DE3739337A1 - Ventilanordnung - Google Patents
VentilanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, bestehend aus
einem Gehäuse, in dem ein einen Differenzdruck steuerndes
elektromagnetisch betätigbares Vorsteuerventil sowie ein
durch den Differenzdruck betätigbares Hauptventil angeord
net sind, dessen Schließkörper eine wahlweise Verbindung
zwischen einem Ausgangsanschluß und mindestens einem Ein
gangsanschluß ermöglicht.
Eine derartige Ventilanordnung ist z.B. in einer Druck
schrift der Firma MAC Valves Europe, Inc. gezeigt. Diese
Anordnung weist ein elektromagnetisch betätigbares Vor
steuerventil auf, mit dessen Hilfe die Zufuhr eines unter
Druck stehenden Druckmittels ggf. der Druckluft zu einem
Kolben eines Hauptventils gesteuert wird, der abgedichtet
in einer Bohrung geführt wird und zwei Dichtkanten auf
weist, die mit zwei Dichtsitzen zusammenwirkend, eine Ver
bindung zwischen einem ersten bzw. zweiten und einem
dritten Anschluß herstellen bzw. absperren.
Weniger vorteilhaft anzusehen ist bei der vorbekannten
Ventilanordnung die Notwendigkeit, eine Druckluftquelle
vorzusehen, die sie für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen,
in denen keine Druckluft-, sondern lediglich eine Unter
druckquelle vorhanden ist, weniger geeignet erscheinen
läßt.
Als nachteilig können auch die verhältnismäßig langen
Umschaltzeiten der bekannten Ventilanordnung empfunden
werden, die auf die bei der Bewegung des schweren Kolbens
entstehende Reibung zurückzuführen sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Ventilanordnung der eingangs genannten Gattung dahingehend
zu verbessern, daß sie ohne Verwendung von zusätzlichen
Strömungsmittelquellen in Kraftfahrzeugen eingesetzt
werden kann. Dabei soll die Ventilanordnung baulich ein
fach und in Serienfertigung leicht herstellbar sein und
aus kostengünstig herstellbaren Bauteilen bestehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Hauptventil mittels einer im Ruhezustand druckausge
glichenen beweglichen Wand schaltbar ist, die mit dem
Differenzdruck beaufschlagbar ist. Durch diese Maßnahme
wird eine extrem geräuscharme Arbeitsweise der erfindungs
gemäßen Ventilanordnung erreicht.
Das Gehäuse der Ventilanordnung wird vorzugsweise in ein
Ventilgehäuse, ein Unterdruckgehäuse sowie ein Steuerge
häuse unterteilt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes ist die bewegliche Wand durch eine zwischen
dem Unterdruckgehäuse und dem Steuergehäuse eingespannte
Membran sowie einen durch eine Rückholfeder vorgespannten
Membranteller gebildet, der mit einem das Hauptventil be
tätigenden Stößel im Eingriff steht, der im Unterdruckge
häuse geführt ist und mit einem Ventilteller versehen ist,
an dem ein erster Dichtsitz des Hauptventils ausgebildet
ist. Dadurch wird eine erhebliche Erhöhung der Funktions
sicherheit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung erreicht,
da die Gefahr einer Verklemmung des Stößels weitgehend
vermieden wird.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsart der Erfindung
sieht vor, daß der Elektromagnet, das Vorsteuerventil, die
bewegliche Wand und das Hauptventil eine gemeinsame
Symmetrieachse aufweisen. Diese Maßnahme ermöglicht eine
besonders kompakte Ausführung des Erfindungsgegenstandes.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
sieht vor, daß der Schließkörper des Hauptventils durch
ein rotationssymmetrisches elastisches Ventilglied gebil
det ist, das in Richtung auf die Dichtsitze zu mittels
einer Ventilfeder vorgespannt ist und im Ventilgehäuse
zwischen einem Halter und einem Haltering gehalten wird,
der mittels eines O-Ringes gegenüber dem Ventilgehäuse
abgedichtet ist. Diese Maßnahme trägt zu einer erheblichen
Verkürzung der Umschaltzeiten der erfindungsgemäßen Ven
tilanordnung bei.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist
vorgesehen, daß das Vorsteuerventil durch einen ersten
Ventilsitz, einen zweiten Ventilsitz sowie einen Ventil
schließkörper gebildet wird und mittels eines Elektromag
neten betätigbar ist, der in einem Führungsdeckel angeord
net ist, wobei der Ventilschließkörper durch eine
elastische, in Richtung auf die beiden Ventilsitze zu vor
gespannte Ventilplatte gebildet ist, die an ihrem Außen
rand zwischen dem Gehäuse und dem Führungsdeckel einge
spannt ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes besteht darin, daß das Hauptventil eine Ver
bindung zwischen dem Ausgangsanschluß und einem Unter
druckeingang bzw. einem Atmosphäreneingang absperrt bzw.
