用于压缩空气设备的阀装置、具有该阀装置的压力调节模块及具有该阀装置的机动车

摘要

本发明涉及一种用于压缩空气设备的阀装置(2)，所述阀装置具有能与压力介质源连接的压力介质输入端(50)、至少一个能与消耗部连接的压力介质输出端(46)和至少一个引导通向大气的排气部(48)。阀装置(2)还具有能运动地布置在壳体(4)中的阀活塞(12)，该阀活塞为了打开和关闭进气阀(38)而使独立于阀活塞(12)地布置的换气活塞(24)运动。借助于机电线性驱动部(41)来实现所述阀活塞(12)的运动，机电线性驱动根据被输送给线性驱动部(41)的电控制信号而线性地驱动阀活塞(12)，以便控制在压力介质输出端(46)上存在的压力，例如在制动系统中的制动压力。此外，本发明还涉及一种用于具有至少一个阀装置(2)的机动车的压缩空气设备的压力调节模块以及一种具有至少一个阀装置(2)和/或至少一个压力调节模块的机动车，例如商用车。

说明书

技术领域

本发明涉及用于压缩空气设备的阀装置、具有该阀装置的压力调节模块以及具有该压力调节模块和/或具有该阀装置的机动车。

背景技术

机动车，特别是商用车中的压缩空气设备例如用于像电子制动系统(EBS)那样的系统。在这种情况下，压缩空气设备的压力借助于电子调节器来影响。对此，在操纵制动踏板时，驾驶员的制动愿望作为电信号被交给控制电子器件，控制电子器件与阀装置进行通信，阀装置根据驾驶员的制动愿望来调整制动缸内的制动压力。在此，例如对于快速防抱死系统(ABS)或者驱动防滑系统(ASR)来说，阀装置必须满足对额定宽度和控制流量特性曲线的一定的需求，然而用于压缩空气设备的简单的、常用的比例阀不能提供该需求。

按传统地，电磁阀由控制电子器件进行电激励，电磁阀又针对至少一个风量增强阀、例如中继阀提供气动控制。因此，电磁阀的比较小的压缩空气量控制例如用于机动车的制动缸的比较大的压缩空气量。这种中继阀例如从EP 1 844 999 A1公知。

这种具有至少一个风量增强阀的阀装置具有以电气动的方式工作的预控制装置，以便将所希望的工作压力提供给制动缸。

DE 100 62 625 A1例如示出了用于具有多个电磁阀的电子制动系统的以电气动的方式工作的预控制单元，多个电磁阀以气动的方式驱控风量增强阀。然而，这种具有预控制装置的阀装置需要相对大的结构空间，以便布置所有的部件。

此外，由于在电磁阀中的切换过程或者交变磁化能量，在压缩空气储备容器中产生不符合期望的固体声音效应和/或噪音。

发明内容

因而，本发明所基于的任务在于提供一种用于压缩空气设备的阀装置，阀装置低噪音地进行工作并且可以以小尺寸来制造。

本发明根据权利要求1所述的阀装置、根据权利要求13所述的压力调节模块、根据权利要求14所述的机动车以及根据权利要求15所述的对阀装置的应用来解决所述任务。

按照本发明的阀装置适合于压缩空气设备，尤其是在载重汽车中的压缩空气制动设备，而且具有可与压力介质源连接的压力介质输入端、至少一个可与消耗部(Verbraucher)连接的压力介质输出端和至少一个引导通向大气的排气部。阀装置可以被用作主阀，例如用于驱控制动缸，而且阀装置作为具有三点式调节功能的三点式阀门来工作。优选地，阀装置被实施为具有进气阀座和出气阀座的双座阀。

按照本发明的阀装置在壳体内具有阀活塞，阀活塞沿着阀活塞轴可滑移地来布置，而且运动独立于阀活塞布置的换气活塞以打开和关闭进气阀。

按照本发明的阀装置的换气活塞具有预紧装置，例如回位弹簧，预紧装置施加对于使换气活塞回位所需要的力。然而，也可能的是，气动的预紧装置例如通过所存在的压力介质源来实现用于使换气活塞回位。

