DE10164301A1 - Elektromagnet mit veränderlicher Strömung - Google Patents

Abstract

Ein Elektromagnet mit veränderlicher Strömung und geringer Leckage. Der Elektromagnet kann durch Austauschen von Teilen des Elektromagneten entweder als proportional oder umgekehrt proportional wirkender Elektromagnet konfiguriert werden. Der Elektromagnet umfasst ein Ventil zum Dosieren der Strömung vom Einlass zu einem Niederdruckbereich. Das Ventil umfasst einen ersten Ventilsitz und einen zweiten Ventilsitz, um wahlweise den hydraulischen einlassseitigen Druck und steuerseitigen Druck abzusperren.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil zur Verwendung in hyd­ raulischen Steuerungen. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektromagneten mit veränderlicher Strömung und geringer Leckage zur Verwen­ dung in einer Steueranlage für ein Automatikgetriebe.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Elektromagnete werden zur Steuerung von Hydraulikkreisen in den Steuer­ systemen von Getrieben verwendet. In der Vergangenheit dienten diese Ventile zur Steuerung des Getriebes, und sie sind zur Durchflussänderung betätigbar, um Kreise im Getriebe zu steuern. In der Vergangenheit war es typischerweise lediglich erfor­ derlich, die Elektromagnete in Abhängigkeit von einem Steuereingang zu betätigen, und im entlasteten Zustand war bei elektromagnetisch gesteuerten Ventilen heutzu­ tage eine Leckage üblich. In modernen Fahrzeugen ist jedoch jede Leistungserspar­ nis erwünscht. Daher ist es wünschenswert, einen Elektromagnet geringer Leckage zu schaffen, der bei der Steuerung hydraulischer Anlagen in Automatikgetrieben oder dergleichen nutzvoll verwendet werden kann. Außerdem wünschenswert ist ein einfacher Elektromagnet, bei dem Teile für die proportional und umgekehrt proportional wirkenden Elektromagnete austauschbar sind, wie sie zum Einsatz in heutigen Fahrzeugen wünschenswert sind. Die Kombination proportional und um­ gekehrt proportional wirkender Elektromagnete ist in Fahrzeugen üblich, um ge­ wisse Notfahreigenschaften bei Ausfall der elektrischen Leistung für das Getriebe zu gewährleisten. Somit ist es wünschenswert, einen Elektromagneten mit einzelnen Teilen zu schaffen, die in Konfigurationen entweder proportional oder umgekehrt proportional wirkender Elektromagnete austauschbar sind, wobei Kosten bei Fahr­ zeuganwendungen verringert werden.

Ein Elektromagnet geringer Leckage ermöglicht eine geringere Größe der Hydraulikpumpe, die zum Betreiben der Hydraulik im Getriebe erforderlich ist, wodurch die Gesamtleistung im Leistungsstrang eingespart wird und ein geringerer Kraftstoffverbrauch sowie ein besseres Betriebsverhalten die Folge sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Somit schafft die vorliegende Erfindung einen Elektromagneten mit veränderlicher Strömung, der eine geringe Leckage hat. Der Elektromagnet der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse, das darin eine Innenkammer bildet. Eine Magnetspule ist auf einen Spulenträger gewickelt, und der Spulenträger ist innerhalb des Gehäuses koaxial angeordnet. Ein axial beweglicher Anker ist in der Innenkammer gelagert. Der Anker hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Ein Betätigungsglied erstreckt sich von einem Ende des Ankers weg. Ein Polstück ist um den Anker herum angeordnet, um bei Bestromung der Magnetspule den Anker in eine erste Richtung zu bewegen. Ein Ventil ist vorgesehen, das eine Öffnung für einen hydraulischen Einlassdruck und eine Kammer hat, die zu dem steuerseitigen Hydraulikdruck führt. Das Ventil hat ferner Mittel zum Ablassen des steuerseitigen Drucks zu einem Niederdruckbereich. Das Ventil umfasst einen ersten Ventilsitz und einen zweiten Ventilsitz. Der erste Ventilsitz und der zweite Ventilsitz bilden einen Ventilsitz zum wahlweisen Absperren des hydraulischen Einlassdrucks und zum Absperren des steuerseitigen Drucks. Eine Feder ist zum Vorspannen des An­ kers vorgesehen. Ferner ist ein Ventilglied vorgesehen, um den einlassseitigen Druck auf der Einlassseite steuern zu können und somit den einlassseitigen Druck in einem Zustand geringer Leckage abzudichten.

