DE202020005882U1

DE202020005882U1 - Ventilanordnung und Reifendruckregelsystem

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Publication number: DE202020005882U1
Application number: DE202020005882.3U
Authority: DE
Original assignee: Dana Italia SRL
Current assignee: Dana Italia SRL
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2023-01-09
Anticipated expiration: 2030-04-01

Abstract

Ventilanordnung (3), insbesondere zur Verwendung in eine Reifendruckregelanlage (1), wobei die Ventilanordnung (3) umfasst:
einen ersten Fluidanschluss (7a) und einen zweiten Fluidanschluss (7b), die über einen Fluiddurchgang (8) fluidisch miteinander verbindbar sind,
ein erstes Ventil (9) mit einer offenen Position (9') und einer geschlossenen Position (9"), wobei das erste Ventil in seiner geschlossenen Position (9") den Fluiddurchgang (8) blockiert und in seiner offenen Position (9') den Fluiddurchgang (8) freigibt,
ein zweites Ventil (10) mit einer offenen Position (10') und einer geschlossenen Position (10"), wobei das zweite Ventil (10) in seiner geschlossenen Position (10") den Fluiddurchgang (8) blockiert und in seiner offenen Position (10') den Fluiddurchgang (8) freigibt, und
ein Steuervolumen (13), das über einen Durchflussbegrenzer (14) mit dem ersten Fluidanschluss (7a) fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist,
wobei das erste Ventil (9), das zweite Ventil (10) und das Steuervolumen (13) so konfiguriert sind, dass ein Fluiddruck in dem Steuervolumen (13) sowohl das erste Ventil (9) als auch das zweite Ventil (10) in seine geschlossene Position (9", 10") vorspannt.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Ventilanordnung und auf ein Reifendruckregelsystem, die diese Ventilanordnung enthält. Beispielsweise können Ventilanordnungen und Reifendruckregelsysteme der hiervorgeschlagenen Art an Arbeitsmaschinen wie Traktoren, Radladern, Kippern, Radbaggern oder dergleichen installiert sein.
Mit Hilfe von Reifendruckregelsystemen kann der Luftdruck eines Fahrzeugreifens gemessen und angepasst werden, um die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu senken, wenn das Fahrzeug auf verschiedenen Geländetypen fährt. Beispielsweise kann der Druck eines Fahrzeugreifens gesenkt werden, um dem Fahrzeug zusätzliche Traktion zu geben, wenn das Fahrzeug auf weichem Untergrund wie Sand oder Schlamm fährt, oder der Reifendruck kann erhöht werden, um den Rollwiderstand des Fahrzeugs zu verringern, wenn das Fahrzeug auf einer Asphaltstraße fährt. Reifendruckregelsysteme umfassen in der Regel eine Hauptfluidleitung zum Aufblasen und Ablassen des Reifens, ein Radventil zur Steuerung der Vorgänge des Aufblasens des Fahrzeugreifens und des Luftablassens aus dem Fahrzeugreifen und eine Vorsteuerfluidleitung zum selektiven Öffnen und Schließen des Radventils durch Anlegen eines Vorsteuerdrucks oder eines Vorsteuerdruckimpulses an das Radventil.
WO2018082995A1 offenbart eine Ventilanordnung zur Verwendung in einem Reifendruckregelsystem, wobei die Ventilanordnung einen ersten Fluidanschluss umfasst, einen zweiten Fluidanschluss, ein bewegliches Element, das so konfiguriert ist, dass es zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegt werden kann, wobei, wenn sich das bewegliche Element in der offenen Position befindet, der erste Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss steht, und wobei, wenn sich das bewegliche Element in der geschlossenen Position befindet, der erste Fluidanschluss fluidisch von dem zweiten Fluidanschluss isoliert ist, einen ersten pneumatischen Aktuator, der in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss steht, wobei der erste pneumatische Aktuator so konfiguriert ist, dass er das bewegliche Element in Richtung der offenen Position vorspannt, einen zweiten pneumatischen Aktuator, der in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss steht, wobei der zweite pneumatische Aktuator so konfiguriert ist, dass er das bewegliche Element in Richtung der geschlossenen Position vorspannt, und einen Durchflussbegrenzer, wobei der erste Fluidanschluss über den Durchflussbegrenzer in Fluidverbindung mit dem zweiten pneumatischen Aktuator steht, beispielsweise zumindest dann, wenn das bewegliche Element in der offenen Position ist. Die Ventilanordnung gemäß WO2018082995A1 kann mit einer einzigen Fluidleitung zum Aufblasen und des Reifens und zum Luftablassen aus dem Reifen und zur Vorsteuerung der Ventilanordnung betrieben werden.
Ausgehend vom Stand der Technik befasst sich die vorliegende Offenbarung mit dem Problem der Bereitstellung einer Ventilanordnung mit verbesserter Funktionalität.
Dieses Problem wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Reifendruckregelsystem mit dieser Ventilanordnung gelöst. Besondere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die hier vorgeschlagene Ventilbaugruppe, insbesondere zur Verwendung in einem Reifendruckregelsystem, umfasst:

einen ersten Fluidanschluss und einen zweiten Fluidanschluss, die über einen Fluiddurchgang fluidisch miteinander verbindbar sind,
ein erstes Ventil mit einer offenen und einer geschlossenen Position, wobei das erste Ventil in seiner geschlossenen Position den Fluiddurchgang blockiert und in seiner offenen Position den Fluiddurchgang freigibt,
ein zweites Ventil mit einer offenen und einer geschlossenen Position, wobei das zweite Ventil in seiner geschlossenen Position den Fluiddurchgang blockiert und in seiner offenen Position den Fluiddurchgang freigibt, und
ein Steuervolumen, das über einen Durchflussbegrenzer mit dem ersten Fluidanschluss fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist,
wobei das erste Ventil, das zweite Ventil und das Steuervolumen so konfiguriert sind, dass ein Fluiddruck in dem Steuervolumen sowohl das erste Ventil als auch das zweite Ventil in seine geschlossene Position vorspannt.