freigibt, wobei während der Betätigung eine Zwischen
stellung des Ventilgliedes vorgesehen ist, in der die
beiden Dichtsitze gleichzeitig geschlossen sind.
Dadurch wird eine kurzzeitige Verbindung aller Anschlüsse
in einer Zwischenstellung des Kolbens bei der vorbekannten
Ventilanordnung verhindert, die sich insbesondere bei
deren Verwendung als Umschaltventil einer vakuumunter
stützten Antiblockier-Bremsanlage negativ auswirkt, da
beim Umschalten eine starke Vakuumundichtheit auftritt,
die eine erhebliche Erhöhung des Volumenbedarfs an Vakuum
zur Folge hat.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an
hand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert, die die erfindungsgemäße Ventilanordnung im
Längsschnitt zeigt.
Die in der Figur dargestellte Ventilanordnung besteht im
wesentlichen aus einem Vorsteuerventil 9 sowie einem
Hauptventil 7, die in einem Gehäuse 1 angeordnet sind, das
in ein Steuergehäuse 4, ein Unterdruckgehäuse 3 sowie ein
Ventilgehäuse 2 unterteilt ist, die vorzugsweise mittels
Verbindungsbolzen 45 miteinander verbunden sind.
Das Ventilgehäuse 2 weist einen Eingangsanschluß bzw.
Unterdruckeingang 31 sowie einen Ausgangsanschluß 20 auf,
die in Ruhestellung in Verbindung stehen. Am Übergang der
beiden Anschlüsse ist im Ventilgehäuse 2 ein zweiter ring
förmiger Dichtsitz 30 des Hauptventils 7 ausgebildet, der
koaxial zu einem ersten Dichtsitz 25 angeordnet ist, der
an einem durch einen Stößel 24 betätigbaren Ventilteller 6
vorgesehen ist. In der Ruhestellung der Ventilanordnung
wirkt der erste Dichtsitz 25 mit einem Schließkörper zu
sammen, der vorzugsweise durch ein rotationssymmetrisches
eleastisches Ventilglied 5 gebildet ist und in Richtung
auf die beiden Dichtsitze 25, 30 zu mittels einer Ventil
feder 12 vorgespannt ist. Die Anordung des Ventilglieds 5
im Ventilgehäuse 2 ist vorzugsweise derart getroffen, daß
das Ventilglied 5 an seinem dem Ventilteller 6 abgewandten
Ende zwischen einem Halter 11 und einem Haltering 14 ge
halten wird, der gegenüber dem Ventilgehäuse 2 mittels
eines Dichtringes 46 abgedichtet ist. Ein zweiter Ein
gangsanschluß bzw. Atmosphäreneingang 32 wird durch einen
nach außen hin offenen Ringraum zwischen dem Ventilgehäuse
2 und dem daran anschließenden Unterdruckgehäuse 3 gebil
det, in dem unter Abdichtung mittels einer Nutmanschette
15 der Stößel 24 verschiebbar geführt ist.
Das Unterdruckgehäuse 3 ist mit einer axialen Ausnehmung
47 versehen, die mit einer koaxialen Ausnehmung 48 im
Steuergehäuse 4 einen Hohlraum 8 begrenzt, in dem sich
eine bewegliche Wand 10 befindet und ihn in eine Unter
druckkammer 16 und eine Arbeitskammer 21 unterteilt. Die
bewegliche Wand 10 besteht dabei aus einer zwischen dem
Steuergehäuse 4 und dem Unterdruckgehäuse 3 eingespannten
Membran 18 sowie einem durch eine Rückholfeder 13 vorge
spannten Membranteller 19, der mit dem das Hauptventil 7
betätigenden Stößel 24 im Eingriff steht. Die Unterdruck
kammer 16 steht über einen ersten Unterdruckkanal 39 in
Verbindung mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle.