通过阀活塞抵抗预紧装置的力而使得换气活塞运动，从而阀装置的进气阀被打开。根据阀活塞的运动，压力介质源的压力介质经过压力介质输入端流进阀装置，以便通过压力介质输出端来给消耗部，例如制动缸供应预先确定的工作压力或制动压力。

为了关闭阀装置的进气阀，阀活塞被换气活塞抬起，并且换气活塞由于预紧装置而回移。

按照本发明的阀装置的特点在于机电线性驱动部，机电线性驱动部根据被输送给线性驱动部的电控制信号来线性地驱动阀活塞，以便控制在压力介质输出端上存在的压力，尤其是制动系统的制动压力。

机电线性驱动部被理解为如下驱动系统，驱动系统优选地具有电调控机构，电调控机构机械地对阀活塞起作用并且驱动阀活塞，尤其是直接驱动阀活塞。因此，线性驱动部激发阀活塞平移，在平移时，阀活塞以沿着阀活塞轴线的直线运动。通过线性驱动部来实现阀活塞的运动，使得近似无级地进行在压力介质输出端上的所希望的工作压力的调整。优选地，每个机电线性驱动部都能被用在按照本发明的阀装置中，阀装置通过利用电控制信号的驱控来使电控制信号变换成针对阀活塞的路程改变。

因此，通过在阀活塞上的直接运动控制来实现对双座阀的进气阀和出气阀的控制，其中运动控制通过线性驱动部根据出现在阀装置的电连接端子上的电控制信号来实现。按照本发明，通过电连接端子进行对工作压力的控制。有利地，由于在阀活塞上的直接运动控制，通向阀装置的气动控制管道不是必需的。因而，相对于传统的电气动驱动，使用机电线性驱动部具有如下优点，可以省去相对应的气动部件，由此按照本发明的阀装置可以实现更有能效并且更长使用寿命。

此外，与传统的电磁阀相比，具有机电线性驱动部的阀装置具有比预控制装置更小的放热。

此外有利地，可以减小对于具有配属的预控制单元的风量增强阀的通常所需的结构空间，其方式是可以省去传统的预控制单元，这是因为阀活塞借助于线性驱动部直接运动。尽管结构空间减小，但是按照本发明的阀装置由于在进气阀和出气阀中的大的横截面开口而有利地具有大的流量。

按照本发明的改进方案，机电线性驱动部构造为线性电磁系统。对此，阀装置具有电磁体，电磁体又具有至少一个线圈体和至少一个可调设的衔铁。阀活塞被固定在衔铁上，或者衔铁与阀活塞连接，使得阀活塞可以通过电磁体的电激励的磁场线性地运动。

通过预紧装置，诸如回位弹簧来使衔铁或阀活塞回位。因而，通过电磁体来施加力，该力可以相对预紧装置的力来拉动或机械地调设衔铁连同阀活塞。有利地，通过使用线性电磁系统可以直接实现平移阀活塞。

按照本发明的可替换的改进方案，机电线性驱动部被构造为线性调控器。如下地设计线性调控器，即，在加载力的情况下将电控制信号转化成阀活塞的机械线性位置。

例如，线性调控器可以被理解为丝杠驱动或由调节马达和具有螺杆或丝杠的螺旋传动部或丝杠传动部构成的装置。在此，丝杠直接由马达轴来驱动，由此使得调节马达的旋转运动被转化成阀活塞的线性运动。

为了能够实现阀活塞的回位，可逆的马达运行是必需的。可替换地，马达轴和螺杆或丝杠可以相反于马达的激活的旋转方向地通过有弹性的弹簧元件(例如螺旋弹簧)来预紧，以便施加相对应的回位力。