Zum weiteren Verständnis der vorliegende Erfindung sei auf die Beschrei­ bung der Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbin­ dung mit den beiliegenden Ansprüchen verwiesen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines proportional wirkenden Elektromagneten mit veränderlicher Strömung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines umgekehrt proportional wirkenden Mag­ netventils mit veränderlicher Strömung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3a-3d sind graphische Darstellungen typischer Betriebskurven der Magnetventile der Fig. 1 und 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS­ BEISPIELE

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Elektro­ magnet 10 mit veränderlicher Strömung vorgesehen, der umgekehrt proportional wirkend ist. Wie sich für den Fachmann ohne weiteres ergibt, umfasst die vorlie­ gende Erfindung auch einen begleitenden proportional wirkenden Elektromagneten 10a, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Verwendung von zwei Elektromagneten wie die dar­ gestellten ist von Vorteil zum Bereitstellen von Notlaufeigenschaften bei irgendei­ nem Ausfall der elektrischen Leistung. Gleiche Teile in den Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen, wogegen die Unterschiede zwischen den Zeichnungen durch die Hinzufügung des Buchstaben "a" kenntlich gemacht werden.

Der Elektromagnet 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer Innenkammer 14. Eine Magnetspule 16 ist um einen Spulenträger 18 gewickelt. Der Spulenträger 18 ist koaxial innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. Ein axial beweglicher Anker 20 befindet sich innerhalb des Spulenträgers 18. Der Anker 20 hat ein, erstes Ende 22 und ein zweites Ende 24. Ein Betätigungsglied 26 erstreckt sich von dem Anker 20 und hat ein Betätigungsende 28. Vorzugsweise ist das Betätigungsglied 26 eine Führungsstange, die mit Presssitz im Anker 20 angeordnet ist. Das Betätigungsglied 26 bewegt sich somit mit dem Anker 20. Ein Flussrohr 30 bzw. 30a und ein zuge­ ordnetes Polstück 56 bzw. 56a umgibt den Anker 20, damit sich der Anker bei Bestromung der Magnetspule 16 in eine erste Richtung bewegt. Die Magnetspule 16 ist zwecks Bestromung mit Anschlüssen 32 und 34 verbunden.

Ein Ventil mit einem Ventilgehäuse ist allgemein mit 36 bezeichnet. Das Ventil 36 umfasst einen Kanal 38 für einlassseitigen hydraulischen Druck und einen Kanal 40 für steuerseitigen hydraulischen Druck. Ein erster Ventilsitz 42 und ein zweiter Ventilsitz 44 werden von mit Presssitz gesicherten Einsätzen 46 und 48 ge­ bildet. Das Ventil 36 ist eine Anordnung mit Presssitzteilen 48 und 46 und umfasst ein Ventilglied 50, typischerweise eine Ventilkugel, das bzw. die sich an jeden der Ventilsitze anlegen kann, um den steuerseitigen Druck sowie seinen Ablass zu ei­ nem Sumpf zu steuern, was eine veränderliche Drucksteuerung ermöglicht. Der Ablasskreis ist vorgesehen, um die Kammer 52 durch den Ventilsitz 44 hindurch zu entleeren. Ein Käfigabschnitt 54 hält die Ventilkugel zwischen den axial zueinander ausgerichteten Ventilsitzen 44 und 42. Wenn somit die Ventilkugel 50 an dem Ven­ tilsitz 42 anliegt, wird der einlassseitige hydraulische Druck im Kanal 38 abge­ sperrt, und wenn sie an dem Ventilsitz 44 anliegt, wird die Niederdruckseite abge­ sperrt.

Ein Polstück 56 bzw. 56a ist zusammen mit einer Elektromagnethülse 58 vorgesehen. Das Betätigungsglied 26 ist zwischen Buchsen 60 und 62 gleitend ge­ lagert. Außerdem ist eine aus Gummi oder Polymer bestehende Membran 66 vorge­ sehen, die Fluid und darin suspendierte Schmutzteilchen am Eintreten in die Kam­ mer des Ankers hindert. Außerdem ist ein nicht metallisches Luftspalt-Abstandsteil 68 vorgesehen, wie dies bei Elektromagneten üblich ist. Das Abstandsstück 68 zu­ sammen mit den Buchsen 60 und 62 besteht aus nicht magnetischem Material wie z. B. Messing oder dergleichen.

