DE10241449A1 - Elektromagnetisches Druckregelventil - Google Patents
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Abstract
Es wird ein elektromagnetisches Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, vorgeschlagen, mit einer in einem Gehäuse (13, 24) angeordneten Aktuatoreinheit (11), die eine Magnetspule (14) und einen axial verschieblich geführten Anker (18) umfaßt, der zur Betätigung eines Schiebers (25) dient, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A) und einem Rücklaufanschluß (Tx) steuert. Eine Hubübertragung von dem Anker (18) auf den Schieber (25) erfolgt mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder (28), die zwischen dem Anker (18) und dem Schieber (25) angeordnet ist (Figur 1).
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht von einem elektromagnetischen Druckregelventil, insbesondere einem Druckregelventil für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher definierten Art aus. - Ein derartiges Druckregelventil ist aus der Praxis bekannt und dient beispielsweise zur hydraulischen Steuerung einer Kupplung eines Automatikgetriebes. Zu diesen Zwecken ist es erforderlich, einen möglichst genauen Druck sowie einen Fluid- bzw. Hydraulikölstrom in einem Vorsteuerkreis herzustellen, so daß ein Kupplungszylinder oder auch ein Schieberventil präzise betätigt wird. Das Druckregelventil setzt hierzu ein Signal eines Getriebesteuergerätes um.
- Das bekannte Ventil der einleitend genannten Art umfaßt eine in einem Gehäuse angeordnete Aktuatoreinheit, die eine Magnetspule und einen in dem Gehäuse axial verschieblich geführten Anker umfaßt. Der Anker dient zur Betätigung eines Schiebers, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß, einem Verbraucheranschluß und einem Rücklaufanschluß steuert. Die Übertragung der Bewegung des Ankers auf den Schieber erfolgt mittels eines sogenannten Vorsteuerventils, mittels dessen ein Druck auf eine Stirnseite des Schiebers einstellbar ist, so daß der Schieber einen Hub erfährt. Die zum Rückstellen des Schiebers erforderliche Kraft wird mittels einer an der dem Vorsteuerventil abgewandten Stirnseite des Schiebers angreifenden Druckfeder ausgeübt. Die mittels des Vorsteuerventils auf den Schieber ausgeübte Kraft steht mit der Summe aus der Federkraft und der sich aus dem mittels des Schiebers eingeregelten Arbeitsdruck ergebenden Kraft im Gleichgewicht. Diese Kräfte wirken auf die dem Vorsteuerventil abgewandte Stirnfläche des Schiebers.
- Die Integration eines Vorsteuerventils in das Druckregelventil stellt jedoch nachteilhafterweise eine aufwendige und damit teure Konstruktion dar.
- Ferner ist es bekannt, einen Schieber eines Druckregelventils mittels eines Proportionalmagneten zu betätigen. Der Proportionalmagnet wird zur genauen Einstellung der zur Druckregelung erforderlichen Magnetkraft und des korrespondierendenden Drucks mit einem geregelten Strom angesteuert.
- Vorteile der Erfindung
- Das elektromagnetische Druckregelventil nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 , bei welchem Druckregelventil eine Hubübertragung von dem Anker auf den Schieber mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder erfolgt, die zwischen dem Anker und dem Schieber angeordnet ist, hat gegenüber dem einleitend beschriebenen Druckregelventil mit Vorsteuerventil den Vorteil eines konstruktiv einfacheren Aufbaus, da das aufwendige Vorsteuerventil entfällt. Dies führt wiederum zu geringeren Kosten bei der Herstellung. - Des weiteren wird bei dem Ventil nach der Erfindung der Schieber ohne den Einsatz eines Öls betätigt, so daß die Gefahr minimiert ist, daß sich der Ankerraum mit Ö1 befällt, welches den Anker in seiner Bewegung behindern könnte. Der Anker kann mithin ölfrei betrieben werden. Auch ist der mit dem erfindungsgemäßen Druckregelventil eingeregelte Druck unabhängig von einem Zulaufdruck eines Vorsteuerventils, wie es bei dem einleitend beschriebenen Druckregelventil nach dem Stand der Technik der Fall ist.
- Gegenüber einem mittels eines Proportionalmagneten betätigten Druckregelventils hat das erfindungsgemäße Druckregelventil den Vorteil einer einfacheren elektrischen Ansteuerung, da der Strom zur Betätigung der Aktuatoreinheit nicht geregelt werden muß, so daß auf einen Meßwiderstand verzichtet werden kann, was wiederum zu einer geringeren Verlustleistung führt. Auch wirken sich bei dem Druckregelventil nach der Erfindung die magnetische Hysterese und die Reibung der Ankerlagerung nicht auf den an dem Verbraucheranschluß eingeregelten Druck aus, welcher dadurch genauer wird und auch keine Hysterese aufweist.
