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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere zur Benutzung in einem elektrischen und/oder hydraulischen Antiblockiersystem für ein Fahrzeug, und ein diese Ventilanordnung enthaltendes Antiblockiersystem.
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Eine Bremsanordnung zum Bremsen eines Automobilrades enthält typischerweise eine fest mit dem rotierbaren Rad gekoppelte Bremsscheibe und wenigstens einen fest mit einem stationären Teil des Fahrzeugs gekoppelten hydraulisch betätigbaren Bremssattel. Der Bremssattel kann dann zum Ausüben einer Bremskraft auf die Bremsscheibe betätigt werden, wobei er zum Bremsen des Rades eine Reibung zwischen dem stationären Bremssattel und der rotierenden Bremsscheibe vergrößert.
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Bekannte Antiblockiersysteme (ABS) und elektronische Stabilitätskontrollsysteme (ESC) für Fahrzeuge umfassen normalerweise eine hydraulische Kontrolleinheit (HCU) mit einer Vielzahl von Ventilen zum Betätigen des mit dem Fahrzeugrad assoziierten Bremssattels. Beispielsweise kann jedes Fahrzeugrad mit einem Radgeschwindigkeitssensor zum Detektieren von Radgeschwindigkeitsdaten dieses Rades ausgestattet sein, und die HCU kann eingerichtet sein, die Bremssättel basierend auf den detektierten Radgeschwindigkeitsdaten zu betätigen. Normalerweise ist die HCU eines ABS/ESC eingerichtet, wahlweise: einen auf einen gegebenen Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck zu erhöhen, um eine auf das Rad ausgeübte Bremskraft zu erhöhen; den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck auf einem konstanten Wert zu halten, um die auf das Rad ausgeübte Bremskraft konstant zu halten; und den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck zu verringern, um die auf das Rad ausgeübte Bremskraft zu verringern.
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Zu diesem Zweck umfassen Heus bekannter ABS/ESC typischerweise wenigstens ein normal offenes Magnetventil und wenigstens ein normal geschlossenes Magnetventil zum Steuern der ABS-Funktion jedes Bremssattels. Zudem umfasst die HCU typischerweise Notschließ-Magnetventile (ESV) und Zugkraftsteuer (TC)-Magnetventile. Diese große Anzahl an Ventilen trägt erheblich zur Größe und Komplexität der HCU bei.
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US 4 859 005 A betrifft ein Doppelmagnetventil, insbesondere für Antiblockierbremsanwendungen (ABS-Anwendungen).
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US 4 860 794 A betrifft eine Doppelmagnetventilanordnung mit einem Gehäuse, das einen Druckeinlass und -auslass, eine Auslassöffnung, einen ersten Fluidweg, der den Einlass und den Auslass verbindet, und einen zweiten Fluidweg, der den ersten Fluidweg schneidet und mit der Auslassöffnung verbunden ist, aufweist. Ein erster Solenoidkolben ist verschiebbar in einer ersten Spule angeordnet, und eine zweite Solenoidspule ist innerhalb des Gehäuses auf einer Seite der ersten Spule gegenüber angebracht.
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Und
DE 197 03 759 A1 betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Mehrwege-Regelventil für schlupfgeregelte hydraulische Kraftfahrzeugbremssysteme, insbesondere zum strömungsmäßigen Verbinden wenigstens einer Radbremse mit einer Hochdruckquelle oder mit einem Niederdruckspeicher.
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Die Druckschrift
DE 11 2011101 201 B4 betrifft ein Dreiwegeventil enthaltend einen Ventilkörper mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss, wobei der erste Anschluss eine erste Ventilöffnung und der zweite Anschluss eine zweite Ventilöffnung aufweist. Das Ventil kann auch ein erstes Ventilschließglied und ein zweites Ventilschließglied umfassen, wobei das erste und das zweite Ventilschließglied so konfiguriert sein können, dass sie die erste und die zweite Ventilöffnung selektiv abdichten. Das Ventil kann in mindestens drei verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden. Zum Beispiel kann das Dreiwegeventil einen ersten Zustand (z. B. einen Standardzustand) haben, einen zweiten Zustand, um nur eines der Ventilschließglieder zu bewegen, und einen dritten Zustand, um beide Ventilschließglieder zu bewegen.
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Es besteht Bedarf an einem Ventil, das zur Benutzung in einem Antiblockiersystem für ein Fahrzeug eingerichtet ist, wobei das Ventil vorzugsweise eine geringe Größe und vorzugsweise einen geringen Grad an Komplexität hat. Außerdem besteht Bedarf an einem Antiblockiersystem für ein Fahrzeug, das eine HCU mit vorzugsweise geringer Größe und einem vorzugsweise geringen Grad an Komplexität hat.
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Diese Probleme werden gelöst durch eine Ventilanordnung nach Anspruch 1 und durch ein diese Ventilanordnung enthaltendes Antiblockiersystem für ein Fahrzeug. Spezielle Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die vorliegend vorgeschlagene Ventilanordnung, die besonders zur Benutzung in einem elektrischen und/oder hydraulischen Antiblockiersystem für ein Fahrzeug geeignet ist, enthält wenigstens:
- einen Ventilkörper, der eine Ventilkammer, einen ersten Fluidanschluss, einen zweiten Fluidanschluss und einen dritten Fluidanschluss umfasst, wobei der erste Fluidanschluss, der zweite Fluidanschluss und der dritte Fluidanschluss in fluidischer Verbindung mit der Ventilkammer sind;
- einen ersten Kolben, der beweglich in der Ventilkammer angeordnet ist und der eingerichtet ist, zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegt zu werden, wobei der erste Fluidanschluss dann, wenn der erste Kolben in der geöffneten Stellung ist, in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss ist, und wobei der erste Fluidanschluss dann, wenn der erste Kolben in der geschlossenen Stellung ist, fluidisch von dem zweiten Fluidanschluss isoliert ist; und
- einen zweiten Kolben, der beweglich in der Ventilkammer angeordnet ist und der eingerichtet ist, zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegt zu werden, wobei der zweite Fluidanschluss dann, wenn der zweite Kolben in der geöffneten Stellung ist, in fluidischer Verbindung mit dem dritten Fluidanschluss ist, und wobei der zweite Fluidanschluss dann, wenn der zweite Kolben in der geschlossenen Stellung ist, fluidisch von dem dritten Fluidanschluss isoliert ist.