Da die hier vorgeschlagene Ventilanordnung ein zweites Ventil zum Blockieren und Freigeben des Fluiddurchgangs enthält, das über einen Fluiddruck im Steuervolumen steuerbar ist, weist die Ventilanordnung eine verbesserte Funktionalität gegenüber ähnlichen bekannten Ventilanordnungen auf.
Die Ventilanordnung kann ferner einen Ventilkörper umfassen. Der Ventilkörper kann aus einem Stück gefertigt sein oder aus einzelnen Teilen bestehen, die z. B. durch Schrauben, Bolzen o. ä. miteinander verbunden sind. Der Ventilkörper kann dann mindestens den ersten Fluidanschluss, den zweiten Fluidanschluss und das Steuervolumen umfassen, oder der erste Fluidanschluss, der zweite Fluidanschluss und das Steuervolumen können dann innerhalb des Ventilkörpers ausgebildet sein. Das erste Ventil kann zumindest teilweise innerhalb des Ventilkörpers angeordnet sein. Das erste Ventil umfasst typischerweise ein erstes bewegliches Element, das in Bezug auf den Ventilkörper beweglich ist, um den Fluiddurchgang zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss selektiv zu sperren und freizugeben. Das zweite Ventil kann zumindest teilweise innerhalb des Ventilkörpers angeordnet sein. Das zweite Ventil umfasst typischerweise ein zweites bewegliches Element, das in Bezug auf den Ventilkörper beweglich ist, um den Fluiddurchgang zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss selektiv zu sperren und freizugeben.
Das erste bewegliche Element kann aus einem Kolben oder einem Ventilschieber bestehen. Das erste Ventil oder das erste bewegliche Element können so konfiguriert und mit dem ersten Fluidanschluss fluidisch verbunden oder verbindbar sein, dass ein Fluiddruck am ersten Fluidanschluss das erste Ventil und/oder das erste bewegliche Element in seine offene Position vorspannt. So kann beispielsweise das erste Ventil durch Anlegen eines Fluiddrucks am ersten Fluidanschluss oder über den ersten Fluidanschluss von seiner geschlossenen Position in seine offene Position gebracht werden.
Zusätzlich oder alternativ können das erste Ventil und/oder das erste bewegliche Element so konfiguriert und mit dem zweiten Fluidanschluss fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar sein, dass zumindest dann, wenn sich das erste Ventil in seiner geschlossenen Position befindet, ein Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss das erste Ventil in seine offene Position vorspannt. Beispielsweise kann ein Teil, der den Fluiddurchgang bildet, oder ein Teil davon einen ersten Ventilsitz für das erste bewegliche Element des ersten Ventils bilden, so dass das erste bewegliche Element gegen diesen ersten Ventilsitz gedrückt wird, wenn sich das erste Ventil in seiner geschlossenen Position befindet. Auf diese Weise kann das erste Ventil ein Ventil mit besonders geringer Leckage bilden.
Das erste bewegliche Element kann eine Betätigungsfläche umfassen, die eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche umfasst. Das erste bewegliche Element kann dann ferner so konfiguriert und mit dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss fluidisch verbunden oder verbindbar sein, dass, wenn sich das erste bewegliche Element in seiner geschlossenen Position befindet, der erste Fluidanschluss mit der ersten Teilfläche fluidisch verbunden oder verbindbar und von der zweiten Teilfläche fluidisch isoliert ist und der zweite Fluidanschluss mit der zweiten Teilfläche fluidisch verbunden oder verbindbar und von der ersten Teilfläche fluidisch isoliert ist. Oder, mit anderen Worten, das erste bewegliche Element kann so konfiguriert sein, dass, wenn sich das erste bewegliche Element in seiner geschlossenen Position befindet, ein am ersten Fluidanschluss oder über den ersten Fluidanschluss bereitgestellter Fluiddruck eine Öffnungskraft auf das erste bewegliche Element über die erste Teilfläche ausüben kann, und ein am zweiten Fluidanschluss oder über den zweiten Fluidanschluss bereitgestellter Fluiddruck eine Öffnungskraft auf das erste bewegliche Element über die zweite Teilfläche ausüben kann. Das erste bewegliche Element kann dann weiterhin so gestaltet sein, dass eine Komponente der ersten Teilfläche senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Elements größer ist als eine Komponente der zweiten Teilfläche senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Elements, vorzugsweise um einen Faktor von vier oder mehr oder um einen Faktor von zehn oder mehr.
Die Ventilanordnung kann ferner ein Vorspannelement umfassen, das das erste Ventil und/oder das erste bewegliche Element in seine geschlossene Position vorspannt. Das Vorspannelement kann eine Feder oder ein anderes elastisch komprimierbares Element umfassen. Das Vorspannelement kann beispielsweise auf dem Ventilkörper montiert sein, oder das Vorspannelement kann vollständig oder zumindest teilweise im Ventilkörper angeordnet sein.
Das zweite bewegliche Element des zweiten Ventils kann einen Kolben oder eine verformbare Membran umfassen, die zwischen dem Steuervolumen und dem Fluiddurchgang angeordnet ist. Das zweite bewegliche Element kann zum Beispiel den Fluiddurchgang und das Steuervolumen begrenzen. Das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element und der Fluiddurchgang können so konfiguriert sein, dass ein Fluiddruck im Fluiddurchgang das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element in Richtung seiner offenen Position vorspannt. Das heißt, das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element kann mit dem ersten Fluidanschluss und/oder mit dem zweiten Fluidanschluss über den Fluiddurchgang in einer solchen Weise fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar sein, dass ein an dem ersten Fluidanschluss oder über den ersten Fluidanschluss bereitgestellter Fluiddruck das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element in seine offene Position vorspannt oder vorspannen kann, und/oder dass ein an dem zweiten Fluidanschluss oder über den zweiten Fluidanschluss bereitgestellter Fluiddruck das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element in seine offene Position vorspannt oder vorspannen kann. Beispielsweise kann ein Teil, der den Fluiddurchgang bildet, oder ein Teil davon einen zweiten Ventilsitz für das zweite bewegliche Element bilden, so dass das zweite bewegliche Element gegen diesen zweiten Ventilsitz gedrückt wird, wenn sich das zweite bewegliche Element in seiner geschlossenen Position befindet. Das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element kann in seine offene Position vorgespannt sein. So kann die Ventilanordnung beispielsweise ein weiteres Vorspannelement umfassen, das das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element in Richtung seiner offenen Position vorspannt. Und wenn das zweite bewegliche Element eine verformbare Membran umfasst, kann das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element durch eine Eigensteifigkeit der verformbaren Membran in Richtung seiner offenen Position vorgespannt werden.
Das erste Ventil, das zweite Ventil und der zweite Fluidanschluss können so konfiguriert oder angeordnet sein, dass das zweite Ventil den zweiten Fluidanschluss vom ersten Ventil und/oder vom ersten beweglichen Element des ersten Ventils fluidisch isoliert, wenn sich das zweite Ventil in seiner geschlossenen Position befindet. Insbesondere kann das zweite Ventil zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Fluidanschluss entlang des Fluiddurchgangs angeordnet sein, der den ersten Fluidanschluss mit dem zweiten Fluidanschluss selektiv fluidisch verbindet. Und das erste Ventil kann zwischen dem zweiten Ventil und dem ersten Fluidanschluss entlang des Fluiddurchgangs angeordnet sein, der den ersten Fluidanschluss selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss fluidisch verbindet.
Die Ventilanordnung kann ferner ein Rückschlagventil umfassen, das das Steuervolumen selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss fluidisch verbindet. Insbesondere kann das Rückschlagventil das Steuervolumen selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss verbinden, sowohl wenn sich das zweite Ventil in der offenen Position befindet als auch wenn sich das zweite Ventil in der geschlossenen Position befindet. Das Rückschlagventil kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass es einen Fluiddruck im Steuervolumen, der das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element des zweiten Ventils in seine geschlossene Position vorspannt, und einen Fluiddruck im Fluiddurchgang oder am zweiten Fluidanschluss ausgleicht und das zweite Ventil und/oder das zweite bewegliche Element des zweiten Ventils in seine offene Position vorspannt. Insbesondere kann das Rückschlagventil so konfiguriert sein, dass es einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil vom Steuervolumen zum zweiten Fluidanschluss zulässt und einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil vom zweiten Fluidanschluss zum Steuervolumen blockiert.
Das zweite Ventil und der Fluiddurchgang können so gestaltet sein, dass der maximale Querschnitt des zweiten Ventils in seiner offenen Position kleiner ist als der Mindestquerschnitt eines Abschnitts des Fluiddurchgangs, der das erste Ventil mit dem zweiten Ventil fluidisch verbindet. In einigen Ausführungsbeispielen kann dies dazu beitragen, das erste Ventil und/oder das zweite Ventil zu schließen, indem ein Fluiddruck in einem Abschnitt des Fluiddurchgangs, der das zweite Ventil fluidisch mit dem zweiten Fluidanschluss verbindet, auf einem ausreichend hohen Niveau gehalten wird, um zu verhindern, dass sich das Rückschlagventil öffnet, wenn sich das erste Ventil in seiner offenen Position befindet und der Fluiddurchgang über den ersten Fluidanschluss entlüftet wird. Außerdem können das zweite Ventil und der Fluiddurchgang so gestaltet sein, dass ein maximaler Querschnitt des zweiten Ventils in seiner offenen Position kleiner ist als ein Mindestquerschnitt eines Abschnitts des Fluiddurchgangs, der den zweiten Fluidanschluss fluidisch mit dem zweiten Ventil verbindet, beispielsweise mindestens um den Faktor zwei, mindestens um den Faktor fünf oder mindestens um den Faktor zehn.
Die Ventilanordnung kann ferner ein drittes Ventil, eine Einlassöffnung für den Anschluss an eine Druckquelle, wie z. B. einen Kompressor, und eine Entlüftung umfassen. Das dritte Ventil kann dann dazu konfiguriert werden, selektiv eines aus Folgendem auszuführen:

fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses mit der Einlassöffnung und gleichzeitig fluidisches Isolieren des ersten Fluidanschlusses von der Entlüftung, und
fluidisches Isolieren des ersten Fluidanschlusses von der Einlassöffnung und gleichzeitig fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses mit der Atmosphäre über die Entlüftung.

