WO2010142627A2 - Ventileinrichtung zur steuerung einer fluidströmung - Google Patents

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    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/36—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition including a pilot valve responding to an electromagnetic force
    • B60T8/3615—Electromagnetic valves specially adapted for anti-lock brake and traction control systems
    • B60T8/362—Electromagnetic valves specially adapted for anti-lock brake and traction control systems in pneumatic systems

Definitions

  • Such a valve device is known for example from EP 0 860 338 A1 and relates to a pneumatic valve of a pneumatic braking device of a motor vehicle for distributing air from a compressor to the brake circuits of the vehicle.
  • the actuator is formed by an electromagnet cooperating with a linearly movable plunger armature in a housing, wherein the plunger arm rotates a ceramic disc as a valve member by means of a gear which converts its linear motion into a rotation.
  • the ceramic disc has flow channels for the compressed air, which, depending on their rotational position, can be brought into coincidence with flow channels of a stationary disc.
  • the plunger armature is biased by spring means in a lower end or stop position in case of failure of the electrical part of the valve means, whereby the ceramic disc is transferred to a predetermined safety position.
  • a breakaway torque or a breakaway force When actuating the plunger armature by the electromagnet, a breakaway torque or a breakaway force must first be generated, which the higher the unfavorable the static friction conditions of the plunger armature, the gearbox and the ceramic disc are. Unfavorably high breakaway forces arise, for example, when the viscosity of lubricants is increased by aging. As a rule, the breakaway force is greater than the operating force, which merely moves the plunger anchor already in motion against the friction forces resulting from sliding friction.
  • the present invention is based on the object, a valve device of the type mentioned in such a way that the actuator build smaller or can be designed for a lower performance. This object is achieved by the features of claim 1.
  • the equilibrium position of the valve member is therefore established when the spring means, which are preferably designed as compression springs or compression springs, are completely relaxed when the actuator is not activated or not actuated.
  • the spring means then do not set the valve member completely in the end or stop position, but in the direction of action of the spring means upstream equilibrium position.
  • valve member is decoupled after passing over the equilibrium position in the direction of the end or stop position by the actuation of the Aktua- sector of the spring means, so that no forces can be transmitted to the valve member of the spring means. Even after the reversal of motion, the spring means are decoupled from the valve member at least until the equilibrium position is reached again or do not transfer any forces to it.
  • the actuator After the reversal of motion and after passing the equilibrium position in the direction of actuation, the actuator only has to work against the forces of the spring means and against the sliding friction forces. But then he does not have to spend the relatively large breakaway force.
  • the valve member in the equilibrium position at least produces or prevents a fluid connection.
  • Fluid communication in the context of an emergency or backup operation can be made, for example, to provide a backup brake pressure that replaces or redundantly forms a brake pressure generated by an electronically controlled brake system (EBS) when the electrical system has failed or a fault.
  • EBS electronically controlled brake system
  • the valve member may be linearly and / or rotationally actuated by the actuator, wherein the actuator and the valve member, a transmission is interposed, depending on whether the actuator generates a linear force or torque and the valve member must be driven linearly and / or rotationally.
  • the valve member includes a rotationally actuated by the actuator disc with at least one flow channel, which is dependent on the rotational position of the disc in register with at least one flow channel of another disc can be brought.
  • valve device is included in a pneumatic braking device of a vehicle. More specifically, it will be apparent from the following description of an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a valve member of a valve device according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a diagram in which the torque acting on the valve member of FIG. 1 is plotted against the angle of rotation of the valve member
  • valve member 1 shown in Figure 1 is part of a valve device for
  • Control of a fluid flow which is included by a pneumatic braking device of a vehicle.
  • the valve device therefore controls an air flow as a function of positions of the actuation signal generated by an actuator in an actuation direction indicated by an arrow 2 actuatable valve member 1, which by spring means 4 against the actuation direction 2 of the actuator in the direction of one with respect to the range of motion of the valve member 1 end or stop position 6 is biased forming position.
  • the actuator is preferably an electro-magnetic actuator, here for example an electric stepping motor, whose rotor is preferably coupled in a rotationally fixed manner directly to the valve member 1 in order to drive it rotationally.
  • the valve member 1 may also be linearly and / or rotationally actuated by the actuator, wherein the actuator and the valve member 1, a transmission may be interposed, depending on whether the actuator generates a linear force or torque and the valve member linear and / or rotational must be driven.
  • Such valve devices in which one as Slider trained valve member 1 is movably mounted within a housing, also called slide valves.
