DE102008029486A1

DE102008029486A1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: DE102008029486A1
Application number: DE102008029486A
Authority: DE
Inventors: Harald Borchers; Andreas Thimm
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ventileinrichtung. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung (10) umfasst mindestens eine Steuereinheit (11), ein Einlassventil (12), ein Auslassventil (13) und ein zwischen Einlassventil (12) und Auslassventil (13) angeordnetes Arbeitsvolumen (14), wobei Einlass- und Auslassventil (13) mittels der Steuereinheit (11) zum Öffnen und Schließen schaltbar sind und das Arbeitsvolumen (14) über das Auslassventil (13) belüftbar und über das Einlassventil (12) entlüftbar ist, wobei die Steuereinheit (11) derart eingerichtet ist, dass die Schaltzeiten (3, 4) von Einlassventil (12) und Auslassventil (13) sich überlappen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ventileinrichtung.
Die Druckschrift DE 102 40 469 A1 offenbart eine Ventileinrichtung, die eine Steuereinheit, ein Einlassventil, ein Auslassventil und ein zwischen Einlassventil und Auslassventil angeordnetes Arbeitsvolumen umfasst. Das Arbeitsvolumen ist über das Auslassventil belüftbar und über das Einlassventil entlüftbar, wobei Einlass- und Auslassventil mittels der Steuereinheit zum Öffnen und Schließen schaltbar sind. Einlass- und Auslassventile sind als Magnetventile ausgebildet. Die offenbarte Ventileinrichtung eignet sich zur Steuerung pneumatischer oder hydraulischer Volumenströme.
Derartige Ventileinrichtungen werden in der Fahrzeugtechnik beispielsweise als Regelventile eingesetzt. Sie werden dazu verwendet, einen bestimmten Druck zu regeln, insbesondere über die Regelung eines Drucks einen Aktor zu betätigen, bspw. einen Zylinder eine bestimmte Wegstrecke zu verfahren.
Nachteil der bekannten Ventileinrichtungen ist, dass deren Regelgenauigkeit durch die Druckdifferenz, die durch das Schalten des Einlass- oder Auslassventils erzeugt wird, beschränkt ist. Die minimale Schaltzeit des Einlass- oder Auslassventils gibt damit die höchste Regelgenauigkeit vor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Ventileinrichtung zu schaffen, deren Regelgenauigkeit gegenüber bekannten Ventileinrichtungen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ventileinrichtung vorzuschlagen.
Diese Aufgaben werden durch eine Ventileinrichtung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung zeichnet sich gegenüber den Stand der Technik dadurch aus, dass die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass die Schaltzeiten von Einlassventil und Auslassventil sich überlappen.
Durch die physikalischen Randbedingungen des Einlass- und/oder Auslassventils, im Falle eines Magnetventils bspw. Nennweite, elektrischer Spulenwiderstand und Eisenkreis, ergibt sich eine kleinstmögliche Luftmenge, die bei einem einmaligen Schalten des Einlassventils in das Arbeitsvolumen eingebracht werden kann. Diese Luftmenge bestimmt den minimal erzeugbaren Druckanstieg. Das Auslassventil verhält sich reziprok. Durch eine zeitlich sich überlappende Ansteuerung beider Ventile bestimmt sich die Veränderung des Druckes in dem Volumen als Produkt aus der Belüftungskurve (Einlassventil) und Entlüftungskurve (Auslassventil). Aufgrund dieser Überlappung sind kleinere Druckänderungen möglich, als wenn Einlass- und Auslassventil nacheinander folgend angesteuert werden. Das Ventil lässt sich somit „feiner” regeln.
Die im Arbeitsvolumen erzeugbaren Druckänderungen können dafür verwendet werden, einen oder mehrere Aktoren zu betätigen. Das Arbeitsvolumen kann insbesondere Bestandteil des Aktors sein. Eine derartige Ventileinrichtung lässt sich in vorteilhafter Weise als Regelventil verwenden, beispielsweise für einen Achsmodulator einer Bremsanlage oder für einen Kupplungsaktor einer Kupplungsvorrichtung eines Fahrzeuges. Weitere vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten sind bspw. die Verwendung als Retarder, zur Abgasklappenansteuerung, als Turboladerregelventil, oder als Ventil im Rahmen einer Abgasrückführung. Für die Verwendung als Regelventil können Sensoren vorgesehen sein, die eine unmittelbare oder mittelbare Messung des Drucks im Arbeitsvolumen ermöglichen, beispielsweise ein Drucksensor bzw. ein Wegsensor, wobei letzterer den Druck über den Stellweg eines Körpers, beispielsweise eines Aktors, misst. Die Regelung des Drucks kann über eine entsprechende Einrichtung der Steuereinheit ausgeführt werden, die anhand der vom Sensor aufgenommenen Messwerte Einlass- und Auslassventil geeignet schaltet. Die Steuereinheit kann hierzu mit geeigneten elektronischen Komponenten und/oder Programmen ausgerüstet sein. Eine Ausbildung der Ventileinrichtung für pneumatische Anwendungen ist bevorzugt, aber nicht zwangsläufig darauf beschränkt.
