-
Die
Erfindung betrifft ein elektromotorisch angesteuertes Ventil und
Anordnungen derartig angesteuerter Ventile.
-
Ventile,
insbesondere Pneumatikventile in Bremsanlagen werden in der Regel
mechanisch oder elektrisch über
einen Elektromagneten angesteuert, wobei elektronische Bremssysteme
eine elektrische Ansteuerung erfordern. Dabei können die Ventile zur Verringerung
der Ansteuerkräfte
als Vorsteuerventile ausgebildet sein. Dies ist insbesondere bei
elektrischer Ansteuerung mittels eines Elektromagneten von Vorteil,
um den Elektromagnet klein und günstig auslegen
zu können
und den Ansteuerstrom gering zu halten, um das Bordnetz eines Kraft-
oder Nutzfahrzeuges nicht zu stark zu belasten. Vorgesteuerte Ventile
sind allerdings in ihrem mechanischen Aufbau komplizierter.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromotorisch angesteuertes
Ventil und Anordnungen derartig angesteuerter Ventile zu schaffen, bei
denen der mechanische Aufbau einfach, die elektrische Ansteuerung
unkompliziert und der Stromverbrauch gering ist.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der Ansprüche
1, 14, 21, 27 und 28. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
-
Das
erfindungsgemäße elektromotorisch
angesteuerte Ventil umfasst ein Ventilgehäuse, einen in dem Ventilgehäuse zur
Steuerung eines Fluidstroms beweglichen Ventilkörper, mindestens einen Eingang und
mindestens einen Ausgang. Der Ventilkörper zur Steuerung des Fluidstroms
ist über
eine Stange von einem Elektromotor bewegbar. Diese Stange ist vorteilhafter
Weise eine Zugstange, die vorzugsweise entgegen der Kraft einer
Rückstellkraft
bewegbar ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil geringer Führungskräfte. Eine
Ausbildung der Stange als Rundfederstab hat den Vorzug geringer
Dichtungsreibkräfte.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor
außerhalb
des Ventilgehäuses
angeordnet. Die Stange wird dabei durch das Ventilgehäuse durchgeführt. Dies
bietet den Vorteil eines kompakteren Ventilgehäuses und einer Bauraumausnutzung.
Der Elektromotor muss nicht in das Gehäuse aufgenommen werden. Es
kann ein handelsüblicher
Elektromotor mit eigenem Gehäuse standardmäßig verwendet
werden, ohne dass größere Umbaumaßnahmen
durchgeführt
werden müssen. Weiterhin
kann ein Elektromotor mehrere Ventile ansteuern.
-
Vorzugsweise
ist der Elektromotor mit einer drehbaren Scheibe verbunden. Die
Scheibe weist dabei Mittel zur trieblichen Verbindung mit einem Ende
der Stange auf. Diese Verbindungsmittel sind exzentrisch an der
drehbaren Scheibe angebracht. Besonders bevorzugt ist an der drehbaren
Scheibe ein Zapfen oder ein gleich wirkendes Mitnahmeelement exzentrisch
angeordnet. Dieser Zapfen oder das gleich wirkende Mitnahmeelement
können
in eine bogenförmige
Auswölbung
oder eine gleich wirkende Aufnahme der Stange eingreifen. Die Stange weist
eine zweite bogenförmige
Auswölbung
oder eine gleich wirkende Aufnahme auf, in die in der Lage der Stange
im geschlossenen Ruhezustand des Ventils ein ortfester Zapfen oder
ein gleich wirkendes Halteelement eingreifen. Zum Öffnen des
Ventils ist die Scheibe derart drehbar, dass der an der drehbaren
Scheibe exzentrisch angeordnete Zapfen in die erste bogenförmige Auswölbung eingreift
und die Stange aus ihrem Sitz mit der zweiten bogenförmigen Auswölbung am
ortsfesten Zapfen vom ortsfesten Zapfen abhebt und die Stange mitnimmt.
Dabei übt der
Zapfen auf die Stange eine Zugkraft zum Öffnen des Ventils aus. Zum
Schließen
des Ventils ist die Scheibe in entgegen gesetzter Richtung drehbar.