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Typischerweise sind der erste Fluidanschluss und der dritte Fluidanschluss fluidisch voneinander isoliert, wenn wenigstens einer des ersten und des zweiten Kolbens in der geschlossenen Stellung ist.
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Dadurch, dass die Ventilanordnung eine Ventilkammer in fluidischer Verbindung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Fluidanschluss aufweist, sowie einen ersten beweglich in der Ventilkammer angeordneten Kolben, der eingerichtet ist, einen Fluidfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss zu steuern, und einen zweiten beweglich in der Ventilkammer angeordneten Kolben, der eingerichtet ist, den Fluidfluss zwischen dem zweiten und dem dritten Fluidanschluss zu steuern, ist sie geeignet, die oben beschriebenen ABS-Funktionen zu bereitzustellen, während sie einen hohen Grad an Kompaktheit besitzt.
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Das vorliegend vorgeschlagene elektrische und/oder hydraulische Antiblockiersystem für ein Fahrzeug umfasst wenigstens:
- Die oben beschriebene Ventilanordnung;
- einen Hauptzylinder in fluidischer Verbindung mit dem ersten Fluidanschluss der Ventilanordnung;
- einen Bremssattel in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss der Ventilanordnung; und
- einen Niederdruckspeicher in fluidischer Verbindung mit dem dritten Fluidanschluss der Ventilanordnung und in fluidischer Verbindung mit dem Hauptzylinder, wobei der Niederdruckspeicher vorzugsweise über eine Fluidpumpe in fluidischer Verbindung mit dem Hauptzylinder ist.
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Typischerweise umfasst das Antiblockiersystem zusätzlich eine fest an ein Rad, zum Beispiel an ein Rad eines Automobils gekoppelte Bremsscheibe. Zum Betätigen des Bremssattels kann der Hauptzylinder dem Bremssattel einen hohen hydraulischen Druck bereitstellen. Wenn er betätigt wird, kann der Bremssattel eine Bremskraft auf die Bremsscheibe ausüben, um das Rad zu bremsen.
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Um den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck zu erhöhen, kann der erste Kolben in die geöffnete Stellung bewegt oder in der geöffneten Stellung gehalten werden, und der zweite Kolben kann in die geschlossene Stellung bewegt oder in der geschlossenen Stellung gehalten werden. In dieser Konfiguration ist der Hauptzylinder in fluidischer Verbindung mit dem Bremssattel, so dass dem Bremssattel vom Hauptzylinder Hochdruckbremsflüssigkeit über den ersten Fluidanschluss, die Ventilkammer und den zweiten Fluidanschluss zur Verfügung gestellt wird. Gleichzeitig sind der Hauptzylinder und der Bremssattel fluidisch vom Niederdruckspeicher isoliert, so dass vom Hauptzylinder oder vom Bremssattel keine Flüssigkeit in den Niederdruckspeicher abfließen kann. Der Hauptzylinder kann den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck erhöhen, bis der auf den Bremssattel ausgeübte hydraulische Druck einen gewünschten Wert erreicht.
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Um den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck bei seinem aktuellen Wert zu halten, können sowohl der erste Kolben als auch der zweite Kolben in die geschlossene Stellung bewegt oder in der geschlossenen Stellung gehalten werden. In dieser Konfiguration ist der Bremssattel fluidisch vom Hauptzylinder und vom Niederdruckspeicher isoliert, so dass keine Flüssigkeit vom Bremssattel abfließen kann und der auf den Bremssattel ausgeübte hydraulische Druck bei seinem aktuellen Wert gehalten wird.
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Um den auf den Bremssattel ausgeübten hydraulischen Druck zu reduzieren, kann der erste Kolben in die geschlossene Stellung bewegt oder in der geschlossenen Stellung gehalten werden, und der zweite Kolben kann in die geöffnete Stellung bewegt oder in der geöffneten Stellung gehalten werden. In dieser Konfiguration ist der Bremssattel in fluidischer Verbindung mit dem Niederdruckspeicher. Gleichzeitig ist der Hauptzylinder fluidisch vom Bremssattel und vom Niederdruckspeicher isoliert. Bremsflüssigkeit kann vom Bremssattel über den zweiten Fluidanschluss, die Ventilkammer und den dritten Fluidanschluss in den Niederdruckspeicher abfließen.
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Es versteht sich jedoch, dass die vorliegend vorgeschlagene Ventilanordnung in anderen hydraulischen Systemen als dem vorliegend vorgeschlagenen Antiblockiersystem benutzt werden kann. Als nicht-einschränkendes Beispiel kann die Ventilanordnung in einem hydraulisch betätigten Roboter oder in einem hydraulisch betätigten Hebemechanismus benutzt werden.
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Um die Funktionalität und die Flexibilität der Ventilanordnung zu verbessern können der erste Kolben und der zweite Kolben eingerichtet sein, unabhängig voneinander betätigt zu werden.