  • the spring means 4, here for example a spiral spring, which bias the valve member 1 rotationally against the actuation direction of the actuator indicated by the arrow 2, are formed, for example with respect to anchorage, geometry and spring rate, that they in the absence of Actuate signal, ie not activated actuator Stepper motor, the valve member 1 in an equilibrium position 12, which is located by an angular amount in front of the end or stop position 6 of the valve member 1, as is apparent from Fig.1.
  • the end or stop position 6 forms, for example, 0 degrees not to be exceeded by the valve member 1 end position.
  • the end or stop position 6 is formed, for example, as a form-fitting end stop 14 for the valve member 1.
  • a flow connection is established with which a backup brake pressure is applied to an output of the valve device, which replaces a brake pressure generated by an electronically controlled brake system (EBS) or is formed redundantly therewith, if the electrical system has failed or has a fault, so that the stepper motor or electric actuator can no longer be driven.
  • EBS electronically controlled brake system
  • the emergency or backup operation associated equilibrium position 12 of the valve member is preferably within a range of rotational positions, set the spring means 4, here for example a range 16 from 0 degrees to 18 degrees. Because due to changed friction conditions, temperatures, etc., the spring means 4 can not always set the valve member 1 exactly to the equilibrium position 12 of about 10 degrees. Then, a certain tolerance range (here, for example, 0 degrees to 18 degrees) for the adjusted by the spring means 4 equilibrium position 12 of the valve member 1 is necessary, within which necessary for the emergency or backup operation flow connections come about in any case.
  • the electronic control device is designed such that the actuator directs the valve member 1, starting from the equilibrium position 12, counter to the actuation direction indicated by the arrow 2 in the direction of the end or stop position 6 (0 degrees) and then, after a reversal of motion, in the direction of actuation 2 provides.
  • Starting position is set by the spring means 4 equilibrium position 12 at about 10 degrees when the actuator is not actuated.
  • the force exerted by the spring means 4 on the valve member 1 torque in a range of 0 degrees to about 18 degrees equal to zero, as the curve 22 of the force exerted by the Federmit- 4 on the valve member 1 torque.
  • the angular range in which valve member 1, which is relieved of the spring forces, assumes positions in which states assigned to the emergency or backup operation are assumed is therefore 0 degrees to approximately 18 degrees in the present example.
  • the actuator In response to an actuation signal of the control device, starting from the equilibrium position 12, the actuator initially only has to work against the frictional torque or breakaway torque at about 10 degrees, while it rotates the valve member 1 at 0 degrees in the direction of the end or stop position 6 in the diagram of FIG Fig.2 thus to the left.
  • the friction torque results from the friction of the valve member 1 relative to the stationary disc or relative to the valve housing, its course 24 is also shown in Figure 2.
  • the applied by the actuator drive torque 20 is therefore determined in a range of 0 degrees to about 18 degrees, in which the spring means 4 do not act solely by the friction torque.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung abhängig von Positionen wenigstens eines von einem Aktuator auf ein von einer Steuereinrichtung erzeugtes Betätigungssignal hin mittelbar oder unmittelbar in wenigstens einer Betätigungsrichtung (2) betätigbaren Ventilglieds (1), welches durch Federmittel (4) gegen die Betätigungsrichtung (2) des Aktuators in Richtung auf eine im Hinblick auf den Bewegungsspielraum des Ventilglieds (1) End- oder Anschlagposition (6) bildende Lage vorgespannt ist. Die Erfindung sieht vor, dass a) die Federmittel (4) ausgebildet sind, dass sie bei nicht vorhandenem Betätigungssignal das Ventilglied (1 ) in eine Gleichgewichtslage (12) stellen, welche sich ein Stück weit vor der End- oder Anschlagposition (6) befindet, und dass b) die Steuereinrichtung ausgebildet ist, dass der Aktuator das Ventilglied (1) auf das Betätigungssignal hin ausgehend von der Gleichgewichtslage (12) zunächst entgegen der Betätigungsrichtung (2) in Richtung auf die End- oder Anschlagposition (6) und dann, nach einer Bewegungsumkehr, in Betätigungsrichtung (2) stellt, und dass c) die Federmittel (4) ausgebildet sind, dass sie zumindest während des Stehens des Ventilglieds (1) ausgehend von der Gleichgewichtslage (12) in Richtung auf die End- oder Anschlagposition (6) keine Kräfte auf das Ventilglied (1) ausüben.