Die durch die bewegliche Wand 10 begrenzte Arbeitskammer
21 steht in der Ruhestellung über einen Strömungskanal 34
in Verbindung mit einem im Steuergehäuse 4 ausgebildeten
zweiten Unterdruckkanal 33, der ebenfalls an die oben er
wähnte Unterdruckquelle angeschlossen ist. Am Ende des
Strömungskanals 34 ist im Gehäuse 4 ein zweiter Ventilsitz
37 des Vorsteuerventils 9 ausgebildet, der bei dessen Be
tätigung mittels eines Elektromagneten 27 durch eine
elastische Ventilplatte 22 geschlossen wird. Die Ventil
platte 22 wirkt in der Ruhestellung mit einem ersten Ven
tilsitz 36 des Vorsteuerventils 9 zusammen, der an einem
zweiten Ventilteller 23 ausgebildet ist, wodurch eine Ver
bindung zwischen einem Belüftungskanal 35 und dem
Strömungskanal 34 bzw. der Arbeitskammer 21 abgesperrt
ist. Der zweite Ventilteller 23 steht in wirksamer Verbin
dung mit einem nicht dargestellten Anker des Elektromag
neten 27, der in einem am Steuergehäuse 4 angeflanschten
Führungsdeckel 26 angeordnet ist. Der Führungsdeckel 26 in
dem der Belüftungskanal 35 vorgesehen ist, weist außerdem
eine Durchtrittsöffnung 49 auf, durch die Stromzuführungs
leitungen 41 des Elektromagneten 27 hindurchgeführt sind.
An seinem dem Vorsteuerventil 9 abgewandten Ende weist der
Anker schließlich einen axialen Fortsatz 38 auf, der einen
Federteller 29 trägt. Zwischen dem Federteller 29 und dem
Führungsdeckel 26 ist eine Druckfeder 28 eingespannt, die
in Ruhestellung der Ventilanordnung den ersten Ventilsitz
36 des Vorsteuerventils 9 gegen die Ventilplatte 22 vor
spannt und dessen sicheres Schließen gewährleistet. Die
Anordnung des Elektromagneten 27, des Vorsteuerventils 9,
der beweglichen Wand 10 sowie des Hauptventils 7 ist so
getroffen, daß die erwähnten Bauteile eine gemeinsame
Symmetrieachse 40 aufweisen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen elektromagnetisch
betätigbaren Ventilanordnung ist folgende:
Bei nicht erregtem Elektromagneten 27 befinden sich das
Vorsteuerventil 9, die bewegliche Wand 10 sowie das Haupt
ventil 7 in der in der Zeichnung gezeigten Ruhestellung,
so daß eine Verbindung zwischen dem Unterdruckeingang 31
und dem Ausgangsanschluß 20 besteht und die Arbeitskammer
21 über den offenen zweiten Ventilsitz 37 mit dem zweiten
Unterdruckkanal 33 verbunden ist, so daß im ganzen Hohl
raum 8 ein Unterdruck herrscht und die bewegliche Wand 10
druckausgeglichen ist. Wird nun an die Wicklung des
Elektromagneten 27 eine Spannung angelegt, so wirkt auf
den Anker eine Kraft, die größer sein muß als die von der
Druckfeder 28 aufgebrachte Rückstellkraft, die den ersten
Ventilsitz 36 des Vorsteuerventils 9 an der Ventilplatte 22
hält. Unter der Wirkung der Magnetkraft bewegt sich der
Anker in der Zeichnung nach unten, wodurch die vorge
spannte Ventilplatte 22 entlastet wird, und sich auf den
zweiten Ventilsitz 37 zu bewegt, der geschlossen wird wo
durch die Verbindung der Arbeitskammer 21 mit dem zweiten
Unterdruckkanal 33 unterbrochen wird. Diesem Schließvor
gang folgt unmittelbar ein Abheben des zweiten Ventil
tellers 23 bzw. des ersten Ventilsitzes 36 von der Ventil
platte 22. Dadurch erfolgt ein Belüften der evakuierten
Arbeitskammer 21, so daß, durch den im Hohlraum 8
herrschenden Differenzdruck bedingt, eine in der Zeichnung
nach unten gerichtete Betätigungskraft entsteht, die der
wirksamen Fläche der beweglichen Wand 10 direkt proportio
nal ist und die die Federkraft der Rückholfeder 13 über
windet. Unter der Wirkung der Betätigungskraft erfolgt
eine Verschiebung des Stößels 24 nach unten, der auch un
mittelbar das unter Vorspannung stehende Ventilglied 5 des
Hauptventils 7 folgt, so daß der erste Dichtsitz 25
während der Anfangsphase des Umschaltvorganges geschlossen
bleibt. In einer daran anschließenden Zwischenstellung