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Zum Beispiel kann die Ventilanordnung einen ersten Elektromagneten aufweisen, der in Bezug auf den Ventilkörper fest angeordnet ist oder der fest an den Ventilkörper gekoppelt ist, sowie einen ersten Magneten, der fest an den ersten Kolben gekoppelt ist. Der erste Kolben kann dann durch einen elektrischen Strom im ersten Elektromagneten betätigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ventilanordnung einen zweiten Elektromagneten aufweisen, der in Bezug auf den Ventilkörper fest angeordnet ist oder der fest an den Ventilkörper gekoppelt ist, sowie einen zweiten Magneten, der fest an den zweiten Kolben gekoppelt ist. Der zweite Kolben kann dann durch einen elektrischen Strom im zweiten Elektromagneten betätigt werden. Wenn die Ventilanordnung einen ersten und einen zweiten Elektromagneten aufweise, können diese Elektromagneten derart ausgebildet sein, dass die elektrischen Ströme in den Elektromagneten unabhängig gesteuert werden können.
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Es ist ebenso denkbar, dass wenigstens einer des ersten und des zweiten Kolbens eingerichtet ist, hydraulisch betätigt zu werden. Zum Beispiel kann die Ventilanordnung eine erste hydraulische Steuerkammer aufweisen, wobei die erste hydraulische Steuerkammer und der erste Kolben derart ausgebildet sind, dass der erste Kolben über einen hydraulischen Druck in der ersten hydraulischen Steuerkammer betätigt werden kann. Vorzugsweise ist die erste hydraulische Steuerkammer fluidisch von der Ventilkammer isoliert. Zusätzlich oder alternativ kann die Ventilanordnung eine zweite hydraulische Steuerkammer aufweisen, wobei die zweite hydraulische Steuerkammer und der zweite Kolben derart ausgebildet sind, dass der zweite Kolben über einen hydraulischen Druck in der zweite hydraulischen Steuerkammer betätigt werden kann. Vorzugsweise ist die zweite hydraulische Steuerkammer fluidisch von der Ventilkammer und/oder von der ersten hydraulischen Steuerkammer isoliert.
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Die Ventilanordnung kann eine erste Fluidverbindung aufweisen, die wahlweise eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss herstellt, wobei der erste Kolben eingerichtet ist, die erste Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss wahlweise zu öffnen und zu schließen. Das heißt, wenn der erste Kolben in der geöffneten Stellung ist, ist der erste Fluidanschluss über die erste Fluidverbindung in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss. Zum Beispiel kann die Ventilkammer eine erste Kammer in fluidischer Verbindung mit dem ersten Fluidanschluss und eine zweite Kammer in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss umfassen. Die erste Fluidverbindung kann dann als Kanal oder als Öffnung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer ausgebildet sein. Dieser Kanal oder diese Öffnung kann zum Beispiel zwischen dem ersten Kolben und dem Ventilkörper ausgebildet sein.
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Der erste Kolben kann kontinuierlich bewegbar sein. Der erste Kolben und die erste Fluidverbindung können derart ausgebildet sein, dass ein kleinster Querschnitt der ersten Fluidverbindung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten Kolbens durch Bewegen des ersten Kolbens kontinuierlich veränderbar ist. Dies kann das Steuern eines Fluidflusses zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss ermöglichen, zum Beispiel um die erste Fluidverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss gleichmäßig zu öffnen oder zu schließen. Dazu können/kann sich ein Querschnitt des ersten Kolbens senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten Kolbens und/oder der Querschnitt der ersten Fluidverbindung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Kolbens entlang der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens verändern. Zum Beispiel können/kann die erste Fluidverbindung und/oder ein Abschnitt des ersten Kolbens eine konische Form haben.
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Ebenso kann die Ventilanordnung eine zweite Fluidverbindung aufweisen, die wahlweise eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss herstellt, wobei der zweite Kolben eingerichtet ist, die zweite Fluidverbindung zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss wahlweise zu öffnen und zu schließen. Das heißt, wenn der zweite Kolben in der geöffneten Stellung ist, ist der zweite Fluidanschluss über die zweite Fluidverbindung in fluidischer Verbindung mit dem dritten Fluidanschluss. Zum Beispiel kann die Ventilkammer eine zweite Kammer in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss und eine dritte Kammer in fluidischer Verbindung mit dem dritten Fluidanschluss umfassen. Die zweite Fluidverbindung kann dann als Kanal oder als Öffnung zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer ausgebildet sein. Dieser Kanal oder diese Öffnung kann zum Beispiel zwischen dem zweiten Kolben und dem Ventilkörper ausgebildet sein.
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Der zweite Kolben kann kontinuierlich bewegbar sein. Der zweite Kolben und die zweite Fluidverbindung können derart ausgebildet sein, dass ein kleinster Querschnitt der zweiten Fluidverbindung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens durch Bewegen des zweiten Kolbens kontinuierlich veränderbar ist. Dies kann das Steuern eines Fluidflusses zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss ermöglichen, zum Beispiel um die zweite Fluidverbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Fluidanschluss gleichmäßig zu öffnen oder zu schließen. Dazu können/kann sich ein Querschnitt des ersten Kolbens senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten Kolbens und/oder der Querschnitt der ersten Fluidverbindung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Kolbens entlang der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens verändern. Zum Beispiel können/kann die erste Fluidverbindung und/oder ein Abschnitt des ersten Kolbens eine konische Form haben.
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Die Bewegungsrichtung des ersten Kolbens und die Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens können parallel ausgerichtet sein. So eine Anordnung kann zur vorteilhaften Kompaktheit der Ventilanordnung beitragen. Zum Beispiel können der erste Kolben und der zweite Kolben konzentrisch in Bezug auf eine Ventilachse angeordnet sein, die die Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens definiert. Der erste Fluidanschluss, der zweite Fluidanschluss und der dritte Fluidanschluss können entlang der Ventilachse voneinander beabstandet sein.