Description

Ventileinrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung
Beschreibung Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Ventileinrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung abhängig von Positionen wenigstens eines von einem Aktuator auf ein von einer Steuereinrichtung erzeugtes Betätigungssignal hin mittelbar oder unmittelbar in wenigstens einer Betätigungsrichtung betätigbaren Ventil- glieds, welches durch Federmittel gegen die Betätigungsrichtung des Aktuators in Richtung auf eine im Hinblick auf den Bewegungsspielraum des Ventilglieds End- oder Anschlagposition bildende Lage vorgespannt ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine solche Ventileinrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 860 338 A1 be- kannt und betrifft ein pneumatisches Ventil einer pneumatischen Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Verteilung von Luft von einem Kompressor zu den Bremskreisen des Fahrzeugs. Dabei wird der Aktuator durch einen mit einem in einem Gehäuse linear beweglichen Tauchanker zusammen wirkenden Elektromagneten gebildet, wobei der Tauchanker eine Keramikscheibe als Ventilglied mittels eines seine Linearbewegung in eine Rotation wandelnden Getriebes rotatorisch betätigt. Die Keramikscheibe weist Strömungskanäle für die Druckluft auf, welche abhängig von ihrer Drehlage in Überdeckung mit Strömungskanälen einer stationären Scheibe gebracht werden können. Der Tauchanker wird bei einem Ausfall des elektrischen Teils der Ventileinrichtung durch Federmittel in eine untere End- oder Anschlagposition vorgespannt, wodurch die Keramikscheibe in eine vorgegebene Sicherheitsstellung überführt wird.
Bei der Betätigung des Tauchankers durch den Elektromagneten muss zunächst ein Losbrechmoment bzw. eine Losbrechkraft erzeugt werden, welche umso höher ist, je ungünstiger die Haftreibungsverhältnisse des Tauchankers, des Getriebes und der Keramikscheibe sind. Ungünstig hohe Losbrechkräfte ergeben sich beispielsweise, wenn die Viskosität von Schmiermitteln durch Alterung erhöht ist. Die Losbrechkraft ist dabei in der Regel größer als die Be- triebskraft, welche lediglich den bereits in Bewegung befindlichen Tauchanker gegen die aus Gleitreibung resultierenden Reibkräfte bewegt.
Beim Losbrechen des Tauchankers muss der Aktuator neben der Losbrechkraft zusätzlich auch entgegen die Federkräfte der Federmittel wirkende Kräfte aufbringen. Deshalb muss der Aktuator der bekannten Ventileinrichtung auf eine relativ große Betätigungskraft ausgelegt werden, was sich ungünstig auf die Baugröße
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der eingangs erwähnten Art derart fortzubilden, dass der Aktuator kleiner bauen bzw. auf eine geringere Leistung ausgelegt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Es wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass a) die Federmittel ausgebildet sind, dass sie bei nicht vorhandenem Betätigungssignal das Ventilglied in eine Gleichgewichtslage stellen, welche sich ein Stück weit vor der End- oder Anschlagposition befindet, und dass b) die Steuereinrichtung ausgebildet ist, dass der Aktuator das Ventilglied auf das Betätigungssignal hin ausgehend von der Gleichge- wichtslage zunächst entgegen der Betätigungsrichtung in Richtung auf die End- oder Anschlagposition und dann, nach einer Bewegungsumkehr, in Betätigungsrichtung stellt, und dass c) die Federmittel ausgebildet sind, dass sie zumindest während des Stehens des Ventilglieds ausgehend von der Gleichgewichtslage in Richtung auf die End- oder Anschlagposition keine Kräfte auf das Ventilglied ausüben.
Die Gleichgewichtslage des Ventilglieds stellt sich daher ein, wenn die bevor- zugt als Druckfeder oder Druckfedern ausgebildeten Federmittel bei nicht aktiviertem oder nicht betätigtem Aktuator vollständig entspannt sind.
Im Hinblick auf den gesamten Bewegungsspielraum des Ventilglieds bildet die End- oder Anschlagposition daher eine nicht zu überschreitende Endlage. Die End- oder Anschlagposition ist beispielsweise als formschlüssiger Endanschlag für das Ventilglied ausgebildet.
Die Federmittel stellen das Ventilglied dann nicht vollständig in die End- oder Anschlagposition, sondern in die in Wirkrichtung der Federmittel gesehen vorgeordnete Gleichgewichtslage.