Die Scheibe legt dabei die Stange mit ihrer zweiten bogenförmigen Auswölbung auf
dem ortsfesten Zapfen ab. Ist in der stromlosen Ruhelage der ortsfeste
Zapfen zur trieblichen Verbindung der Stange mit der Scheibe auf
der Verbindungslinie zwischen Scheibenachse und Ventilkörper und
ist das Ventil in dieser Lage geschlossen, so treten aufgrund der
trigonometrischen Verhältnisse
große Übersetzungen
auf. Anfänglich
ist bei der Bewegung aus dem oberen Totpunkt heraus die Verschiebung
der Stange in axialer Richtung quadratisch klein und die Zugkräfte in axiale Richtung
dementsprechend groß,
an dem Totpunkt selbst theoretisch divergent. Dies bietet bei genauer Fertigung
auch in der Praxis eine enorme Kraftübersetzung. Damit kann auch
mit einem Motor mit geringem Drehmoment der Ventilkörper auch
gegen die Haltekraft des Anpressdrucks aus seinem Ventilsitz herausgezogen
werden. Vorzugsweise ist der Elektromotor mit einer drehbaren Scheibe über ein
Planetengetriebe trieblich verbunden. Damit kann auch bei einer
Scheibenstellung mit einem 90° Winkel
zwischen Radiusvektor zum Befestigungspunkt der Stange auf der Scheibe
und der Verbindungslinie zwischen Scheibenachse und Ventilkörper eine
hohe Zugkraft auf die Stange aufgebracht werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Ventilkörper eine
derartige Gestalt auf und die Angriffsflächen des unter Druck stehenden
Druckmittels sind derart dimensioniert, dass die Summe der projizierten
Flächen
mit Normalenvektor in Öffnungsrichtung
minimiert ist. Damit sind die angreifenden axialen Druckkräfte best
möglichst
kompensiert. Zum Öffnen
des Ventils müssen
dann keine druckbedingten Haltekräfte überwunden werden. Die Stange
sowie der elektromotorische Antrieb und die Übersetzung können schwach
ausgelegt werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist zu dieser Druckkräftekompensation der Ventilkörper eine
axiale Bohrung auf, durch die Druckmittel strömen kann. Der Ventilkörper bildet
in dieser Ausführungsform
im Zusammenwirken mit dem Ventilgehäuse einen in Öffnungsrichtung
vorderen und einen hinteren Ventilsitz aus, der den Eingang des
Ventils in geschlossener Stelle abdichtet. Bei in geöffneter
Stellung aus den Ventilsitzen abgehobenem Ventilkörper ist
der Druckmittelstrom in einen an dem vorderen Ventilsitz vorbeiströmenden Teilstrom
und einen an dem hinteren Ventilsitz vorbeiströmenden und durch die axiale
Bohrung strömenden
Teilstrom aufgespaltet.
-
In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der
Ventilkörper
eine derartige Gestalt auf, dass im geschlossenen Zustand der Systemdruck
eine Dichtungsanpresskraft erzeugt. Dies ist bei einem hinreichend
dimensionierten Antriebsmotor und Getriebe ein Sicherheitsplus.
-
Die
beiden scheinbar unvereinbaren Ausführungsformen können in
einer Art von Kompromiss zusammengeführt werden, der sowohl der
geringen Verschiebekraft des Ventilkörpers als auch der Dichtungsanpresskraft
im Ventilsitz Rechnung trägt.
Der Ventilkörper
ist dazu derart ausgestaltet, dass im geschlossenen Zu stand der
Systemdruck eine Dichtungsanpresskraft erzeugt, aber bei vom Ventilsitz abgehobenem
Ventilkörper
die Angriffsflächen
des unter Druck stehenden Druckmittels derart dimensioniert sind,
dass die Summe der projizierten Flächen mit Normalenvektor in Öffnungsrichtung
minimiert ist, so dass die angreifenden axialen Druckkräfte best möglichst
kompensiert sind und zur weiteren Öffnung des Ventils keine druckbedingten
Verschiebekräfte überwunden
werden müssen.
Dies ist wie in der bereits oben beschriebenen vorteilhaften baulichen Ausführung möglich, bei
der der Ventilkörper
eine axiale Bohrung aufweist, durch die Druckmittel strömen kann,
und im Zusammenwirken mit dem Ventilgehäuse einen in Öffnungsrichtung
vorderen und einen hinteren Ventilsitz ausbildet, der den Eingang des
Ventils in geschlossener Stelle abdichtet. Bei in geöffneter
Stellung aus den Ventilsitzen abgehobenem Ventilkörper ist
der Druckmittelstrom in einen an dem vorderen Ventilsitz vorbeiströmenden Teilstrom und
einen an dem hinteren Ventilsitz vorbeiströmenden und durch die axiale
Bohrung strömenden
Teilstrom aufgespaltet. In dieser Variante mit Dichtungsanpressdruck
bei im Ventilsitz befindlichem Ventil ist vorzugsweise am vorderen
Ventilsitz eine Stufe mit einer etwas größeren Überlappungsfläche zwischen Ventilkörper und
Ventilsitz angebracht. Dazu weist der Ventilkörper vorzugsweise einen Kragen
an seinem vorderen Ventilsitz auf. Solange der Ventilkörper in
seinem Sitz an der Dichtung anliegt, wird nur die zuflussseitige
axiale Fläche
des Kragens mit Druck beaufschlagt und drückt den Ventilkörper vorwärts in den
Ventilsitz. Hebt der Ventilkörper
von seinem Sitz ab, werden beide gegenüberliegenden axialen Flächen des
Kragens mit Druck beaufschlagt und die axiale Kraft wird bis auf
strömungsdynamische
Effekte kompensiert. Diese Ausgestaltung mit Anpresskraft bei geschlossenem
Ventil aber Axialkräftekompensation
bei abgehobenem Ventilsitz ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform
des Antriebs über
eine drehbare Scheibe mit einer Öffnungsbewegung
aus dem oberen Totpunkt besonders günstig, da bei der Bewegung
aus dem Totpunkt auf die Stange eine enorme Kraft auch bei niedrigem
Motormoment ausgeübt
werden kann und bei einer ungünstigeren
Drehposition der Scheibe, in der der Ventilkörper bereits aus seinem Sitz
abgehoben wurde, wegen der Axialkraftkompensation keine hohe Kraft
auf die Stange nötig
ist.
