КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО С УПРАВЛЯЕМЫМ ПОСРЕДСТВОМ КАРДАННОГО ШАРНИРА ЭЛЕМЕНТОМ ЗАКРЫТИЯ КЛАПАНА
VALVE UNIT WITH VALVE CLOSING ELEMENT CONTROLLED BY MEANS OF CARDAN JOINT

Изобретение относится к клапанному устройству управляемого посредством рабочей среды устройства автомобиля, по меньшей мере, с одним приводимым посредством элемента клапана по отношению к седлу клапана для открывания или закрывания поперечного сечения потока для рабочей среды в положение открытия или закрытия, элементом закрывания клапана в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Клапанное устройство в соответствии с оригинальной версией для регулирования тормозного давления в пневматических тормозных системах автомобилей известно из EP 0304610 B1 и имеет электромагнитный клапан управления для впускного клапана, а также электромагнитный клапан управлении для выпускного клапана, причем электромагнитные клапаны управления имеют, соответственно, цилиндрический элемент клапана в форме сердечника, который в зависимости от обтекания электромагнита в отношении двух противолежащих друг другу седел клапана выполнен с возможностью перемещения. На конце сердечника выполнен взаимодействующий, соответственно, с одним седлом клапана элемент закрывания клапана, который с одной стороны образуется посредством эластомерной поверхности, а с другой стороны - посредством сферической поверхности.
Усилие, которое должно быть передано через электромагниты для плотного прижима элемента закрывания клапана к соответствующим седлам клапана, сильно зависит от того, насколько равномерно элементы закрывания клапана в направлении по периферии седел клапана могут прилегать к седлам клапана. Это не всегда гарантируется, если обычные допуски могут приводить к геометрическим отклонениям на элементе закрывания клапана и/или на соответствующем седле клапана. В сравнении с идеальными геометрическими соотношениями далее необходимо большее приводное усилие для создания надежного уплотнения на седле клапана. Большее усилие необходимо, в частности, для того, чтобы сначала лишь при одностороннем, вследствие ошибок по оси, соприкосновении между элементом закрывания клапана и седлом клапана создать герметизирующий контакт по всей периферии, при этом элемент закрывания клапана и/или седло клапана деформируются.
Это, во-первых, является недостатком, если вследствие такой деформации имеет место нежелательный износ на корпусах закрывания клапана или на седлах клапана. С другой стороны, большее приводное усилие элементов клапана для закрытия поперечного сечения потока наряду с повышенным энергопотреблением требует также и менее чувствительного управления и регулирования клапанного устройства, что демонстрирует большее значение гистерезиса. Такой способ, в частности, в отношении актуальных с точки зрения безопасности тормозных систем автомобилей имеет недостатки, так как в этом случае динамика регулирования, к примеру, в рамках ABS, ASR или ESP ухудшается. При увеличенных допусках в положении закрывания клапанов в этом случае могут даже возникать течи.
Поэтому в основе предложенного на рассмотрение изобретения лежит задача дальнейшего усовершенствования клапанного устройства вышеуказанного типа таким образом, чтобы были предотвращены описанные выше недостатки.
Эта задача решена посредством изобретения, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы.
Согласно изобретению элемент закрывания клапана соединен с элементом клапана посредством, по меньшей мере, одного карданного шарнира, при этом элемент закрывания клапана имеет возможность пространственного поворота относительно элемента клапана.
Такой прочный карданный шарнир имеет, как известно, присоединенную к элементу клапана вилку, а также присоединенную к элементу закрывания клапана другую вилку, причем одна вилка относительно другой вилки по отношению к центральной оси расположена со смещением на 90 градусов и посредством крестового пальца соединена с возможностью вращения.
Вследствие возможности пространственного поворота непосредственно взаимодействующего с седлом клапана элемента закрывания клапана относительно седла клапана, которое является, к примеру, поршнем или сердечником клапана, могут быть компенсированы также и более существенные геометрические ошибки, в частности более существенные ошибки по оси или по углу элемента закрывания клапана или элемента клапана.
Эта мера определяет целый ряд преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. С одной стороны, она приводит к экономии средств, так как седла клапана, элементы клапана или элементы закрывания клапана могут быть выполнены с большими допусками. С другой стороны, нагрузка на седла клапанов и элементы закрывания клапанов вследствие деформации снижается, так как элементы закрывания клапана могут быть свободно выставлены относительно седел клапана. Это касается, в частности, упругих элементов закрывании клапана, выполненных из полимерных материалов, в результате этого одновременно улучшается герметичность клапанов, в частности, при низких температурах. Далее уменьшается гистерезис клапанов.