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Der erste Kolben kann eine Ausnehmung und eine erste Öffnung aufweisen, wobei die Ausnehmung sich wenigstens teilweise durch den ersten Kolben erstreckt und wobei die Ausnehmung an der ersten Öffnung in die Ventilkammer mündet. Die Ausnehmung des ersten Kolbens kann eine längliche Form haben und sich parallel zur Bewegungsrichtung des ersten Kolbens oder parallel zur Ventilachse durch den ersten Kolben erstrecken. Insbesondere kann die Ausnehmung des ersten Kolbens konzentrisch zur Ventilachse ausgerichtet sein. Der zweite Kolben kann beweglich in der Ausnehmung des ersten Kolbens aufgenommen sein. Außerdem kann der zweite Kolben aus der ersten Öffnung herausragen oder eingerichtet sein, aus der ersten Öffnung des ersten Kolbens herauszuragen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung des ersten und des zweiten Kolbens.
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Der erste Kolben kann ferner eine zweite Öffnung aufweisen, wobei sich die Ausnehmung von der ersten Öffnung zur zweiten Öffnung durch den ersten Kolben erstreckt. Der zweite Kolben kann sich dann von der ersten Öffnung zur zweiten Öffnung durch die Ausnehmung erstrecken. Mit anderen Worten kann der erste Kolben beweglich auf dem zweiten Kolben angeordnet sein. Diese Anordnung kann weiter zur Kompaktheit der Ventilanordnung beitragen. Insbesondere kann der erste Kolben eine erste Länge haben und der zweite Kolben kann eine zweite Länge haben, wobei die erste Länge und die zweite Länge parallel zur Bewegungsrichtung des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens bestimmt werden und wobei die zweite Länger größer ist als die erste Länge.
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Die Ventilanordnung kann ein erstes Vorspannelement aufweisen, insbesondere ein erstes elastisches Vorspannelement, beispielsweise eine erste Feder. Das erste Vorspannelement kann angeordnet und ausgebildet sein, den ersten Kolben in die geöffnete Stellung vorzuspannen. Das erste Vorspannelement kann sich an dem Ventilkörper abstützen. Insbesondere können der erste Kolben und das erste Vorspannelement derart ausgebildet sein, dass der erste Kolben in der geöffneten Stellung ist, wenn der erste Kolben nicht betätigt wird, zum Beispiel durch einen Strom in dem oben beschriebenen ersten Elektromagneten oder durch einen hydraulischen Druck in der oben beschriebenen ersten hydraulischen Steuerkammer.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Ventilanordnung ein zweites Vorspannelement aufweisen, insbesondere ein zweites elastisches Vorspannelement, beispielsweise eine zweite Feder. Das zweite Vorspannelement kann angeordnet und ausgebildet sein, den zweiten Kolben in die geöffnete Stellung vorzuspannen. Das zweite Vorspannelement kann sich an dem Ventilkörper abstützen. Insbesondere können der zweite Kolben und das zweite Vorspannelement derart ausgebildet sein, dass der zweite Kolben in der geöffneten Stellung ist, wenn der zweite Kolben nicht betätigt wird, zum Beispiel durch einen Strom in dem oben beschriebenen zweiten Elektromagneten oder durch einen hydraulischen Druck in der oben beschriebenen zweiten hydraulischen Steuerkammer.
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Der erste Kolben kann eingerichtet sein, durch Bewegen des ersten Kolbens in eine erste Richtung von der geschlossenen Stellung des ersten Kolbens in die geöffnete Stellung des ersten Kolbens bewegt zu werden, und der zweite Kolben kann eingerichtet sein, durch Bewegen des zweiten Kolbens in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung von der geschlossenen Stellung des zweiten Kolbens in die geöffnete Stellung des zweiten Kolbens bewegt zu werden. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der erste und der zweite Kolben eingerichtet sind, durch Bewegen des ersten und des zweiten Kolbens in dieselbe Richtung von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bewegt zu werden.
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Eine Ausführungsform der vorliegend vorgeschlagenen Ventilanordnung und Antiblockiersystem wird in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben und in der begleitenden Zeichnung dargestellt, in der:
- 1 eine schematische Abbildung eines Antiblockiersystems mit einem Hauptzylinder, einem Bremssattel und einem Niederdruckspeicher zeigt, die wahlweise über eine Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander in fluidischer Verbindung sind;
- 2A eine detaillierte Ansicht der Ventilanordnung der 1 in einer ersten Konfiguration zeigt, wobei ein erster Kolben der Ventilanordnung in einer geöffneten Stellung ist und ein zweiter Kolben der Ventilanordnung in einer geschlossenen Stellung ist;
- 2B die Ventilanordnung der 2A in einer zweiten Konfiguration, wobei der erste Kolben in einer geschlossenen Stellung ist und der zweite Kolben in der geschlossenen Stellung ist; sowie
- 2C die Ventilanordnung der 2A und 2B in einer dritten Konfiguration, wobei der erste Kolben in der geschlossenen Stellung ist und der zweite Kolben in der geöffneten Stellung ist.