-
Die
Erfindung umfasst auch eine Anordnung von den oben näher beschriebenen
Ventilen, bei der mehrere Ventile über jeweils eine Stange von
einem gemeinsa men Elektromotor gesteuert werden. Dies hat den Vorteil,
dass zur Ansteuerung mehrerer Ventile nur ein einziges Stellelement
nötig ist.
Dies ist möglich,
wenn die Ventile nicht vollkommen unabhängig von einander angesteuert
werden müssen, sondern
eine Beziehung zwischen ihren Ventilsstellungen besteht, wie dies
z. B. bei den Verbrennungsmotorventilen der Fall ist.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hierzu sind die
Stangen jeweils an ihrem einen Ende an einer mit dem Elektromotor
trieblich verbundenen drehbaren Scheibe exzentrisch an einem Verbindungsstück trieblich
verbindbar. Für
die Vorteile dieser Ausgestaltung gilt das oben gesagte.
-
Vorzugsweise
sind die Stangen derart an der drehbaren Scheibe verbindbar, dass
je nach Winkellage der Scheibe die Ventile einen unterschiedlichen Öffnungsquerschnitt
aufweisen können.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind ein Einlass- und ein Auslassventil übereinander
angeordnet und werden über
jeweils eine Stange gestellt. Dabei sind die den Ventilen zugehörigen Stangen
an der drehbaren Scheibe an der selben Verbindungsstelle der Scheibe
verbindbar. Bei einer Drehposition der Verbindungsstelle in Richtung
auf die Ventile zu sind die Ventile geschlossen. Beim Drehen der
Scheibe im Uhrzeigersinn wird die Stange des oberen Ventils mitgenommen
und das obere Ventil wird geöffnet
und beim Drehen der Scheibe entgegen dem Uhrzeigersinn wird die
Stange des unteren Ventils mitgenommen und das untere Ventil wird
geöffnet.
Durch diese Anordnung kann in einfacher Weise ein System aus Einlass-
und ein Auslassventil zu Be- und Entlüftung eines Zylinders realisiert
werden. Ist die Verbindungsstelle der Scheibe nach oben gedreht,
ist das Einlassventil offen und das Auslassventil geschlossen, der
Zylinder wird belüftet.
Wird die Verbindungsstelle der Scheibe nach unten gedreht, wird
das Auslassventil geöffnet
und das Einlassventil geschlossen, der Zylinder wird entlüftet. Diese
Anordnung wird vorzugsweise zur Be- und Entlüftung eines Bremszylinders
eingesetzt.
-
Vorteilhafter
Weise sind in der Anordnung Rückstellelemente
vorgesehen, dass im stromlosen Zustand alle Ventile geschlossen
sind. Dadurch werden bei einem Ausfall der Stromversorgung alle
Ventile geschlossen. Das pneumatische System, vorzugsweise ein Bremssystem
kann dann mit einer Notansteuerung betrieben werden. Dies kann eine
mechanisch-pneumatische Notsteuerung sein.
-
In
einer alternativen Anordnung sind zwei Ventile koaxial zueinander
angeordnet und werden über
eine gemeinsame Stange von einem gemeinsamen Elektromotor gesteuert.
Auf diese Weise können Bauraum
und Teile gespart werden. Es ist nur mehr ein gemeinsames Gehäuse für beide
Ventilkörper
erforderlich. Dieses Gehäuse
ist zwar etwas länger,
die gesamte Anordnung ist aber nur gut halb so hoch wie die bei
der Ausführung
der Anordnung mit zwei Ventilen übereinander.
-
In
einer Variante zu dieser Erfindungsausgestaltung kann der Elektromotor
auch innerhalb des Gehäuses
angeordnet sein. Dabei baut das Gehäuse zwar etwas länger, es
ist aber keine Durchführung durch
das Gehäuse
nötig und
es werden somit die damit verbundenen Dichtungsprobleme vermieden.
-
Diese
Erfindung kann vorteilhafter Weise bei einem Einlass- und einem
Auslassventil eines Bremszylinders Anwendung finden.
-
Vorzugsweise
kann die Stange Zug- und Schubkräfte übertragen.