Darüber hinaus kann das dritte Ventil so konfiguriert sein, dass es gleichzeitig den ersten Fluidanschluss sowohl von der Einlassöffnung als auch von der Entlüftung fluidisch isoliert.
Das hier vorgeschlagene Reifendruckregelsystem für ein Fahrzeug umfasst die zuvor beschriebene Ventilbaugruppe, einen Luftreifen, der mit dem zweiten Fluidanschluss der Ventilanordnung fluidisch verbunden ist, und eine Druckquelle, wie zum Beispiel einen Kompressor. Zur Druckbeaufschlagung und Druckentlastung des Luftreifens ist der erste Fluidanschluss der Ventilanordnung selektiv mit der Druckquelle und der Atmosphäre verbindbar. Wenn die Ventilanordnung beispielsweise das oben beschriebene dritte Ventil umfasst, kann der erste Fluidanschluss der Ventilanordnung über das dritte Ventil selektiv mit der Druckquelle und der Atmosphäre fluidisch verbunden werden. Typischerweise ist das dritte Ventil der Ventilanordnung an einem stationären Teil des Fahrzeugs angeordnet, und der erste Fluidanschluss, der zweite Fluidanschluss, der Fluiddurchgang, der den ersten Fluidanschluss selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss fluidisch verbindet, das erste bewegliche Element und das zweite bewegliche Element sind an einem Fahrzeugrad angeordnet, wobei das Fahrzeugrad drehbar an dem stationären Teil des Fahrzeugs oder in Bezug auf den stationären Teil des Fahrzeugs angebracht ist. Normalerweise umfasst das Reifendruckregelsystem außerdem eine Drehdurchführung, und das dritte Ventil und der erste Fluidanschluss der Ventilanordnung sind über die Drehdurchführung miteinander fluidisch verbunden.
Ein Verfahren zum Betreiben des Reifendruckregelsystems, um die Luft aus dem Luftreifen abzulassen, umfasst die folgenden Schritte:

fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses mit dem zweiten Fluidanschluss über den Fluiddurchgang, und
Reduzieren eines Fluiddrucks am ersten Fluidanschluss unter den Reifendruck durch fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses mit der Atmosphäre, um Luft aus dem Reifen abzulassen.

Und ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Reifendruckregelsystems, um den ersten Fluidanschluss fluidisch von dem zweiten Fluidanschluss zu isolieren, umfasst:

fluidisches Isolieren des ersten Fluidanschlusses von der Druckquelle und von der Atmosphäre, um einen Fluiddruck im Steuervolumen und einen Reifendruck auszugleichen, und
wenn ein Fluiddruck im Steuervolumen innerhalb eines Bereichs des Reifendrucks liegt, zum Beispiel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs des Reifendrucks, fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses mit der Atmosphäre und Reduzieren des Fluiddrucks am ersten Fluidanschluss, um das erste bewegliche Element in Richtung der geschlossenen Position zu bewegen.

Ausführungsbeispiele der hier vorgeschlagenen Ventilanordnung und des Reifendruckregelsystems werden in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben und sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt:

