DE102007035775A1

DE102007035775A1 - Vorgesteuertes Ventil mit keramischem Steuerkolben

Info

Publication number: DE102007035775A1
Application number: DE200710035775
Authority: DE
Inventors: Ralf WÖRNER; Siegmund Deja
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-28
Also published as: US20100155630A1; US8931516B2; CN101688617B; WO2009015831A1; DE102007035775B4; CN101688617A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Ventil (1), mit einer Ventilanordnung (16, 34), welche einen Druckmittelfluss zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss (12), einem Speisedruckanschluss (30) sowie einem Entlüftungsanschluss (26) schaltet. Die Erfindung sieht vor, dass a) die Ventilanordnung wenigstens ein durch die Vorsteuerung rotatorisch und/oder linear betätigtes Ventilglied (16) aus einem keramischem Werkstoff beinhaltet, b) in dem Ventilglied (16) wenigstens ein mit dem Arbeitsanschluss (12) in Strömungsverbindung bringbarer Verbindungskanal (22, 24) ausgebildet ist, welcher abhängig von der Position des Ventilglieds (16) eine Strömungsverbindung des Arbeitsanschlusses (12) mit einem mit dem Entlüftungsanschluss (26) in Verbindung stehenden ersten Strömungskanal (28) oder mit einem mit dem Speisedruckanschluss (30) in Verbindung stehenden zweiten Strömungskanal (32) herstellt, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals (28) und des zweiten Strömungskanals (32) in wenigstens einem ruhenden Ventilkörper (34) aus keramischem Werkstoff ausgebildet sind, c) wenigstens der erste Strömungskanal (28) gegenüber dem zweiten Strömungskanal (32) durch mindestens eine in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordneten Dichtung (54) abgedichtet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem vorgesteuerten Ventil, mit einer Ventilanordnung, welche einen Druckmittelfluss zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss, einem Speisedruckanschluss sowie einem Entlüftungsanschluss schaltet, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein gattungsgemäßes Ventil ist aus der DE 101 20 322 C1 bekannt und betrifft ein Druckregelventil einer Druckluftbremsanlage eines Fahrzeugs, um einen Bremsdruck entsprechend eines Bremsdrucksollwerts einzuregeln. Das Regelventil weist einen innerhalb eines Ventilgehäuses untergebrachten Steuerkolben auf, der über eine Steuerkammer linear betätigbar ist. Gegenüberliegend der Steuerkammer grenzt der Steuerkolben an eine Arbeitskammer. Seitens der Arbeitskammer ist ein koaxialer Hohlzapfen am Steuerkolben ausgebildet, der zur Betätigung einer Ventilsitzanordnung dient. Die Ventilsitzanordnung beinhaltet ein Doppelsitzventil, wobei ein durch den Steuerkolben betätigtes Ventilglied durch Federmittel gegen einen äußeren Ventilsitz federnd vorgespannt ist. Der mit dem Steuerkolben verbundene Hohlzapfen bildet demgegenüber einen inneren Ventilsitz aus, der durch den Druck in der Steuerkammer belastet ist. Die beiden Ventilsitze wirken mit einer topfartigen Dichtmanschette zusammen, deren Dichtfläche an beiden Ventilsitzen in einer abgeschlossenen Schaltposition des Regelventils zur Anlage kommt. Die Dichtmanschette besteht aus einem Elastomer mit einvulkanisierter Verstärkungseinlage. Eine solche elastomere Dichtung weist jedoch nach einiger Zeit Setzerscheinungen auf, so dass die Dichtwirkung nachlässt. Weiterhin ist eine solche elastomere Dichtung empfindlich gegenüber mit Partikeln verunreinigtem Druckmittel. Dieser Nachteil fällt umso mehr ins Gewicht, wenn, wie hier der Fall ist, das Ventil große Strömungsvolumina bewältigen muss und die Dichtungsmanschette direkt im Strömungsbereich des Druckmittels angeordnet ist, weil dann die Partikelbestrahlung der Dichtungsmanschette einen besonders hohen, erosiven Verschleiß bedingt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vorsteuerbares Ventil der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass es über einen langen Zeitraum ein hohes Dichtigkeitsverhalten aufweist und zugleich einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass

a) die Ventilanordnung wenigstens ein durch die Vorsteuerung rotatorisch und/oder linear betätigtes Ventilglied aus keramischem Werkstoff beinhaltet,
b) in dem Ventilglied wenigstens ein mit dem Arbeitsanschluss in Strömungsverbindung bringbarer Verbindungskanal ausgebildet ist, welcher abhängig von der Position des Ventilglieds eine Strömungsverbindung des Arbeitsanschlusses mit einem mit dem Entlüftungsanschluss in Verbindung stehenden ersten Strömungskanal oder mit einem mit dem Speisedruckanschluss in Verbindung stehenden zweiten Strömungskanal herstellt, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanal in wenigstens einem ruhenden Ventilkörper aus keramischem Werkstoff ausgebildet sind,
c) wenigstens der erste Strömungskanal gegenüber dem zweiten Strömungskanal durch mindestens eine in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordneten Dichtung abgedichtet ist.