Durch die Fähigkeit
der Stange, Schubkräfte
aufnehmen zu können,
lassen sich Rückstellfedern
teilweise einsparen.
-
Vorteilhaft
sind in der Anordnung Rückstellelemente
derart angebracht, dass das Auslassventil bei Stromausfall und in
der Ruhelage während
eines Fahrbetriebs eines die Anordnung umfassenden Fahrzeugs offen
ist.
-
Das
Einlassventil lässt
sich durch Zurückziehen
der Stange öffnen
und das Auslassventil sich lässt
durch Vorschieben der Stange öffnen.
-
Vorzugsweise
ist in der Anordnung eine Druckfeder zwischen Einlassventil und
Auslassventil angeordnet, die, in dem Fall, dass die Stange keine Kraft
auf die Ventilkörper
(7, 8) ausübt,
die Ventilkörper
(7, 8) von beiden Ventile in ihre jeweili gen Ventilsitze
drückt.
Bei einer Offenstellung eines der beiden Ventile ist damit das jeweils
andere geschlossen.
-
In
einer Variante dieser Anordnung von Ventilen sind zwei Ventile koaxial
zueinander angeordnet und werden über eine gemeinsame Stange
von einem gemeinsamen Elektromotor gesteuert. Die Stange ist dabei
mit einer Zahnstange verbunden oder teilweise als Zahnstange ausgeführt. Ein
mit dem Elektromotor direkt oder über ein Getriebe verbundenes
Zahnrad ist dabei mit der Zahnstange im Eingriff. Diese Variante
hat den Vorteil, sowohl in der Länge
als auch in der Höhe
kurz zu bauen und bietet eine einfache Kraftübertragung vom Motor auf die Ventilkörper.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lassen
sich die Ventilkörper
der zwei koaxial zueinander angeordneten Ventile über einen Linearmotor
stellen. Vorzugsweise ist dabei der Linearmotor innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Ein Linearmotor bietet den Vorzug, dass keine Kraftübertragung
von einer Drehbewegung auf eine Linearbewegung nötig ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist in der Anordnung ein Dauermagnet vorgesehen, der
eine Ventilschließkraft
auf einen Ventilkörper
ausüben
kann. Weiterhin ist ein Elektromagnet vorgesehen, der den Dauermagnet
am Ventilkörper
ablöst
oder anpresst. Dadurch können
der elektromotorische Antrieb und die Übersetzung schwach und somit
preisgünstig
ausgelegt werden.
-
In
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist die Stange zum Einstellen der Ventilkörper vorzugsweise als Rohr
ausgebildet, durch dessen Inneres ein Fluid, beispielsweise Druckluft
strömen
kann.
-
Vorteilhaft
sind die Ventilkörper
derart vorgespannt, dass bei Stromausfall das Fluid, das beispielsweise
Druckluft sein kann, durch einen Auslass abgelassen wird.
-
In
Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt.
-
Es
zeigen:
-
1 einen
Querschnitt durch eine Anordnung von einem erfindungsgemäßen Einlass-
und Auslassventil zur Be- und Entlüftung eines Bremszylinders;
-
2 eine
schematische Darstellung einer drehbaren Scheibe, an der zwei Rundfederstäbe zu Steuerung
des Einlass- und Auslassventils anbringbar sind;
-
3 einen
Querschnitt durch eine alternative Anordnung von zwei koaxial zueinander
angeordneten Ventilen, einem offenen Einlass- und einem geschlossenen
Auslassventil zur Belüftung
eines Bremszylinders;
-
4 einen
Querschnitt durch die Anordnung nach 3 mit jeweils
geschlossenem Einlass- und Auslassventil;
-
5 einen
Querschnitt durch die Anordnung nach 3 mit geschlossenem
Einlass- und offenem Auslassventil zur Entlüftung eines Bremszylinders;
-
6 einen
Querschnitt durch eine weitere alternative Anordnung von zwei koaxial
zueinander angeordneten Ventilen mit einem Antrieb innerhalb des
Ventilgehäuses;
-
7 einen
Querschnitt durch eine weitere alternative Anordnung von zwei koaxial
zueinander angeordneten Ventilen mit einem Antrieb innerhalb des
Ventilgehäuses,
bei dem ein Antriebszahnrad in eine Zahnstange eingreift, die mit
einer Stange zum Verstellen der Ventilkörper verbunden ist;
-
8 einen
Querschnitt durch eine weitere alternative Anordnung von zwei koaxial
zueinander angeordneten Ventilen mit einem Linearmotor als Antrieb;
-
9 einen
Querschnitt durch eine Anordnung nach 8 mit Dauermagneten
für eine
Ventildichtungsanpressung und Elektromagneten zum Anpressen und
Ablösen
der Dauermagneten.