Vorzugsweise sind Einlass- und/oder Auslassventil als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Für die erfindungsgemäße Ventileinrichtung kommen grundsätzlich alle Arten von 2/2-Wegeventilen in Frage, die als Regelventil verwendet werden, insbesondere mit der Funktion, innerhalb einer spezifizierten Genauigkeit einen Druck mittels eines Drucksensors auszuregeln, oder einen Weg mittels eines Wegsensors anzufahren.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass die Schaltzeit des Auslassventils maximal mit zwei Dritteln der Schaltzeit des Einlassventils überlappt.
Durch Öffnen des Auslassventils wird im Arbeitsvolumen Druck abgebaut, was zur Folge hat, dass bspw. Luft der Einrichtung entzogen wird. Dieser Nachteil wird durch den Vorteil höherer Regelgenauigkeit des Ventils ausgeglichen. Im Rahmen der Erfindung hat sich nun herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Schaltzeit des Auslassventils maximal mit zwei Dritteln der Schaltzeit des Einlassventils überlappt. Dies gilt insbesondere für die minimal möglichen Schaltzeiten von Einlassventil und Auslassventil.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das durch mehrere Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Diagramm, in dem zwei Druckkurven eingezeichnet sind, wobei eine Druckkurve zu einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung gehört, und die andere Druckkurve einer bekannten Ventileinrichtung entspricht,
2 eine Belüftungskurve bei Belüftung des Arbeitsvolumens über das Einlassventil der Ventileinrichtung,
3 eine Entlüftungskurve bei Entlüftung des Arbeitsvolumens über das Auslassventils der Ventileinrichtung, und
4 ein Schema einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung.
4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 10. Die Ventileinrichtung 10 umfasst eine Steuereinheit 11, ein Einlassventil 12, ein Auslassventil 13 und ein zwischen Einlassventil 12 und Auslassventil angeordnetes Arbeitsvolumen 14. Über das Einlassventil 12 ist das Arbeitsvolumen 13 belüftbar, über das Auslassventil 13 entlüftbar. Des weiteren umfasst die Ventileinrichtung 10 einen Drucksensor 15, der mit dem Arbeitsvolumen verbunden ist und mittels dem der Druck im Arbeitsvolumen 14 gemessen werden kann, eine Druckluftquelle 16, die mit dem Einlassventil 12 zum Belüften des Arbeitsvolumens 14 verbunden ist, sowie einen Auslass 17, der mit dem Auslassventil 13 zum Entlüften des Arbeitsvolumens 14 verbunden ist.
Einlassventil 12 und Auslassventil 13 sind als elektromagnetisch schaltbare 2/2-Wegeventile ausgebildet und mittels der Steuereinheit 11 zum Öffnen und Schließen über getrennte Steuerleitungen 18 bzw. 19 unabhängig voneinander schaltbar. Die Steuereinheit 11 ist derart eingerichtet, dass die Schaltzeiten von Einlassventil 12 und Auslassventil 13 sich überlappen. Insbesondere ist die Steuereinheit 11 derart eingerichtet, dass die Schaltzeit des Auslassventils 13 maximal mit zwei Dritteln der Schaltzeit des Einlassventils 12 überlappt.
Die Ventileinrichtung 10 ist als Regelventil ausgebildet. Hierfür ist die Steuereinheit 11 derart eingerichtet, dass sie auf Grundlage eines vorgegebenen Druck-Sollwertes und des über den Drucksensor 15 gemessenen Druck-Istwerts im Arbeitsvolumen 14 über Schalten des Einlassventils 12 und Auslassventils 13 den Druck im Arbeitsvolumen 14 regelt.
Die Ventileinrichtung 10 lässt sich beispielsweise für die Betätigung eines Achsmodulators einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs einsetzen, wobei ein zum Achsmodulator gehörender, über Druck betätigbarer Aktor mit dem Arbeitsvolumen 14 der Ventileinrichtung verbunden wird oder das Arbeitsvolumen 14 selbst durch den Aktor ausgebildet wird. Alternativ könnte der Aktor auch ein Kupplungsaktor einer Kupplungsvorrichtung eines Fahrzeugs sein.
