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Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angesteuertes Ventil gemäß Anspruch 1 und Anordnungen derartig angesteuerter Ventile gemäß der Ansprüche 8, 14 und 20.
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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.
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Eine gattungsgemäße Anordnung von Ventilen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 14 und 20 ist aus
DE 20 2007 017 894 U1 bekannt.
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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.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8, 14 und 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das 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.
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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.
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Der Elektromotor ist 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.
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An der drehbaren Scheibe ist ein Zapfen exzentrisch angeordnet. Dieser Zapfen kann in eine erste bogenförmige Auswölbung der Stange eingreifen. Die Stange weist eine zweite bogenförmige Auswölbung auf, in die in der Lage der Stange im geschlossenen Ruhezustand des Ventils ein ortfester Zapfen eingreift. 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Zustand 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.
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Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung von den oben näher beschriebenen Ventilen, bei der mehrere Ventile über jeweils eine Stange von einem gemeinsamen 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.
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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.
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Vorzugsweise sind die Stangen derart an der drehbaren Scheibe verbindbar, dass je nach Winkellage der Scheibe die Ventile einen unterschiedlichen Öffnungsquerschnitt aufweisen können.
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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 derselben 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.
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In vorteilhafter Weise sind in der Anordnung Rückstellelemente vorgesehen, so 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.
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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.
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Dabei ist der Elektromotor innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. 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.
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Diese Erfindung findet bei einem Einlass- und einem Auslassventil eines Bremszylinders Anwendung.
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Die Stange kann dabei Zug- und Schubkräfte übertragen. Durch die Fähigkeit der Stange, Schubkräfte aufnehmen zu können, lassen sich Rückstellfedern teilweise einsparen.
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Das Einlassventil lässt sich durch Zurückziehen der Stange öffnen und das Auslassventil sich lässt durch Vorschieben der Stange öffnen.
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In der Anordnung ist eine Druckfeder zwischen Einlassventil und Auslassventil angeordnet, die, in dem Fall, dass die Stange keine Kraft auf die Ventilkörper ausübt, die Ventilkörper von beiden Ventile in ihre jeweiligen Ventilsitze drückt. Bei einer Offenstellung eines der beiden Ventile ist damit das jeweils andere geschlossen.
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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.
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In einer alternativen Anordnung von Ventilen lassen sich die Ventilkörper der zwei koaxial zueinander angeordneten Ventile über einen Linearmotor stellen. Ein Linearmotor bietet den Vorzug, dass keine Kraftübertragung von einer Drehbewegung auf eine Linearbewegung nötig ist.
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Dabei 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.
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Vorzugsweise ist dabei der Linearmotor innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet.
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In der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Stange zum Einstellen der Ventilkörper vorzugsweise als Rohr ausgebildet, durch dessen Inneres ein Fluid, beispielsweise Druckluft strömen kann.
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Vorteilhaft sind die Ventilkörper derart vorgespannt, dass bei Stromausfall das Fluid, das beispielsweise Druckluft sein kann, durch einen Auslass abgelassen wird.
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In Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine Anordnung von einem erfindungsgemäßen Einlass- und Auslassventil zur Be- und Entlüftung eines Bremszylinders;
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2 eine schematische Darstellung einer drehbaren Scheibe, an der zwei Rundfederstäbe zu Steuerung des Einlass- und Auslassventils anbringbar sind;
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3 einen Querschnitt durch eine alternative Anordnung von zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilen, einem offenen Einlass- und einem geschlossenen Auslassventil zur Belüftung eines Bremszylinders;
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4 einen Querschnitt durch die Anordnung nach 3 mit jeweils geschlossenem Einlass- und Auslassventil;
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5 einen Querschnitt durch die Anordnung nach 3 mit geschlossenem Einlass- und offenem Auslassventil zur Entlüftung eines Bremszylinders;
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6 einen Querschnitt durch eine weitere alternative Anordnung von zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilen mit einem Antrieb innerhalb des Ventilgehäuses;
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7 einen Querschnitt durch eine nicht erfindungsgemäße 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;
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8 einen Querschnitt durch eine weitere alternative Anordnung von zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilen mit einem Linearmotor als Antrieb;
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9 einen Querschnitt durch eine Anordnung nach 8 mit Dauermagneten für eine Ventildichtungsanpressung und Elektromagneten zum Anpressen und Ablösen der Dauermagneten.
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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.
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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.
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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 durchgeführt. 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.
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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.
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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.
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Damit werden die Ventilkörper 7 und 8 des Einlass bzw. Auslassventils 2 gegen ihre Ventilsitze gedrückt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