-
1 zeigt
eine Anordnung von einem Einlassventil 1 und einem Auslassventil 2 zur
Ansteuerung eines nicht dargestellten Bremszylinders. Das Einlassventil 1 ist über einen
Eingang 3 mit einem nicht dargestellten Vorrat verbunden. Über einen Ausgang 4 ist
das Einlassventil 1 mit dem nicht dargestellten Bremszylinder
verbunden. Das Auslassventil 2 ist über einen Eingang 5 mit
dem Bremszylinder verbunden. Über
einen Auslass 6 des Auslassventils 2 kann Druckluft
zur Atmosphäre
entweichen. Sowohl das Einlassventil 1 als auch das Auslassventil 2 weisen
jeweils ein Ventilkörper 7, 8 auf,
der jeweils über
einen Rundfederstab 9, 10 angesteuert wird. Der
Rundfederstab 9, 10 greift jeweils an einer Ringscheibe 11, 12 an,
die jeweils in einer Nut 13, 14 des Ventilkörpers 7, 8 eingefasst
ist. An der Ringscheibe 11, 12 des Ventilkörpers 7, 8 greift
eine Druckfeder 15, 16 an, die eine Rückstellkraft
auf den Ventilkörper 7, 8 in
Schließrichtung
ausübt.
Der Ventilkörper 7, 8 ist
zu Ausbildung der Nut 13, 14 zweiteilig ausgeführt. Einem
Innenteil 17 des Ventilkörpers 7, 8 ist
ein äußerer Konus 18 übergeworfen.
Im Zusammenwirken dieser beiden Teile des Ventilkörpers 7, 8 wird
die Nut 13, 14 ausgebildet, in welche die mit dem
Rundfederstab 9, 10 verbundene Ringscheibe 11, 12 eingreift.
Beide Teile des Ventilkörpers 7, 8 sind
gegeneinander mit einer Dichtung 19 abgedichtet, damit
keine Druckluft in den Fugen zwischen beiden Teilen des Ventilkörpers 7, 8 entweichen
kann. Der äußere Konus 18 weist
einen gestuften Kragen 20 auf, der an seinem radial inneren
Teil bei einem im Dichtsitz befindlichen Ventilkörper 7, 8 an
dem Ventilgehäuse
anliegt und in dessen durch die Stufe ausgebildeten Rücksprung
eine O-Ring-Dichtung 21 aufgenommen ist, die den äußeren Konus 18,
den äußeren Teil
des Ventilkörpers 7, 8,
bei im Dichtsitz befindlichen Ventilkörper 7, 8 gegen
das Gehäuse
abdichtet. An seinem hinteren Teil weist der Ventilkörper 7, 8 einen
weiteren Konus auf, der an seinem hinteren Ende in einen Kragen 22 übergeht.
Der Kragen 22 liegt bei geschlossenem Ventil an einem Anschlag 23 des
Ventilgehäuses
an, der den Kragen 22 an seiner Vorderseite übergreift.
Der Kragen 22 ist bei geschlossenem Ventil gegen den Anschlag 23 mittels einer
O-Ring-Dichtung 24 abgedichtet. Der Ventilkörper 7, 8 weist
um seine Längsachse
einen axialen Kanal 25 auf, durch den Druckluft von der
Hinterseite zur Vorderseite des Ventilkörpers 7, 8 strömen kann. Der
Ventilkörper 7, 8 ist
im Ventilgehäuse
durch Flügel 26, 27 axial
geführt.
In 1 ist das Einlassventil 1 geöffnet und
das Auslassventil 2 geschlossen dargestellt. Bei geöffnetem
Ventil teilt sich der Druckluftstrom am vorderen Kragen 20 in
einen Teilstrom, der vor dem vorderen Kragen 20 vorbeiströmt und einen Teilstrom,
der zwischen dem hinteren Anschlag 23 des Ventilgehäuses und
dem hinteren Kragen 22 in einem Raum hinter dem Ventilkörper 7, 8 strömt und anschließend durch
den axialen Kanal 25 durch Ventilkörper 7, 8 hindurch
nach vorne auf die Vorderseite des Ventilkörpers 7, 8 strömt, wo beide
Teilströme wieder
zusammenfließen.
Die dem vorderen und dem hinteren Druckluft-Teilstrom entgegenstehenden
projizierten axialen Flächen
sind im Wesentlichen gleich groß,
so dass in Summe keine nennenswerte axiale Kraft auf den Ventilkörper 7, 8 durch
die strömende
Druckluft ausgeübt
wird. Bei geschlossenem Ventil liegt die O-Ring-Dichtung 24 des
Ventilkörpers 7, 8 am
Anschlag 23 des Ventilgehäuses dichtend an, so dass auf
die axiale Fläche
des Kragens 22 keine Druckkraft ausgeübt wird. Auf die axiale Fläche des
vorderen Kragens 20 wird aber in Schließrichtung eine Druckkraft ausgeübt, so dass sich
bei geschlossenem Ventil eine gewisse Haltekraft einstellt, die
zum Öffnen
des Ventils erst überwunden
werden muss. Der Rundfederstab 9 des Einlassventils 1 ist
bei seinem Durchtritt durch das Ventilgehäuse mit einer O-Ring-Dichtung 28 abgedichtet. Beim
Auslassventil 2 ist eine entsprechende Dichtung nicht notwendig,
da sich der Durchtritt des Rundfederstabs 10 ausgangsseitig
des Ventilkörpers 8 befindet.
