DE102014215790A1 - Storage chamber valve device - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Speicherkammerventilvorrichtung zur Speicherung eines Fluids mit einem Ventil (2) und einer Speicherkammer (3) vorgesehen, wobei das Ventil (2) ein bewegbares Ventilelement (24, 24‘) zum Schließen bzw. Öffnen des Ventils (2) und die Speicherkammer einen Speicherkammerkolben (33) mit einer Kolbenrückstellfeder (35) aufweist. Das Ventilelement (24, 24‘) ist aus einem magnetisierbaren Material gemacht und der Speicherkammerkolben (33) weist ein magnetisches Element (37, 37‘) auf.A storage chamber valve device is provided for storing a fluid with a valve (2) and a storage chamber (3), wherein the valve (2) comprises a movable valve element (24, 24 ') for closing or opening the valve (2) and the storage chamber a storage chamber piston (33) having a piston return spring (35). The valve element (24, 24 ') is made of a magnetizable material and the storage chamber piston (33) has a magnetic element (37, 37').
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicherkammerventilvorrichtung, insbesondere für den Einsatz in einem ESP-Regelsystem.The invention relates to a storage chamber valve device, in particular for use in an ESP control system.
Es sind ESP-Regelsysteme bekannt, bei denen ein Speicherkammer- bzw. Pumpenelement mit einem Rückschlagventil verwendet wird, wobei dieses durch ein Kugel-Feder-Element gebildet ist. Das Kugel-Feder-Element dient dazu, dass in bestimmten Regelsituationen keine direkte hydraulische Verbindung zwischen den Radbremsen und dem Pumpenelement existiert. Hierdurch wird verhindert, dass eine saugende Pumpe einen Unterdruck in der Radbremse erzeugt. Zur Entleerung der Speicherkammer, muss bei diesem System jedoch das Fluid bei Bedarf aktiv durch eine motorische Ansteuerung aus der Speicherkammer herausgepumpt oder herausgesaugt werden. Hierbei muss die Schließkraft der Feder des Kugel-Feder-Elements überwunden werden. Der daraus resultierende Motoranlauf wird jedoch von einer zunehmenden Anzahl von Kunden als störend empfunden.There are ESP control systems are known in which a storage chamber or pump element is used with a check valve, which is formed by a ball-spring element. The ball-spring element serves to ensure that in certain control situations no direct hydraulic connection between the wheel brakes and the pump element exists. This prevents that a sucking pump generates a negative pressure in the wheel brake. For emptying the storage chamber, however, the fluid must be actively pumped out or sucked out of the storage chamber in this system if necessary by a motorized control. In this case, the closing force of the spring of the ball-spring element must be overcome. However, the resulting engine start-up is perceived as disturbing by an increasing number of customers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vorteilhafte Speicherkammerventilvorrichtung mit selbstentleerender Speicherkammer bereitzustellen. Hierbei soll die Entleerung nur stattfinden, wenn diese notwendig ist, das heißt die Speicherkammer ein bestimmtes Volumen aufgenommen hat. The object of the present invention is therefore to provide an advantageous storage chamber valve device with self-emptying storage chamber. Here, the emptying should take place only if it is necessary, that is, the storage chamber has taken up a certain volume.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is solved by the features of the independent claim. Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Speicherkammerventilvorrichtung zur Speicherung eines Fluids weist vorzugsweise ein Ventil und eine Speicherkammer auf, wobei das Ventil ein bewegbares Ventilelement zum Schließen bzw. Öffnen des Ventils und die Speicherkammer einen Speicherkammerkolben mit einer Kolbenrückstellfeder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement – zumindest teilweise – aus einem magnetisierbaren Material gemacht ist oder ein solches enthält und der Speicherkammerkolben ein magnetisches Element aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird so die herkömmlich wirkende Federkraft eines „Kugel-Feder-Ventils“ bzw. Rückschlagventils durch eine magnetische Kraft ersetzt. Durch diesen z.B. im Kolbenboden des Speicherkammerkolbens integrierten Magneten wirken magnetische Kräfte auf die magnetisierbare Kugel im Dichtsitz des (Rückschlag-)Ventils. In einer ersten Position (Ruhestellung des Speicherkammerkolbens) haben die magnetischen Kräfte aufgrund des geringen Abstands zwischen dem Magnetelement und der Kugel ihre maximale Wirkung und halten so die Kugel des federlosen Ventils im Kugelsitz. Das Ventil ist auf diese Weise dicht verschlossen. The storage chamber valve device according to the invention for storing a fluid preferably has a valve and a storage chamber, wherein the valve has a movable valve element for closing or opening the valve and the storage chamber has a storage chamber piston with a piston return spring, characterized in that the valve element - at least partially - from is made of or contains a magnetizable material and the storage chamber piston has a magnetic element. In the device according to the invention so the conventionally acting spring force of a "ball-spring valve" or check valve is replaced by a magnetic force. By this e.g. In the piston bottom of the storage chamber piston integrated magnet magnetic forces act on the magnetizable ball in the sealing seat of the (non-return) valve. In a first position (rest position of the storage chamber piston), the magnetic forces have their maximum effect due to the small distance between the magnetic element and the ball and thus hold the ball of the springless valve in the ball seat. The valve is sealed in this way.