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Reifendruckregelsystem des hier vorgeschlagenen Typs;
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung des hier vorgeschlagenen Typs; und
3-5 zeigen schematisch die Verfahren zum Betreiben des Reifendruckregelsystems aus 1.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Reifendruckregelsystems 1 des hier vorgeschlagenen Typs. Das Reifendruckregelsystem 1 kann an einem Fahrzeug installiert sein, um einen Luftdruck eines Fahrzeugreifens zu regeln. Das Reifendruckregelsystem 1 kann zum Beispiel an einem Geländefahrzeug wie einem Traktor, einem Radlader, einem Kipper, einem Radbagger oder dergleichen installiert sein. Das Reifendruckregelsystem 1 beinhaltet einen Luftreifen 2, eine Ventilanordnung 3 mit einem ersten Ventil 9 und einem zweiten Ventil 10, eine Drehdurchführung 4, eine Druckquelle 5, wie zum Beispiel einen Kompressor, und eine Entlüftung 6. Die Ventilanordnung 3 verbindet den Reifen 2 selektiv fluidisch mit der Druckquelle 5 und der Entlüftung 6. Beispielsweise kann die Ventilanordnung 3 zum Aufblasen des Reifens 2 den Reifen 2 mit der Druckquelle 5 fluidisch verbinden und den Reifen 2 von der Atmosphäre fluidisch isolieren, und zum Ablassen von Luft aus dem Reifen 2 kann die Ventilanordnung 3 den Reifen 2 über die Entlüftung 6 fluidisch mit der Atmosphäre verbinden und den Reifen 2 fluidisch von der Druckquelle 5 isolieren.
In der Regel sind zumindest die Druckquelle 5 und die Entlüftung 6 in Bezug auf einen stationären Teil des Fahrzeugs, z. B. den Fahrzeugrahmen, stationär. Beispielsweise können die Druckquelle 5 und die Entlüftung 6 mit dem Fahrzeugrahmen verbunden oder an diesem montiert sein. Andererseits sind der Reifen 2 und die Ventilanordnung 3 oder zumindest ein Teil der Ventilanordnung 3 in der Regel auf einem Fahrzeugrad angeordnet, das in Bezug auf den stationären Teil des Fahrzeugs, wie beispielsweise den Fahrzeugrahmen, drehbar ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Reifendruckregelsystems 1 beinhaltet die Ventilanordnung 3 auch einen Teil, der am stationären Teil des Fahrzeugs montiert oder angeordnet ist, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Die Drehdurchführung 4 stellt die Fluidverbindung zwischen der Druckquelle 5 und der Entlüftung 6 einerseits und dem Reifen 2 andererseits her. Die Drehdurchführung 4 kann von bekannter Art sein. So kann die Drehdurchführung 4 beispielsweise Dichtungsmittel wie eine Vielzahl von Dichtringen enthalten, die zwischen einer Radnabe und einer Fahrzeugachse angebracht sind und eine ringförmige Dichtungskammer zwischen der Radnabe und der Fahrzeugachse bilden. Beispielsweise kann das Dichtungsmittel der Drehdurchführung 4 an der Radnabe montiert sein und in gleitendem Dichtungseingriff mit der Fahrzeugachse stehen, oder das Dichtungsmittel der Drehdurchführung 4 kann an der Fahrzeugachse montiert sein und in gleitendem Dichtungseingriff mit der Radnabe stehen.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Ventilanordnung 3 einen Ventilblock 3a und ein drittes Ventil 3b. Hier ist der Ventilblock 3a auf dem Fahrzeugrad montiert, und das dritte Ventil 3b ist in Bezug auf den Fahrzeugrahmen stationär. Der Ventilblock 3a und das dritte Ventil 3b stehen über die Drehdurchführung 4 in Fluidverbindung miteinander. Der Ventilblock 3a kann aus einem Stück gefertigt sein oder eine Vielzahl von separaten Teilen beinhalten, die z. B. durch Schrauben, Bolzen oder andere Verbindungsmittel miteinander verbunden sein können. Der Ventilblock 3a besteht typischerweise aus einem starren Material wie Metall und/oder Kunststoff oder beinhaltet ein solches. Der Ventilblock 3a beinhaltet einen ersten Fluidanschluss 7a und einen zweiten Fluidanschluss 7b, die über einen Fluiddurchgang 8 fluidisch miteinander verbunden sind. Der erste Fluidanschluss 7a ist über das dritte Ventil 3b selektiv mit der Druckquelle 5 und mit der Entlüftung 6 fluidisch verbunden, und der zweite Fluidanschluss 7b ist fluidisch mit dem Reifen 2 verbunden.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ventile 9, 10 im Ventilkörper 3a angeordnet oder darauf montiert. Das erste Ventil 9 kann zwischen einer offenen Position 9' und einer geschlossenen Position 9" umgeschaltet werden. Das erste Ventil 9 kann zum Beispiel ein erstes bewegliches Element wie einen Kolben, einen Schieber oder eine verformbare Membran enthalten. Das erste bewegliche Element kann so konfiguriert sein, dass das erste bewegliche Element den Fluiddurchgang 8 blockiert, wenn sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, und dass das erste bewegliche Element den Fluiddurchgang 8 freigibt, wenn sich das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9' befindet. Das zweite Ventil 10 kann zwischen einer offenen Position 10' und einer geschlossenen Position 10" umgeschaltet werden. Das zweite Ventil 10 kann zum Beispiel ein zweites bewegliches Element wie einen Kolben, einen Schieber oder eine verformbare Membran enthalten. Das zweite bewegliche Element kann so konfiguriert sein, dass das zweite bewegliche Element den Fluiddurchgang 8 blockiert, wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" befindet, und dass das zweite bewegliche Element den Fluiddurchgang 8 freigibt, wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10' befindet.
In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet das dritte Ventil 3b ein Dreiwegeventil mit drei Positionen oder Konfigurationen 3b', 3b", 3b'''. In der ersten Position oder Konfiguration 3b' verbindet das dritte Ventil 3b den ersten Fluidanschluss 7a der Ventilanordnung 3 über die Entlüftung 6 fluidisch mit der Atmosphäre und isoliert den ersten Fluidanschluss 7a fluidisch von der Druckquelle 5, wie in 1 gezeigt. In der zweiten Position oder Konfiguration 3b" isoliert das dritte Ventil 3b den ersten Fluidanschluss 7a der Ventilanordnung 3 fluidisch von der Druckquelle 5 und der Entlüftung 6. In der dritten Position oder Konfiguration 3b''' verbindet das dritte Ventil 3b den ersten Fluidanschluss 7a der Ventilanordnung 3 fluidisch mit der Druckquelle 5 und isoliert den ersten Fluidanschluss 7a fluidisch von der Entlüftung 6. Das dritte Ventil 3b kann mit Hilfe eines Aktuators 16, z. B. eines Magneten, zwischen den Positionen oder Konfigurationen 3b', 3b", 3b''' umgeschaltet werden. Das dritte Ventil 3b kann durch ein Vorspannelement 17, z. B. eine Feder, in die erste Position oder Konfiguration 3b' vorgespannt sein.
Die Ventile 9, 10 sind in Reihe zwischen dem ersten Fluidanschluss 7a und dem zweiten Fluidanschluss 7b entlang des Fluiddurchgangs 8 angeordnet. Die Fluidanschlüsse 7a, 7b der Ventilanordnung 3 können über den Fluiddurchgang 8 fluidisch miteinander verbunden werden, indem beide Ventile 9, 10 in ihre offene Position 9', 10' geschaltet werden. Und der Fluiddurchgang 8 kann durch Umschalten eines oder beider Ventile 9, 10 in die geschlossene Position 9", 10" blockiert werden. Die Fluidanschlüsse 7a, 7b, der Fluiddurchgang 8 und die Ventile 9, 10 sind so konfiguriert, dass das erste Ventil 9 den Fluiddurchgang 8 zwischen dem ersten Fluidanschluss 7a und dem zweiten Ventil 10 blockiert, wenn sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, und dass das zweite Ventil 10 den Fluiddurchgang 8 zwischen dem zweiten Fluidanschluss 7b und dem ersten Ventil 9 blockiert, wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" befindet.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Ventil 9 als ein normalerweise geschlossenes Ventil konfiguriert, das in seine geschlossene Position 9" vorgespannt ist, und das zweite Ventil 10 ist als ein normalerweise offenes Ventil konfiguriert, das in seine offene Position 10' vorgespannt ist. So kann die Ventilanordnung 3 beispielsweise ein erstes Vorspannelement 11 umfassen, das das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9" vorspannt. Das erste Vorspannelement 11 kann eine Feder oder ein anderes elastisch verformbares Element beinhalten. Und die Ventilanordnung 3 kann ein zweites Vorspannelement 12 umfassen, das das zweite Ventil 10 in seine offene Position 10' vorspannt. Das zweite Vorspannelement 11 kann zum Beispiel eine Feder oder ein anderes elastisch verformbares Element beinhalten.
Das erste Ventil 9 ist als pneumatisch steuerbares Ventil ausgeführt. Das erste Ventil 9 umfasst einen pneumatischen Aktuator 9a, der so konfiguriert ist, dass er das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9" vorspannt. Das erste Ventil 9 kann darüber hinaus einen oder mehrere pneumatische Aktuatoren, wie z. B. die pneumatischen Aktuatoren 9b, 9c, umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie das erste Ventil 9 in seine offene Position 9' vorspannen. Entsprechend ist das zweite Ventil 10 als pneumatisch steuerbares Ventil ausgeführt. Das zweite Ventil 10 umfasst einen pneumatischen Aktuator 10a, der so konfiguriert ist, dass er das zweite Ventil 10 in seine geschlossene Position vorspannt. Und das zweite Ventil 10 kann einen oder mehrere pneumatische Aktuatoren, wie z. B. die pneumatischen Aktuatoren 10b, 10c, umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie das zweite Ventil 10 in seine offene Position 10' vorspannen.