-
In 2 ist
eine drehbare Scheibe 29 aufgezeigt, die von einem nicht
dargestellten Elektromotor über
ein nicht dargestelltes Planetengetriebe angetrieben wird. An der
drehbaren Scheibe 29 ist ein Zapfen 30 angebracht,
der in eine bogenförmige
Auswölbung 31 des
Rundfederstabs 9 und in eine bogenförmige Auswölbung 32 des Rundfederstabs 10 eingreifen
kann. In der stromlosen Ruhelage sind Einlassventil 1 und
Auslassventil 2 geschlossen. Die Rundfederstäbe 9 und 10 sind
mit jeweils einer weiteren bogenförmigen Auswölbung 33 bzw. 34 an
einem ortsfesten Zapfen 35 abgelegt. Dreht die Scheibe 29 mit
ihrem Zapfen 30 nach oben, so greift der Zapfen 30 in
die bogenförmige
Auswölbung 31 des Rundfederstabs 9 und
dieser wird dadurch nach oben mit seiner bogenförmigen Auswölbung 33 von dem ortsfesten
Zapfen 35 abgehoben. Durch die trigonometrischen Verhältnisse
ist bei konstantem Drehmoment der Scheibe 29 die Anzugskraft
am Anfang besonders hoch. Diese hohe Kraft ermöglicht es, die Anpresskraft
auf den Ventilkörper 7 zu überwinden
und diesen aus seinem Sitz zu ziehen. Ist das Einlassventil 1 erst
einmal einen Spalt geöffnet,
so ist die weitere Öffnungskraft
aufgrund der oben beschriebenen Axialkraftkompensation gering. Wird
die Scheibe 29 zurückgedreht,
so schließt
sich das Einlassventil 1 wieder und schließlich wird
der Rundfederstab 9 mit seiner bogenförmigen Auswölbung 33 am ortsfesten
Zapfen 35 abgelegt. Das Einlassventil 1 ist jetzt
wieder geschlossen. In dieser Ruhestellung hat der Zapfen 30 bereits
in die bogenförmige
Auswölbung 32 des
Rundfederstabs 10 eingriffen. Bei weiterem Drehen nach
unten hebt der Zapfen 30 den Rundfederstab 10 nach
unten mit seiner bogenförmigen
Auswölbung 34 von
dem ortsfesten Zapfen 35 ab. Das Auslassventil 2 öffnet sich.
Im stromlosen Zustand ziehen die Rückstellfedern 15 oder 16 die Rundfederstäbe 9 und 10 in
den in 2 aufgezeigten Ruhezustand. In diesem Neutralzustand
greift der Zapfen 30 gerade in die bogenförmigen Auswölbungen 31 und 32 der
Rundfederstäbe 9 und 10 gleichzeitig
ein. Zudem greifen beide bogenförmige Auswölbungen 33 und 34 in
den ortsfesten Zapfen 35 ein. Jetzt sind beide Ventile
gerade geschlossen.
-
3 zeigt
eine alternative Anordnung von zwei koaxial zueinander angeordneten
Ventilen, einem Einlassventil 1 zum Belüften und einem Auslassventil 2 zum
Entlüften
eines nicht dargestellten Bremszylinders. Gleiche Teile werden mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Ventilkörper 8 des Auslassventils 2 ist
im Vergleich zu der Anordnung nach 1 gespiegelt.
Der Unterschied im Ventilkörper 8 im
Gegensatz zu dem der Anordnung nach 1 besteht
lediglich darin, dass bei dem Ventilkörper 8 nach der Anordnung
nach 3 ein Feingewinde 36 zum Abgleich der
beiden Ventildichtungen 19 vorgesehen ist. Das Einlassventil 1 befindet
sich in dieser Darstellung im geöffneten,
das Auslassventil 2 im geschlossenen Zustand. Die beiden
Ventilkörper 7 und 8 werden
von einem Rundfederstab 9 gesteuert. Der Rundfederstab 9 ist
dazu durch zwei Ringscheiben 11 und 12 durch geführt. Es
weist zwei Verdickungen 37 und 38 auf, die sich
axial außerhalb
der Ringscheiben 11 und 12 befinden, wobei die
Verdickung 37 am Ende des Rundfederstabs 9 sitzt.
Bei zurückgezogenem
Rundfederstab 9 liegt die Verdickung 37 an der
Ringscheibe 11 an, so dass der Ventilkörper 7 in Öffnungsrichtung,
d. h. in der Ansicht der 3 nach rechts bewegt ist. Der
Ventilkörper 7 ist
von seinem Dichtsitz abgehoben, das Einlassventil 1 ist
offen. Eine Druckfeder 46 ist zwischen den beiden Ringscheiben 11 und 12 angeordnet
und drückt
auf die Ringscheibe 12 und damit den Ventilkörper 8 des Auslassventils 2 gegen
seinen Ventilsitz.