Der Vorteil bei einer Verwendung eines Ventilglied und eines ruhenden Ventilkörpers aus einem keramischen Material besteht darin, dass keramisches Material beständig gegenüber aggressiven Medien ist sowie gegenüber einer Belastung von strömendem, mit Partikeln verunreinigtem Druckmittel, was die Lebensdauer des Ventils vorteilhaft erhöht. Positiv auf das Dichtverhalten des Ventils wirkt sich auch die hohe Maßhaltigkeit von keramischen Werkstoffe bei schwankenden Temperaturen aus.
Für eine hohe Dichtigkeit sorgt nicht zuletzt auch, dass wenigstens der erste Strömungskanal gegenüber dem zweiten Strömungskanal durch mindestens eine in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordneten Dichtung abgedichtet ist. Dann sinkt die Belastung der Dichtung, vor allem dann, wenn das Ventil von großen Druckmittelvolumina durchströmt wird und das Druckmittel mit Partikeln verunreinigt ist, was insbesondere beim Einsatz in Druckluftbremsanlagen von Fahrzeugen der Fall ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Erfindung möglich.
Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine Dichtung in einer die Dichtwirkung vergrößernden Richtung elastisch vorgespannt. Die Forderung, dass die Dichtung in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordnet ist, kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass die wenigstens eine Dichtung mit radialem Abstand von einer Mündung des Verbindungskanals oder eines Strömungskanals angeordnet ist. Die wenigstens eine Dichtung kann dann beispielsweise als O-Ring ausgebildet sein und die Mündung des Verbindungskanals bzw. eines Strömungskanals mit radialem Abstand umschließen.
Gemäß einer Variante beinhaltet das Ventil ein einen linear verstellbaren Steuerkolben enthaltendes Ventilgehäuse, der zur Linearverstellung über mindestens ein Vorsteuerventil druckmittelbeaufschlagbar und zur rotatorischen und/oder linearen Betätigung der Ventilanordnung vorgesehen ist, wobei der linear verstellbare Steuerkolben beispielsweise durch wenigstens ein elektropneumatisch betätigtes Magnetventil gesteuert wird.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante beinhaltet das Ventilglied wenigstens ein vom Steuerkolben linear betätigtes Element aus keramischem Werkstoff, in welchem der Verbindungskanal ausgebildet ist und der ruhende Ventilkörper wenigstens zwei, eine Linearführung für das Ventilglied bildende Elemente aus keramischem Werkstoff, denen das Ventilglied zwischengeordnet ist.
Hierbei weist beispielsweise das eine Element des ruhenden Ventilkörpers einen dritten mit dem Arbeitsanschluss in Verbindung stehenden Strömungskanal und einen vierten mit dem Arbeitsanschluss in Verbindung stehenden Strömungskanal und das andere Element des ruhenden Ventilkörpers den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal auf, wobei das Ventilglied zwei Verbindungskanäle derart aufweist, dass in wenigstens einer Stellung des Ventilglieds keine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungskanal oder dem zweiten Strömungskanal mit dem dritten Strömungskanal oder dem vierten Strömungskanal zustande kommt, jedoch eine Stellung des Ventilglieds existiert, in welcher der erste Strömungskanal mit dem dritten Strömungskanal oder mit dem vierten Strömungskanal in Strömungsverbindung steht sowie eine weitere Stellung des Ventilglieds, in welcher der zweite Strömungskanal mit dem dritten Strömungskanal oder mit dem vierten Strömungskanal in Strömungsverbindung steht.
Vorzugsweise sind das Ventilglied, das eine Element und das andere Element von einem in dem Gehäuse beweglich gelagerten HalteVentilkörper in dem Gehäuse gelagert, wobei in dem HalteVentilkörper mindestens ein Abschnitt wenigstens eines Strömungskanals aus der Gruppe des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, des dritten Strömungskanals und des vierten Strömungskanals ausgebildet ist.
Der HalteVentilkörper ist beispielsweise mehrteilig ausgebildet, wobei zwischen dem Gehäuse und wenigstens einem Teil des HalteVentilkörpers Federmittel derart vorgesehen sind, dass zumindest der HalteVentilkörper, das eine Element des ruhenden Ventilkörpers, das Ventilglied sowie das andere Element des ruhenden Ventilkörpers gegen das Gehäuse elastisch vorgespannt sind, wobei die Vorspannung durch die Federmittel in einer Richtung quer zu der linearen Bewegung des Ventilglieds erfolgt. Dadurch wird die oben erwähnte Vorspannung der Dichtung erzeugt.