Wird die Speicherkammer aufgrund einer entsprechenden Regelsituation mit Fluid gefüllt, bewegt sich der Speicherkammerkolben entgegen der Kraftrichtung einer Kolbenrückstellfeder der Speicherkammer. Dadurch entfernt sich dieser von dem Ventil und das auf die Kugel wirkende magnetische Feld wird reduziert. Dies wiederum hat zur Folge, dass die magnetische Kraft reduziert wird und der sogenannte Öffnungsdruck (und damit eine Kraft die zum Öffnen des Ventils notwendig ist) des Ventiles sinkt. If the storage chamber is filled with fluid due to a corresponding control situation, the storage chamber piston moves counter to the direction of force of a piston return spring of the storage chamber. This removes this from the valve and the magnetic field acting on the ball is reduced. This in turn means that the magnetic force is reduced and the so-called opening pressure (and thus a force that is necessary to open the valve) of the valve decreases.
Eine vorteilhafte Auslegung der Komponenten kann sich dabei insbesondere auf den Ventilsitz, das Ventilelement sowie dessen Anteil magnetisierbaren Materials, die mögliche Auslenkung des Speicherkammerkolbens sowie dessen Anteil magnetischen Elements erstrecken sowie selbstverständlich auf die Relationen und Entfernung der Komponenten sowie die entstehenden Kräfte zwischen den Komponenten. Vorteilhafterweise kann bei einer Auslegung auch die Gewichtskraft der Ventilelement und/oder eine weitere Kraftwirkung, bspw. durch eine saugende Pumpe in Strömungsrichtung hinter dem Speicherkammerventil berücksichtigt werden. Bei vorteilhafter Auslegung der Komponenten geht dabei der Öffnungsdruck im Verlauf einer Befüllung der Speicherkammer bei einer bestimmten Korrelation der Komponenten gegen Null.An advantageous design of the components can in particular on the valve seat, the valve element and its proportion of magnetizable material, the possible deflection of the storage chamber piston and its share of magnetic element extend and of course on the relations and removal of the components and the resulting forces between the components. Advantageously, in a design, the weight of the valve element and / or a further force effect, for example, be taken into account by a sucking pump in the flow direction behind the storage chamber valve. With an advantageous design of the components, the opening pressure in the course of a filling of the storage chamber at a certain correlation of the components approaches zero.
Druckänderungen im hydraulischen System können vorteilhaft ausgenutzt oder vorteilhaft herbeigeführt werden, um bspw. eine Entleerung zu starten. Geht bspw. der Öffnungsdruck des Ventils gegen Null (oder ist entsprechend reduziert) und wird ein weiteres Ventil geöffnet (z.B. ein Hochdruckschaltventil), welches in Strömungsrichtung hinter dem Speicherkammerventil liegt, ergeben sich hierdurch veränderte Kräfte am Ventilelement und die Kolbenrückstellfeder bewegt den Speicherkammerkolben solange Richtung Ruhestellung bis die magnetische Kraft wieder größer ist als die hydraulische Kraft, die (aus der Speicherkammer) auf die Kugel wirkt, ist und aus diesem Grund das Ventil wieder schließt. Somit kann durch eine geeignete Auslegung, insbesondere der Kombination Kolbenrückstellfeder und magnetische Kraft auf die Ventilkugel, die Rückstellkraft der Kolbenrückstellfeder möglichst gering ausgelegt werden. Dadurch kann die Selbstentleerung der Speicherkammer ohne Erhöhung der Federkraft der Kolbenrückstellfeder realisiert werden. Dies ermöglicht einerseits eine lautlose Speicherkammerentleerung (ohne Motoransteuerung) unter Beibehaltung oder zum anderen sogar einer Reduzierung der Federkraft der Kolbenrückstellfeder. Der daraus resultierende reduzierte Ansprechdruck der Speicherkammer erhöht bei Systemen, welche in die Speicherkammer verblenden, die rekuperative Effizienz aufgrund des reduzierten Raddrucks.Pressure changes in the hydraulic system can advantageously be utilized or advantageously brought about, for example, to start an emptying. If, for example, the opening pressure of the valve approaches zero (or is correspondingly reduced) and another valve is opened (downstream of the storage chamber valve), this results in changed forces on the valve element and the piston return spring moves the storage chamber piston as long as direction Rest position until the magnetic force is greater again than the hydraulic force acting on the ball (from the storage chamber) is, and therefore closes the valve again. Thus, by a suitable design, in particular the combination piston return spring and magnetic force on the valve ball, the restoring force of the piston return spring can be designed as low as possible. Thereby, the self-emptying of the storage chamber can be realized without increasing the spring force of the piston return spring. On the one hand, this enables a silent emptying of the storage chamber (without motor control) whilst retaining or even reducing the spring force of the piston return spring. The resulting reduced set pressure of the storage chamber increases in systems which in the storage chamber blinding, the recuperative efficiency due to the reduced wheel pressure.