1 zeigt ein Diagramm mit zwei Kurven 1, 2, welche den Druck p in dem Arbeitsvolumen 14 in Abhängigkeit der Zeit t darstellen. 2 zeigt eine Belüftungskurve 20 bei Belüftung des Arbeitsvolumens 14 über das Einlassventil 12 der Ventileinrichtung 10, die den Druck p im Arbeitsvolumen 14 in Abhängigkeit der Zeit t darstellt. 3 zeigt eine Entlüftungskurve 21 bei Entlüftung des Arbeitsvolumens 14 über das Auslassventils 13 der Ventileinrichtung 10, die den Druck p im Arbeitsvolumen 14 in Abhängigkeit der Zeit t darstellt.
Die Kurve 1, siehe 1, zeigt die Veränderung des Drucks, wenn lediglich das Einlassventil 12 mit minimal möglicher Schaltzeit 3 geschaltet wird. Der Druckanstieg ergibt sich dabei aus minimaler Schaltzeit 3 und der Belüftungskurve 20, siehe 2. Diese Kurve 1 entspricht der Druckkurve bekannter Ventileinrichtungen. Das Auslassventil 13 wird in diesem Falle nicht angesteuert. Die dargestellte Druckdifferenz 5 ist die kleinste Druckdifferenz, die sich mit einer derartigen bekannten Ventileinrichtung verwirklichen lässt, beschreibt also die höchste Regelgenauigkeit.
Die Kurve 2 zeigt die Veränderung des Drucks in Abhängigkeit der Zeit beim Schalten unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 10. Noch während der minimalen Schaltzeit 3, in der das Einlassventil 12 geschaltet wird, wird auch das Auslassventil 13 mit der minimal möglichen Schaltzeit 4 geschaltet, so dass sich die minimalen Schaltzeiten 3, 4 überlappen. In diesem Fall überlappt die minimal mögliche Schaltzeit 4 des Auslassventils 13 mit der minimalen Schaltzeit 3 des Einlassventils 12 etwa um die Hälfte. Aus der Belüftungskurve 20, siehe 2, und der Entlüftungskurve 21, siehe 3, ergibt sich daraus eine Druckdifferenz 6, die die Differenz des Drucks in dem Volumen vor und nach dem Schalten wiedergibt.
Die Druckdifferenz 6, die der Regelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung entspricht, ist wesentlich geringer als die Druckdifferenz 5 einer bekannten Ventileinrichtung. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 10 weist somit eine „feinere” Regelung als bekannte Ventileinrichtungen auf.
Alternativ zum Schalten des Einlassventils 12 und des Auslassventils 13 mit minimal möglichen Schaltzeiten 3, 4 können natürlich auch längere Schaltzeiten gewählt werden, je nach gewünschter Druckänderung und Regelgenauigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10240469 A1 [0002]

Claims

Ventileinrichtung (10), mindestens umfassend eine Steuereinheit (11), ein Einlassventil (12), ein Auslassventil (13) und ein zwischen Einlassventil (12) und Auslassventil (13) angeordnetes Arbeitsvolumen (14), wobei Einlassventil (12) und Auslassventil (13) mittels der Steuereinheit (11) zum Öffnen und Schließen schaltbar sind und das Arbeitsvolumen (14) über das Auslassventil (13) belüftbar und über das Einlassventil (12) entlüftbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) derart eingerichtet ist, dass die Schaltzeiten (3, 4) von Einlassventil (12) und Auslassventil (13) sich überlappen.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) derart eingerichtet ist, dass die Schaltzeit (4) des Auslassventils (13) maximal mit zwei Dritteln der Schaltzeit (3) des Einlassventils (12) überlappt.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (10) einen Sensor (15) zum Messen des Drucks im Arbeitsvolumen (14) aufweist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) derart eingerichtet ist, dass diese auf Grundlage der durch den Sensor (15) gemessenen Messwerte und eines vorgegebenen Druck-Sollwertes den Druck im Arbeitsvolumen (14) durch Schalten des Einlassventils (12) und Auslassventils (13) regelt.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlassventil (12) und/oder Auslassventil (13) als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlassventil (12) und/oder Auslassventil (13) als Magnetventil ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung zusätzlich eine Druckluftquelle (16) aufweist, die mit dem Einlassventil (12) zum Belüften des Arbeitsvolumens (14) verbunden ist.
Verfahren zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung mit mindestens einer Steuereinheit (11), einem Einlassventil (12), einem Auslassventil (13) und ein zwischen Einlassventil (12) und Auslassventil (13) angeordnetes Arbeitsvolumen (14), wobei Einlass- und Auslassventil (13) zum Öffnen und Schließen schaltbar sind und das Volumen über das Auslassventil (13) belüftbar und über das Einlassventil (12) entlüftbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Einlassventil (12) und Auslassventil (13) so geschaltet werden, dass sich die Schaltzeiten (3, 4) von Einlass- und Auslassventil (13) überlappen zum Regeln eines Drucks im Arbeitsvolumen (14).