wird auch der zweite Dichtsitz 30 verschlossen, wonach im
Verlauf einer weiteren Bewegung der erste Dichtsitz 25 vom
Ventilglied 5 abgehoben wird. Damit wird das Umschalten
der erfindungsgemäßen Ventilanordnung beendet und eine
Verbindung zwischen dem Atmosphäreneingang 32 und dem Aus
gangsanschluß 20 hergestellt. Beim Abschalten der auf die
Magnetwicklung wirkenden Spannung läuft der beschriebene
Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß durch die
voneinander unabhängigen Schaltwege der beiden Ventile die
Verwendung eines kleinen Elektromagneten ermöglicht wird,
da lediglich ein geringer, frei wählbarer Hub sowie eine
geringe, über den Durchmesser des zweiten Ventiltellers 23
des Vorsteuerventils 9 frei wählbare Kraft benötigt
werden. Außerdem steht eine beliebig große Schaltkraft des
Hauptventils 7 zur Verfügung, da auch die Größe der
beweglichen Wand 10 frei wählbar ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Ventilgehäuse
3 Unterdrucksteuerventil
4 Steuergehäuse
5 Schließkörper
6 Ventilteller
7 Hauptventil
8 Hohlraum
9 Vorsteuerventil
10 bewegliche Wand
11 Halter
12 Ventilteller
13 Rückholfeder
14 Haltering
15 Nutmanschette
16 Vakuumkammer
17 O-Ring
18 Membran
19 Membranteller
20 Ausgangsanschluß
21 Arbeitskammer
22 Ventilplatte
23 Ventilteller
24 Stößel
25 erster Dichtsitz
26 Führungsdeckel
27 Elektromagnet
28 Druckfeder
29 Federteller
30 zweiter Dichtsitz
31 Unterdruckeingang
32 Atmosphäreneingang
33 zweiter Unterdruckkanal
34 Strömungskanal
35 Belüftungskanal
36 erster Ventilsitz
37 zweiter Ventilsitz
38 axialer Fortsatz
39 erster Unterdruckkanal
40 Symmetrieachse
41 Stromzuführungsleitung
42 -
43 -
44 -
45 Verbindungsbolzen
46 Dichtring
47 Ausnehmung
48 Ausnehmung
49 Durchtrittsöffnung
2 Ventilgehäuse
3 Unterdrucksteuerventil
4 Steuergehäuse
5 Schließkörper
6 Ventilteller
7 Hauptventil
8 Hohlraum
9 Vorsteuerventil
10 bewegliche Wand
11 Halter
12 Ventilteller
13 Rückholfeder
14 Haltering
15 Nutmanschette
16 Vakuumkammer
17 O-Ring
18 Membran
19 Membranteller
20 Ausgangsanschluß
21 Arbeitskammer
22 Ventilplatte
23 Ventilteller
24 Stößel
25 erster Dichtsitz
26 Führungsdeckel
27 Elektromagnet
28 Druckfeder
29 Federteller
30 zweiter Dichtsitz
31 Unterdruckeingang
32 Atmosphäreneingang
33 zweiter Unterdruckkanal
34 Strömungskanal
35 Belüftungskanal
36 erster Ventilsitz
37 zweiter Ventilsitz
38 axialer Fortsatz
39 erster Unterdruckkanal
40 Symmetrieachse
41 Stromzuführungsleitung
42 -
43 -
44 -
45 Verbindungsbolzen
46 Dichtring
47 Ausnehmung
48 Ausnehmung
49 Durchtrittsöffnung
Claims (17)
1. Ventilanordnung, bestehend aus einem Gehäuse, in dem
ein einen Differenzdruck steuerndes, elektromagne
tisch betätigbares Vorsteuerventil sowie ein durch
den Differenzdruck betätigbares Hauptventil angeord
net sind, dessen Schließventilkörper eine wahlweise
Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluß und min
destens einem Eingangsanschluß ermöglicht, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hauptventil (7)
mittels einer im Ruhezustand druckausgeglichenen
beweglichen Wand (10) schaltbar ist, die mit dem
Differenzdruck beaufschlagbar ist.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Differenzdruck durch
einen Unterschied zwischen einem Unterdruck und dem
atmosphärischen Druck gebildet ist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) der
Ventilanordnung in ein Ventilgehäuse (2), ein Unter
druckgehäuse (3) sowie ein Steuergehäuse (4) unter
teilt ist.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bewegliche Wand (10)
in einem zwischen dem Unterdruckgehäuse (3) und dem
Steuergehäuse (4) ausgebildeten Hohlraum (8) angeord
net ist, den sie in eine Unterdruckkammer (16) sowie
eine be- und entlüftbare Arbeitskammer (21) unter
teilt.
