DE2337886A1

DE2337886A1 - Elektromagnetisches druckregelventil mit als verschlusskoerper dienendem kugelanker

Info

Publication number: DE2337886A1
Application number: DE19732337886
Authority: DE
Inventors: Arwed V Dipl Ing Koch
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1975-02-06

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9928/fr

Stuttgart-Untertürkheim 0 QQ 7 Q PC

Elektromagnetisches Druckrege!ventil mit als Verschlußkörper dienendem Kugelanker

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für ein inkompressibles Medium vorzugsweise für die Anwendung in einem selbsttätig schaltenden Kraftfahrzeuggetriebe, dessen Ventilverschlußkörper eine ferromagnetische Kugel ist, die gleichzeitig den Magnetanker darstellt, mit einem rohrförmigen einen Teil der ferromagnetischen Ummantelung der Magnetspule bildenden Spulenkern und mit einer gleichachsig mit dem Magnetkern angeordneten,durch die Kugel verschließbaren mit dem Ventilzulauf verbundenen Ventilsitz aus nichtferromagnetischem Werkstoff, ferner mit zwei an die Ummantelung angeformten ringförmig ausgebildeten zur Spulenachse gleichachsigenden Magnetfluß in die Ventilkugel leitenden Polschuhen.

Ein solches Ventil ist z.B. aus der DT-AS 1 001 073 bekannt geworden. Dieses Ventil dient lediglich dem Öffnen und Schließen des Ventilsitzes. Die Kraft-Hub-Kennlinie des Ventiles verläuft sehr steil, da die Ventilkugel in Schließrichtung auf den einen Polschuh zu bewegt wird. Wegen dieser Steilheit der Kennlinie ist das Ventil ungeeignet, als Druckregelventil zu dienen, bei dem innerhalb gewisser Grenzen jede beliebige Verschlußkraft reproduzierbar durch eine ihr zugeordnete Spulenerregung eingestellt und somit ein dementsprechender Druck hervorgerufen werden kann. Dieses Ziel liegt aber der Erfindung als Aufgabe zugrunde.

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Dies wird, ausgehend von dem eingangs genannten Magnetventil erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der eine Polschuh eine zylindrische, der Ventilkugel zugekehrte und sie mit einem bestimmten aber engen Spiel im Bereich ihres Äquators umgebende Polfläche aufweist (zylindrischer Polschuh), die in axialer Richtung etwa einem dem Kugelradius entsprechenden Abstand vom Ventilsitz aufweist und daß der andere Polschuh in dem Vinkelraum zwischen Ventilsitz und zylindrischer Polfläche etwa radial an die Ventilkugel herangeführt ist.

Der zylindrische Polschuh umgibt die Kugel mit einem engen definierten Spalt und zieht sie einseitig an. Die Kugel kann dann - geführt durch den zylindrischen Polschuh - bei Ventilbewegungen in der Zylinderfläche reibungsarm abrollen. Der zylindrische Polschuh dient daher der reibungsarmen Axialführung der Ventilkugel und der Einleitung des Magnetflusses in sie. Der andere radiale Polschuh, der zwischen dem Ventilsitz und dem zylindrischen Polschuh angeordnet ist, dient dem Ausüben einer Magnetkraft als Schließkraft. Wegen der Neigung des radialen Polschuhes zur Schließrichtung der Ventilkugel fällt nur ein Teil der insgesamt auf die Kugel ausgeübten Kraft in die Bewegungsrichtung und die Kraft-Hub-Kennlinie des Magneten ist dadurch wesentlich flacher, so daß er für die Betätigung eines Druckregelventiles mit reproduzierbarer Zuordnung von Erregerstrom zu Druck geeignet ist.

Zu einem flachen Verlauf der Magnetkennlinie trägt es auch bei, wenn die der Ventilkugel zugekehrte Polfläche des radialen Polschuhes so gestaltet ist, daß zwischen dieser Polfläche und der Kugeloberfläche ein sich in Richtung zum Ventilsitz erweiternder Magnetspalt entsteht. Eine solche Spalterweiterung kann fertigungsgünstig dadurch bewirkt werden, daß die Polfläche des radialen Polschuhes kegelflächig mit in Richtung auf den Ventilsitz weisender Kegelspitze ausgebildet ist, wo-

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bei vorzugsweise der Winkel zwischen einer Mantellinie der Kegelfläche und der Kegelachse 0 bis 30 beträgt.