有利地，将线性调控器用作按照本发明的阀装置的阀活塞的机电线性驱动部能够实现阀活塞的高调控力和可变的冲程，使得出现在压力介质输出端上的工作压力可连续地被调整。

按照本发明的可替换的改进方案，机电线性驱动部被构造为线性马达，尤其是圆柱形线性马达或螺线管马达。

线性马达是电驱动机器，电驱动机器产生所限定的电磁力，尤其是推力，电磁力在没有传动装置的情况下直接引起线性运动。对此，线性马达具有圆柱形的第一驱动件和圆柱形地构造的第二驱动件，其中两个驱动件可以相对彼此运动。在此，两个驱动件既不通过滑动接触也不通过电缆相互连接。线性马达的线性运动直接借助于电磁力来产生。由此，这种线性马达有利地能够在没有附加的机械部件的情况下实施高动态的运动。有利地，由于非接触式的力传递，线性马达几乎是没有磨损的。

优选地，圆柱形的线性马达对称地构造并且具有初级部件，为此安装两相或者三相绕组系统，并且具有次级部件，次级部件具有带交替的磁化方向的永磁体，交替的磁化方向具有北-南-北-南磁场布局。然而，也可以用相对应的配对极的励磁绕组、而不是永磁体来实施次级部件。

如果在初级部件的绕组系统中有电流流动，那么电流产生运动磁场，运动磁场贯穿次级部件的永磁体或励磁绕组。通过磁通的叠加产生力，由此，线性马达的初级部件和次级部件相对彼此运动。

线性马达几乎没有磨损并且低噪音地来工作，而且有利地在阀装置中促成在压力调节时的高动态性并且促成很好的调节特性。

按照本发明的改进方案，阀装置压力平衡地来构造。对此，在阀活塞和换气活塞中设置有相对应的贯穿开口，贯穿开口促成调控环节的压力卸载。阀装置的压力平衡的结构具有如下优点：可以将所需的驱动能量最小化。

本发明的改进方案规定：阀装置具有最小8mm的气动额定宽度。在此，额定宽度近似对应于阀的主流中的最小横截面。在使用平板阀时，大的流量例如可以通过大的横截面开口来实现。

有利地，最小8mm的额定宽度能够实现将按照本发明的阀装置使用在机动车的前轴上以及具有两个制动缸执行器。

在本发明的改进方案中，阀装置具有至少一个机械蓄能器，尤其是回位弹簧，回位弹簧如下地构造，即，使得阀活塞运动到阀装置在其中排气的位置。由此，可以特别简单地建立例如在控制电子器件的突发失效的情况下的“故障保护(Fail Safe)”状态，其中被连到阀装置上的制动缸是完全没有压力的。

此外，在没有制动的状态下，不允许有剩余压力出现在所连的制动缸上，因为否则可能发生所谓的“过热”。有利地，阀装置的回位弹簧促成阀装置的可靠的排气，其方式是，当电控制信号预先规定了阀活塞总是完全进入到其排气位置中时或当没有电信号出现，例如在控制电子器件失效时，阀活塞总是完全进入到其排气位置中。

优选地，回位弹簧一方面与壳体固定地连接，而另一方面与阀活塞固定地连接。在阀活塞抵抗弹簧力地运动时，回位弹簧被压紧并且作为机械蓄能器起作用。因此，在电子装置失效时如下地实现安全状态，即，为此将所存储的机械能转换成阀活塞的运动。

此外，这种回位弹簧具有对阀装置的现有的磁滞现象有积极影响。

按照本发明的改进方案，阀装置具有一个或多个滑动元件，一个或多个滑动元件布置在阀活塞引导部与阀活塞之间。在此，滑动元件优选如下地设计，即，用于提高阀活塞的滑动能力，这是因为由于阀活塞通过一个或多个滑动元件的精确引导有利地形成了很低的摩擦系数。

在本发明的改进方案中，阀装置具有至少一个止挡元件，止挡元件如下地设计，即，用于对阀活塞的碰撞进行阻尼。对此，止挡元件以有弹性的方式来实施并且优选地固定在阀活塞的排气位置之上，例如固定在壳体上。有利地，这种弹性止挡部吸收了阀活塞的大部分动能，并且因此有利地促成阀活塞的较长的耐用性以及促成阀活塞的低噪音的运动。