- Bei dem Druckregelventil nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten PWM (Pulsweitenmodulierten) -Druckregler, bei dem der Anker zur Regelung des Drucks einer oszillierenden Bewegung ausgesetzt wird, die auf den Schieber übertragen wird.
- Durch die Ablagerung von Feinschmutz im Spalt zwischen dem Schieber und dem Gehäuse, in dem der Schieber gelagert ist, tritt grundsätzlich erhöhte Reibung auf, welche als Clogging bezeichnet wird. Durch die permanente Oszillation des Schiebers des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist diese Reibung stark minimiert, wodurch sich die Gefahr eines Festsetzens von Schmutz verringert.
- Um Bauteiltoleranzen ausgleichen zu können und eine hinreichende Genauigkeit des eingeregelten Drucks gewährleisten zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des elektromagnetischen Druckregelventils nach der Erfindung die Vorspannung der Feder einstellbar.
- Die Rückstellung des Schiebers kann mittels eines hydraulischen Rückstellmittels erfolgen. Dieses ist beispielsweise derart ausgelegt, daß der Schieber an der der Feder abgewandten Stirnseite eine sacklochartige Längsbohrung umfaßt, die über eine Querbohrung mit der Verbraucherseite verbunden ist. Damit bewirkt der mittels des Schiebers eingestellte Druck, der über die Querbohrung in die sacklochar tige Längsbohrung wirkt, eine Rückstellung des Schiebers in Richtung dessen Ruhestellung. Die über die Längsbohrung auf den Schieber wirkende Kraft wirkt also der Kraft der Feder entgegen.
- Der an der Verbraucherseite mittels des Schiebers eingeregelte mittlere Druck ist abhängig von der Pulsdauer, mit der der Anker im angezogenen Zustand gehalten wird. Wenn der Anker nur kurz angezogen wird und vergleichsweise lange in seiner magnetkraftlosen Stellung verbleibt, baut sich ein kleinerer Druck an dem Verbraucheranschluß als bei vergleichsweise länger angezogenem Anker auf. Der eingestellte mittlere Druck ist also so hoch, daß er über die Längsbohrung eine gleich große Kraft auf den Schieber ausübt wie die über die Zeit integrierte Federkraft.
- In der Längsbohrung des Schiebers kann ein Stift geführt sein, der sich an einer der Feder abgewandten Stirnwand des Gehäuses abstützt. Durch Anpassung des Durchmessers des Stiftes bzw. der Längsbohrung kann die über die Längsbohrung auf den Schieber wirkende Druckkraft in gewünschter Weise angepaßt werden. Wenn beispielsweise hohe Drücke geregelt werden sollen, wie es bei einer Kupplungsdirektsteuerung der Fall ist, kann durch eine Verringerung des Kolben- und des Längsbohrungsdurchmessers die zur Rückstellung erforderliche Druckkraft entsprechend angepaßt werden. Dadurch kann mit dem Druckregelventil nach der Erfindung ohne Austausch der Aktuatoreinheit ein großer Druckbereich abgedeckt werden.
- Zur Dämpfung der Bewegung des Schiebers kann die Stirnwand eine Drosselbohrung aufweisen, so daß der zwischen dem Schieber und der Stirnwand angeordnete Raum nach außen entlüftet ist und Hydrauliköl beim Aus- und Einströmen in diesen Raum einen Widerstand vorfindet.
- Der Anker wird im Betrieb des Druckregelventils nach der Erfindung mit einer Frequenz hin- und herbewegt, die so hoch eingestellt ist, daß der Schieber aufarund seiner Masse und der vorstehend beschriebenen Dämpfung nicht mehr vollständig der Ankerbewegung folgen kann und einen im Vergleich zum Ankerhub geringeren Hub erfährt.
- Um beim Betätigen des Schiebers einen großen Strömungsquerschnitt für die Durchströmung beim Füllen oder Entleeren des hydraulischen Verbrauchers zu erhalten, muß der Schieber mit einem gewissen Mindesthub betätigt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine positive Überdeckung der zwischen dem Zulaufanschluß und dem Verbraucheranschluß liegenden Steuerkante und der zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß liegenden Steuerkante des Schiebers vorliegt. Dadurch kann bei einer Oszillation des Schiebers die Druckoszillation an dem Verbraucheranschluß minimiert werden.