Die Ventilanordnung 3 umfasst außerdem ein Steuervolumen 13 und einen Durchflussbegrenzer 14. Das Steuervolumen 13 ist über den Durchflussbegrenzer 14 mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar. Der Durchflussbegrenzer 14 kann eine Öffnung, ein Drosselventil oder Ähnliches umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Mindestquerschnitt des Durchflussbegrenzers 14 steuerbar sein, um den Fluidstrom durch den Durchflussbegrenzer 14 zu regeln. Der Durchflussbegrenzer 14 und das Steuervolumen 13 können im Ventilblock 3a angeordnet oder ausgebildet sein. Die Ventilanordnung 3 kann ferner ein Rückschlagventil 20 umfassen, das das Steuervolumen 13 selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss 7b fluidisch verbindet. Das Rückschlagventil 20 ist so konfiguriert, dass es einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil 20 vom Steuervolumen 13 zum zweiten Fluidanschluss 7b zulässt und einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil 20 vom zweiten Fluidanschluss 7b zum Steuervolumen 13 blockiert. Wenn ein Fluiddruck im Steuervolumen 13 höher ist als der Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 7b, kann Fluid aus dem Steuervolumen 13 durch das Rückschlagventil 20 in Richtung des zweiten Fluidanschlusses 7b fließen, sowohl wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10' als auch wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" befindet.
Der pneumatische Aktuator 9a des ersten Ventils 9 ist über den Durchflussbegrenzer 14 mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar. Ferner ist der pneumatische Aktuator 9a des ersten Ventils 9 mit dem Steuervolumen 13 fluidisch verbunden, so dass ein Fluiddruck im Steuervolumen 13 das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9" vorspannt. Und der pneumatische Aktuator 9b des ersten Ventils 9 ist mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden. Insbesondere ist der pneumatische Aktuator 9b des ersten Ventils 9 sowohl in der offenen Position 9' als auch in der geschlossenen Position 9" des ersten Ventils 9 mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden. Ein Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a drückt das erste Ventil 9 in seine offene Position 9'.
Ein Mindestquerschnitt des Durchflussbegrenzers 14 ist kleiner als der Mindestquerschnitt einer Fluidverbindung 18 zwischen dem pneumatischen Aktuator 9b des ersten Ventils 9 und dem ersten Fluidanschluss, zum Beispiel um den Faktor 10 oder mehr, um den Faktor 50 oder mehr oder um den Faktor 100 oder mehr. Auf diese Weise ist der Durchflussbegrenzer 14 so konfiguriert, dass er, wenn ein hoher Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a angelegt wird, beispielsweise mittels der Druckquelle 5, einen Anstieg des Fluiddrucks im Steuervolumen 13 und die Vorspannung des ersten Ventils 9 in Richtung seiner geschlossenen Position 9" über den pneumatischen Aktuator 9a gegenüber einem Anstieg des Fluiddrucks verzögert, der das erste Ventil 9 in Richtung seiner offenen Position 9' über den pneumatischen Aktuator 9b vorspannt. So kann das erste Ventil 9 durch Anlegen eines hohen Fluiddrucks, vorzugsweise eines kurzen Hochdruckimpulses am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a, in seine offene Position 9' geschaltet werden. In ähnlicher Weise ist der Durchflussbegrenzer 14 so konfiguriert, dass er, wenn der erste Fluidanschluss 7a mit einem niedrigen Druck in Fluidverbindung steht, z. B. durch fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses 7a mit der Atmosphäre über die Entlüftung 6, eine Abnahme des Fluiddrucks im Steuervolumen 13 verzögert und das erste Ventil 9 über den pneumatischen Aktuator 9a in seine geschlossene Position 9" vorspannt, im Vergleich zu einer Abnahme des Fluiddrucks, der das erste Ventil 9 über den pneumatischen Aktuator 9b in seine offene Position 9' vorspannt. So kann das erste Ventil 9 durch Absenken eines Fluiddrucks am ersten Fluidanschluss 7a, vorzugsweise durch abruptes Absenken eines Fluiddrucks am ersten Fluidanschluss 7a, in seine geschlossene Position 9" geschaltet werden.
Der pneumatische Aktuator 10a des zweiten Ventils 10 ist über den Durchflussbegrenzer 14 mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar. Ferner ist der pneumatische Aktuator 10a des zweiten Ventils 10 mit dem Steuervolumen 13 fluidisch verbunden, so dass ein Fluiddruck im Steuervolumen 13 das zweite Ventil 10 in seine geschlossene Position 10" vorspannt. Und der pneumatische Aktuator 10b des zweiten Ventils 10 ist mit dem zweiten Fluidanschluss 7b fluidisch verbunden. Insbesondere ist der pneumatische Aktuator 10b des zweiten Ventils 10 sowohl in der offenen Position 10' als auch in der geschlossenen Position 10" des zweiten Ventils 10 mit dem zweiten Fluidanschluss 7b fluidisch verbunden. Ein Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 7b oder über den zweiten Fluidanschluss 7b drückt das zweite Ventil 10 in seine offene Position 10'.
Der pneumatische Aktuator 9c des ersten Ventils 9 ist mit einem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8 zwischen den Ventilen 9, 10 fluidisch verbunden. Wenn sich also das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10' befindet, wird das erste Ventil 9 über den pneumatischen Aktuator 9c durch einen Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 7b oder über den zweiten Fluidanschluss 7b in seine offene Position 9' vorgespannt. Wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10' befindet, drückt ein Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 7b oder über den zweiten Fluidanschluss 7b das erste Ventil 9 über den pneumatischen Aktuator 9c in seine offene Position 9', sowohl wenn sich das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9' befindet als auch wenn sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet.
Der pneumatische Aktuator 10c des zweiten Ventils 10 ist mit dem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8 zwischen den Ventilen 9, 10 fluidisch verbunden. Wenn sich also das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9' befindet, wird das zweite Ventil 10 über den pneumatischen Aktuator 10c durch einen Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a in seine offene Position 10' vorgespannt. Genauer gesagt drückt, wenn sich das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9' befindet, ein Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a das zweite Ventil 10 über den pneumatischen Aktuator 10c in seine offene Position 10', sowohl wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10' befindet als auch wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" befindet.
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Ventilblocks 3a der Ventilanordnung 3 aus 1. Hier und im Folgenden sind gleiche oder ähnliche Merkmale, die in verschiedenen Figuren wiederkehren, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der in 2 dargestellte Ventilblock 3a besteht aus drei Teilen 3a', 3a", 3a''' die z. B. durch Schrauben oder Bolzen (nicht dargestellt) miteinander verbunden sind. Die Teile 3a', 3a", 3a''' können zum Beispiel aus Metall bestehen. Dichtungselemente 19a, 19b, die zwischen den Teilen 3a', 3a" und zwischen den Teilen 3a", 3a''' des Ventilblocks 3a angeordnet sind, können einen Innenraum des Ventilblocks 3a gegenüber der den Ventilblock 3a umgebenden Atmosphäre abdichten.
In 2 sind im Ventilblock 3a ein erster Fluidanschluss 7a, ein zweiter Fluidanschluss 7b und ein Fluiddurchgang 8, der die Fluidanschlüsse 7a, 7b selektiv fluidisch verbindet, ausgebildet. Außerdem sind im Ventilblock 3a ein Steuervolumen 13 und ein Durchflussbegrenzer 14 wie eine Öffnung, ein Drosselventil oder ein Fluidkanal mit reduziertem Querschnitt ausgebildet. Das Steuervolumen 13 ist über den Durchflussbegrenzer 14 mit dem ersten Fluidanschluss 7a fluidisch verbunden. Ein erstes Ventil 9 mit einem ersten beweglichen Element 109, wie z. B. einem Kolben, und ein zweites Ventil 10 mit einem zweiten beweglichen Element 110 sind in dem Ventilblock 3a angeordnet oder ausgebildet. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite bewegliche Element 110 des zweiten Ventils 10 als elastisch verformbare Membran ausgebildet. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsbeispielen das zweite bewegliche Element 110 als Kolben, Spule oder dergleichen ausgeführt sein kann. Wie oben unter Bezug auf 1 beschrieben, sind die Ventile 9, 10 in Reihe zwischen dem ersten Fluidanschluss 7a und dem zweiten Fluidanschluss 7b entlang des Fluiddurchgangs 8 angeordnet. Außerdem verbindet ein Rückschlagventil 20 das Steuervolumen 13 selektiv immer fluidisch mit dem zweiten Fluidanschluss 7b. Das Rückschlagventil 20 ist so konfiguriert, dass es einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil 20 vom Steuervolumen 13 zum zweiten Fluidanschluss 7b zulässt und einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil 20 vom zweiten Fluidanschluss 7b zum Steuervolumen 13 blockiert.
Das erste bewegliche Element 109 des ersten Ventils 9 ist entlang einer ersten Ventilachse 21 beweglich. Konkret ist das erste bewegliche Element 109 zwischen zwei Teilen 22, 23 beweglich, die auf gegenüberliegenden Seiten des ersten beweglichen Elements 109 entlang der ersten Ventilachse 21 angeordnet sind. Der Teil 22 wird durch den Ventilblock 3a oder in diesem gebildet. Der Teil 22 bildet einen ersten Ventilsitz für das erste bewegliche Element 109. Der Teil 22 bildet einen mechanischen Anschlag für eine Bewegung des ersten beweglichen Elements 109 in einer ersten Richtung entlang der ersten Ventilachse 21. Entsprechend wird der Teil 23 wird durch den Ventilblock 3a oder in diesem gebildet. Der Teil 23 bildet einen mechanischen Anschlag für eine Bewegung des ersten beweglichen Elements 109 in einer zweiten Richtung entlang der ersten Ventilachse 21, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