Vorteilhafterweise kann das magnetische Element dabei beispielsweise durch einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten gebildet sein.Advantageously, the magnetic element can be formed, for example, by a permanent magnet or an electromagnet.
Vorteilhafterweise ist die Speicherkammerventilvorrichtung dergestalt ausgebildet, dass wenigstens zwei Positionen eingestellt werden, wobei in einer ersten Position das Ventilelement mittels einer Verschlusskraft dicht in dem Ventilsitz gehalten wird und in einer zweiten Position das Ventilelement aus dem Ventilsitz gedrückt wird. In der ersten Position ist die wirkende Magnetkraft zwischen dem (magnetischen Element im) Speichkammerkolben sowie dem (magnetisierbar Material im) Ventilelement größer als eine wirkende Kraft durch eine saugende Pumpe und/oder eine Kraft durch die Rückstellfeder des Speicherkammerkolbens. Wobei in der zweiten Position die beschriebene Magnetkraft kleiner ist als die beschriebenen Kräfte in öffnender Richtung des Ventils. Bei der Ermittlung der Verschlusskraft kann auch eine Gewichtskraft des Ventilelements vorteilhaft berücksichtigt werden.Advantageously, the storage chamber valve device is designed such that at least two positions are set, wherein in a first position the valve element is held tightly in the valve seat by means of a closing force and in a second position the valve element is pressed out of the valve seat. In the first position, the acting magnetic force between the (magnetic element in) the spool and the (magnetizable material in the) valve element is greater than an acting force by a sucking pump and / or a force by the return spring of the storage chamber piston. Wherein in the second position, the magnetic force described is smaller than the forces described in the opening direction of the valve. When determining the closure force, a weight force of the valve element can also be advantageously taken into account.
Vorteilhafterweise wird die Verschlusskraft des Ventilelements federlos auf das Ventilelements aufgeprägt wird. Die Verschlusskraft des Ventils wird vorteilhaft im Wesentlichen durch die wirkende Magnetkraft zwischen dem (magnetischen Element im) Speichkammerkolben sowie dem (magnetisierbar Material im) Ventilelement gebildet. Eine Feder kann hierbei vorteilhaft bspw. für eine Führung des Ventils, bzw. für eine Rückführung des Ventils auf dessen Ausgangsposition eingesetzt werden. Advantageously, the closing force of the valve element is impressed springless on the valve element. The closing force of the valve is advantageously formed essentially by the acting magnetic force between the (magnetic element in) storage chamber piston and the (magnetizable material in) valve element. A spring can advantageously be used, for example, for guiding the valve, or for returning the valve to its starting position.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Speicherkammerventilvorrichtung dergestalt ausgebildet, dass das magnetische Element im Wesentlichen die Verschlusskraft auf das Ventilelement aufprägt. In a further advantageous embodiment, the storage chamber valve device is designed such that the magnetic element essentially imprints the closure force on the valve element.