Gemäß einer weiteren Variante beinhaltet das Ventilglied ein rotatorisch betätigtes Element aus keramischem Werkstoff, in welchem der Verbindungskanal ausgebildet und welches gegen den ruhenden Ventilkörper um eine Drehachse verdrehbar ist, wobei Drehpositionen des Ventilglieds existieren, in welchen der Verbindungskanal mit dem ersten Strömungskanal oder mit dem zweiten Strömungskanal in Strömungsverbindung steht. Diese einem Drehschieberventil ähnliche Aufbau zeichnet sich durch eine sehr einfache Konstruktion aus.
Wenn bei dieser Variante weiterhin das Ventilglied sowie der ruhende Ventilkörper gegen eine Innenwandung einer Ausnehmung des Gehäuses elastisch vorgespannt sind, in welcher Mündungen zumindest des ersten Strömungskanal und des zweiten Strömungskanals ausgebildet sind, wird die Dichtwirkung der Dichtung durch den Anpressdruck vorteilhaft gesteigert.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante ist das Ventilglied durch den linear verstellbaren Steuerkolben rotatorisch betätigbar, wobei Getriebemittel zur Wandelung der linearen Bewegung des Steuerkolbens in eine Rotationsbewegung des Ventilglieds vorgesehen sind und die lineare Bewegung des Steuerkolbens senkrecht zur Drehachse des Ventilglieds stattfindet.
Gemäß einer weiteren Variante ist das Ventilglied durch einen elektrischen Motor rotatorisch angetrieben, wobei dem elektrischen Motor und dem Ventilglied Getriebemittel zwischengeschaltet sind.
Nicht zuletzt kann das Ventilglied auch durch einen druckmittelbetätigten Rotationskolben rotatorisch angetrieben sein, der über mindestens ein Vorsteuerventil druckmittelbeaufschlagbar ist.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine Querschnittsdarstellung eines vorgesteuerten Ventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf ein Ventilglied eines vorgesteuerten Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Draufsicht auf einen mit dem Ventilglied von 2 zusammenwirkenden ruhenden Ventilkörper;
4 eine Querschnittsdarstellung eines vorgesteuerten Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Querschnittsdarstellung eines vorgesteuerten Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Querschnittsdarstellung eines druckmittelbetätigten Rotationskolbens eines vorgesteuerten Ventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das vorsteuerbare Ventil 1 ein Druckregelventil für ein Druckluftbremssystem eines Fahrzeugs. Gemäß der Ausführungsform von 1 weist das Druckregelventil 1 einen von einem nicht dargestellten Gehäuse aufgenommenen Einsatz 2 auf, in dessen Axialrichtung ein linear beweglicher Steuerkolben 4 gelagert ist, welcher vorzugsweise durch ein hier nicht gezeigtes elektromagnetisches Ventil durch Drucksteigern, Druckhalten und Drucksenken von in einer vom Steuerkolben 4 begrenzten Steuerkammer 6 befindlicher Druckluft gesteuert wird. Der Einsatz 2 ist in das Gehäuse einsetzbar ausgebildet und gegenüber einer Innenwandung des Gehäuse durch Dichtungen 7, vorzugsweise durch O-Ringe abgedichtet. Da der Einsatz 2 gegenüber bewegten Teilen des Ventils 1 ein ruhendes Element darstellt, wird er im folgenden als zum Gehäuse gehörig betrachtet.
Jenseits der Steuerkammer 6 begrenzt der Steuerkolben 4 eine Arbeitskammer 8, welche über einen im Einsatz 2 ausgebildeten Verbindungskanal 10 mit einem Arbeitsanschluss 12 des Ventils 1 in Verbindung steht, an welchen beispielsweise ein druckluftbetätigter Bremsaktuator angeschlossen ist.
Der Steuerkolben 4 hat eine Steuerkolbenstange 14, mit welcher er ein in Ventilglied 16, bevorzugt eine glattflächige Platte aus keramischem Werkstoff gegen die oder mit der Wirkung eines Federelements 18 linear betätigen kann. Dabei liegt die Mittelachse 20 des Einsatzes 2 bevorzugt in der Mittelebene des Ventilglieds. In dem Ventilglied 16 sind beispielsweise zwei abhängig von der gerade eingenommenen Position mit dem Arbeitsanschluss 12 in Strömungsverbindung bringbare Verbindungskanäle 22, 24 ausgebildet, d. h. abhängig von der Position des Ventilglieds 16 wird eine Strömungsverbindung des Arbeitsanschlusses 12 mit einem mit einem Speisedruckanschluss 30 in Verbindung stehenden ersten Strömungskanal 28 oder mit einem mit einem Entlüftungsanschluss 26 in Verbindung stehenden zweiten Strömungskanal 32 hergestellt. Der Speisedruckanschluss 30 des Ventils 1 steht mit einem aus Maßstabsgründen nicht gezeigten Druckluftvorrat in Verbindung, der Entlüftungsanschluss 26 mit der Atmosphäre. Quer zur Mittelachse 20 bzw. zur Plattenebene des Ventilglieds 16 angeordnete Abschnitte des ersten Strömungskanals 28 und des zweiten Strömungskanals 32 sind in wenigstens einem ruhenden Ventilkörper 34 aus keramischem Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt weist der ruhende Ventilkörper 34 wenigstens zwei, eine Linearführung für das Ventilglied 16 bildende Führungs- und Ventilelemente 36, 38 aus keramischem Werkstoff auf, denen das Ventilglied 16 zwischengeordnet ist. Diese beiden Ventilelemente 36, 38 sind vorzugsweise ebenfalls plattenförmig ausgebildet. Zumindest die einander zugewandten bzw. die dem Ventilglied 16 zugewandten Oberflächen der Ventilelemente 36, 38 sind glattflächig.
Hierbei weist beispielsweise das eine Ventilelement 36 des ruhenden Ventilkörpers 34 einen dritten mit dem Arbeitsanschluss 12 in Verbindung stehenden Strömungskanal 40 und einen vierten mit dem Arbeitsanschluss 12 in Verbindung stehenden Strömungskanal 42 und das andere Ventilelement 38 des ruhenden Ventilkörpers 34 die quer verlaufenden Abschnitte des ersten Strömungskanals 28 und des zweiten Strömungskanals 32 auf.
Die beiden Verbindungskanäle 22, 24 des Ventilglieds 16 und die ventilgliedseitigen Mündungen der Strömungskanäle 28, 32, 40, 42 sind derart angeordnet und weisen einen derartigen Durchmesser auf, dass in wenigstens einer Stellung (Abschlussstellung) des Ventilglieds 16 keine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungskanal 28 oder dem zweiten Strömungskanal 32 mit dem dritten Strömungskanal 40 oder dem vierten Strömungskanal 42 zustande kommt, jedoch eine Stellung des Ventilglieds 16 existiert, in welcher der erste Strömungskanal 28 mit dem dritten Strömungskanal 40 in Strömungsverbindung steht, sowie eine weitere Stellung des Ventilglieds 16, in welcher der zweite Strömungskanal 32 mit dem vierten Strömungskanal 42 in Strömungsverbindung steht. 1 zeigt die Abschlussstellung des Ventils 1, in welcher keine der Strömungsverbindungen geschaltet ist.
Vorzugsweise sind das Ventilglied 16, das eine Ventilelement 36 und das andere Ventilelement 38 von einem in einer sacklochartigen zentralen Ausnehmung 44 des Einsatzes 2 gelagerten Haltekörper 46 aufgenommen, wobei in dem Haltekörper 46 jeweils ein Abschnitt des ersten Strömungskanals 28, des zweiten Strömungskanals 32, des dritten Strömungskanals 40 und des vierten Strömungskanals 42 ausgebildet ist, welche wiederum über seitliche Mündungen in der Ausnehmung 44 des Einsatzes 2 bis zu den entsprechenden Anschlüssen 12, 26, 30 fortgesetzt sind. Der dritte Strömungskanal 40 und der vierte Strömungskanal 42 sind innerhalb des Einsatzes 2 zu einem gemeinsamen Strömungskanal zusammengeführt.
Der Haltekörper 46 ist beispielsweise mehrteilig ausgebildet und umfasst bevorzugt zwei Haltewangen 48, 50, welche das eine Ventilelement 36 und das andere Ventilelement 38 in Richtung der Mittelachse 20 des Ventils 1 wenigstens teilweise umgreifen, jedoch sind die beiden Haltewangen 48, 50, die beispielsweise jeweils aus Kunststoff gefertigt sind, vorzugsweise nicht miteinander verbunden. Wenn der Umgriff senkrecht zur Mittelachse 20 des Ventils 1 erfolgt, dann kann eine vorgefertigte Einheit beinhaltend die beiden Haltewangen 48, 50, die beiden von ihnen umgriffenen Ventilelemente 36, 38, sowie das diesen zwischengeordnete Ventilglied 16 von oben her in die korrespondierend gestaltete Ausnehmung 44 des Einsatzes 2 eingesetzt werden. Die axiale Lagesicherung dieser Einheit in der Ausnehmung 44 erfolgt durch einen aufgesetzten Deckel 53. Der Deckel 53 weist wenigstens eine Durchgangsbohrung 52 als Teil des Verbindungskanals 10 zwischen der Arbeitskammer 8 und dem aus dem dritten Strömungskanal 40 und dem vierten Strömungskanal 42 zusammengeführten gemeinsamen Strömungskanal auf.
Mit radialem Abstand zu den Mündungen des ersten Strömungskanals 28 und des zweiten Strömungskanals 32 in der zum anderen Ventilelement 38 weisenden Seitenfläche sowie in der zur Innenwandung des Einsatzes 2 weisenden Seitenfläche der anderen Haltewange 50 sind Dichtungen 54 angeordnet, beispielsweise in Form von O-Ringen, die vorzugsweise in zu den Strömungskanälen 28, 32 konzentrischen Nuten aufgenommen sind und nach außen überstehen. Diese Dichtungen 54 dienen zur Abdichtung des ersten Strömungskanals 28 gegenüber dem zweiten Strömungskanal 32, welche unter verschiedenen Druckniveaus stehen, nämlich unter Vorratsdruck und Umgebungsdruck. Sie sollen verhindern, dass Druckmittel vom ersten, unter Vorratsdruck stehenden Strömungskanal 28 in den zweiten, unter Umgebungsdruck stehenden Strömungskanal 32 gelangt. Die Dichtungen 54 sind in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordnet, vorzugsweise dadurch, dass sie mit radialem Abstand von den Mündungen des ersten Strömungskanals 28 und des zweiten Strömungskanals 32 angeordnet sind, diese Mündungen aber dichtend umschließen.
Die Dichtungen 54 sind in einer die Dichtwirkung vergrößernden Richtung elastisch vorgespannt, beispielsweise dadurch, dass zwischen der inneren seitlichen Wandung der Ausnehmung 44 des Einsatzes 2 und der vom ersten Strömungskanal 28 und vom zweiten Strömungskanal 32 entfernten einen Haltewange 48 des Haltekörpers 46 Federmittel 56, beispielsweise in Form von Blattfedern vorgesehen sind. Diese spannen zumindest den Haltekörper 46, das eine Ventilelement 36, das Ventilglied 16 sowie das andere Ventilelement 38 gegen die seitliche Wandung der Ausnehmung 44 des Einsatzes 2 elastisch vor. Die Vorspannung durch die Federmittel 56 erfolgt dabei beispielsweise in einer Richtung quer zu der linearen oder axialen Bewegung des Ventilglieds 16. Diese Vorspannung bewirkt auch, dass eine Ventilelement 36 gegen das Ventilglied 16 und letzteres gegen das andere Ventilelement 38 vorgespannt wird, wodurch ebenfalls eine Dichtwirkung zwischen dem Ventilglied 16 und den Ventilelementen 36, 38 erzeugt wird.
Seitens des dritten Strömungskanals 40 und des vierten Strömungskanals 42 sind bevorzugt keine Dichtungen vorgesehen, weil diese beiden Strömungskanäle 40, 42 den Arbeitsdruck führen und daher Querströmungen zwischen den beiden Strömungskanälen 40, 42 nicht stören.
Das Ventilglied 16 und die Ventilelemente 36, 38 des ruhenden Ventilkörpers 34 sind vorzugsweise aus demselben keramischen Material gefertigt, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Jedoch sind jedes keramische Material und auch unterschiedliche keramische Materialien für die drei Bauelemente möglich, insbesondere auch oxidfreie Keramiken.
Vor diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des Ventils 1 wie folgt: Bei Beaufschlagung der Steuerkammer 6 mit einem Steuerdruck und darauf folgender Bewegung des Steuerkolbens 4 in 1 nach unten wird das Ventilglied 16 gegen die Wirkung des Federelements 18 derart linear verschoben, dass beispielsweise der obere Verbindungskanal 22 der beiden Verbindungskanäle mit dem ersten Strömungskanal 28 fluchtet, der den Vorratsdruck führt. Der andere, in 1 untere Verbindungskanal 24 bleibt demgegenüber verbindungslos. Somit kann Druckmittel vom Speisedruckanschluss 30 durch den ersten Strömungskanal 28 und den oberen Verbindungskanal 22 in den dritten Strömungskanal 40 einströmen, um am Arbeitsanschluss 12 den Druck zu erhöhen. Gleichzeitig gelangt auch Druckmittel über den einsatzseitigen Verbindungskanal 10 in die Arbeitskammer 8 und beaufschlagt den Steuerkolben 4 gegen die Wirkung des in der Steuerkammer 6 wirkenden Steuerdrucks. Wenn der Druck in der Arbeitskammer 8 ein bestimmtes Niveau erreicht hat, welches den Druck in der Steuerkammer 6 überspielt, bewegt sich der Steuerkolben 4 in 1 wieder nach oben und der Strömungsquerschnitt zwischen dem ersten Strömungskanal 28 und dem oberen Verbindungskanal 22 verkleinert sich bzw. wird verschlossen, so dass der Druck am Arbeitsanschluss 12 auf dem eingeregelten Niveau gehalten wird.
Bei einer Entlüftung der Steuerkammer 6 wird der Steuerkolben 4 in eine in 1 obere Position überführt, in welcher der in 1 untere Verbindungskanal 24 mit dem zweiten Strömungskanal 32 fluchtet, der mit dem Entlüftungsanschluss 26 in Verbindung steht. Dadurch gelangt Druckmittel vom Arbeitsanschluss 12 sowie von der Arbeitskammer 8 über den Entlüftungsanschluss 26 in die Umgebung, um den Druck am Arbeitsanschluss 12 zu senken. Somit wird der Bremsdruck im Bremsaktuator durch eine wechselseitige Bewegung des Steuerkolbens 4 beeinflusst.
Gemäß weiteren, in 2 bis 6 gezeigten Varianten sind die gegenüber dem vorhergehenden Beispiel gleich bleibenden und gleich wirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zu diesem ist das Ventilglied 16 eine rotatorisch betätigte kreisförmige Platte aus keramischem Werkstoff, in welchem der Verbindungskanal 22 mit beispielsweise kreissektorförmigem Querschnitt ausgebildet und welches gegen den ebenfalls aus keramischem Werkstoff kreisplattenförmig ausgebildeten ruhenden Ventilkörper 34 um eine Drehachse 58 koaxial verdrehbar ist, in welchem der erste Strömungskanal 28 und der zweite Strömungskanal 32 ausgebildet ist, mit jeweils beispielsweise ebenfalls kreissektorförmigem Querschnitt.
Hierbei existieren Drehpositionen des Ventilglieds 16, in welchen der Verbindungskanal 22 mit dem ersten Strömungskanal 28 oder mit dem zweiten Strömungskanal 32 in Strömungsverbindung steht, je nachdem ob eine Be- oder Entlüftung gefordert ist. Darüber hinaus ist auch eine Abschlussstellung ohne Strömungsverbindung vorhanden.
Bei der Ausführungsform von 4 wird das Ventilglied 16 wiederum durch einen linear verstellbaren Steuerkolben 4 rotatorisch betätigt, wobei Getriebemittel 60 zur Wandelung der linearen Bewegung des Steuerkolbens 4 in eine Rotationsbewegung des Ventilglieds 16 vorgesehen sind und die lineare Bewegung des Steuerkolbens 4 senkrecht zur Drehachse 58 des Ventilglieds 16 stattfindet. Diese Getriebemittel 60 können beispielsweise durch ein Zahnstangengetriebe beinhalten, wobei sowohl an der Steuerkolbenstange 14 des Steuerkolbens 4 als auch am Ventilglied 16 ineinander greifende Zahnreihen ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren, in 5 gezeigten Ausführung wird das wiederum vorzugsweise als Kreisscheibe oder Kreisplatte aus keramischem Werkstoff ausgebildete Ventilglied 16 durch einen elektrischen Motor 62 rotatorisch angetrieben, wobei dem elektrischen Motor 62 und dem Ventilglied 16 Getriebemittel 64 zwischengeschaltet sind, beispielsweise dadurch, dass das Ventilglied 16 mit einem Zahnrad 66 drehfest verbunden ist, das mit einem Ritzel 68 des elektrischen Motors 62 kämmt. Das Ventilglied 16 wird zudem mittels einer Feder 70 gegen das Drehmoment des elektrischen Motors 62 in die Abschlussstellung des Ventils 1 rückgestellt.
Der ruhende Ventilkörper 34 in Form einer kreisplattenförmigen Scheibe aus keramischem Material ist in einer Ausnehmung 72 im Einsatz oder Gehäuse 2 drehfest, aber axial beweglich gehalten. Die im Einsatz oder Gehäuse 2 ausgebildeten und in einen Boden der Ausnehmung 72 mündenden ersten und zweiten Strömungskanäle 28, 32 sind wiederum im ruhenden Ventilkörper 34 koaxial fortgesetzt und vorzugsweise einsatzseitig durch konzentrische, mit radialem Abstand zu den Mündungen und in entsprechenden Nuten im Boden der Ausnehmung 72 angeordnete Dichtungen 54 gegeneinander abgedichtet.
Zudem sind das Ventilglied 16 gegen den ruhenden Ventilkörper 34 und dieser wiederum gegen den Boden der Ausnehmung 72 des Einsatzes 2 in einer Richtung parallel zur Drehachse 58 beispielsweise durch in einer Lagerbüchse 74 gekonterte Federmittel 76 elastisch vorgespannt, welche sich beispielsweise am Zahnrad 66 abstützen. Dadurch wird zum einen der ruhende Ventilkörper 34 in der Ausnehmung 72 des Einsatzes 2 gehalten. Zum andern wird die Dichtwirkung der aus den Nuten vorstehenden Dichtungen 54 durch den Anpressdruck zwischen dem ruhendem Ventilkörper 34 und dem Boden der Ausnehmung 72 des Einsatzes 2 vorteilhaft gesteigert. Zur Geräuschdämmung von ausströmender Druckluft kann der Entlüftungsanschluss 26 mit einem Schalldämpfer 78 versehen sein.
Nicht zuletzt kann das drehbare Ventilglied 16 auch durch einen druckmittelbetätigten Rotationskolben 80 rotatorisch angetrieben sein, der über eine in einer kreisbogenförmigen koaxialen Lauffläche 84 im Einsatz oder Gehäuse 2 gehaltenen Dichtung 82 abgedichtet ist, wie aus 6 hervorgeht. Die Steuerdruckluft in der Steuerkammer 6 wird hier wiederum durch ein magnetisches Vorsteuerventil erzeugt. Anstatt einer rein linearen Bewegung oder ein rein rotatorischen Bewegung ist auch eine Kombinationsbewegung aus einer Translation und einer Rotation des Ventilglieds denkbar.

1: Ventil
2: Einsatz
4: Steuerkolben
6: Steuerkammer
7: Dichtung
8: Arbeitskammer
10: Verbindungskanal
12: Arbeitsanschluss
14: Steuerkolbenstange
16: Ventilglied
18: Federelement
20: Mittelachse
22: Verbindungskanal
24: Verbindungskanal
26: Entlüftungsanschluss
28: erster Strömungskanal
30: Speisedruckanschluss
32: zweiter Strömungsanschluss
34: Ventilkörper
36: Ventilelement
38: Ventilelement
40: dritter Strömungskanal
44: Ausnehmung
46: Haltekörper
48: Haltewange
50: Haltewange
52: Durchgangsbohrung
53: Deckel
54: Dichtungen
56: Federmittel
58: Drehachse
60: Getriebe
62: elektr. Motor
64: Getriebemittel
66: Zahnrad
68: Ritzel
70: Feder
72: Ausnehmung
74: Lagerbüchse
76: Federmittel
78: Schalldämpfer
80: Rotationskolben
82: Dichtung
84: Lauffläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10120322 C1 [0002]

Claims

Vorgesteuertes Ventil (1), mit einer Ventilanordnung (16, 34), welche einen Druckmittelfluss zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss (12), einem Speisedruckanschluss (30) sowie einem Entlüftungsanschluss (26) schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Ventilanordnung wenigstens ein durch die Vorsteuerung rotatorisch und/oder linear betätigtes Ventilglied (16) aus einem keramischem Werkstoff beinhaltet, b) in dem Ventilglied (16) wenigstens ein mit dem Arbeitsanschluss (12) in Strömungsverbindung bringbarer Verbindungskanal (22, 24) ausgebildet ist, welcher abhängig von der Position des Ventilglieds (16) eine Strömungsverbindung des Arbeitsanschlusses (12) mit einem mit dem Entlüftungsanschluss (26) in Verbindung stehenden ersten Strömungskanal (28) oder mit einem mit dem Speisedruckanschluss (30) in Verbindung stehenden zweiten Strömungskanal (32) herstellt, wobei zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals (28) und des zweiten Strömungskanals (32) in wenigstens einem ruhenden Ventilkörper (34) aus keramischem Werkstoff ausgebildet sind, c) wenigstens der erste Strömungskanal (28) gegenüber dem zweiten Strömungskanal (32) durch mindestens eine in einem Bereich außerhalb einer direkten Anströmung durch das Druckmittel angeordneten Dichtung (54) abgedichtet ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtung (54) in einer die Dichtwirkung vergrößernden Richtung elastisch vorgespannt ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtung (54) mit radialem Abstand von einer Mündung eines Strömungskanals (28, 32) angeordnet ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtung (54) zwischen einem Ventilgehäuse (2, 44; 72) und dem ruhenden Ventilkörper (34) angeordnet ist.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Ventilglied (16) und/oder der ruhende Ventilkörper (34) als glattflächige Platten und wenigstens ein Strömungskanal (28, 32, 40, 42) und/oder der wenigstens eine Verbindungskanal (22, 24) als zur Plattenebene senkrechte Durchgangsbohrungen ausgebildet sind.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Druckregelventil für ein Druckluftbremssystem eines Fahrzeugs ist.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein einen linear verstellbaren Steuerkolben (4) enthaltendes Ventilgehäuse (2) beinhaltet, der zur Linearverstellung über mindestens ein Vorsteuerventil druckmittelbeaufschlagbar und zur rotatorischen und/oder linearen Betätigung der Ventilanordnung (16, 34) vorgesehen ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der linear verstellbare Steuerkolben (4) durch wenigstens ein elektropneumatisch betätigtes Magnetventil gesteuert wird.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) wenigstens ein vom Steuerkolben (4) linear betätigtes Element aus keramischem Werkstoff beinhaltet, in welchem der wenigstens eine Verbindungskanal (22, 24) ausgebildet ist und der ruhende Ventilkörper (34) wenigstens zwei, eine Linearführung für das Ventilglied bildende Ventilelemente (36, 38) aus keramischem Werkstoff beinhaltet, denen das Ventilglied (16) zwischengeordnet ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ventilelement (36) des ruhenden Ventilkörpers (34) einen dritten mit dem Arbeitsanschluss (12) in Verbindung stehenden Strömungskanal (40) und einen vierten, mit dem Arbeitsanschluss (12) in Verbindung stehenden Strömungskanal (42) und das andere Element (38) des ruhenden Ventilkörpers (34) den ersten Strömungskanal (28) und den zweiten Strömungskanal (32) aufweist, wobei in dem Ventilglied (16) wenigstens zwei Verbindungskanäle (22, 24) derart ausgebildet sind, dass in wenigstens einer Stellung des Ventilglieds (16) keine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungskanal (18) oder dem zweiten Strömungskanal (32) mit dem Arbeitsanschluss (12) zustande kommt, jedoch eine Stellung des Ventilglieds (16) existiert, in welcher der erste Strömungskanal (28) mit dem Arbeitsanschluss (12) in Strömungsverbindung steht sowie eine weitere Stellung des Ventilglieds (16), in welcher der zweite Strömungskanal (32) mit dem Arbeitsanschluss (12) in Strömungsverbindung steht.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16), das eine Ventilelement (36) und das andere Ventilelement (38) durch einen Haltekörper (46) in einer Ausnehmung (44) des Ventilgehäuses (2) gelagert sind, wobei in dem Haltekörper (46) mindestens ein Abschnitt wenigstens eines Strömungskanals aus einer Gruppe beinhaltend den ersten Strömungskanal (28), den zweiten Strömungskanal (32), den dritten Strömungskanal (40) und den vierten Strömungskanal (42) ausgebildet ist.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (46) mehrteilig ausgebildet ist und zwischen dem Ventilgehäuse (2) und wenigstens einem Teil (48) des Haltekörpers (46) Federmittel derart vorgesehen sind, dass zumindest der Haltekörper (46), das eine Ventilelement (36), das Ventilglied (16) sowie das andere Ventilelement (38) gegen eine Wandung der Ausnehmung (44) des Ventilgehäuses (2) elastisch vorgespannt sind, in welcher Mündungen zumindest des ersten Strömungskanal (28) und des zweiten Strömungskanals (32) ausgebildet sind.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch Federmittel (56) in einer Richtung quer zu der linearen Bewegung des Ventilglieds (16) erfolgt.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) ein rotatorisch betätigtes Element aus keramischem Werkstoff beinhaltet, in welchem der wenigstens eine Verbindungskanal (22) ausgebildet ist und welches gegen den ruhenden Ventilkörper (34) um eine Drehachse (58) verdrehbar ist, wobei Drehpositionen des Ventilglieds (16) existieren, in welchen der Verbindungskanal (22) mit dem ersten Strömungskanal (28) oder mit dem zweiten Strömungskanal (32) in Strömungsverbindung steht.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) durch den linear verstellbaren Steuerkolben (4) rotatorisch betätigbar ist (A2).
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Getriebemittel (60) zur Wandelung der linearen Bewegung des Steuerkolbens (4) in eine Rotationsbewegung des Ventilglieds (16) vorgesehen sind.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Bewegung des Steuerkolbens (4) senkrecht zur Drehachse (58) des Ventilglieds (16) stattfindet.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) durch einen elektrischen Motor (62) rotatorisch angetrieben ist. (A3)
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Motor (62) und dem Ventilglied (16) Getriebemittel (64) zwischengeschaltet sind.
Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) durch einen druckmittelbetätigten Rotationskolben (80) rotatorisch angetrieben ist, der über mindestens ein Vorsteuerventil druckmittelbeaufschlagbar ist.
Vorgesteuertes Ventil nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (16) sowie der ruhende Ventilkörper (34) gegen eine Wandung einer Ausnehmung (44; 72) des Ventilgehäuses (2) elastisch vorgespannt sind, in welcher Mündungen zumindest des ersten Strömungskanal (28) und des zweiten Strömungskanals (32) ausgebildet sind.