按照本发明的改进方案，阀装置具有至少两个动态密封件，至少两个动态密封件如下地设计，即，用于使阀活塞相对壳体密封。动态密封件的特点在于，密封元件相对彼此来运动。因为阀活塞的运动是平移的运动，所以优选地将平移的密封件用作密封元件，以便使阀活塞朝向壳体或朝向阀活塞引导部密封。

在将接触式密封件用作动态密封件时必须注意：密封元件的压紧力与要密封的介质，尤其是出现的压缩空气的压力至少一样大。

在本发明的改进方案中，电控制信号与抖动信号叠加，以便将机电线性驱动部和三点式阀的磁滞效应最小化。对此，抖动信号产生电流强度的迅速的小的改变，电流强度的迅速的小的改变使阀活塞保持运动。

主要在小信号范围内的动态性需求要求按照本发明的阀装置的额定宽度的高的调控分辨率。因为借此可以在调节回路中使阀装置的磁滞以干扰的方式可察觉出来，所以这种磁滞效应被最小化。

磁滞可以借助于抖动信号来减小，其方式是阀活塞持续很小幅度地保持运动。由此，有利地阻止了阀活塞的附着而且减小了静摩擦，并且因此减小了磁滞。在没有阀活塞的微小运动的情况下，必须施加提高的力，以便克服静摩擦并且使阀活塞从静止位置运动出来。静摩擦力不利地导致了阀活塞突然运动。然而如果阀活塞保持运动，在阀活塞上仅存在相反于阀活塞的运动方向的滑动摩擦。

附加的信号、抖动信号被加到出现在机电线性驱动部上的电控制信号上。在此，抖动信号在幅度方面尽可能小，使得在阀装置上并没有磨损现象由于抖动信号而出现，但是阀装置的可运动的机械部分还是保持运动，以便得到阀装置的精确的低磁滞的小信号特性。由于振荡的微小运动，也可以在压力介质输出端上进行小的压力改变。

按照本发明的改进方案，阀装置的工作点，尤其是进气阀的工作点和出气阀的工作点都是能习得的(einlernbar)，其中在制动期间进行工作点的习得。进气阀和出气阀的工作点被理解为那些阀的密封座刚好打开的状态。

为了离开阀的静止状态达到工作点，预控制电流以适配的方式被添加给压力调节模块的调节电流，其中预控制电流由固定值和所习得的值组成。这种预控制电流的目标是尽可能快地达到工作点，由此有利地在压力调节时得到缩短的调节时间。

优选地在首先的五到十个制动过程期间习得阀装置的工作点。如下的平均值被确定为预控制电流的被习得的值，即，该平均值结合预控制电流的固定值很近地位于相应的阀的实际工作点附近，其中所确定的预控制电流对于进气阀和出气阀来说通常分别具有不同的被习得的值。

有利地，由于按照本发明的阀装置的工作点的习得过程，能够实现对所希望的指令参量，例如驾驶员的制动愿望的快速的并且最优的调节。因为在制动期间实现习得功能，所以有利地在生产按照本发明的阀装置时取消了成本高的习得处理步骤。

由于机电线性驱动部，按照本发明的阀装置仅需要电能来调节工作压力，并且因而可以有利地以成本减小和结构空间减小的方式被实施为很紧凑的装置。

在按照本发明的阀装置中，在上文所描述的改进方案中的至少两个、三个或者多个可以彼此相结合，以便在本发明的范围内得到有意义的特征组合。

此外，上面提到的任务通过用于压缩空气设备的压力调节模块来解决，其中压力调节模块具有至少一个在上文所描述的阀装置。例如，这种压力调节模块例如在车桥调整器中形成在电子制动系统与气动运行的制动缸之间的接口。对此，压力调节模块除了按照本发明的阀装置之外也具有相对应的带有配属的调节算法的电子装置，以便将驾驶员的作为电子信号来传输的制动愿望转换成用来驱控制动缸的气动压力。在此，转换借助于按照本发明的阀装置来实现，由此，由于机电线性驱动部，有利地在制造这种压力调节模块时减小成本和结构空间，因为可以省去传统的具有多个电磁阀和至少一个气动控制管道的预控制单元。