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1 zeigt schematisch ein Antiblockiersystem für ein Fahrzeug (nicht gezeigt). Das Antiblockiersystem 1 enthält einen hydraulischen Kreis, der einen hydraulischen Masterzylinder 2, einen hydraulisch betätigbaren Bremssattel 3, einen Niederdruckfluidakkumulator 4 und eine Fluidpumpe 5 umfasst. Der Masterzylinder 2, der Bremssattel 3 und der Niederdruckfluidakkumulator 4 sind wahlweise mittels einer hydraulischen Steuereinheit (HCU) 6, die eine Ventilanordnung 7 umfasst, miteinander in fluidischer Verbindung. Die HCU 6, die die Ventilanordnung 7 enthält, kann mittels einer elektronischen Steuereinheit (nicht gezeigt) elektrisch steuerbar sein. Der Masterzylinder 2, der Bremssattel 3 und der Niederdruckfluidakkumulator 4 sind fluidisch mit einem ersten Fluidanschluss 8a, mit einem zweiten Fluidanschluss 8b und mit einem dritten Fluidanschluss 8c der Ventilanordnung 7 verbunden. Die Fluidpumpe 5 ist eingerichtet, Flüssigkeit aus dem Niederdruckfluidakkumulator 4 zum Masterzylinder 2 zu pumpen. Es versteht sich, dass 1 lediglich eine beispielhafte Darstellung des Systems 1 ist und dass andere Ausführungsformen des Systems 1, die hier nicht explizit dargestellt sind, mehr als einen Bremssattel 3 enthalten können und dass die HCU 6 des Systems 1 mehr als eine Ventilanordnung 7 enthalten kann.
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Der Bremssattel 3 kann einen oder mehrere hydraulische Aktuatoren wie beispielsweise einen oder mehrere hydraulische Kolben enthalten. Der Masterzylinder 2 ist eingerichtet, den Bremssattel 3 mit einem hydraulischen Druck zu versorgen, um den Bremssattel 3 mittels der Ventilanordnung 7 zu betätigen. Wenn der Masterzylinder 2 einen hydraulischen Druck auf den Bremssattel 3 ausübt, kann der Bremssattel 3 eine Bremskraft auf eine Bremsscheibe ausüben, die fest an ein Fahrzeugrad gekoppelt ist, um das Fahrzeugrad zu bremsen (nicht gezeigt).
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Die Ventilanordnung 7 hat wenigstens drei Konfigurationen (siehe 2A-C). In der ersten Konfiguration (siehe 2A) stellt die Ventilanordnung 7 eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem zweiten Fluidanschluss 8b her und isoliert den ersten Fluidanschluss 8a und den zweiten Fluidanschluss 8b fluidisch von dem dritten Fluidanschluss 8c. D. h., wenn die Ventilanordnung 7 in die erste Konfiguration geschaltet ist, kann der Masterzylinder 2 einen auf den Bremssattel 3 ausgeübten hydraulischen Druck erhöhen, um die auf das Rad ausgeübte Bremskraft zu erhöhen.
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In der zweiten Konfiguration (siehe 2B) isoliert die Ventilanordnung 7 die Fluidanschlüsse 8a, 8b, und 8c und somit den Masterzylinder 2, den Bremssattel 3 und den Niederdruckfluidakkumulator 4 fluidisch voneinander. D. h., wenn die Ventilanordnung 7 in die zweite Konfiguration geschaltet ist, wird ein auf den Bremssattel 3 ausgeübter hydraulischer Druck konstant gehalten.
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Und in der dritten Konfiguration (2C) stellt die Ventilanordnung 7 eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Fluidanschluss 8b und dem dritten Fluidanschluss 8c her und isoliert den ersten Fluidanschluss 8a fluidisch von dem zweiten Fluidanschluss 8b und von dem dritten Fluidanschluss 8c. D. h., wenn die Ventilanordnung 7 in die dritte Konfiguration geschaltet ist, wird Flüssigkeit aus dem Bremssattel 3 in den Niederdruckfluidakkumulator 4 abgeleitet, wobei ein auf den Bremssattel 3 ausgeübter hydraulischer Druck verringert wird.
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Die 2A-C zeigen eine detailliertere Ansicht der HCU 6, die die Ventilanordnung 7 enthält. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Insbesondere zeigt 2A die Ventilanordnung 7 in der oben beschriebenen ersten Konfiguration; 2B zeigt die Ventilanordnung 7 in der oben beschriebenen zweiten Konfiguration; und 2C zeigt die Ventilanordnung 7 in der oben beschriebenen dritten Konfiguration.
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2A zeigt die Ventilanordnung 7, die einen Ventilkörper 9 hat, der einen Ventilblock 9a und einen Ventilzylinder 9b enthält, der teilweise im Ventilblock 9a aufgenommen ist. Der Ventilkörper 9, der den Ventilblock 9a und den Ventilzylinder 9b enthält, kann zum Beispiel aus Metall gebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass der Ventilkörper 9 aus anderen Materialien gebildet sein oder andere Materialien umfassen kann. Der Ventilkörper 9 schließt eine Ventilkammer 10 ein. Die Fluidanschlüsse 8a, 8b, 8c (siehe auch 1) sind in fluidischer Verbindung mit der Ventilkammer 10.
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Die Ventilanordnung 7 umfasst ferner einen ersten Kolben 11a und einen zweiten Kolben 11b. Die Kolben 11a, 11b sind bewegbar innerhalb der Ventilkammer 10 angeordnet. Insbesondere sind die Kolben 11a, 11b innerhalb der Ventilkammer 10 kontinuierlich entlang einer z-Richtung 12 bewegbar, zum Beispiel entlang einer vertikalen Richtung in den 2A-C. Eine x-y-Ebene 13 ist senkrecht zur z-Richtung 12 ausgerichtet. Die Kolben 11a, 11b sind zum Beispiel aus Metall gebildet. Es versteht sich jedoch, dass die Kolben 11a, 11b aus anderen Materialien gebildet sein oder andere Materialien enthalten können. Die Ventilkammer 10 und die Kolben 11a, 11b haben eine längliche, zylindrische oder im Wesentlichen zylindrische Form und erstrecken sich in der z-Richtung 12 innerhalb des Ventilkörpers 9. Außerdem sind die im Wesentlichen zylindrische Ventilkammer 10 und die im Wesentlichen zylindrischen Kolben 11a, 11b konzentrisch bezüglich einer Ventilachse 19 angeordnet. Die Ventilachse 19 ist parallel zur z-Richtung 12 ausgerichtet und ist eine Symmetrieachse der im Wesentlichen zylindrischen Ventilkammer 10 und der im Wesentlichen zylindrischen Kolben 11a, 11b.