Weiterhin ist das Ventilglied nach einem Überfahren der Gleichgewichtslage in Richtung auf die End- oder Anschlagposition durch die Betätigung des Aktua- tors von den Federmitteln entkoppelt, damit von den Federmitteln keine Kräfte mehr auf das Ventilglied übertragen werden können. Auch nach der Bewegungsumkehr sind die Federmittel zumindest bis zum neuerlichen Erreichen der Gleichgewichtslage vom Ventilglied entkoppelt bzw. übertragen keine Kräf- te auf dieses.
Die Ventileinrichtung ist insbesondere gekennzeichnet durch
a) wenigstens eine durch den Aktuator auf das Betätigungssignal hin in Betätigungsrichtung eingestellte Betriebsposition, welcher ein ungestörter Betrieb zugeordnet ist, und b) die durch die Federmittel und ohne Betätigung des Aktuators eingestellte Gleichgewichtslage des Ventilglieds, welcher ein Not- oder Backup-Betrieb zugeordnet ist. Wenn dann der Aktuator das Ventilglied ausgehend von der Gleichgewichtslage zunächst in Richtung auf die End- oder Anschlagposition stellt, muss der Aktuator lediglich die Losbrechkraft bzw. das Losbrechmoment überwinden, um das Ventilglied in Bewegung zu setzen. Hingegen muss der Aktuator keine Kräfte aufbringen, um etwa von den Federmitteln erzeugte Kräfte zu überwinden, weil das Ventilglied dann von den Federmitteln entkoppelt ist bzw. diese dann keine Kräfte mehr auf das Ventilglied ausüben.
Nach der Bewegungsumkehr und nach dem Passieren der Gleichgewichtslage in Betätigungsrichtung muss der Aktuator lediglich gegen die Kräfte der Fe- dermittel und gegen die Gleitreibungskräfte arbeiten. Er muss dann jedoch nicht mehr die relativ große Losbrech kraft aufbringen.
Folglich wird gemäß der Erfindung durch eine spezifische Ausbildung der Federmittel und durch eine spezifische Ansteuerung des Aktuators die Phase, in welcher die Losbrechkraft vom Aktuator aufzubringen ist von der Phase ent- koppelt, in welchem er gegen die Feder- bzw. Gleitreibkräfte arbeitet, so dass er zu keinem Zeitpunkt die Summe aus Losbrechkraft, Federkraft und Gleitreibkraft aufbringen muss. Folglich kann der Aktuator kleiner und kompakter bauen bzw. auf eine geringere Leistung ausgelegt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß meiner bevorzugten Ausführungsform stellt der Aktuator auf das Betätigungssignal hin das Ventilglied ausgehend von der Gleichgewichtslage in die End- oder Anschlagposition und dann nach einer dortigen Bewegungsumkehr in Betätigungsrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung stellt das Ventilglied in der Gleichgewichtslage wenigstens eine Fluidverbindung her oder unterbindet eine solche. Eine solche Fluidverbindung im Rahmen eines Not- oder Backup-Betriebs kann beispielsweise hergestellt werden, um einen Backup-Bremsdruck zur Verfügung zustellen, der einen durch ein elektronisch geregeltes Bremssystem (EBS) erzeugten Bremsdruck ersetzt bzw. redundant zu diesem gebildet wird, wenn die Elektrik ausgefallen ist oder eine Störung aufweist.
Die dem Not- oder Backup-Betrieb zugeordnete Gleichgewichtslage des Ventilglieds liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von Positionen, den die Federmittel einstellen. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Federmittel das Ventilglied unter Umständen nicht stets exakt auf die Gleichgewichtslage einstellen können und dann ein gewisser Toleranzbereich für die Lage des Ventilglieds gebraucht wird, innerhalb dessen die für den Not- oder Backup-Betrieb notwendigen Strömungsverbindungen zustande kommen bzw. gesperrt werden.
Der Aktuator ist bevorzugt ein elektro-magnetischer Aktuator wie beispielsweise ein Magnetventil, ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor, das Betä- tigungssignal infolgedessen ein elektrisches Signal und die Steuereinrichtung ein elektronisches Steuergerät.
Das Ventilglied kann von dem Aktuator linear und/oder rotatorisch betätigbar sein, wobei dem Aktuator und dem Ventilglied ein Getriebe zwischengeordnet ist, je nachdem ob der Aktuator eine lineare Kraft oder ein Drehmoment erzeugt und das Ventilglied linear und/oder rotatorisch angetrieben werden muss.