- Eine positive Überdeckung bedeutet, daß der Schieber nach dem Verschließen der einen Steuerkante zunächst einen gewissen Hub zurücklegen muß, bevor die andere Steuerkante öffnet. Um dies zu gewährleisten, muß der Anker einen großen Hub ausführen. Da Magnete bei großen Hub auch größere Windungsströme (Windungszahl mal Strom) benötigen, was aus Bauraumgründen oftmals nicht möglich ist, muß die Magnetkraft in Abhängigkeit von der Ankerposition möglichst günstig verteilt werden. Der Magnet ist so auszuführen, daß in jeder Stellung des Ankers nur die unbedingt notwendige Magnetkraft vorhanden ist. Idealerweise steigt die Magnetkraft linear an, und zwar mit einer ähnlichen Steigung wie die ebenfalls hubabhängige Kraft der Feder. Die Magnetkraft muß natürlich stets größer sein als die Federkraft.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
- Zeichnung
- Zwei Ausführungsbeispiele eines elektromagnetischen Druckregelventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisches Druckregelventil; -
2 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines elektromagnetischen Druckregelventils; und -
3 eine Kraft-Hub-Kennlinie des Druckregelventils nach2 . - Beschreibung des Ausführungsbeispiels I
- In
1 ist ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil10 dargestellt, das bevorzugt zur Steuerung eines Druckmittelflusses in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges dient und eine Magneteinheit11 sowie eine koaxial zu dem Magnetteil11 angeordnete Ventileinheit12 umfaßt. Die elektrische Versorgung der Magneteinheit11 erfolgt über ein hier nur schematisch dargestelltes Steckergehäuse21 . - Die Magneteinheit
11 umfaßt ein Gehäuse13 , in dem eine Spule14 angeordnet ist, in deren Inneres ein Polkern15 hineinragt. Der Polkern15 hat einen zylindrischen Ansatz16 , in welchen ein buchsenförmiger Käfig17 eingreift, in welchem ein Anker18 axial verschieblich geführt ist. - An der dem Polkern
15 abgewandten Seite liegt der Käfig17 an einem sogenannten Ankergegenstück19 an, das über ein Gewinde20 in das Gehäuse13 eingeschraubt ist. - Das Ankergegenstück
19 , der Käfig17 , der Anker18 und der Polkern15 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. - Der Polkern
15 ist in dem Gehäuse11 axial verschieblich geführt und stützt sich an der dem Ankergegenstück19 abgewandten Seite an einer Tellerfeder22 ab, so daß die aus dem Polkern15 und dem Käfig17 bestehende Baugruppe in Richtung des Ankergegenstücks19 vorgespannt ist. - Die Tellerfeder
22 liegt auf einem Ringbund23 eines Gehäuses24 der Ventileinheit12 auf, die mit der Magneteinheit11 verbunden ist. In dem Gehäuse24 ist ein Schieber25 axial beweglich geführt, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß P, einem Verbraucheranschluß A und einem Rücklaufanschluß T steuert und der mittels der Magneteinheit11 betätigbar ist. - Die Ventileinheit
12 stellt den hydraulischen Teil des Druckregelventils10 dar und umfaßt eine parallel zur Längsachse des Druckregelventils10 ausgerichtete Längsbohrung26 , in der der Schieber25 axial verschieblich geführt ist. An der der Magneteinheit11 zugewandten Stirnseite weist der Schieber25 eine sacklochartige Ausnehmung27 auf, in die eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder28 eingreift, über die der Schieber25 mit dem Anker18 der Magneteinheit11 verbunden ist. Die Spiralfeder28 durchgreift hierzu eine Zentralbohrung29 des Polkerns15 und greift in eine sacklochartige Ausnehmung30 des Ankers18 ein. Durch Verdrehen des Ankergegenstückes19 ist der Anker18 hinsichtlich seiner unbestromten Ruhestellung axial verschiebbar und damit die Vorspannung der Feder28 einstellbar. - An der der Magneteinheit
11 abgewandten Stirnseite weist der Schieber25 eine ebenfalls sacklochartig ausgebildete Längsbohrung31 auf, die über eine Querbohrung32 mit einem den Schieber25 umschließenden Ringraum33 und so mit dem Verbraucheranschluß A in Verbindung steht. In der Längsbohrung31 ist ein Stift34 geführt, der sich an einer Stirnwand35 des Gehäuses24 abstützt. In der Stirnwand35 ist eine Drosselbohrung36 ausgebildet, die einen zwischen der der Magneteinheit11 abgewandten Stirnseite des Schiebers25 und der Stirnwand35 angeordneten Raum39 des Ventilteils12 mit einem hier nicht näher dargestellten Tank für Hydrauliköl verbindet. - Der Schieber