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Der erste Kolben 11a umfasst eine Ausnehmung 18, die als zentrale Bohrungen innerhalb des ersten Kolbens 11a geformt ist. Die Ausnehmung 18 erstreckt sich entlang der z-Richtung 12 ganz durch den ersten Kolben 11a, d. h. entlang der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens 11a. Die Ausnehmung 18 ist bezüglich der Ventilachse 19 konzentrisch angeordnet. Die Ausnehmung 18 erstreckt sich von einer ersten Öffnung 18a an einem ersten Ende des ersten Kolbens 11a zu einer zweiten Öffnung 18b an einem zweiten Ende des ersten Kolbens 11a. An der ersten Öffnung 18a mündet die Ausnehmung 18 in die Ventilkammer 10, insbesondere in eine zweite Kammer 10b der Ventilkammer 10.
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Ein Zwischenabschnitt 11b' des zweiten Kolbens 11b, der zwischen einem ersten Ende 20a des zweiten Kolbens 11b und einem zweiten Ende 20b des zweiten Kolbens 11b angeordnet ist, ist bewegbar innerhalb der Ausnehmung 18 des ersten Kolbens 11a aufgenommen und erstreckt sich ganz durch die Ausnehmung 18. Mit anderen Worten greift der Zwischenabschnitt 11b' des zweiten Kolbens 11b ganz durch die Ausnehmung 18 oder die zentrale Bohrung des ersten Kolbens 11a hindurch. Oder, noch anders ausgedrückt, der erste Kolben ist bewegbar auf dem zweiten Kolben 11b angeordnet, insbesondere auf dem Zwischenabschnitt 11b' des zweiten Kolbens 11b, mittels der Ausnehmung 18 oder der zentralen Bohrung des ersten Kolbens 11a. Insbesondere sind der erste Kolben 11a und der zweite Kolben 11b derart ausgebildet, dass sie entlang der z-Richtung 12 oder entlang der Ventilachse 19 unabhängig voneinander bewegbar sind. D. h., der erste Kolben 11a kann bewegt werden, während der zweite Kolben 11b an einer festen Position gehalten wird. Auf ähnliche Weise kann der zweite Kolben 11b bewegt werden, während der erste Kolben 11a an einer festen Position gehalten wird. Diese Anordnung führt zu einer vorteilhaft kompakten Auslegung und einem hohen Grad an Flexibilität der Ventilanordnung 7.
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Der erste Kolben 11a kann unter Benutzung eines ersten Elektromagneten 21a, der fest an den Ventilkörper 9 gekoppelt ist, und eines ersten Magneten 22a, der fest an den ersten Kolben 11a gekoppelt ist, bewegt oder betätigt werden. Insbesondere kann der erste Kolben mittels eines elektrischen Stromes im ersten Elektromagneten 21a bewegt oder betätigt werden. Auf ähnliche Weise kann der zweite Kolben 11b unter Benutzung eines zweiten Elektromagneten 21b, der fest an den Ventilkörper 9 gekoppelt ist, und eines zweiten Magneten 22b, der fest an den zweiten Kolben 11b gekoppelt ist, bewegt oder betätigt werden. Insbesondere kann der zweite Kolben mittels eines elektrischen Stromes im zweiten Elektromagneten 21b bewegt oder betätigt werden.
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Es versteht sich jedoch, dass der erste Kolben 11a und/oder der zweite Kolben 11b bei anderen Ausführungsformen der Ventilanordnung 7, die hier nicht explizit gezeigt sind, eingerichtet sein können, unter Benutzung anderer Betätigungsmittel als eines Elektromagneten und eines Magneten betätigt oder bewegt zu werden. Zum Beispiel kann die Ventilanordnung 7 bei anderen Ausführungsformen eine erste hydraulische Steuerkammer und eine zweite hydraulische Steuerkammer umfassen. Der erste Kolben 11a und die erste hydraulische Steuerkammer können dann derart ausgebildet sein, dass der erste Kolben 11a mittels eines hydraulischen Drucks in der ersten hydraulischen Steuerkammer betätigt werden kann, und der zweite Kolben 11b und die zweite hydraulische Steuerkammer können dann derart ausgebildet sein, dass der zweite Kolben 11b mittels eines hydraulischen Drucks in der zweiten hydraulischen Steuerkammer betätigt werden kann.
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In der Ausführungsform der Ventilanordnung 7, die in den 2A-C dargestellt ist, ist die Ventilkammer 10 in eine erste Kammer 10a, eine zweite Kammer 10b und eine dritte Kammer 10c unterteilt. Die erste Kammer 10a ist fluidisch mit dem ersten Fluidanschluss 8a verbunden; die zweite Kammer 10b ist fluidisch mit dem zweiten Fluidanschluss 8b verbunden; und die dritte Kammer 10c ist fluidisch mit dem dritten Fluidanschluss 8c verbunden. Der erste Fluidanschluss 8a, der zweite Fluidanschluss 8b und der dritte Fluidanschluss 8c sind entlang der z-Richtung 12 voneinander beanstandet. Insbesondere ist der zweite Fluidanschluss 8b entlang der z-Richtung 12 zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem dritten Fluidanschluss 8c angeordnet. Die erste Kammer 10a und die zweite Kammer 10b sind mittels einer ersten Öffnung 14a wahlweise in fluidischer Verbindung miteinander, und die zweite Kammer 10b und die dritte Kammer 10c sind mittels einer zweiten Öffnung 14b wahlweise in fluidischer Verbindung miteinander.