此外，本发明还利用机动车，尤其是商用车来解决上面提到的、本发明所基于的任务，机动车具有至少一个按照本发明的阀装置和/或至少一个按照本发明的压力调节模块。

最后，本发明涉及将阀装置例如作为主阀用于机动车中的压缩空气设备，尤其是载重汽车中的压缩空气制动设备。在此，阀装置按照本发明来构造并且可以被用在按照本发明的压力调节模块中。

附图说明

其它的实施方式从权利要求书以及从借助附图进一步解释的实施例得到。其中：

图1示出了按照本发明的阀装置的示意性截面图；和

图2示出了按照本发明的阀装置的可能的改进方案的明显简化的图示。

具体实施方式

图1示出了经过按照本发明的阀装置2的示意性的截面图，阀装置2按照出现的电控制信号根据三点式功能来准备和提供压缩空气。

阀装置2具有壳体，壳体由第一壳体件4和第二壳体件6组成，其中壳体件4、6通过密封元件8来相对彼此密封。阀活塞引导部10在第一壳体件4中延伸，阀活塞12沿着阀活塞轴14以可运动的方式布置在阀活塞引导部10上。

图1中示出了在排气位置的按照本发明的阀装置2，在其中，压缩空气从工作室16经过由挡圈17轴向固定的衬套18进入到排气室20中地受引导。衬套18在此借助密封圈19朝向壳体气动地密封。在背离挡圈17的侧上，衬套18放置在承托环21上，其中，承托环21放置在第二壳体件6的壳体壁的凸起部上。

因为排气室20通过输出端22与大气连接，所以压缩空气可通过排气室20泄出。连在此处未示出的压力介质输出端上的消耗部，例如制动缸，在阀活塞12的排气位置的情况下排气。

为了阻止水或者其它的异物通过输出端22到达阀，在输出端22前面设置密封机构23，密封机构23在图1中仅非常简化地示出。

如果阀活塞12如下地运动，即，阀活塞12占据空挡位置，那么在阀活塞12与换气活塞24之间的空隙被封闭，使得出气阀26将工作室16与排气室20气动地隔绝。

为了产生更好的密封性，换气活塞24优选地用橡胶来注塑包封。

此外，如果没有力从阀活塞12对换气活塞24起作用，那么换气活塞24被弹簧28保持在关闭位置。为了将弹簧28和换气活塞24定位，在下面的壳体件6中采用支撑元件30，而且借助于密封圈32将支撑元件30相对壳体密封。

如果阀活塞12运动到其排气位置，那么阀活塞12必须克服动态密封件34的摩擦力和弹簧28的弹簧力。在换气活塞24与衬套18之间形成空隙，衬套18使排气室36气动地与工作室16连接并且因此打开进气阀38。为了排气，排气室36通过这里未进一步示出的压力介质输入端由压力介质源来供应压力介质，尤其是压缩空气。

开口40将其中布置有弹簧28的空间与工作室16连接，以便能够实现在具有弹簧28的空间内的压力平衡。

机电线性驱动部41处在第一壳体件4内部，机电线性驱动部41如下地设计，即，使阀活塞12以直线沿着阀活塞轴14运动。由此，可以调整在压力介质输出端上所希望的工作压力，其方式是出现在阀装置2上的电信号通过线性驱动部41被转换成阀活塞12的路程变化，电信号例如代表驾驶员的制动愿望。

在此，要么通过施加在阀活塞12上的位置测量系统要么通过布置在压力介质输出端上的压力传感器来实现对工作压力的调节，作为用于对控制进行监控的反馈。

优选地，这里未示出的控制和调节单元前置于机电线性驱动部41，这里未示出的控制和调节单元提供出现在线性驱动部41上的电控制信号。

因为按照本发明涉及机电线性驱动部41，所以有利地可以省去附加的气动管道，由此可以以结构空间特别小的方式来制造按照本发明的阀装置2。

优选地，在图1中所示出的阀装置2具有线性马达作为线性驱动部41。这具有如下优点：机械传递环节(诸如齿杆或者螺纹)不是必需的，以实施线性运动。这种直接驱动能够实现高度精确的定位和力传递以及高动态性，并且因而可用于防抱死系统(ABS)和驱动防滑系统(ASR)。此外，有利地，借助于按照本发明的阀装置2，工作压力，例如用于驱控制动缸的工作压力可精细地进行分辨地来调节。