-
Der
Antrieb des Rundfederstabs 9 erfolgt analog wie in der
Ausführungsform
nach 2 über eine
drehbare Scheibe 39, die von einem nicht dargestellten
Elektromotor über
ein nicht dargestelltes Planetengetriebe angetrieben wird. An der
drehbaren Scheibe 39 sind zwei Zapfen 40 und 41 angebracht, die
in bogenförmige
Auswölbungen 42 und 43 des Rundfederstabs 9 eingreifen
können.
In dem in 3 dargestellten Zustand mit
offenem Einlassventil 1 und geschlossenem Auslassventil 2 ist
der Rundfederstab 9 ganz nach hinten gezogen, d. h. in
der Darstellung nach 3 nach rechts. Der Zapfen 40 befindet
sich in einer nach hinten, d. h. nach rechts gedrehten Position
und greift in die vordere, d. h. linke bogenförmige Auswölbung 42 ein. Der
Rundfederstab 9 befindet sich in seiner aller hintersten
Position, d. h. ganz rechts. Die drehbare Scheibe 39 ist
mit zwei Federn 44 und 45 verbunden, die bei Stromausfall
das Ventil in eine Ruheposition ziehen.
-
4 zeigt
die Anordnung nach 3 in einem Zustand, in dem beide
Ventile geschlossen sind. Der Zapfen 40 befindet sich in
einer nach vorne, d. h. nach links gedrehten Position und greift
gerade noch in die vordere, d. h. linke bogenförmige Auswölbung 42 ein. Die
hintere Auswölbung 43 greift
gerade in den Zapfen 41 ein. Der Rundfederstab 9 befindet
sich in einer mittleren Position. Der Rundfederstab 9 ist gerade
soweit nach vorne, d. h. nach links geschoben, dass der Ventilkörper 7 des
Einlassventils 1 gerade in seinem Ventilsitz zum Anliegen
kommt. Die Verdickung 37 liegt gerade noch außen an der
Ringscheibe 11 an und die Verdickung 38 kommt
gerade außen
an der Ringscheiben 12 zum Anliegen. Die Druckfeder 46 zwischen
den beiden Ringscheiben 11 und 12 drückt die
Ringscheiben 11 und 12 auseinander und gegen die
Verdickungen 37 und 38 des Rundfederstabs 9.
-
Damit
werden die Ventilkörper 7 und 8 des Einlass
bzw. Auslassventils 2 gegen ihre Ventilsitze gedrückt.
-
5 zeigt
die Anordnung nach 3 in einem Zustand, in dem das
Einlassventil 1 geschlossen ist und das Auslassventil 2 offen
ist. Nun befindet sich der Zapfen 41 in einer nach vorne,
d. h. nach links gedrehten Position. Die hintere Auswölbung 43 greift
in den Zapfen 41 ein. Der Rundfederstab 9 befindet
sich in seiner vordersten Position. Die Verdickung 38 schiebt
die Ringscheibe 12 nach vorne und hat den Ventilkörper 8 damit
aus seinem Ventilsitz abgehoben. Das Auslassventil 2 ist
offen. Die Druckfeder 46 zwischen den beiden Ringscheiben 11 und 12 drückt die
Ringscheibe 11 nach vorne. Damit wird der Ventilkörper 7 des
Einlassventils 1 gegen seinen Ventilsitz gedrückt. Das
Einlassventil 1 ist somit geschlossen. Die beiden mit der
drehbaren Scheibe 39 verbundenen Federn 44 und 45 weisen
in dieser Position die geringste Zugspannung auf. Daher wird diese
Position mit geschlossenem Einlassventil 1 und offenem
Auslassventil 2 bei Stromausfall als Ruheposition eingenommen.
Die verbleibende Restfederspannung der Federn 44 und 45 wirkt
der Druckfeder 46 entgegen.
-
6 zeigt
eine Abwandlung der Anordnung nach den 3 bis 5,
bei der die drehbare Scheibe 39 innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet
ist. Die Kinematik erfolgt genau wie in der Anordnung nach 3 bis 5,
nur dass der Rundfederstab 9 hier sehr biegsam sein muss.
Wenn die drehbare Scheibe 39 zum Öffnen des Einlassventils 1 im Uhrzeigersinn
gedreht wird, muss der Rundfederstab 9 sich an seinem rechten äußersten
Ende einrollen, da sich sein rechtes Ende nicht nach rechts bewegen kann.
Die Feder 44 ist durch eine Zugfeder 47 ersetzt,
die am vorderen Ende des Ventilgehäuses, auf der Seite des Einlassventils 1 eingehängt ist.