Wenn das erste bewegliche Element 109 gegen den ersten Ventilsitz gedrückt wird, der, wie in 2 gezeigt, durch den Teil 22 gebildet wird, blockiert das erste bewegliche Element 109 den Fluiddurchgang 8 und das erste Ventil 9 befindet sich in seiner geschlossenen Position 9". Wenn sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, kann kein Fluid von dem ersten Fluidanschluss 7a über den Fluiddurchgang 8 zum zweiten Fluidanschluss 7b fließen und umgekehrt. Wenn das erste bewegliche Element 109 von dem durch den Teil 22 gebildeten Ventilsitz abgehoben wird, gibt das erste bewegliche Element 109 den Fluiddurchgang 8 frei und das erste Ventil 9 befindet sich in seiner offenen Position 9' (in 2 nicht dargestellt). Befindet sich das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9', kann Fluid zwischen dem ersten Fluidanschluss 7a und dem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8, der das erste Ventil 9 fluidisch mit dem zweiten Ventil 10 verbindet, fließen.
Das erste bewegliche Element 109 hat eine erste Betätigungsfläche 25 und eine zweite Betätigungsfläche, die einen pneumatischen Aktuator 9a bilden. Die erste Betätigungsfläche 25 befindet sich auf einer Seite des ersten beweglichen Elements 109 entlang der ersten Ventilachse 21, die dem Teil 22 zugewandt ist. Die zweite Betätigungsfläche 9a ist auf einer Seite des ersten beweglichen Elements 109 entlang der ersten Ventilachse 21 angeordnet, die dem Teil 23 zugewandt ist. Ein Fluiddruck, der auf die erste Betätigungsfläche 25 des ersten beweglichen Elements 109 oder auf einen Teil davon wirkt, drückt das erste bewegliche Element 109 so, dass es sich vom Ventilsitz, der durch den Teil 22 gebildet wird, abhebt und dadurch das erste Ventil 9 in seine offene Position 9' drückt. Und ein Fluiddruck, der auf die zweite Betätigungsfläche 9a des ersten beweglichen Elements 109 oder auf einen Teil davon wirkt, drückt das erste bewegliche Element 109 in Richtung des durch den Teil 22 gebildeten Ventilsitzes, wodurch das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9" gedrückt wird.
Die erste Betätigungsfläche 25 des ersten Ventilelements 109 oder ein Teil davon steht in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss 7a und ist selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss 7b in fluidisch verbunden. Die erste Betätigungsfläche 25 des ersten Ventilelements 109 hat eine erste Teilfläche, die einen pneumatischen Aktuator 9b bildet, und eine zweite Teilfläche, die einen pneumatischen Aktuator 9c bildet.
Die zweite Betätigungsfläche 9a des ersten Ventilelements 109 oder ein Teil davon begrenzt das Steuervolumen 13 und steht mit dem Steuervolumen 13 in Fluidverbindung. Ein Mindestquerschnitt des Durchflussbegrenzers 14 ist kleiner als der Mindestquerschnitt einer Fluidverbindung 18 zwischen dem pneumatischen Aktuator 9b des ersten Ventils 9 und dem ersten Fluidanschluss 7a, zum Beispiel um den Faktor 10 oder mehr, um den Faktor 50 oder mehr oder um den Faktor 100 oder mehr. Ein Vorspannelement 11, wie z. B. eine Feder, stützt sich auf einem Teil 24 ab, der von dem Ventilblock 3a gebildet wird oder sich in diesem befindet. Das Vorspannelement 11 drückt das erste bewegliche Element 109 in Richtung des ersten Ventilsitzes, der durch den Teil 22 gebildet wird, und drückt dadurch das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9".
Das erste bewegliche Element 109, eine Fluidverbindung 18 zwischen dem ersten beweglichen Element 109 und dem ersten Fluidanschluss 7a und der Fluiddurchgang 8 sind so konfiguriert, dass, wenn das erste bewegliche Element 109 gegen den Teil 22 gedrückt wird und sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, der Teil 22 den ersten Fluidanschluss 7a von der zweiten Teilfläche der ersten Betätigungsfläche 25, die den pneumatischen Aktuator 9c bildet, fluidisch isoliert. Wenn also das erste bewegliche Element 109 gegen den Teil 22 gedrückt wird und sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, übt ein Fluiddruck, der am ersten Fluidanschluss 7a oder über den ersten Fluidanschluss 7a aufgebracht wird, eine Öffnungskraft auf das erste bewegliche Element 109 über die erste Teilfläche der ersten Betätigungsfläche 25 aus, die den pneumatischen Aktuator 9b bildet, wobei die Öffnungskraft das erste bewegliche Element 109 vorspannt, um den durch den Teil 22 gebildeten Ventilsitz abzuheben. Eine Komponente der ersten Teilfläche, die den pneumatischen Aktuator 9b senkrecht zur ersten Ventilachse 21 bildet, ist größer als eine Komponente der zweiten Teilfläche, die den pneumatischen Aktuator 9c senkrecht zur ersten Ventilachse 21 bildet, beispielsweise mindestens um den Faktor vier oder mindestens um den Faktor zehn.
Ferner sind das erste bewegliche Element 109, der zweite Fluidanschluss 7b und der Fluiddurchgang 8 so konfiguriert, dass, wenn das erste bewegliche Element 109 gegen den Teil 22 gedrückt wird und das erste Ventil 9 sich in seiner geschlossenen Position 9" befindet, der zweite Fluidanschluss 7b mit der zweiten Teilfläche der ersten Betätigungsfläche 25, die den pneumatischen Aktuator 9c bildet, fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist, und der Teil 22 den zweiten Fluidanschluss 7b von der ersten Teilfläche der ersten Betätigungsfläche 25, die den pneumatischen Aktuator 9b bildet, fluidisch isoliert. Wenn also das erste bewegliche Element 109 gegen den Teil 22 gedrückt wird und sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" befindet, übt ein Fluiddruck, der am zweiten Fluidanschluss 7b oder über den zweiten Fluidanschluss 7b aufgebracht wird, eine Öffnungskraft auf das erste bewegliche Element 109 über die zweite Teilfläche der ersten Betätigungsfläche 25 aus, die den pneumatischen Aktuator 9c bildet, wobei die Öffnungskraft das erste bewegliche Element 109 vorspannt, um den durch den Teil 22 gebildeten Ventilsitz abzuheben.
Das zweite bewegliche Element 110 des zweiten Ventils 10 ist entlang einer zweiten Ventilachse 27 beweglich. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Ventilachse 21 und die zweite Ventilachse 27 parallel angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Ausführungsbeispielen die Achsen 21, 27 anders zueinander angeordnet sein können. Ein Teil der elastisch verformbaren Membran, die das zweite bewegliche Element 110 bildet, ist entlang der zweiten Ventilachse 27 in Richtung eines Teils 28 beweglich oder verformbar, der durch den Ventilblock 3a oder in diesem gebildet wird. Der Teil 28 bildet einen Ventilsitz für das zweite bewegliche Element 110. Der Teil 28 bildet einen mechanischen Anschlag für eine Bewegung des zweiten beweglichen Elements 110 oder eines Teils davon entlang der zweiten Ventilachse 27.
Wenn das zweite bewegliche Element 110 oder ein Teil davon gegen den Ventilsitz gedrückt wird, der von dem Teil 28 (in 2 nicht dargestellt) gebildet wird, blockiert das zweite bewegliche Element 110 den Fluiddurchgang 8 und das zweite Ventil 10 befindet sich in seiner geschlossenen Position 10". Wenn sich das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" befindet, kann kein Fluid von dem ersten Fluidanschluss 7a über den Fluiddurchgang 8 zum zweiten Fluidanschluss 7b fließen und umgekehrt. Und wenn keine Nettokraft auf das zweite bewegliche Element 110 entlang der zweiten Ventilachse 27 ausgeübt wird, hebt eine Steifigkeit der elastisch verformbaren Membran, die das zweite bewegliche Element 110 bildet, das zweite bewegliche Element 28 vom Ventilsitz ab, der durch den Teil 28 gebildet wird, wodurch das zweite Ventil 10 in Richtung seiner offenen Position 10' vorgespannt wird. Befindet sich das zweite Ventil 10 in seiner offenen Position 10', kann Fluid zwischen dem zweiten Fluidanschluss 7b und dem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8, der das erste Ventil 9 fluidisch mit dem zweiten Ventil 10 verbindet, fließen.
Das zweite bewegliche Element 110 hat eine erste Betätigungsfläche 10b und eine zweite Betätigungsfläche 10a, die auf axial gegenüberliegenden Seiten des zweiten beweglichen Elements 110 entlang der zweiten Ventilachse 27 angeordnet sind. Die erste Betätigungsfläche 10b befindet sich auf einer Seite des zweiten beweglichen Elements 110 entlang der zweiten Ventilachse 27, die dem Teil 28 zugewandt ist. Die zweite Betätigungsfläche 10a ist auf einer Seite des ersten beweglichen Elements 110 entlang der zweiten Ventilachse 27 angeordnet, die dem Steuervolumen 13 zugewandt ist. Die zweite Betätigungsfläche 10a begrenzt das Steuervolumen 13. Die erste Betätigungsfläche 10b oder ein Teil davon steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 7b und mit dem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8, der die Ventile 9, 10 fluidisch miteinander verbindet. Ein Fluiddruck, der auf die erste Betätigungsfläche 10b des zweiten beweglichen Elements 110 oder auf einen Teil davon wirkt, drückt das zweite bewegliche Element 110 so, dass es sich vom Ventilsitz, der durch den Teil 28 gebildet wird, abhebt und dadurch das zweite Ventil 10 in seine offene Position 10' drückt. Und ein Fluiddruck, der auf die zweite Betätigungsfläche 10a des zweiten beweglichen Elements 110 wirkt, drückt das zweite erste Ventil 10 in seine geschlossene Position 10". In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein maximaler Querschnitt des zweiten Ventils 10 in seiner offenen Position 10', insbesondere ein Querschnitt eines zwischen dem zweiten beweglichen Element 110 und dem Teil 28 gebildeten Durchgangs, kleiner als ein Mindestquerschnitt des Abschnitts 8a des Fluiddurchgangs 8, der die Ventile 9, 10 fluidisch verbindet, beispielsweise mindestens um den Faktor 2, mindestens um den Faktor 5 oder mindestens um den Faktor 10.