Wie ohne weiteres einleuchten dürfte, unterscheidet sich der Elektromagnet 10 der Fig. 1 von dem Elektromagneten 10a der Fig. 2 darin, dass der eine ein pro­ portional wirkender Elektromagnet und der andere ein umgekehrt proportional wir­ kender Elektromagnet ist. Genauer gesagt, ist der Elektromagnet 10a umgekehrt proportional wirkend und der Elektromagnet 10 proportional wirkend. Die Bauteile dieser Elektromagnete sind so vertauschbar, dass sowohl proportional wie auch um­ gekehrt proportional wirkende Elektromagnete aus den gleichen Bauteilen herge­ stellt werden können. Der Unterschied besteht darin, dass das Polstück und die Flussrohre zusammen mit zugehörigen Fittings 60a, 62a in entgegengesetzten Richtungen zwischen die Bauteile eingesetzt werden. Außerdem ist die verwendete Feder unterschiedlich in den beiden Elektromagneten. Bei dem Elektromagneten 10 der Fig. 1 ist die Feder so ausgelegt, dass die Feder den auf das Ventilglied 50 wir­ kenden Einlassdruck im statischen Zustand, d. h., ohne dass ein elektrischer Strom durch die Anschlüsse fließt, überwindet. Der Elektromagnet 10 ist somit normaler­ weise geschlossen. Um ein Überströmen des Einlassdrucks zu ermöglichen, wird der Kern erregt; dieser zieht daraufhin den Anker von dem Ventilglied 50 weg, so dass aus der einlassseitigen Kammer 38 Fluid zu der steuerseitigen Kammer 40 strömen kann und der Ablassstrom zum Niederdruckbereich 52 verringert wird. Bei Bestromung über die Anschlüsse komprimiert somit der Anker die Feder, so dass Einlassdruck zur Steuerdruckseite strömen kann und der Durchsatz des Ablass­ stroms zum Niederdruckbereich verringert wird, bis zu dem Punkt, dass der Ablass­ strom im wesentlichen versiegt. Wie die Kurve der Fig. 3a zeigt, steigt der Steuer­ druck an, während der elektrische Strom von 0 Ampere auf ungefähr 1 Ampere er­ höht wird, und er wird entsprechend der Kurve größer. Wie in Fig. 3c dargestellt ist, beginnt die Leckage praktisch bei einer Null-Leckage und endet nahe bei einer Niedrigleckage, was in Gegensatz steht zu heutzutage üblicherweise verwendeten Elektromagneten, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet wird. Wenngleich ein Spannungsbereich von 0 bis 1 Ampere typischerweise verwendet werden kann, ver­ steht es sich jedoch, dass auch größere oder kleinere Spannungsbereich je nach An­ wendung verwendet werden können.

Bei dem Elektromagneten der Fig. 2 ist die Feder so ausgebildet, dass sie gerade genug Federkraft entwickelt, um einen hohen steuerseitigen Druck im stromlosen Zustand mit geringer Leckage zu ermöglichen. Bei Betätigung wird das Ventilglied 50 gegen den Ventilsitz 42 getrieben, was in einem Zustand geringer Leckage bei Betätigung resultiert. Dies ist in der zweiten Gruppe von Kurven in den Fig. 3b und 3d dargestellt, während die gestrichelte Linie den Leckagezustand vorbekannter Elektromagnete veranschaulicht. Die Feder kann entweder wie darge­ stellt angeordnet werden, um das Ventil offen zu halten, oder es kann in der Posi­ tion der Fig. 1 eine Feder angeordnet werden, die den einlassseitigen Druck nicht überwindet, was eine normalerweise offene Stellung zur Folge hat.

Somit sind wie beschrieben Elektromagnete geschaffen worden, die aus­ tauschbare Teile haben, um einen proportional wirkenden oder umgekehrt wirken­ den Elektromagneten zu bilden, und die Elektromagnete haben Niedrigleckageei­ genschaften, wie oben erläutert wurde. Dies führt zu einem verringerten Pumpen­ leistungsbedarf und einer entsprechenden Energieersparnis.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte für den Fachmann ersichtlich sein, dass die Lehre der vorliegenden Erfindung in zahlreichen Ausführungsformen verwirklicht werden kann. Wenn somit diese Erfindung in Verbindung mit speziel­ len Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sollte der Schutzbereich der Erfin­ dung hierdurch nicht beschränkt werden, da weitere Modifikationen dem Fachmann beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.