Besonders bevorzugt beinhaltet das Ventilglied eine vom Aktuator rotatorisch betätigte Scheibe mit wenigstens einem Strömungskanal, welcher abhängig von der Drehposition der Scheibe in Überdeckung mit wenigstens einem Strömungskanal einer weiteren Scheibe bringbar ist.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Anwendung ist die Ventileinrichtung von einer pneumatische Bremseinrichtung eines Fahrzeugs beinhaltet. Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Zeichnung
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dar- gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig.1 eine schematische Draufsicht auf ein Ventilglied einer Ventileinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig.2 ein Diagramm, in welchem das auf das Ventilglied von Fig.1 wirken- de Drehmoment über dem Drehwinkel des Ventilglieds aufgetragen ist;
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Fig.1 gezeigte Ventilglied 1 ist Bestandteil einer Ventileinrichtung zur
Steuerung einer Fluidströmung, welche von einer pneumatischen Bremsein- richtung eines Fahrzeugs beinhaltet ist. Die Ventileinrichtung steuert daher eine Luftströmung abhängig von Positionen des von einem Aktuator auf ein von einer Steuereinrichtung erzeugtes Betätigungssignal hin in einer durch eine Pfeil 2 gekennzeichneten Betätigungsrichtung betätigbaren Ventilglieds 1 , welches durch Federmittel 4 gegen die Betätigungsrichtung 2 des Aktuators in Richtung auf eine im Hinblick auf den Bewegungsspielraum des Ventilglieds 1 End- oder Anschlagposition 6 bildende Lage vorgespannt ist.
Der hier nicht gezeigte Aktuator ist bevorzugt ein elektro-magnetischer Aktuator, hier beispielsweise ein elektrischer Schrittmotor, dessen Läufer bevorzugt direkt mit dem Ventilglied 1 drehfest gekoppelt ist, um es rotatorisch anzutrei- ben. Das Ventilglied 1 kann von dem Aktuator aber auch linear und/oder rotatorisch betätigbar sein, wobei dem Aktuator und dem Ventilglied 1 ein Getriebe zwischengeordnet sein kann, je nachdem ob der Aktuator eine lineare Kraft oder ein Drehmoment erzeugt und das Ventilglied linear und/oder rotatorisch angetrieben werden muss. Solche Ventileinrichtungen, bei welchen ein als Schieber ausgebildetes Ventilglied 1 innerhalb eines Gehäuses beweglich gelagert ist, werden auch Schieberventile genannt.
Besonders bevorzugt wird das Ventilglied 1 durch eine vom Schrittmotor rotatorisch angetriebene Scheibe mit Strömungskanälen 8 gebildet, welche abhängig von Drehpositionen der Scheibe 1 in Überdeckung mit Strömungskanälen einer stationären und hier nicht gezeigten Scheibe bringbar sind. Das Prinzip eines solchen Drehschieberventils mit einer Scheibe 1 als Drehschieber ist aus der eingangs genannten EP 0 860 338 A1 bekannt, deshalb soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. Selbstverständlich kann das Ventilglied 1 auch ein durch den Aktuator linear betätigtes Ventilglied bzw. Schieber sein. Die Scheibe 1 besteht bevorzugt aus einem keramischen Werkstoff.
Je nach Ansteuerung des Schrittmotors durch ein Betätigungssignal einer hier nicht gezeigten elektronische Steuereinrichtung wird daher das Ventilglied 1 um eine Drehachse 10 um einen bestimmten Winkel gegenüber der stationären Scheibe verdreht, so dass bestimmte Strömungsverbindungen bzw. Strömungsquerschnitte, welche beispielsweise verschiedenen Bremskreisen zugeordnet sind, zustande kommen oder gesperrt werden. Die durch den Aktuator auf das Betätigungssignal hin in Betätigungsrichtung 2 eingestellten Betriebspositionen des Ventilglieds 1 repräsentieren dann einen ungestörten Betrieb der Ventileinrichtung.
Die Federmittel 4, hier beispielsweise eine Spiralfeder, welche das Ventilglied 1 rotatorisch gegen die durch den Pfeil 2 gekennzeichnete Betätigungsrichtung des Aktuators vorspannen, sind beispielsweise hinsichtlich Verankerung, Geometrie und Federrate ausgebildet, dass sie bei nicht vorhandenem Betäti- gungssignal, d.h. bei nicht aktiviertem Aktuator bzw. Schrittmotor das Ventilglied 1 in eine Gleichgewichtslage 12 stellen, welche sich um einen Winkelbetrag vor der End- oder Anschlagposition 6 des Ventilglieds 1 befindet, wie aus Fig.1 hervorgeht. Im Hinblick auf den gesamten Bewegungsspielraum des Ventilglieds 1 , hier beispielsweise O Grad bis 180 Grad bildet die End- oder Anschlagposition 6 bei beispielsweise 0 Grad eine vom Ventilglied 1 nicht zu überschreitende Endlage. Die End- oder Anschlagposition 6 ist beispielsweise als formschlüssiger Endanschlag 14 für das Ventilglied 1 ausgebildet.