3 zeigt schematisch ein Flussdiagramm mit den Schritten zum Betreiben des Reifendruckregelsystems 1 aus 1, um den Luftreifen 2 über die Ventilanordnung 3 aufzublasen. Zu Beginn, bei 301, befindet sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" und das dritte Ventil 3b in seiner ersten Position 3b', die den ersten Fluidanschluss 7a über die Entlüftung 6 mit der Atmosphäre fluidisch verbindet. Der erste Fluidanschluss 7a steht unter Atmosphärendruck. Das zweite Ventil 10 befindet sich in seiner offenen Position 10'. Anschließend wird bei 302 das dritte Ventil 3b in seine dritte Position 3b''' geschaltet, um den ersten Fluidanschluss 7a mit der Druckquelle 5 zu verbinden. Anschließend, bei 303, setzt die Druckquelle 5 den ersten Fluidanschluss 7a unter Druck, wodurch das bewegliche Element 109 des ersten Ventils 9 in seine offene Position 9' bewegt wird, um die Fluidanschlüsse 7a, 7b miteinander zu verbinden. Anschließend, bei 304, setzt die Druckquelle 5 den Luftreifen über den Fluiddurchgang 8 unter Druck, wodurch der Reifen 2 aufgepumpt wird. Während dieses Vorgangs gewährleistet das Rückschlagventil 20, dass ein Fluiddruck im Steuervolumen 13 den Schwellendruck nicht überschreitet, bei dem der Fluiddruck im Steuervolumen 13 das zweite bewegliche Element 110 gegen den Teil 28 drücken kann, wodurch das zweite Ventil 10 geschlossen und der Fluidstrom in den Reifen 2 unterbrochen wird.
4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm mit den Schritten zum Betreiben des Reifendruckregelsystems 1 aus 1, um das erste Ventil 9 zu schließen und die Fluidanschlüsse 7a, 7b fluidisch voneinander zu isolieren. Zu Beginn, bei 401, befinden sich die Ventile 9, 10 in ihrer offenen Position 9', 10', und ein Fluid, wie z. B. Luft, strömt zwischen den Fluidanschlüssen 7a, 7b über den Fluiddurchgang 8. Anschließend wird bei 402 das dritte Ventil 3b in seine zweite Position 3b" geschaltet, wobei dadurch der erste Fluidanschluss 7a fluidisch von der Druckquelle 5 und von der Atmosphäre isoliert wird. Anschließend, bei 403, bewirkt das dritte Ventil 3b in seiner zweiten Position 3b", dass sich der Fluiddruck im Reifen 2 und der Fluiddruck im Ventilblock 3a einschließlich des Fluiddurchgangs 8 und des Steuervolumens 13 ausgleichen. Da der Durchflussbegrenzer 14 den Druckausgleich zwischen dem Fluiddurchgang 8 und dem Steuervolumen 13 verzögern kann, sollte das dritte Ventil 3b vorzugsweise für einen ausreichend langen Zeitraum in seiner zweiten Position 3b" gehalten werden, damit sich der Fluiddruck im Steuervolumen 13 und im Fluiddurchgang 8 ausgleichen oder eine Druckdifferenz zwischen dem Fluiddurchgang 8 und dem Steuervolumen 13 unter eine Schwellendruckdifferenz fallen kann. Anschließend wird bei 404 das dritte Ventil 3b in seine erste Position 3b' geschaltet, um den ersten Fluidanschluss 7a über die Entlüftung 6 mit der Atmosphäre fluidisch zu verbinden.
Anschließend, bei 405, fällt der Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a ab, was einen Fluidstrom vom zweiten Fluidanschluss 7b über den ersten Fluidanschluss 7a zur Entlüftung 6 bewirkt. Da der Durchflussbegrenzer 14 den Druckabfall im Steuervolumen 13 in Bezug auf den Druckabfall am ersten Fluidanschluss 7a und zumindest innerhalb des Abschnitts 8a des Fluiddurchgangs 8 verzögert, drückt anschließend bei 406 der Druckunterschied zwischen dem Steuervolumen 13 und dem Abschnitt 8a des Fluiddurchgangs 8 das zweite bewegliche Element 110 gegen den Teil 28, wodurch das zweite Ventil 10 geschlossen und der Fluidstrom vom zweiten Fluidanschluss 7b zum ersten Fluidanschluss 7a unterbrochen wird. In dieser Situation verhindert die Tatsache, dass der maximale Querschnitt des zweiten Ventils 10 in seiner offenen Position 10', genauer gesagt der Querschnitt des Durchgangs zwischen dem beweglichen Element 110 und dem Teil 28, kleiner ist als der Mindestquerschnitt des Abschnitts 8a des Fluiddurchgangs 8, dass der Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 7b sofort abfällt und somit das Rückschlagventil 20 geschlossen bleibt, insbesondere so lange, bis das zweite Ventil 10 geschlossen ist.
Da das zweite Ventil 10 in seiner geschlossenen Position 10" den pneumatischen Aktuator 9c des ersten Ventils 9 vom zweiten Fluidanschluss 7b und dem Reifen 2 fluidisch isoliert (siehe 1 und 2), verringert das Schließen des zweiten Ventils 10 eine Öffnungskraft, die auf das erste bewegliche Element 109 des ersten Ventils 9 über den pneumatischen Aktuator 9c des ersten Ventils 9 ausgeübt wird. Und anschließend, bei 407, fällt der Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a unter einen Schwellenwert, wodurch das Vorspannelement 11 das erste bewegliche Element 109 des ersten Ventils 9 gegen den Teil 22 drücken und das erste Ventil 9 schließen kann.
5 zeigt schematisch ein Flussdiagramm mit den Schritten zum Betreiben des Reifendruckregelsystems 1 aus 1, um über die Ventilanordnung 3 Luft aus dem Luftreifen 2 abzulassen. Zu Beginn, bei 501, befindet sich das erste Ventil 9 in seiner geschlossenen Position 9" und das dritte Ventil 3b in seiner ersten Position 3b', die den ersten Fluidanschluss 7a über die Entlüftung 6 mit der Atmosphäre fluidisch verbindet. Der erste Fluidanschluss 7a steht unter Atmosphärendruck. Das zweite Ventil 10 befindet sich in seiner offenen Position 10'. Anschließend wird bei 502 das dritte Ventil 3b in seine dritte Position 3b''' geschaltet, um den ersten Fluidanschluss 7a mit der Druckquelle 5 zu verbinden. Anschließend, bei 503, setzt die Druckquelle 5 den ersten Fluidanschluss 7a unter Druck, wodurch das erste bewegliche Element 109 des ersten Ventils 9 in seine offene Position 9' bewegt wird, um die Fluidanschlüsse 7a, 7b miteinander zu verbinden. Vorzugsweise ist der von der Druckquelle 5 bei 503 aufgebrachte Druckimpuls lang und/oder stark genug, um das erste bewegliche Element 109 von dem Teil 22 abzuheben und das erste Ventil 9 zu öffnen, und kurz genug, um den Fluiddruck innerhalb des Steuervolumens 13 nicht über einen Maximalwert, z. B. nahe dem Atmosphärendruck, zu erhöhen. Und anschließend wird bei 504 das dritte Ventil 3b wieder in seine erste Position 3b' geschaltet, wobei dadurch der erste Fluidanschluss 7a über die Entlüftung 6 mit der Atmosphäre fluidisch verbunden wird.
Vorzugsweise wird bei 504 der Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a langsam genug abgesenkt, um das Schließen des ersten Ventils 9 zu verhindern. Das dritte Ventil 3b kann beispielsweise als ein Proportionalventil konfiguriert sein, das die Steuerung eines Mindestquerschnitts des dritten Ventils 3b ermöglicht, wenn sich das dritte Ventil 3b in seiner ersten Position 3b' befindet. Alternativ kann die Ventilanordnung 3 ein zusätzliches Proportionalventil enthalten, das den ersten Fluidanschluss 7a mit der Entlüftung 6 fluidisch verbindet. Und anschließend, bei 505, kann der Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 7a weiter unter einen Schwellenwert gesenkt werden, damit das Vorspannelement 11 das erste Ventil 9 schließen kann.
Wichtige Konstruktionsparameter der Ventilanordnung 3 sind der maximale zulässige Reifendruck und der minimale zulässige Reifendruck. Falls oder wenn der Druck im Reifen 2 zu hoch ist, kann sich das erste Ventil 9 öffnen und die Luft aus dem Reifen 2 ablassen. Und falls oder wenn die Luft aus dem Reifen 2 abgelassen wird und der Druck im Inneren des Reifens 2 zu niedrig ist, reicht ein Gegendruck, der über die pneumatischen Aktuatoren 9b, 9c auf das erste bewegliche Element 109 wirkt, möglicherweise nicht aus, um das erste Ventil 9 in seiner offenen Position 9' zu halten. Die entsprechenden Beziehungen oder Gleichungen lauten $F_{11} > A_{9 c} \cdot P_{max},$
und $F_{11} < (A_{9 b} - A_{9 a}) \cdot P_{min},$
wobei F₁₁ die Vorspannung des Vorspannelements 11 ist, das das erste Ventil 9 in seine geschlossene Position 9" vorspannt, A_9a die Komponente der Fläche des pneumatischen Aktuators 9a senkrecht zur ersten Ventilachse 21 ist, wenn das erste Ventil 9 vollständig geöffnet ist und das erste bewegliche Element 109 gegen den Abschnitt 23 gedrückt wird, A_9b, A_9c die Komponenten der Flächen der pneumatischen Aktuatoren 9a-c senkrecht zur ersten Ventilachse 21 sind, wie in 2 dargestellt, und P_min und P_max der minimale Reifendruck bzw. der maximale Reifendruck sind. Wenn die Werte von P_min und P_max als Konstruktionseingaben verwendet werden, können die obigen Gleichungen (1) und (2) wie folgt kombiniert werden, um den möglichen Bereich für die Vorspannung des Vorspannelements 11 und die relativen Bereiche der pneumatischen Aktuatoren 9a-c des ersten beweglichen Elements 109 zu ermitteln: $(A_{9 b} - A_{9 a}) / A_{9 c} > P_{max} / P_{min} .$
Wenn A_9a und A_9b so gewählt werden, dass A_9b >> A_9a, kann Gleichung (3) angenähert werden durch: $A_{9 b} / A_{9 c} > P_{max} / P_{min} .$
Typische Werte für P_min und P_max können zum Beispiel P_min=0.3 Mpa und P_max=0.03 Mpa sein. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Werte verwendet werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018082995 A1 [0003]