В отличие от шаровых шарниров, которые также возможно было бы использовать для соединения с возможностью поворота элемента закрывания клапана с элементом клапана, карданные шарниры имеют преимущество в том, что могут более деликатно компенсировать отклонения в силу меньшего момента перемещения, так как диаметр крестового пальца карданного шарнира меньше диаметра всегда большего шарового шарнира. Расходы на изготовлении также меньше, чем расходы на изготовление шарового шарнира, так как могут быть использованы, к примеру, стандартные пальцы и, тем самым, могут быть разрешены большие допуски, так как в шаровом шарнире приведение в соответствие шарика и сферического вкладыша является сравнительно дорогостоящим мероприятием.
За счет использования приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения мероприятий возможны предпочтительные варианты выполнения и усовершенствования представленного в зависимых пунктах формулы изобретения.
В особо предпочтительном варианте седло клапана и/или элемент закрывания клапана на своей обращенной к седлу клапана рабочей поверхности снабжен эластичной уплотнительной поверхностью, чтобы, с одной стороны, усилить эффект герметизации, а с другой стороны, способствовать дополнительной компенсации небольших геометрических ошибок.
В соответствии с вариантом усовершенствования элемент клапана сформирован как выполненный с возможностью пневматического управления поршень пневматического клапана. В альтернативном варианте элемент клапана мог бы быть выполнен как сердечник электромагнитного клапана, причем элемент закрывания клапана в таком случае через карданный шарнир с возможностью поворота соединен с поршнем или с сердечником.
В особо предпочтительном варианте клапанное устройство представляет собой пневматический, гидравлический, электропневматический или электрогидравлический клапан тормозной системы или устройства пневматической подвески автомобиля, на котором выполнено изобретение.
Более детальная информация следует из описания примера выполнения изобретения.
На чертеже изображен пример осуществления изобретения, который представлен более детально в последующем описании. На чертеже единственная фигура демонстрирует поперечное сечение клапана тормозной системы автомобиля в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения.
Представленный на фиг.1 в поперечном сечении клапан 1 является, к примеру, пневматическим ходовым клапаном 2/2 пневматического тормозного механизма грузового автомобиля.
Клапан имеет выполненный с возможностью приведения в действие посредством сжимающего усилия преобладающего в камере 2 нагнетания давления воздуха против действия пружинного устройства 4 предварительного натяжения, линейно проведенный в направляющей втулке 6 в корпусе 8 клапана поршень 10 в качестве элемента клапана. Этот поршень 10 на своем обращенном от пружинного устройства 4 предварительного натяжения и выступающем через пропускное отверстие 12 в направляющей втулке 6 поршневом штоке 14 на конце посредством карданного шарнира 16 соединен с возможностью поворота во всех направлениях с элементом 18 закрывания клапана.
Элемент 18 закрывания клапана выполнен, к примеру, в форме пластины и взаимодействует с образованным на конце направляющей втулки 6 седлом 20 клапана таким образом, что у плотно прилегающего к седлу 20 клапана элемента 18 закрывания клапана в положении закрытия клапана течение между рабочим пространством 22 и выходом 24 клапана прерывается, а в положении открытия клапана у приподнятого седлом 20 клапана элемента 18 закрытия клапана любое находящееся между минимальным значением и максимальным значением поперечное сечение потока между рабочим пространством 22 и выходом 24 клапана открывается.
В особо предпочтительном варианте элемент 18 закрывания клапана на своей обращенной к седлу 20 клапана поверхности имеет кольцевое углубление 26, в котором удерживается эластичное кольцо 28, к примеру, из эластомера, которое затем взаимодействует с дополнительной уплотнительной поверхностью 30 на седле 20 клапана.
Посредством подачи давления в камеру 2 нагнетания или снижения давления в камере 2 нагнетания можно создавать положение закрывания клапана или положение открывания клапана.
Карданный шарнир 16 имеет присоединенную к поршневому штоку 14 вилку 32, а также присоединенную к элементу 18 закрывания клапана вилку 34, причем вилка 32 относительно другой вилки 34 по отношению к центральной оси 36 в предпочтительном варианте расположена со смещением на 90 градусов и посредством крестового пальца 38 соединена с возможностью вращения. Возможны также и другие варианты карданных шарниров 16.
Будучи зависимым от карданного шарнира 16, элемент 18 закрывания клапана по сравнению с поршнем 10 выполнен с возможностью поворота во все стороны, то есть пространственно во всех направлениях, благодаря чему геометрические ошибки между элементом 18 закрывания клапана, и/или седлом 20 клапана, и/или элементом (поршнем) 10 клапана могут быть компенсированы.
Изобретение не ограничено описанным выше клапаном, а пригодно для любого типа клапана, у которого элемент закрывания клапана при определенных геометрических условиях взаимодействует с седлом клапана.