Die Gleichgewichtslage 12 des Ventilglieds 1 stellt sich daher ein, wenn die Federmittel 4 bei nicht aktiviertem oder nicht betätigtem Aktuator vollständig entspannt sind. Die Gleichgewichtslage 12 befindet sich hier beispielsweise bei ca. 10 Grad, gemessen von der End- oder Anschlagposition 6 (0 Grad) in Betä- tigungsdrehrichtung 2. Die Federmittel 4 stellen das Ventilglied dann nicht vollständig in die End- oder Anschlagposition 6 (0 Grad), sondern in die in Wirkrichtung der Federmittel 4 gesehen vorgeordnete Gleichgewichtslage 12 bei ca. 10 Grad.
Das Ventilglied 1 stellt in der Gleichgewichtslage 12 wenigstens eine Fluidver- bindung im Rahmen eines Not- oder Backup-Betriebs her, wenn die Elektrik oder Stromversorgung ausgefallen und der elektrische Aktuator daher nicht mehr betätigt werden kann, um abhängig von Drehpositionen des Ventilglieds 1 bestimmte Strömungsverbindungen im Rahmen des ungestörten Betriebs herzustellen.
Beispielsweise wird in der Gleichgewichtslage 12 des Ventilglieds 1 eine Strömungsverbindung hergestellt, mit welcher an einem Ausgang der Ventileinrichtung ein Backup-Bremsdruck ansteht, der einen durch ein elektronisch geregeltes Bremssystem (EBS) erzeugten Bremsdruck ersetzt bzw. redundant zu diesem gebildet wird, wenn die Elektrik ausgefallen ist oder eine Störung aufweist, so dass der Schrittmotor bzw. elektrische Aktuator nicht mehr angetrieben werden kann. Alternativ könnte es auch notwendig sein, eine oder mehrere bereits bestehende Strömungsverbindungen für den Not- oder Backupbetrieb zu sperren. Die dem Not- oder Backup-Betrieb zugeordnete Gleichgewichtslage 12 des Ventilglieds liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von Drehpositionen, den die Federmittel 4 einstellen, hier beispielsweise ein Bereich 16 von 0 Grad bis 18 Grad. Denn aufgrund veränderter Reibverhältnisse, Temperaturen etc. kön- nen die Federmittel 4 das Ventilglied 1 nicht stets exakt auf die Gleichgewichtslage 12 von ca. 10 Grad einstellen. Dann ist ein gewisser Toleranzbereich (hier beispielsweise 0 Grad bis 18 Grad) für die von den Federmitteln 4 eingestellte Gleichgewichtslage 12 des Ventilglieds 1 notwendig, innerhalb dessen die für den Not- oder Backup-Betrieb notwendigen Strömungsverbindungen in jedem Fall zustande kommen.
Die elektronische Steuereinrichtung ist ausgebildet, dass der Aktuator das Ventilglied 1 auf das Betätigungssignal hin ausgehend von der Gleichgewichtslage 12 zunächst entgegen der durch den Pfeil 2 gekennzeichneten Betätigungsrichtung in Richtung auf die End- oder Anschlagposition 6 (0 Grad) und dann, nach einer Bewegungsumkehr, in die Betätigungsrichtung 2 stellt.
Die Federmittel 4 sind ausgebildet, dass sie während des Stehens des Ventilglieds 1 ausgehend von der Gleichgewichtslage 12 in Richtung auf die Endoder Anschlagposition 6 bei 0 Grad keine Kräfte auf das Ventilglied 1 ausüben. Dies kann im vorliegenden Fall beispielsweise dadurch realisiert sein, dass zwischen den Federmitteln 4 und dem Ventilglied 1 ein Freilauf vorgesehen ist, welcher das Ventilglied 1 von den Federmitteln 4 entkoppelt, wenn das Ventilglied 1 durch den Aktuator über die Gleichgewichtslage 12 hinaus in Richtung auf die End- oder Anschlagposition 6 verdreht wird, damit von den Federmitteln 4 in diesem Drehbereich von ca. 10 Grad (Gleichgewichtslage 12) bis 0 Grad (End- oder Anschlagposition 6) keine Kräfte mehr auf das Ventilglied 1 übertragen werden können.