Claims

Ventilanordnung (3), insbesondere zur Verwendung in eine Reifendruckregelanlage (1), wobei die Ventilanordnung (3) umfasst: einen ersten Fluidanschluss (7a) und einen zweiten Fluidanschluss (7b), die über einen Fluiddurchgang (8) fluidisch miteinander verbindbar sind, ein erstes Ventil (9) mit einer offenen Position (9') und einer geschlossenen Position (9"), wobei das erste Ventil in seiner geschlossenen Position (9") den Fluiddurchgang (8) blockiert und in seiner offenen Position (9') den Fluiddurchgang (8) freigibt, ein zweites Ventil (10) mit einer offenen Position (10') und einer geschlossenen Position (10"), wobei das zweite Ventil (10) in seiner geschlossenen Position (10") den Fluiddurchgang (8) blockiert und in seiner offenen Position (10') den Fluiddurchgang (8) freigibt, und ein Steuervolumen (13), das über einen Durchflussbegrenzer (14) mit dem ersten Fluidanschluss (7a) fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist, wobei das erste Ventil (9), das zweite Ventil (10) und das Steuervolumen (13) so konfiguriert sind, dass ein Fluiddruck in dem Steuervolumen (13) sowohl das erste Ventil (9) als auch das zweite Ventil (10) in seine geschlossene Position (9", 10") vorspannt.
Ventilanordnung (3) nach Anspruch 1, wobei das erste Ventil (9) so konfiguriert und mit dem ersten Fluidanschluss (7a) fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist, dass ein Fluiddruck am ersten Fluidanschluss (7a) das erste Ventil (9) in Richtung seiner offenen Position (9') vorspannt.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (9) so konfiguriert und mit dem zweiten Fluidanschluss (7b) fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist, dass dann, wenn sich das erste Ventil (9) in seiner geschlossenen Position (9") befindet, ein Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss (7b) das erste Ventil (9) in seine offene Position (9') vorspannt.
Ventilanordnung (3) nach Anspruch 2 und 3, wobei das erste Ventil (9) ein erstes bewegliches Element (109) zum selektiven Blockieren und Freigeben des Fluiddurchgangs (8) umfasst, wobei das erste bewegliche Element (109) eine Betätigungsfläche (25) mit einer ersten Teilfläche und einer zweiten Teilfläche aufweist, und wobei, wenn sich das erste Ventil (9) in seiner geschlossenen Position (9") befindet, der erste Fluidanschluss (7a) mit der ersten Teilfläche fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar und von der zweiten Teilfläche fluidisch isoliert ist, und der zweite Fluidanschluss (7b) mit der zweiten Teilfläche fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar und von der ersten Teilfläche fluidisch isoliert ist.
Ventilanordnung (3) nach Anspruch 4, wobei eine Komponente der ersten Teilfläche senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Elements (109) größer ist als eine Komponente der zweiten Teilfläche senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Elements (109), vorzugsweise um einen Faktor von vier oder mehr.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Vorspannelement (11) umfasst, das das erste Ventil (9) in seine geschlossene Position (9", 10") vorspannt.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil und der Fluiddurchgang (8) so konfiguriert sind, dass ein Fluiddruck im Fluiddurchgang (8) das zweite Ventil (10) in seine offene Position (10') vorspannt.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil (10) in seiner geschlossenen Position (10") den zweiten Fluidanschluss (7b) vom ersten Ventil (9) fluidisch isoliert.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein maximaler Querschnitt des zweiten Ventils (10) in seiner offenen Position (10') kleiner ist als der Mindestquerschnitt eines Abschnitts (8a) des Fluiddurchgangs (8), der das erste Ventil (9) mit dem zweiten Ventil (10) fluidisch verbindet.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Rückschlagventil (20) umfasst, das das Steuervolumen (13) selektiv mit dem zweiten Fluidanschluss (7b) fluidisch verbindet, auch wenn sich das zweite Ventil (10) in seiner geschlossenen Position (10") befindet, wobei das Rückschlagventil (20) vorzugsweise so konfiguriert ist, dass es einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil (20) von dem Steuervolumen (13) zu dem zweiten Fluidanschluss (7b) zulässt und einen Fluidstrom durch das Rückschlagventil (20) von dem zweiten Fluidanschluss (7b) zu dem Steuervolumen (13) blockiert.
Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein drittes Ventil (3b), eine Einlassöffnung zur Verbindung mit einer Druckquelle (5), wie z. B. einem Kompressor, und eine Entlüftung (6) umfasst, wobei das dritte Ventil (3b) so konfiguriert ist, dass es selektiv eines aus Folgendem ausführt: fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses (7a) mit der Einlassöffnung und gleichzeitig fluidisches Isolieren des ersten Fluidanschlusses (7a) von der Entlüftung (6), und fluidisches Isolieren des ersten Fluidanschlusses (7a) von der Einlassöffnung und gleichzeitig fluidisches Verbinden des ersten Fluidanschlusses (7a) mit der Atmosphäre über die Entlüftung (6).
Ventilanordnung (3) nach Anspruch 11, wobei das dritte Ventil (3b) ferner so konfiguriert ist, dass es gleichzeitig den ersten Fluidanschluss (7a) sowohl von der Einlassöffnung als auch von der Entlüftung (6) fluidisch isoliert.
Reifendruckregelsystem (1), die umfasst: die Ventilanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Luftreifen (2), der mit dem zweiten Fluidanschluss (7b) der Ventilanordnung (3) fluidisch verbunden ist, und eine Druckquelle (5), wobei zur Druckbeaufschlagung und Druckentlastung des Luftreifens (2) der erste Fluidanschluss (7a) der Ventilanordnung (3) selektiv mit der Druckquelle (5) und der Atmosphäre verbindbar ist.