Die Feder 45 ist durch eine Schenkelfeder 48 ersetzt.
-
In 7 ist
eine alternative Anordnung gezeigt, bei der der Rundfederstab 9 in
seinem mittleren Bereich als Zahnstange 49 ausgebildet
ist, in die zu seinem Antrieb ein mit einem Motor oder einem Getriebe
verbundenes Ritzel 50 eingreift.
-
8 zeigt
eine weitere Alternative der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der
Antrieb durch einen Linearmotor 51 erfolgt. Dabei sind
die Ventilkörper 7 und 8 jeweils
umgedreht, d. h. die Ventile öffnen
sich, wenn die Ventilkörper 7, 8 sich
nach außen
bewegen. Ein hülsenförmiger Dauermagnet 52 aus
Spritzgussmaterial mit wechselnden Polen ist axial beweglich innerhalb
eines Hohlzylinderkörpers zur
Aufnahme von 3 Motorwicklungen 53 angeordnet.
Wird der hülsenförmige Dauermagnet 52 nach links
bewegt, schiebt er den Ventilkörper 7 nach
links aus seinem Ventilsitz, das Einlassventil 1 öffnet. Dabei
arbeitet der Motor gegen die Kraft einer Feder 54. Bewegt
sich der Dauermagnet 52 wieder nach rechts, schließt das Ventil
wieder, Die Feder 54 drückt
den Ventilkörper 7 nach
rechts gegen seinen Ventilsitz. Bewegt sich der Dauermagnet 52 weiter nach
rechts, hebt er auf seiner linken Seite von dem Ventilkörper 7 ab
und drückt
auf der rechten Seiten den Ventilkörper 8 gegen die Kraft
einer Feder 55 nach rechts aus seinem Ventilsitz. Das Einlassventil 1 ist
jetzt geschlossen und das Auslassventil 2 offen. An dem
Hohlzylinderkörper
zur Aufnahme der 3 Motorwicklungen 53 sind eine
elektronische Leiterplatte 56 zur Motorsteuerung und ein
Lagesensor für
den hülsenförmigen Dauermagnet 52 angebracht.
Auf der Leiterplatte 56 ist ein Drucksensor 57 angeordnet.
-
9 zeigt
eine Variante zur Anordnung nach 8. Die Ventildichtungsanpressung,
d. h. die Andrückung
der Ventilkörper 7, 8 an
ihren jeweiligen Ventilsitz wird hier durch einen Dauermagneten 58 bewirkt.
Der Hohlzylinderkörper
zur Aufnahme der 3 Motorwicklungen 53 ist in dieser
Variante etwas länger
ausgeführt
und nimmt auf beiden Seiten der Motorwicklungen 53 jeweils
noch einen Elektromagneten 59 zum Anpressen und Ablösen des
Dauermagneten 58 auf. Diese Variante hat gegenüber der
Anordnung nach 8 den Vorteil, dass bei einem
Systemausfall das Auslassventil 2 offen ist. Denn eine Feder 60 drückt den
Ventilkörper 8 nach
rechts aus seinem Ventilsitz.
-
- 1
- Einlassventil
- 2
- Auslassventil
- 3
- Eingang
- 4
- Ausgang
- 5
- Eingang
- 6
- Auslass
- 7
- Ventilkörper
- 8
- Ventilkörper
- 9
- Rundfederstab
- 10
- Rundfederstab
- 11
- Ringscheibe
- 12
- Ringscheibe
- 13
- Nut
- 14
- Nut
- 15
- Druckfeder
- 16
- Druckfeder
- 17
- Innenteil
- 18
- Konus
- 19
- Dichtung
- 20
- Kragen
- 21
- O-Ring-Dichtung
- 22
- Kragen
- 23
- Anschlag
- 24
- O-Ring-Dichtung
- 25
- Kanal
- 26
- Flügel
- 27
- Flügel
- 28
- O-Ring-Dichtung
- 29
- drehbare
Scheibe
- 30
- Zapfen
- 31
- bogenförmige Auswölbung
- 32
- bogenförmige Auswölbung
- 33
- bogenförmige Auswölbung
- 34
- bogenförmige Auswölbung
- 35
- Zapfen
- 36
- Feingewinde
- 37
- Verdickung
- 38
- Verdickung
- 39
- drehbare
Scheibe
- 40
- Zapfen
- 41
- Zapfen
- 42
- bogenförmige Auswölbung
- 43
- bogenförmige Auswölbung
- 44
- Feder
- 45
- Feder
- 46
- Druckfeder
- 47
- Zugfeder
- 48
- Schenkelfeder
- 49
- Zahnstange
- 50
- Ritzel
- 51
- Linearmotor
- 52
- Dauermagnet
- 53
- Motorwicklung
- 54
- Feder
- 55
- Feder
- 56
- Leiterplatte
- 57
- Drucksensor
- 58
- Dauermagnet
- 59
- Elektromagnet
- 60
- Feder