Claims (22)

1. Elektromagnet mit veränderlicher Strömung, der eine geringe Leckage hat, mit:
einem Gehäuse, das darin eine Innenkammer bildet;
einer Magnetspule, die auf einen Spulenträger gewickelt ist, wobei der Spu­ lenträger koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet ist;
einem axial beweglichen Anker, der in der Innenkammer gelagert ist, wobei der Anker ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;
einem Betätigungsglied, das sich von einem Ende des Ankers weg erstreckt;
einem Polstück und einem Flussrohr, die dem Anker funktionsmäßig zugeordnet sind, um den Anker bei Bestromung der Magnetspule in eine erste Richtung zu bewegen;
einem Ventil mit einem Kanal für einen hydraulischen Einlassdruck und einer Kammer, die zu einem hydraulischen steuerseitigen Druck führt und dazu dient, die Steuerseite zu einem Niederdruckbereich zu lenken;
einem ersten Ventilsitz und einem zweiten Ventilsitz;
einem Ventilglied, das wahlweise mit dem ersten Ventilsitz oder dem zwei­ ten Ventilsitz abgedichtet in Anlage bringbar ist;
einer Feder zum Vorspannen des Ankers; und
einer Steuerschaltung zum Bestromen des Ankers, um eine Steuerung des Einlassdrucks auf eine Einlassseite zu ermöglichen, um das Ventilglied in einer Stellung geringer Leckage abzudichten.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, bei dem: die Feder das Ventilglied in eine erste Richtung vorspannt und den auf das Ventilglied wirkenden Einlassdruck überwindet, wobei der Anker bei Bestromung die Feder überwindet und das Ventilglied wahlweise in die Öffnungsstellung be­ wegt, um ein Überströmen von einlassseitigem Druck zu der steuerseitigen Druck­ öffnung zu ermöglichen.

3. Elektromagnet nach Anspruch 2, bei dem das Ventil ferner einen einlass­ seitigen Sitz und einen niederdruckseitigen Sitz aufweist, wobei sich das Ventilglied zwischen dem einlassseitigen Sitz und dem niederdruckseitigen Sitz bewegt, um wahlweise und veränderlich dazwischen positioniert zu werden.

4. Elektromagnet nach Anspruch 3, bei dem das Ventilglied eine Kugel ist, die zwischen dem niederdruckseitigen Sitz und dem einlassseitigen Sitz angeordnet ist.

5. Elektromagnet nach Anspruch 4, bei dem die Ventilsitze zu dem Betäti­ gungsglied axial ausgerichtet sind.

6. Elektromagnet nach Anspruch 1, bei dem der Anker in der Weise wirkt, dass er das Ventilglied bei Betätigung in die Schließstellung bewegt, wobei das Ventilglied normalerweise zum einlassseitigen Druck hin offen ist.

7. Elektromagnet nach Anspruch 6, bei dem die Feder schwächer als der auf das Ventilglied wirkende einlassseitige Druck ist.

8. Elektromagnet nach Anspruch 7, bei dem das Ventilglied eine Ventilku­ gel ist.

9. Elektromagnet mit veränderlicher Strömung, der eine geringe Leckage hat, mit:
einem Gehäuse, das darin eine Innenkammer bildet;
einer Magnetspule, die auf einen Spulenträger gewickelt ist, wobei der Spu­ lenträger koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet ist;
einem axial beweglichen Anker, der in der Innenkammer gelagert ist, wobei der Anker ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;
einem Betätigungsglied, das sich von einem Ende des Ankers weg erstreckt;
einem Polstück und einem Flussrohr, die dem Anker funktionsmäßig zugeordnet sind, um den Anker bei Bestromung der Magnetspule in eine erste Richtung zu bewegen;
einem Ventil mit einer Öffnung für einen hydraulischen Einlassdruck und einer Kammer, die zu einer steuerseitigen Hydraulikdrucköffnung führt;
einem ersten Ventilsitz und einem zweiten Ventilsitz;
einem Ventilglied, das so angeordnet ist, dass es wahlweise die Kanäle ver­ schließt; und
einer Feder zum Vorspannen des Ankers in eine Richtung, in der das Ventilglied eine Schließstellung bezüglich des einlassseitigen Drucks einnimmt, wobei die Feder stark genug ist, um den auf sie wirkenden Einlassdruck zu über­ winden, und der Anker die Federvorspannung überwindet, wenn die Spule bestromt wird.