Bevorzugt stellt der Aktuator auf das Betätigungssignal hin das Ventilglied 1 ausgehend von der Gleichgewichtslage 12 bei ca. 10 Grad bis in die End- oder Anschlagposition 6 bei 0 Grad und dann, nach einer dortigen Bewegungsum- kehr, in Betätigungsrichtung 2 weiter in die verschiedenen Betriebspositionen. Die Bewegungsumkehr findet dann an der End- oder Anschlagposition 6 bei 0 Grad statt. Sie könnte jedoch auch vorher stattfinden, wobei dann die End- oder Anschlagposition 6 nicht erreicht wird.
Wenn dann der Aktuator das Ventilglied 1 ausgehend von der Gleichgewichtslage 12 zunächst in Richtung auf die End- oder Anschlagposition 6 bei 0 Grad stellt, muss der Aktuator lediglich das Losbrechmoment in Form eines (Haft-) Reibmoments überwinden, um das Ventilglied 1 in Bewegung zu versetzen. Hingegen muss der Aktuator keine Kräfte aufbringen, um etwa von den Federmitteln 4 erzeugte Kräfte zu überwinden, weil das Ventilglied 1 dann von den Federmitteln 4 entkoppelt ist bzw. diese dann keine Kräfte auf das Ventilglied 1 ausüben.
Nach der Bewegungsumkehr an der End- oder Anschlagposition 6 bei ca. 0 Grad oder etwas früher und nach dem Passieren der Gleichgewichtslage 12 bei ca. 10 Grad bzw. nach Verlassen des Bereichs 16 von 0 Grad bis ca. 18 Grad in Betätigungsrichtung 2 muss der Aktuator lediglich gegen die Kräfte der Federmittel 4 und gegen die Gleitreibungskräfte arbeiten. Er muss dann jedoch nicht mehr das relativ große Losbrechmoment aufbringen.
Dieser Sachverhalt wird durch das Diagramm von Fig.2 verdeutlicht, in welchem das auf das Ventilglied 1 von Fig.1 wirkende Drehmoment über dem Drehwinkel des Ventilglieds 1 aufgetragen ist. Oben in Fig.2 ist der Verlauf 18 des vom Aktuator maximal aufbringbaren Antriebsmoments als waagrechte Linie dargestellt, darunter der Verlauf 20 des tatsächlichen Antriebsmoments des Aktuators im Betrieb.
Ausgangsposition ist die durch die Federmittel 4 eingestellte Gleichgewichtslage 12 bei ca. 10 Grad bei nicht betätigtem Aktuator. Dabei ist das von den Federmitteln 4 auf das Ventilglied 1 ausgeübte Drehmoment in einem Bereich von 0 Grad bis ca. 18 Grad gleich Null, wie der Verlauf 22 des von den Federmit- teln 4 auf das Ventilglied 1 ausgeübten Drehmoments zeigt. Der Winkelbereich, in welchem von den Federkräften entlastete Ventilglied 1 Positionen einnimmt, in welchen dem Not- oder Backup-Betrieb zugeordnete Zustände ein- genommen werden, beträgt daher bei dem vorliegenden Beispiel 0 Grad bis ca. 18 Grad.
Auf ein Betätigungssignal der Steuereinrichtung hin muss der Aktuator ausgehend von der Gleichgewichtslage 12 bei etwa 10 Grad zunächst nur gegen das Reibmoment bzw. Losbrechmoment arbeiten, während er das Ventilglied 1 in Richtung auf die End- oder Anschlagposition 6 bei 0 Grad zurückdreht, im Diagramm von Fig.2 also nach links. Das Reibmoment ergibt sich aus der Reibung des Ventilglieds 1 gegenüber der stationären Scheibe bzw. gegenüber dem Ventilgehäuse, sein Verlauf 24 ist in Fig.2 ebenfalls dargestellt. Das vom Aktuator aufzubringende Antriebsmoment 20 wird daher in einem Bereich von 0 Grad bis ca. 18 Grad, in welchem die Federmittel 4 nicht wirken, allein durch das Reibmoment bestimmt.