Vorteilhafterweise wird die Verschlusskraft des Ventils automatisch in Abhängigkeit eines gespeicherten Fluidvolumens in der Speicherkammer variiert wird. Vorteilhafterweise korreliert die Auslenkung des Speicherkammerkolbens mit dem aufgenommenen Fluidvolumen. Hierdurch sinkt der Öffnungsdruck und damit die Verschlusskraft des Ventils bei einer derartigen Vorrichtung in Abhängigkeit des aufgenommenen Fluidvolumens der Speicherkammer.Advantageously, the closing force of the valve is automatically varied as a function of a stored fluid volume in the storage chamber. Advantageously, the deflection of the storage chamber piston correlates with the volume of fluid received. As a result, the opening pressure and thus the closing force of the valve in such a device decreases as a function of the absorbed fluid volume of the storage chamber.
Vorteilhafterweise ist das magnetische Element an einer Stirnseite des Speicherkammerkolbens angeordnet und/oder ist ein (bspw. weiteres) magnetisches Element oder mehrere magnetische Elemente oder sonstige magnetische Materialien auf oder in einem Boden des Speicherkammerkolbens angeordnet, um so die wirkenden Magnetkräfte zu optimieren, insbesondere zu maximieren.Advantageously, the magnetic element is arranged on one end face of the storage chamber piston and / or one (for example another) magnetic element or a plurality of magnetic elements or other magnetic materials is arranged on or in a bottom of the storage chamber piston so as to optimize, in particular to, the acting magnetic forces maximize.
Vorteilhafterweise ist der Speicherkammerkolbens zumindest teilweise aus einem Kunststoff mit magnetischen Eigenschaften gebildet.Advantageously, the storage chamber piston is at least partially formed of a plastic with magnetic properties.
Vorteilhafterweise ist das Ventilelement als ein kugelförmiges oder stabförmiges Element ausgebildet. Advantageously, the valve element is designed as a spherical or rod-shaped element.
Vorteilhafterweise kann das Ventilelement auch einen Stabmagneten beinhalten oder als Stabmagnet ausgebildet sein, um dem Ventilelement eine spezifische, definierte magnetische Wirkrichtung aufzuprägen. Hierbei ist insbesondere eine Abstimmung und/oder Orientierung der magnetischen Wirkrichtung des Ventilelements mit dem magnetischen Element des Speicherkammerkolbens vorgesehen.Advantageously, the valve element may also include a bar magnet or be designed as a bar magnet in order to impart to the valve element a specific, defined magnetic effective direction. In this case, a vote and / or orientation of the magnetic effective direction of the valve element with the magnetic element of the storage chamber piston is provided in particular.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigt: Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the accompanying figures. From the figures shows:
Neben einem aktiven Verdrängen und Einsaugen ist selbstverständlich auch ein reaktives Aufnehmen und Abgeben möglich, bspw. um die Einstellung eines spezifischen Drucks in einem angrenzenden System zu ermöglichen oder zu unterstützen. Beispielsweise kann bei einem automatischen Eingriff in das Bremssystem und einer kurzzeitigen Verringerung der Bremskraft durch eine Reduktion des Bremsfluidvolumens an den Fahrzeugbremsen, dieses Fluidvolumen in der derartigen Speicherkammer
Der Fluidraum
In
In
Im Betrieb wird in der ersten Position des Speicherkammerkolbens
Um sicherzustellen, dass das Magnetelement insbesondere auf die Kugel
Ferner ist es denkbar, dass das magnetische Element oder weiteres magnetisches Material zusätzlich auf oder im Boden des Speicherkammerkolbens eingebracht wird, um so die resultierenden Wirkkräfte zu justieren. Auch der Einsatz z.B. eines Kunststoffs mit magnetischen Eigenschaften ist möglich, wobei der Speicherkammerkolben dann entweder ganz oder nur teilweise aus diesem Kunststoff besteht. Durch die geometrische Anordnung und Ausführung der magnetischen Komponenten am oder im Speicherkammerkolben kann die magnetische Kraft entsprechend dem Einsatzzweck beeinflusst werden. Auch eine geeignete Abschirmung der Magnetfeldlinien kann zu einer gewünschten Verhaltensweise genutzt werden. Furthermore, it is conceivable that the magnetic element or further magnetic material is additionally introduced on or in the bottom of the storage chamber piston, so as to adjust the resulting forces of action. The use of e.g. a plastic with magnetic properties is possible, wherein the storage chamber piston then either entirely or only partially made of this plastic. Due to the geometric arrangement and design of the magnetic components on or in the storage chamber piston, the magnetic force can be influenced according to the intended use. Also, a suitable shielding of the magnetic field lines can be used to a desired behavior.
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DE102021108361A1 (en) | 2021-04-01 | 2022-10-06 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Hydraulic unit for an electrohydraulic gas exchange valve control |
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