10. Elektromagnet nach Anspruch 9, bei dem das Ventil ferner einen einlassseitigen Ventilsitz und einen niederdruckseitigen Ventilsitz aufweist, wobei sich das Ventilglied zwischen dem einlassseitigen Ventilsitz und dem niederdruck­ seitigen Ventilsitz und zu unterschiedlichen Stellungen dazwischen bewegt.

11. Elektromagnet nach Anspruch 10, bei dem das Ventilglied eine Kugel ist, die zwischen dem einlassseitigen Ventilsitz und dem niederdruckseitigen Ven­ tilsitz angeordnet ist.

12. Elektromagnet nach Anspruch 9, bei dem der Anker zu dem Betätigungsglied axial ausgerichtet ist.

13. Elektromagnet mit veränderlicher Strömung, der eine geringe Leckage hat, mit:
einem Gehäuse, das darin eine Innenkammer bildet;
einer Magnetspule, die auf einen Spulenträger gewickelt ist, wobei der Spu­ lenträger koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet ist;
einem axial beweglichen Anker, der in der Innenkammer gelagert ist, wobei der Anker ein erstes Ende und ein zweites Ende hat;
einem Betätigungsglied, das sich von einem Ende des Ankers weg erstreckt;
einem Polstück und einem Flussrohr, die dem Anker funktionsmäßig zugeordnet sind, um den Anker bei Bestromung der Magnetspule in eine erste Richtung zu bewegen;
einem Ventil mit einem Kanal für einen hydraulischen Einlassdruck und einer Kammer, die zu einem hydraulischen steuerseitigen Druck führt und dazu dient, die Steuerseite zu einem Niederdruckbereich zu lenken;
einem ersten Ventilsitz und einem zweiten Ventilsitz;
einem Ventilglied, das wahlweise mit dem ersten Ventilsitz oder dem zwei­ ten Ventilsitz abgedichtet in Anlage bringbar ist;
einer Feder zum Vorspannen des Ankers; und
einer Steuerschaltung zum Bestromen des Ankers, um eine Steuerung des Einlassdrucks auf eine Einlassseite zu ermöglichen, um das Ventilglied in einer Stellung geringer Leckage abzudichten;
wobei der Elektromagnet durch Vertauschen des Polstücks und des Flussrohres im Gehäuse und Auswechseln der Feder entweder als proportional oder als umgekehrt proportional wirkender Elektromagnet konfigurierbar ist.

14. Elektromagnet nach Anspruch 13, bei dem in der proportional wirken­ den Konfiguration die Feder den Ventilkörper in eine erste Richtung vorspannt, um den auf das Ventilglied wirkenden Einlassdruck zu überwinden, und der Anker bei Bestromung die Feder überwindet und das Ventilglied in die Öffnungsstellung be­ wegt, damit einlassseitiger Druck zu der steuerseitigen Drucköffnung strömen kann.

15. Elektromagnet nach Anspruch 13, bei dem in der umgekehrt proportio­ nal wirkenden Konfiguration die Einlassseite normalerweise zur Steuerseite hin of­ fen ist und der Anker bei Bestromung der Magnetspule das Ventilglied in die Schließstellung bewegt.

16. Elektromagnet nach Anspruch 15, bei dem eine Feder verwendet wird, die schwächer als die auf das Ventilglied wirkende Kraft des einlassseitigen Drucks ist, um den normalerweise offenen Zustand zu ermöglichen.

17. Elektromagnet nach Anspruch 15, bei dem eine Feder so konfiguriert ist, dass sie den Anker in eine Richtung bewegt, in der das Ventilglied zu dem steu­ erseitigen Druck hin offen ist.

18. Elektromagnet nach Anspruch 13, bei dem das Ventilglied eine Ventilkugel ist.

19. Elektromagnet nach Anspruch 14, bei dem das Ventilglied eine Ventilkugel ist.

20. Elektromagnet nach Anspruch 15, bei dem das Ventilglied eine Ventilkugel ist.

21. Elektromagnet nach Anspruch 16, bei dem das Ventilglied eine Ventilkugel ist.

22. Elektromagnet nach Anspruch 17, bei dem das Ventilglied eine Ventilkugel ist.