25 hat des weiteren eine erste Steuerkante37 , die im Bereich des Zulaufanschlusses P angeordnet ist und den Fluidstrom zwischen dem Zulaufanschluß P und dem Verbraucheranschluß A steuert, sowie eine zweite Steuerkante38 , mittels der der Fluidstrom zwischen dem Ringraum33 und dem ebenfalls mit dem Tank verbundenen Rücklaufanschluß Tx steuerbar ist. Die Steuerkanten37 und38 sind an dem Schieber25 derart ausgebildet, daß sie eine positive Überdeckung haben, d. h. der Schieber25 legt nach dem Verschließen der Steuerkante37 einen gewissen Hub zurück, bevor die zweite Steuerkante38 geöffnet wird. - In
2 ist eine zweite Ausführungsform eines elektromagnetischen Druckregelventils50 nach der Erfindung dargestellt. Das Druckregelventil50 unterscheidet sich von dem Druckregelventil nach1 dadurch, daß es einen Polkern51 aufweist, der als Flachpol ausgebildet ist und mithin keinen zylindrischen Ansatz aufweist, in den der Käfig17 des Anker18 eingreift. Im übrigen entspricht die Ausbildung des Druckregelventils50 im wesentlichen derjenigen des Druckregelventils nach1 . Daher sind identischen Bauteilen die gleichen Bezugsziffern zugeordnet. - In
3 ist der ideale Verlauf der Magnetkraft des Druckregelventils50 nach2 dargestellt. Die Magnetkraft steigt linear und mit einer ähnlichen Steigung wie die ebenfalls hubabhängige Kraft der Feder an. Die Magnetkraft ist stets höher als die Federkraft. - Bei einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Ausführungsform greift das Polstück tiefer als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in den Innenraum der Spule ein. Des weiteren ist das Ankergegenstück verkürzt ausgebildet. Dadurch läßt sich dann ohne weitere konstruktive Änderung eine Umkehr der Richtung der Magnetkraft erreichen. Wenn dann noch eine Druckfeder zwischen dem Anker und dem Ankergegenstück angeordnet ist, erhält man anstelle eines Ventils mit steigender Druck-Strom-Kennlinie ein Ventil mit fallender Druck-Strom-Kennlinie. Ein derartiges Druckregelventil entspricht konstruktiv weitgehend den oben beschriebenen Druckregelventilen, so daß deren Fertigung mittels denselben Werkzeugen möglich ist, was einen erheblichen Kostenvorteil bietet.
Claims (13)
- Elektromagnetisches Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Gehäuse (
13 ,24 ) angeordneten Aktuatoreinheit (11 ), die eine Magnetspule (14 ) und einen axial verschieblich geführten Anker (18 ) umfaßt, der zur Betätigung eines Schiebers (25 ) dient, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A) und einem Rücklaufanschluß (Tx) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hubübertragung von dem Anker (18 ) auf den Schieber (25 ) mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder (28 ) erfolgt, die zwischen dem Anker (18 ) und dem Schieber (25 ) angeordnet ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (
28 ) einstellbar ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (
28 ) eine Spiralfeder ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (
18 ) hinsichtlich seiner Ruhestellung axial versetzbar ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung des Ankers (
18 ) mittels eines Ankergegenstücks (19 ) einstellbar ist, das in das Gehäuse (13 ,24 ) eingeschraubt ist und auf einen Käfig (17 ) des Ankers (18 ) wirkt. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (
17 ) des Ankers (18 ) mittels einer Tellerfeder (22 ) vorgespannt in dem Gehäuse (13 ,24 ) gelagert ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (
25 ) ein hydraulisches Rückstellmittel umfaßt. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Rückstellmittel eine sacklochartige Längsbohrung (
31 ) umfaßt, die über eine Querbohrung (32 ) mit der Verbraucherseite (A) verbunden ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsbohrung (
31 ) ein Stift (34 ) geführt ist, der sich an einer der Feder (28 ) abgewandten Stirnwand (35 ) des Gehäuses (13 ,24 ) abstützt. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (
35 ) eine Drosselbohrung (36 ) aufweist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Überdeckung der zwischen dem Zulaufanschluß (P) und dem Verbraucheranschluß (A) liegenden Steuerkante (
37 ) und der zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß (T) liegenden Steuerkante (38 ) des Schiebers (25 ) vorgesehen ist. - Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine steigende Druck-Strom-Kennlinie.
- Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine fallende Druck-Strom-Kennlinie.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F16K 31/06 AFI20051017BHDE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |