为期望的压力。在选择目标轮胎压力之后，将其编程到电子控制部分16中。如果确定轮胎压力小于目标轮胎压力，则可以增加轮胎压力。如果确定轮胎压力大于目标轮胎压力，则可以降低轮胎压力。轮胎充气系统12将在下面参考一个轮胎40的轮胎压力进行描述。然而，轮胎充气系统12可以在某些时候与多个轮胎40、42流体连通，以便执行前述功能。
轮阀组件48设置在流体控制回路36的端部，以控制加压空气流入和流出轮胎40。较佳地，为每个轮胎40、42、44、46提供轮阀组件48、80、 82、84，以控制加压空气流入和流出轮胎40、42、44、46。流体控制回路 36包括旋转接头组件10。将参考一个组件10来描述流体控制回路36。然而，如图1所示，流体控制回路36可包括一个或多个旋转接头组件10、10A。例如，可以设有与车辆的驱动桥上的轮胎40相关联的第一旋转接头组件 10，并且可以设有与驱动桥上的另一个轮胎42相关联的第二旋转接头组件 10A。较佳地，第一旋转接头组件10和第二旋转接头组件10A类似地构造。流体控制回路36还可包括一个或多个流体管道86、88。旋转接头组件10 不限于与驱动桥一起使用。因此，旋转接头组件10适用于与例如转向桥一起使用。旋转接头组件10也适用于与可转向桥一起使用。可转向桥可以是驱动的或非驱动的。
阀组件48的详细视图在图2A和2B中示出。图2A示出了处于闭合构造的阀组件48。在闭合构造中，阀组件48阻挡流体通过阀组件48。图2B 示出了处于打开构造的阀组件48。在打开构造中，阀组件48允许流体通过阀组件48。此处和以下重现的特征由相同的附图标记标示。
阀组件48包括阀本体50，阀本体50例如可以由金属制成。阀本体50 封围腔室54，腔室54包括第一部段54a和第二部段54b。在图2A和2B 中所示的实施例中，腔室54的第一部段54a和第二部段54b都具有圆柱形状并且关于限定轴向方向的轴线56同心地布置。在此处未明确示出的其它实施例中，腔室54的第一部段54a和第二部段54b中的至少一个可以具有例如矩形形状。第一部段54a具有半径55a，第二部段54b具有半径55b，其中第一部段54a的半径55a大于第二部段54b的半径55b。阀本体50包括第一流体端口51和第二流体端口52。流体端口51、52构造为阀本体50 中的分开的开口，并且与腔室54的第一部段54a流体连通。具体地，第一流体端口51经由通过阀本体50中的孔形成的流体连接部64与腔室的第一部段54a流体连通。此外，第一流体端口51经由旋转接头10和气动控制部分14与空气压缩机28流体连通，并且第二流体端口52与轮胎40流体连通(参见图1)。
阀芯53可移动地设置在腔室54内部。阀芯53具有第一部分53a和第二部分53b。第一部分53a和第二部分53b可以整体形成。此处，第一部分 53a和第二部分53b分别形成在阀芯53的第一端处和第二端处。阀芯53 的第一部分53a接纳在腔室54的第一部段54a内，并且阀芯53的第二部分53b至少部分地接纳在腔室54的第二部段54b内。阀芯53的第一部分 53a和第二部分53b都具有圆柱形或大致圆柱形的形状，并且关于与轴线 56重合的公共轴线同心地布置。阀芯53的第一部分53a的最大半径57a大于阀芯53的第二部分53b的最大半径57b。阀芯53的第一部分53a的最大半径57a大致对应于腔室54的第一部段54a的半径55a，并且阀芯53的第二部分53b的最大半径57b大致对应于腔室54的第二部段54b的半径55b。阀芯53的第一部分53a借助于第一密封装置59a与界定腔室54的第一部段54a的腔室壁58a滑动地密封接触，并且阀芯53的第二部分53a借助于第二密封装置59b与界定腔室54的第二部段54b的腔室壁58b滑动地密封接触。
阀芯53构造成在如图2A所示的闭合位置和如图2B所示的打开位置之间线性移动。在如图2A所示的阀芯53的闭合位置中，阀芯53的第一部分53a的第一面60a接触第一机械止挡61a。第一面60a可包括阻尼元件。在图2A和2B中，第一机械止挡61a限制阀芯在第一轴向方向56a上向左移动。此处，第一机械止挡61a由阀本体50的突出部形成。当阀芯53处于闭合位置时，阀芯53的第一部分53a的第一面60a朝向第一流体端口51 闭合腔室54的第一部段54a，从而将第二流体端口52与第一流体端口51 流体隔离并且阻挡第一流体端口51和第二流体端口52之间的流体流动。
阀组件48还包括弹簧63，弹簧63将阀芯53朝向第一轴向方向56a并朝向图2A所示的闭合位置偏压。弹簧63设置在腔室54的第一部段54a 内。具体地，弹簧63设置在第一部分53a的第二表面60b和阀本体50的部分62之间，该第一部分53a的第二表面60b与第一部分53a的第一表面 60a背对，阀本体50的部分62在与第一轴向方向56a相对并且在图2A和 2B中指向右侧的第二轴向方向56b上界定腔室54的第一部段54a。
在如图2B所示的阀芯53的打开位置中，阀芯53的第二部分53b的面 60c接触第二机械止挡61b。面60c可包括阻尼元件。第二机械止挡61b限制阀芯53在第二轴向方向56b上的移动。此处，第二机械止挡61b由阀本体50的突出部形成。当阀芯53处于打开位置时，阀芯53的第一部分53a朝向第一流体端口51并朝向第二流体端口52打开腔室54的第一部段54a。即，当阀芯53处于打开位置时，第一流体端口51和第二流体端口52之间的经由腔室54的第一部段54a建立流体连通，使得流体可以经由腔室54 的第一部段54a在第一流体端口51和第二流体端口52之间流动。
第一密封装置59a和第二密封装置59b将腔室54分成第一可变容积54a 和第二可变容积54b。可变容积54a、54b在它们随着阀芯53在图2A所示的闭合位置和在图2B所示的闭合位置之间移动而变化时是可变的。
第一可变容积54a在第一密封装置59a和第一机械止挡61a之间延伸，第一机械止挡61a在第一轴向方向56a上界定腔室54的第一部段54a。当阀芯53处于图2A所示的闭合位置时，第一可变容积54a具有其最小延伸。相反，当阀芯53处于图2B所示的打开位置时，第一可变容积54a具有其最大延伸。换言之，第一可变容积54a随着阀芯53从闭合位置向打开位置移动而增加，并且第一可变容积54a随着阀芯53从打开位置朝向闭合位置移动而减小。第一可变容积54a形成第一气动致动器，该第一气动致动器构造成将阀芯53朝向打开位置偏置。即，第一可变容积54a 中的加压流体或经由第一流体端口51进入第一可变容积54a的加压流体在阀芯53的第一部分53a的第一面60a上施加打开力F打开并将阀芯53在第二轴向方向56b上朝向打开位置偏置。随着阀芯53从图2A所示的闭合位置移动到图2B所示的打开位置，第一气动致动器63a的最大位移V1由阀芯53的第一部分53a的第一面60a扫过的容积给出或者反之亦然。
第二可变容积54b在第二密封装置59b和第二机械止挡61b之间延伸，第二机械止挡61b在第二轴向方向56b上界定腔室54的第二部段54b。当阀芯53处于图2A所示的闭合位置时，第二可变容积54b具有其最大延伸。相反，当阀芯53处于图2B所示的打开位置时，第二可变容积54b具有其最小延伸。换言之，第二可变容积54b随着阀芯53从闭合位置向打开位置移动而减小，并且第二可变容积54b随着阀芯53从打开位置向闭合位置移动而增加。第二可变容积54b形成第二气动致动器，该第二气动致动器构造成将阀芯53朝向闭合位置偏置。即，第二可变容积54b 中的加压流体或进入第二可变容积54b的加压流体在阀芯53的第二部分 53b的面60c上施加闭合力F闭合并将阀芯53在第一轴向方向56a上朝向闭合位置偏置。随着阀芯53从图2A所示的闭合位置移动到图2B所示的打开位置，第二气动致动器63b的最大位移V2由阀芯53的第二部分53b的面60c扫过的容积给出或者反之亦然。例如，第一气动致动器 63a的最大位移V1和第二气动致动器63b的最大位移V2可满足关系2≤ V1/V2≤5。
第一流体端口51和第一气动致动器63a经由流体连接部64、流体管线 67、限流器65、流体贮存器66和流体管线68与第二气动致动器63b流体连通。在图2A和2B所示的阀组件48的实施例中，流体管线67、68构造成阀本体50中的孔。换言之，第一流体端口51和第一气动致动器63a经由限流器65与流体贮存器66流体连通，并且流体贮存器66与第二气动致动器63b流体连通。
如上所述，弹簧63在阀芯53上施加连续的闭合力F弹簧。与闭合力F闭合一样，弹簧力F弹簧指向第一轴向方向56a，即在图2A和2B中指向左侧。因此，为了将阀芯53保持在打开位置，由第一气动致动器63a施加在阀芯 53的打开力F打开必须等于或大于由弹簧63施加在阀芯53上的弹簧力F弹簧和由第二气动致动器63b施加在阀芯53上的闭合力F闭合的总和：F打开≥F闭合+F弹簧。另一方面，为了将阀芯53从闭合位置移动到打开位置，由第一气动致动器63a施加在阀芯53上的打开力F打开必须大于弹簧力F弹簧、闭合力F闭合以及可能的摩擦力F摩擦的总和：F打开>F闭合+F弹簧+F摩擦。摩擦力 F摩擦可能例如由密封装置59a、59b和腔室壁58a、58b之间的摩擦引起。通常，弹簧力F弹簧是弹簧63的变形量的函数。例如，F弹簧在弹簧63被完全压缩的打开位置时可能比在闭合位置大。
由第一气动致动器63a中的加压流体施加在阀芯53上的打开力F打开由F 打开＝p1·A阀芯,1给出，其中p1是第一流体端口51处的流体压力和/或在第一气动致动器63a中并作用在阀芯53的第一部分53a的第一面60a上的流体压力，并且其中A阀芯,1是阀芯53的第一部分53a的第一面60a的面积，第一气动致动器63a中的加压流体作用在该面积上以使阀芯53朝向打开位置偏置。类似地，由第二气动致动器63b中的加压流体施加在阀芯53上的闭合力F闭合由F闭合＝p2·A阀芯,2给出，其中p2是流体贮存器66中的流体压力和/ 或在第二气动致动器63b中并作用在阀芯53的第二部分53b的面60c上的流体压力，并且其中A阀芯,2是面60c的面积，第二气动致动器63b中的加压流体作用在该面积上以使阀芯53朝向闭合位置偏置。因此，普通技术人员容易理解，压力值p1和p2以及面积A阀芯,1和A阀芯,2的大小分别确定力F 打开和F闭合的量值。
如图2A和2B所示，A阀芯,1可大于A阀芯,2，即A阀芯,1>A阀芯,2。例如，A 阀芯,1≥2·A阀芯,2、A阀芯,1≥3·A阀芯,2或A阀芯,1≥4·A阀芯,2。这可以有助于控制作用在阀芯53上的打开力F打开＝p1·A阀芯,1。例如，由于布置在第一流体端口 51和第二气动致动器63b之间的限流器65，在第一流体端口51处和/或第一气动致动器63a中的流体压力可以比第二气动致动器63b中的流体压力更快地升高或降低。
限流器65构造为具有固定的最小横截面AR的孔口。应当理解，限流器 65同样可具有可变的最小横截面AR。第一流体端口51和第一气动致动器 63a之间的流体连接部64在另一方面具有最小横截面AA。限流器65的最小横截面AR小于第一流体端口51和第一气动致动器63a之间的流体连接部64的最小横截面AA。例如，在图2A和2B描绘的实施例中，AA＝75mm2并且AR＝0.75mm2。换言之，AA和AR可以满足关系AR/AA≤1/100。
为将阀芯53从图2A所示的闭合位置移动到图2B所示的打开位置，第一流体端口51和/或第一气动致动器63a可以被加压。限流器65随即相对于加压流体从第一流体端口51到第一气动致动器63a的流动，限制加压流体从第一流体端口51和/或从第一气动致动器63a到第二气动致动器63b的流动。从而，相对于在朝向打开位置偏置阀芯53的打开力F打开的增加，在朝向闭合位置偏置阀芯53的闭合力F闭合的增加被延迟。或者，换言之，使打开力F打开以比闭合力F闭合更快的速度增加。一旦由第一气动致动器63a中的加压流体施加在阀芯53上的打开力F打开超过弹簧力F弹簧、由第二气动致动器63b中的加压流体在阀芯53上施加的闭合力F闭合和摩擦力F摩擦的总和F弹簧+F闭合+F摩擦，阀芯53就移动到打开位置。
随着第一流体端口51和/或第一气动致动器63a被加压，一些加压流体可经由限流器65进入流体贮存器66和流体管线68，并且可以增大流体贮存器66、流体管线68和/或第二气动致动器63b中的流体压力。
一旦阀芯53处于图2B所示的打开位置，轮胎40可以经由阀组件48 充气或放气。例如，为了给轮胎40充气，空气供应24可以经由空气供应回路26、流体控制回路36、旋转接头10和打开的阀组件48对轮胎40加压。为了使轮胎40放气，第一气动致动器63a可以经由第一流体端口51、流体控制回路36和气动控制部分14(图1)逐渐地排气，直到第一流体端口51处和/或第一气动致动器63a中的流体压力下降到轮胎压力以下。当第一流体端口51a和/或第一气动致动器63a中的流体压力已降至轮胎压力以下时，轮胎40可经由打开的阀组件48、流体控制回路36和气动控制部分 14放气。如上所述，在这些过程期间必须小心，第一流体端口51和/或第一气动致动器63a要足够缓慢地排气，使得打开力F打开不会比可能引起阀组件48的不希望的闭合的闭合力F闭合和弹簧力F弹簧的总和更快地减小。可以使用例如包括在气动控制部分14中的上述限流器来控制第一流体端口 51和/或第一气动致动器63a的排气速率。
为将阀芯53从图2B所示的打开位置移动到图2A所示的闭合位置，第一气动致动器63a可以被突然减压。在该构造中，相对于流体从第一气动致动器63a的排出，限流器65限制流体从流体贮存器66和/或第二气动致动器63b的排出。或者换言之，相对于在朝向打开位置偏置阀芯53的打开力F打开中的减小，限流器65延迟在朝向闭合位置偏置阀芯53的闭合力F闭合中的减小。一旦由第一气动致动器63a中的加压流体施加在阀芯53上的打开力F打开和可能的摩擦力F摩擦的总和、即F打开+F摩擦，降低到低于弹簧力 F弹簧和由第二气动致动器63b中的加压流体在阀芯53上施加的闭合力F闭合的总和F弹簧+F闭合，则阀芯53就移动到闭合位置。

Claims (17)

1.一种气动可控阀组件(48)，用于轮胎充气系统(12)，所述阀组件(48)包括：
第一流体端口(51)；
第二流体端口(52)；
可移动构件(53)，所述可移动构件(53)可移动地设置在腔室(54)内，所述腔室(54)包括第一可变容积(54a)和第二可变容积(54b)，所述可移动构件(53)构造成在打开位置和闭合位置之间移动，其中当所述可移动构件(53)处于所述打开位置时，所述第一流体端口(51)与所述第二流体端口(52)流体连通，并且其中当所述可移动构件(53)处于所述闭合位置时所述第一流体端口(51)与所述第二流体端口(52)流体隔离；
其中，所述第一可变容积(54a)形成与所述第一流体端口(51)流体连通的第一气动致动器(63a)，所述第一气动致动器(63a)构造成将所述可移动构件(53)朝向所述打开位置偏置；
其中，所述第二可变容积(54b)形成与所述第一流体端口(51)流体连通的第二气动致动器(63b)，所述第二气动致动器(63b)构造成将所述可移动构件(53)朝向所述闭合位置偏置；以及
限流器(65)；
其中，所述第一流体端口(51)借助于所述限流器(65)与所述第二气动致动器(63b)流体连通，以及
其中，当所述可移动构件(53)处于所述打开位置时，所述第一流体端口(51)和所述第二流体端口(52)经由所述第一可变容积(54a)流体连通。
2.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，包括所述第一可变容积(54a)和所述第二可变容积(54b)的所述腔室(54)由刚性腔室壁(58a、58b)界定，并且可移动地设置在所述腔室(54)内的所述可移动构件是刚性构件，使得包括所述第一可变容积(54a)和所述第二可变容积(54b)的所述腔室(54)的总体积与所述可移动构件(53)相对于所述腔室(54)的位置无关。
3.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述可移动构件(53)沿着移动轴线(56)在所述腔室(54)内线性地移动，并且所述第一可变容积(54a)和所述第二可变容积(54b)沿着所述移动轴线(56)形成在所述可移动构件(53)的相对侧上，第一轴向方向(56a)沿着所述移动轴线(56)从所述第二可变容积(54b)指向所述第一可变容积(54a)，并且第二轴向方向(56b)沿着所述移动轴线(56)从所述第一可变容积(54a)指向所述第二可变容积(54b)，其中所述可移动构件(53)构造成使得所述第一可变容积(54a)中的加压流体构造成在所述第二轴向(56b)上移动所述可移动构件(53)，并且所述第二可变容积(54b)中的加压流体构造成在所述第一轴向方向(56a)上移动所述可移动构件(53)。
4.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述腔室(54)由腔室壁(58a、58b)界定，其中所述可移动构件(53)的至少一部分(53a、53b)借助于密封装置(59a、59b)与所述腔室壁(58a、58b)滑动地密封接触，所述密封装置(59a、59b)将所述腔室(54)分成形成所述第一气动致动器(63a)的所述第一可变容积(54a)和形成所述第二气动致动器(63b)的所述第二可变容积(54b)，所述密封装置(59a、59b)将所述第一可变容积(54a)与所述第二可变容积(54b)流体隔离，使得所述第一可变容积(54a)中的加压流体构造成将所述可移动构件(53)朝向所述打开位置偏置，并且使得所述第二可变容积(54b)中的加压流体构造成将所述可移动构件(53)朝向所述闭合位置偏置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件(48)，其特征在于，当所述可移动构件(53)处于所述打开位置时，所述第一流体端口(51)和所述第二流体端口(52)经由使所述限流器(65)旁路的流体连接部而流体连通。
6.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述限流器(65)构造为可变限流器或包括可变限流器，可变限流器是具有可变最小横截面的孔口。
7.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述限流器(65)构造为包括固定限流器，固定限流器是设置在流体地连接所述第一流体端口(51)和所述第二气动致动器(63b)的流体管道中的具有固定的最小横截面的孔口或透气多孔介质，所述透气多孔介质因此减小所述流体管道的有效最小横截面。
8.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述限流器(65)包括具有最小横截面AR的孔口，其中所述第一流体端口(51)与所述第一气动致动器(63a)之间的流体连接部具有最小横截面A1，并且其中比值AR/A1为以下之一：小于1/10；小于1/50；小于1/100；小于1/200；以及小于1/500。
9.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，所述第二流体端口(52)与所述第一气动致动器(63a)之间的流体连接部具有可变的最小横截面。
10.根据权利要求1所述的阀组件(48)，其特征在于，还包括偏置构件(63)，弹性偏置构件(63)是弹簧，其构造成朝向所述闭合位置偏置所述可移动构件(53)。
11.一种轮胎充气系统(12)，包括：
根据前述权利要求中一项所述的阀组件(48)；
加压流体源(28)；以及
充气轮胎(40)；