线性马达具有初级部件42，初级部件42具有多个环形地彼此间隔开的初级线圈。此外，线性马达具有次级部件44，次级部件44具有多个交替地布置的永磁体，永磁体与阀活塞12牢固地连接。

由于通电线圈的磁通和永磁体的磁通的叠加，产生运动磁场，运动磁场使得阀活塞12根据出现的电流朝阀活塞轴14的方向运动。

优选地，初级部件42具有以互相分层的螺旋管线圈为形式的三相绕组。次级部件44也可以一相对应的励磁绕组而不是永磁体地来实施。

然而，同样可能的是将线性马达的初级部件与次级部件相反地来布置，使得初级部件靠外地放置并且包围次级部件。初级部件或者次级部件在按照本发明的阀装置2中是否位置固定取决于阀装置2的相应的要求。位置固定的初级部件例如具有如下优点：可以相对简单地实现对三相电流线圈的供电。

极高的运动和位置精确度可以通过位置检测和相对应的调节来产生。

然而，本发明并不限于将线性马达用作机电线性驱动部41。更确切地说，每个包括具有用于驱动阀活塞12的电调控机构的机电驱动的机电线性驱动部41都是可采用的，其中调控机构机械地对阀活塞12起作用。

图2示出了按照图1的按照本发明的阀装置2的可能的改进方案的明显简化的图示。在此，相同的部分配备有相同的附图标记。

在此，在排气位置也示出了阀装置2，在排气位置，消耗部的出现压力介质输出端46上的工作压力可以通过排气部48向大气泄出。

如果借助于机电线性驱动部41来使阀活塞12运动，那么阀活塞12可以使独立于阀活塞12布置的换气活塞24运动，以便可以使出现压力介质输入端50上的储存压力流动进入到阀装置中。因此，阀装置2被换气。

在图2中示出了作为机电线性驱动部41的线性马达，线性马达具有初级部件42和次级部件，初级部件42位置固定地与阀活塞引导部10连接，次级部件与阀活塞固定地连接，以便驱动阀活塞或使阀活塞运动。

优选地，具有三相绕组的有电流流过的线圈被布置在初级部件42中。具有交替的磁化的永磁体或者相对应的励磁绕组被布置在次级部件44中。通过来自初级部件42和次级部件44的磁通的叠加产生的电磁力作为推力对作为可运动单元的阀活塞12起作用。

优选地，在阀活塞12运动时为了更好的机械引导并且为了减小摩擦力，在阀活塞12与阀活塞引导部10之间布置有至少一个稳定的滑动元件52或滑动轴承。

此外，对于按照本发明的阀装置的低噪音的设计方案来说，设置有至少一个弹性的止挡元件54。止挡元件54优选地固定在壳体4上的阀活塞12上方，而且有利地能够吸收阀活塞12的大部分动能。

为了产生可靠的“故障保护”状态，也就是说产生失效安全状态，阀装置2具有回位弹簧56。有利地，当电控制信号预先规定占据排气位置时或者没有电信号出现时，回位弹簧56能够实现使阀活塞12自主地运动到排气位置。在排气位置，连在压力介质输出端46上的消耗部(例如制动缸)完全排气。

回位弹簧56环绕阀活塞12地布置并且位置固定地与壳体4连接以及与阀活塞12本身连接。

在上面的描述中以及在权利要求书中所提到的全部特征不仅可以单独地而且可以以任意的组合与独立权利要求的特征结合。因而，本发明的公开内容并不限于所描述的或所要求保护的特征组合。更确切地说，所有在本发明的范围内有意义的特征组合都被视为公开。