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Der erste Kolben 11a umfasst einen konischen Abschnitt 15a, der eingerichtet ist, teilweise in der ersten Öffnung 14a zwischen der ersten Kammer 10a und der zweiten Kammer 10b der Ventilkammer 10 aufgenommen zu sein. D. h., ein Abschnitt des Ventilkörpers 9, der die erste Öffnung 14a umgibt, bildet einen ersten Ventilsitz 16a für den konischen Abschnitt 15a des ersten Kolbens 11a. Der konische Abschnitt 15a des ersten Kolbens 11a verjüngt sich entlang der z-Richtung 12, d. h. entlang der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens 11a. insbesondere kann ein minimaler Querschnitt des konischen Abschnitts 15a kleiner sein als der Querschnitt der ersten Öffnung 14a am ersten Ventilsitz 16a, und ein maximaler Querschnitt des konischen Abschnitts 15a kann größer sein als der Querschnitt der ersten Öffnung 14a am ersten Ventilsitz 16a, wobei die Querschnitte in der x-y-Ebene 13 senkrecht zu Bewegungsrichtung des ersten Kolbens 11a bestimmt werden.
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Der erste Kolben 11a kann kontinuierlich zwischen einer geschlossenen Stellung, die in den 2B und 2C gezeigt ist, und einer geöffneten Stellung, die in 2A gezeigt ist, bewegt werden. In der geschlossenen Stellung des ersten Kolbens 11a (siehe 2B und 2C) wird der konische Abschnitt 15a des ersten Kolbens 11a gegen den ersten Ventilsitz 16a gedrückt, wobei er die erste Öffnung 14a vollständig verschließt und abdichtet. Bei der Ausführungsform, die in den 2B und 2C gezeigt ist, beinhaltet die Anordnung des ersten Kolbens 11a in der geschlossenen Stellung, dass der konische Abschnitt 15a des ersten Kolbens 11a in der positiven z-Richtung 12a gegen den ersten Ventilsitz 16a gedrückt wird, d. h. nach oben in den 2B und 2C. Wenn der erste Kolben 11a in der geschlossenen Stellung ist, ist der erste Fluidanschluss 8a fluidisch vom zweiten Fluidanschluss 8b isoliert, sodass keine Flüssigkeit zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem zweiten Fluidanschluss 8b fließen kann. Und wenn der erste Kolben 11a in der geschlossenen Stellung ist, ist der erste Fluidanschluss 8a fluidisch vom dritten Fluidanschluss 8c isoliert, sodass keine Flüssigkeit zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem dritten Fluidanschluss 8c fließen kann.
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Von der geschlossenen Stellungen des ersten Kolbens 11a, die in den 2B und 2C wiedergegeben ist, kann der erste Kolben 11a in die geöffnete Stellung des ersten Kolbens 11a, die in 2A wiedergegeben ist, bewegt werden, indem der erste Kolben 11a in die negative z-Richtung 12b bewegt wird.
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Wenn der erste Kolben 11a in der geöffneten Stellung ist (siehe 2A), bildet sich eine Lücke zwischen dem konischen Abschnitt 15a des ersten Kolbens 11a und dem ersten Ventilsitz 16a, und die erste Öffnung 14a ist wenigstens teilweise freigelegt. Der erste Kolben 11a und die erste Öffnung 14a sind derart ausgebildet, dass, wenn der erste Kolben 11a in der geöffneten Stellung ist, eine erste Fluidverbindung 17a zwischen dem ersten Ventilsitz 16a und dem ersten Kolben 11a gebildet wird (siehe 2A). Das bedeutet, wenn der erste Kolben 11a in der geöffneten Stellung ist, ist der erste Fluidanschluss 8a über die erste Fluidverbindung 17a in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 8b.
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Hier wird die Bewegung des ersten Kolbens 11a aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung durch eine erste Feder 23a unterstützt, die den ersten Kolben 11a in die geöffnete Stellung vorspannt. Die erste Feder 23a stützt sich an einem ersten Stützabschnitt 24a des Ventilkörpers 9 ab und drückt gegen einen ersten Stützabschnitt 25a des ersten Kolbens 11a, um den ersten Kolben 11a in die negative z-Richtung 12b zu zwingen. Insbesondere sind die erste Feder 23a und der erste Kolben 11a derart ausgebildet, dass die erste Feder den ersten Kolben 11a in die geöffnete Stellung zwingt, sofern der erste Kolben 11a nicht durch Benutzung des ersten Elektromagneten 21a und des ersten Magneten 22a betätigt wird. Mit anderen Worten sind der erste Kolben 11a, die erste Feder 23a und die erste Öffnung 14a derart ausgebildet, dass sie ein normal offenes Ventil zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem zweiten Fluidanschluss 8b bilden. Indem der erste Kolben 11a unter Benutzung des ersten Elektromagneten 21a und des ersten Magneten 22a betätigt wird, kann der erste Kolben 11a in die positive z-Richtung 12a bewegt werden, um die erste Fluidverbindung 17a zu schließen.
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Aufgrund der konischen Form des konischen Abschnitts 15a des ersten Kolbens 11a kann der minimale Querschnitt der ersten Fluidverbindung 17a zwischen der ersten Kammer 10a und der zweiten Kammer 10b der Ventilkammer 10 kontinuierlich durch Bewegen des ersten Kolbens 11a variiert werden, was ein ruckfreies Öffnen und ein ruckfreies Schließen der ersten Fluidverbindung 17a und ein ruckfreies Bremsmanöver erlaubt.