5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Be- und Entlüftung
der Arbeitskammer (21) mittels des Vorsteuerventils
(9) erfolgt.
6. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bewegliche Wand (10)
durch eine zwischen dem Unterdruckgehäuse (3) und dem
Steuergehäuse (4) im Gehäuse (1) eingespannte Membran
(18) sowie einen durch eine Rückholfeder (13) vorge
spannten Membranteller (19) gebildet ist, der mit
einem das Hauptventil (7) betätigenden Stößel (24) in
Eingriff steht.
7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Stößel (24) im
Unterdruckgehäuse (3) geführt ist und mit einem
ersten Ventilteller (6) versehen ist, an dem ein
erster Dichtsitz (25) des Hauptventils (7) ausge
bildet ist.
8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Dichtsitz (25) koaxial zu einem im Ventil
gehäuse (2) ausgebildeten zweiten Dichtsitz (30) an
geordnet ist, und im Ruhezustand mit dem Schließ
körper (5) des Hauptventils (7) zusammenwirkt.
9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schließkörper durch
ein rotationssymmetrisches elastisches Ventilglied
(5) gebildet ist, das in Richtung auf die Dichtsitze
(25, 30) zu mittels einer Ventilfeder (12) vorgespannt
ist.
10. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ventilglied (5) im
Ventilgehäuse (2) zwischen einem Halter (11) und
einem Haltering (14) gehalten wird, der mittels eines
O-Ringes (17) gegenüber dem Ventilgehäuse (1) abge
dichtet ist.
11. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Hauptventil (7) eine Verbindung zwischen dem Aus
gangsanschluß (20) und einem Unterdruckeingang (31)
bzw. einem Atmosphäreneingang (34) absperrt bzw.
freigibt, wobei während der Betätigung eine Zwischen
stellung des Ventilgliedes (5) vorgesehen ist, in der
die beiden Dichtsitze (25, 30) gleichzeitig ge
schlossen sind.
12. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vorsteuerventil (9) durch einen ersten Ventilsitz
(36), einen zweiten Ventilsitz (37) sowie einen
Ventilschließkörper (22) gebildet wird und mittels
eines Elektromagneten (27) betätigbar ist, der in
einem Führungsdeckel (26) angeordnet ist.
13. Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der erste Ventilsitz
(36) an einem zweiten, mit dem Anker des Elektro
magneten (27) in Verbindung stehenden Ventilteller
(23) ausgebildet und koaxial zum zweiten, einem zur
Arbeitskammer (21) führenden Strömungskanal (34)
begrenzenden Ventilsitz (37) angeordnet ist.
14. Ventilanordnung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ventilschließkörper
durch eine elastische, in Richtung auf die beiden
Ventilsitze (36, 37) zu vorgespannten Ventilplatte
(22) gebildet ist, die an ihrem Außenrand zwischen
dem Steuergehäuse (1) und dem Führungsdeckel (26)
eingespannt ist.
15. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anker
des Elektromagneten (27) einen einen axialen Feder
teller (29) tragenden Fortsatz (38) aufweist, wobei
eine Druckfeder (28) vorgesehen ist, die zwischen dem
Federteller (29) und dem Führungsdeckel (26) angeord
net ist und den Anker vorspannt.
16. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromagnet (27), das Vorsteuerventil (9), die be
wegliche Wand (10) sowie das Hauptventil (7) eine
gemeinsame Symmetrieachse (40) aufweisen.
17. Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Führungsdeckel (26)
eine Durchtrittsöffnung (49) aufweist, durch die
Stromzuführungsleitungen (41) hindurchgeführt sind.
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