其中所述阀组件(48)的所述第一流体端口(51)与所述加压流体源(28)流体连通或选择性地流体连通；
其中所述第一流体端口(51)选择性地与大气流体连通或者与低压贮存器流体连通，以选择性地对所述第一流体端口(51)进行排气；以及
其中所述阀组件(48)的所述第二流体端口(52)与所述充气轮胎(40)流体连通，用于当所述阀组件(48)处于所述打开位置时，借助于所述第二流体端口(52)选择性地对所述充气轮胎(40)进行加压或减压。
12.根据权利要求11所述的轮胎充气系统(12)，其特征在于，还包括可旋转部件，其中所述充气轮胎(40)和所述阀组件(48)安装在所述可旋转部件上，并且其中所述阀组件(48)的所述第一流体端口(51)借助于旋转接头与所述加压流体源(28)流体连通。
13.一种打开根据权利要求1至10中一项所述的阀组件(48)的方法，所述方法包括以下步骤：
经由所述第一流体端口(51)对所述第一气动致动器(63a)加压，使得所述第一气动致动器(63a)中的加压流体将所述可移动构件(53)移动到所述打开位置。
14.一种闭合根据权利要求1至10中一项所述的阀组件(48)的方法，所述方法包括以下步骤：
经由所述第一流体端口(51)对所述第一气动致动器(63a)进行排气，从而产生从所述第一气动致动器(63a)到所述第一流体端口(51)的流体流动并减小所述第一气动致动器(63a)中的流体压力；并且同时，
使用所述限流器(65)限制流体从所述第二气动致动器(63b)流动到所述第一流体端口(51)，从而相对于在所述第一气动致动器(63a)中的所述流体压力的减小，延迟所述第二气动致动器(63b)中的所述流体压力的减小，使得所述第二气动致动器(63b)中的加压流体将所述可移动构件(53)移动到所述闭合位置。
15.一种对根据权利要求11和12中一项所述的轮胎充气系统(12)的所述充气轮胎(40)进行充气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据权利要求13所述的方法打开所述阀组件(48)；以及
通过对所述第一流体端口(51)加压，经由所述打开的阀组件(48)对所述充气轮胎(40)加压。
16.一种对根据权利要求11和12中一项所述的轮胎充气系统(12)的所述充气轮胎进行放气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据权利要求13所述的方法打开所述阀组件(48)；
当所述可移动构件(53)处于所述打开位置时，经由所述第一流体端口(51)并且经由另外的限流器使所述第一气动致动器(63a)排气，以防止所述可移动构件(53)移动到所述闭合位置，直到所述第一流体端口(51)处的流体压力低于所述轮胎压力；以及
经由所述第一流体端口(51)使所述充气轮胎(40)放气。
17.一种对根据权利要求11和12中一项所述的轮胎充气系统(12)的所述充气轮胎进行放气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过使用压力脉冲经由所述第一流体端口(51)对所述第一气动致动器(63a)加压来根据权利要求15所述的方法打开所述阀组件(48)，其中选择所述压力脉冲的最大压力和所述压力脉冲的持续时间，使得在所述可移动构件(53)已经移动到所述打开位置并且所述第一流体端口(51)已经被置于与所述充气轮胎(40)流体连通之后，所述第二气动致动器(63b)中的气动压力足够低，以防止所述可移动构件(53)移动到所述闭合位置；
当所述可移动构件(53)处于所述打开位置时，经由所述第一流体端口(51)对所述第一气动致动器(63a)排气，直到所述第一流体端口(51)处的流体压力低于所述轮胎压力；以及
经由所述第一流体端口(51)使所述充气轮胎(40)放气。
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