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Der zweite Kolben 11b umfasst einen konischen Abschnitt 15b, der eingerichtet ist, teilweise in der zweiten Öffnung 14b zwischen der zweiten Kammer 10b und der dritten Kammer 10c der Ventilkammer 10 aufgenommen zu sein.
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D. h., ein Abschnitt des Ventilkörpers 9, der die zweite Öffnung 14b umgibt, bildet einen zweiten Ventilsitz 16b für den konischen Abschnitt 15b des zweiten Kolbens 11b. Der konische Abschnitt 15b des zweiten Kolbens 11b verjüngt sich entlang der z-Richtung 12, d. h. entlang der Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens 11b. Insbesondere kann ein minimaler Querschnitt des konischen Abschnitts 15b kleiner sein als der Querschnitt der zweiten Öffnung 14b am zweiten Ventilsitz 16b, und ein maximaler Querschnitt des konischen Abschnitts 15b kann größer sein als der Querschnitt der zweiten Öffnung 14b am zweiten Ventilsitz 16b, wobei die Querschnitte in der x-y-Ebene 13 senkrecht zu Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens 11b bestimmt werden.
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Der zweite Kolben 11b kann kontinuierlich zwischen einer geschlossenen Stellung, die in den 2A und 2B gezeigt ist, und einer geöffneten Stellung, die in 2C gezeigt ist, bewegt werden. In der geschlossenen Stellung des zweiten Kolbens 11b (siehe 2A und 2B) wird der konische Abschnitt 15b des zweiten Kolbens 11b gegen den zweiten Ventilsitz 16b gedrückt, wobei er die zweite Öffnung 14b vollständig verschließt und abdichtet. Bei der Ausführungsform, die in den 2A und 2B gezeigt ist, beinhaltet die Anordnung des zweiten Kolbens 11b in der geschlossenen Stellung, dass der konische Abschnitt 15b des zweiten Kolbens 11b in der negativen z-Richtung 12b gegen den zweiten Ventilsitz 16b gedrückt wird, d. h. nach unten in den 2A und 2B. Wenn der zweite Kolben 11b in der geschlossenen Stellung ist, ist der zweite Fluidanschluss 8b fluidisch vom dritten Fluidanschluss 8c isoliert, sodass keine Flüssigkeit zwischen dem zweiten Fluidanschluss 8b und dem dritten Fluidanschluss 8c fließen kann. Und wenn der zweite Kolben 11b in der geschlossenen Stellung ist, ist der erste Fluidanschluss 8a fluidisch vom dritten Fluidanschluss 8c isoliert, sodass keine Flüssigkeit zwischen dem ersten Fluidanschluss 8a und dem dritten Fluidanschluss 8c fließen kann.
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Von der geschlossenen Stellungen des zweiten Kolbens 11b, die in den 2A und 2B wiedergegeben ist, kann der zweite Kolben 11b in die geöffnete Stellung des zweiten Kolbens 11b (siehe 2C) bewegt werden, indem der zweite Kolben 11b in die positive z-Richtung 12a bewegt wird. Wenn der zweite Kolben 11b in der geöffneten Stellung ist (siehe 2C), bildet sich eine Lücke zwischen dem konischen Abschnitt 15b des zweiten Kolbens 11b und dem zweiten Ventilsitz 16b, und die zweite Öffnung 14b ist wenigstens teilweise freigelegt. Der zweite Kolben 11b und die zweite Öffnung 14b sind derart ausgebildet, dass, wenn der zweite Kolben 11b in der geöffneten Stellung ist, eine zweite Fluidverbindung 17b zwischen dem zweiten Ventilsitz 16b und dem zweiten Kolben 11b gebildet wird (siehe 2C). Das bedeutet, wenn der zweite Kolben 11b in der geöffneten Stellung ist, ist der zweite Fluidanschluss 8b über die zweite Fluidverbindung 17b in fluidischer Verbindung mit dem dritten Fluidanschluss 8c.
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Hier wird die Bewegung des zweiten Kolbens 11b aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung durch eine zweite Feder 23b unterstützt, die den zweiten Kolben 11b in die geschlossene Stellung vorspannt. Die zweite Feder 23b stützt sich an einem zweiten Stützabschnitt 24b des Ventilkörpers 9 ab und drückt gegen einen zweiten Stützabschnitt 25b des zweiten Kolbens 11b, um den zweiten Kolben 11b in die negative z-Richtung 12b zu zwingen. Insbesondere sind die zweite Feder 23b und der zweite Kolben 11b derart ausgebildet, dass die zweite Feder den zweiten Kolben 11b in die geschlossene Stellung zwingt, sofern der zweite Kolben 11b nicht durch Benutzung des zweiten Elektromagneten 21b und des zweiten Magneten 22b betätigt wird. Mit anderen Worten sind der zweite Kolben 11b, die zweite Feder 23b und die zweite Öffnung 14b derart ausgebildet, dass sie ein normal geschlossenes Ventil zwischen dem zweiten Fluidanschluss 8b und dem dritten Fluidanschluss 8c bilden. indem der zweite Kolben 11b unter Benutzung des zweiten Elektromagneten 21b und des zweiten Magneten 22b betätigt wird, kann der zweite Kolben 11b in die positive z-Richtung 12a bewegt werden, um die zweite Fluidverbindung 17b zu öffnen.
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Aufgrund der konischen Form des konischen Abschnitts 15b des zweiten Kolbens 11b kann der minimale Querschnitt der zweiten Fluidverbindung 17b zwischen der zweiten Kammer 10b und der dritten Kammer 10c der Ventilkammer 10 kontinuierlich durch Bewegen des zweiten Kolbens 11b variiert werden, was ein ruckfreies Öffnen und ein ruckfreies Schließen der zweiten Fluidverbindung 17b und ein ruckfreies Bremsmanöver erlaubt.