Nach der Bewegungsumkehr in der End- oder Anschlagposition 6 bei 0 Grad muss der Aktuator wiederum nur das Reibmoment 24 überwinden bis das Ende des Bereichs 16 bei ca. 18 Grad erreicht ist und dann das Federmoment 22 der Federmittel 4 zu wirken beginnt. Ab ca.18 Grad muss daher zusätzlich zum Reibmoment 24 das aus den Federmitteln 4 resultierende Federmoment 22 durch das Antriebsmoment 20 überwunden werden, welches mit in Betätigungsdrehrichtung 2 zunehmendem Drehwinkel ansteigt, so dass sich das Antriebsmoment 20 in diesem Bereich aus dem Reibmoment 24 und dem Feder- moment 22 zusammensetzt. Insgesamt wird das maximale Antriebsmoment 18 durch das tatsächliche Antriebsmoment 20 aber nicht überschritten. Bezuqszeichenhste
Ventilglied
Pfeil
Federmittel
End- oder Anschlagposition
Strömungskanäle
Drehachse
Gleichgwichtslage
Endanschlag
Bereich maximales Antriebsmoment
Antriebsmoment
Federmoment
Reibmoment

Claims

Patentansprüche
1. Ventileinrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung abhängig von Positionen wenigstens eines von einem Aktuator auf ein von einer Steuereinrichtung erzeugtes Betätigungssignal hin mittelbar oder unmittelbar in wenigstens einer Betätigungsrichtung (2) betätigbaren
Ventilglieds (1 ), welches durch Federmittel (4) gegen die Betätigungsrichtung (2) des Aktuators in Richtung auf eine im Hinblick auf den Bewegungsspielraum des Ventilglieds (1 ) End- oder Anschlagposition (6) bildende Lage vorgespannt ist, dadurch gekennzeich- net, dass a) die Federmittel (4) ausgebildet sind, dass sie bei nicht vorhandenem Betätigungssignal das Ventilglied (1 ) in eine Gleichgewichtslage (12) stellen, welche sich ein Stück weit vor der End- oder Anschlagposition (6) befindet, und dass b) die Steuereinrichtung ausgebildet ist, dass der Aktuator das Ventilglied (1 ) auf das Betätigungssignal hin ausgehend von der Gleichgewichtslage (12) zunächst entgegen der Betätigungsrichtung (2) in Richtung auf die End- oder Anschlagposition (6) und dann, nach einer Bewegungsumkehr, in Betätigungsrichtung (2) stellt, und dass c) die Federmittel (4) ausgebildet sind, dass sie zumindest während des Stehens des Ventilglieds (1 ) ausgehend von der Gleichgewichtslage (12) in Richtung auf die End- oder Anschlagposition (6) keine Kräfte auf das Ventilglied (1 ) ausüben.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator auf das Betätigungssignal hin das Ventilglied (1 ) ausgehend von der Gleichgewichtslage (12) in die End- oder Anschlagposition (6) und dann nach Bewegungsumkehr in Betätigungsrichtung (2) stellt.
3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1 ) in der Gleichgewichtslage (12) wenigstens eine Fluidverbindung herstellt oder unterbindet.
4. Ventileinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch a) wenigstens eine durch den Aktuator auf das Betätigungssignal hin in Betätigungsrichtung (2) eingestellte Betriebsposition, welcher ein ungestörter Betrieb zugeordnet ist, b) eine durch die Federmittel (4) und ohne Betätigung des Aktua- tors eingestellte Gleichgewichtslage (12) des Ventilglieds (1 ), welcher ein Not- oder Backup-Betrieb zugeordnet ist.
5. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich d ie dem Not- oder Backup- Betrieb zugeordnete Gleichgewichtslage (12) des Ventilglieds (1 ) innerhalb eines Bereichs (16) von Positionen befindet, den die Federmittel (4) einstellen.
6. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein elektro-magnetischer
Aktuator, das Betätigungssignal ein elektrisches Signal und die Steuereinrichtung ein elektronisches Steuergerät ist.
7. Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator wenigstens einen Elektromotor wie einen Schrittmotor beinhaltet.
8. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1 ) von dem Aktuator linear und/oder rotatorisch betätigbar ist.
9. Ventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktuator und dem Ventilglied (1 ) ein Getriebe zwischengeordnet ist.
10. Ventileinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1 ) eine vom Aktuator rotatorisch betätigte Scheibe mit wenigstens einem Strömungskanal (8) beinhaltet, welcher abhängig von der Drehposition der Scheibe in Überdeckung mit wenigstens einem Strömungskanal einer stationären Scheibe bringbar ist.
11. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die End- oder Anschlagposition (6) als formschlüssiger Endanschlag (14) für das Ventilglied (1 ) ausgebildet ist.
12. Pneumatische Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, beinhaltend wenigstens eine Ventileinrichtung nach wenigstens einem der vorher- gehenden Ansprüche.
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