Um neben der anzustrebenden Beseitigung möglichst vieler mechanischer Reibungseinflüsse auch die magnetische Hysterese zu verringern, ist es zweckmäßig, daß magnetisch aktive Material aus einem Werkstoff mit möglichst niedriger Koerzitivfeidstärke und gleichzeitig möglichst hochliegendem Curie-Punkt herzustellen. Beim Einsatz in automatischen Kraftfahrzeuggetrieben können nämlich aufgrund von Öl- und Spulenerwärmungen Temperaturen bis zu 200 C auftreten und es ist wichtig, daß auch bei diesen Extremteniperaturen die wertvollen magnetischen Eigenschaften des Ventiles noch keine nennenswerten Einbußen erlitten haben.

Damit die durch den flachen Kennlinienverlauf bedingten relativ geringen Magnetkräfte die Ventilkugel auch gegen höhere Drücke dicht gegen den Ventilsitz drücken können, ist vorgesehen, daß der Durchmesser des Ventilsitzes kleiner ist als der Radius der Ventilkugel.

Um die Reproduktionsgenauigkeit von Mediumdruck durch den Erregerstrom nicht durch ein Umschlagen der Strömungsverhältnisse im Ventilspalt von laminar nach turbulent und umgekehrt zu beeinflussen - die Drosselkennlinie des Ventlles weist bei einem solchen Umschlag einen Knick auf - ist es vorteilhaft, wenn die Dichtfläche am Ventilsitz schneidenartig ausgebildet ist und die zulaufseitige Schneidenflanke und die Kugelfläche* einen spitzen Winkel miteinander einschließen. Es ist damit sichergestellt, daß im Anwendungsbereich des Ventile keine Knickstelle in der Ventilkennlinie auftritt. Dieser konvergierende Spalt kann dadurch verwirklicht worden, daß an dem Ventilsitz eine hohlkegelförmige Ansenkung angebracht wird.

Das Ventil kann dadurch besonders einfach ausgebildet werden, daß der zylindrische Polschuh an einem Ende des hohlgebohrten

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Spulenkerns und dor radiale Polschuh an dorn die eine Spulenstirnseite abdeckenden Teil der Spulenummantelung angebracht ist.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten AusführungsbeiSpieles im folgenden näher erläutert; es zei gen:

Fj g. 1 oinen Längssclmitt durch ein erfindungsgemäßes el oktromagneti sclics Kugelventil und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ventilsitzes und der Polatisführung.

Das dargestellte Magnetventil weist eine auf einem Spulenträger 1 aufgewickelte Spule 2 sowie eine aus dem hohlgebohrten Spulenkern 3 t dem achssenkrechten Joch Ί, der zylindrischen Außenummantelung 5 und aus einem weiteren mit dem Ventilteil des Magnetventiles integrierten Joch 6 bestehende ferromagnetische Ummantelung auf. Aus Gründen einer möglichst geringen magnetischen Hysterese über einen möglichst hohen Temperaturbereich hinweg und somit zur Erzielung einer möglichst hohen Reproduziergenauigkeit von Drucken durch eine elektrische Größe weist der Werkstoff der Eisenummantelung eine sehr niedrige Koerzitivfeldsthrke und einen hochliegenden Curie-Punkt auf. Der Spulenkern 3 ist auf der dem Ventilteil abgekehrten Seite durch einen Stopfen 7 druckdicht verschlossen. Die Spule ist über elektrisch gegenüber der Ummantelung isoliert herausgeführten Anschlüssen, von denen einer (Anschluß P,) dargestellt iet, mit Strom versorgbar.

Im Innern des Spulenkernes ist eine mit dem Bohrungsdurchmesser nahezu übereinstimmende im Durchmesser enc tolerierte Ventilku;:el 0 aus f erroi lagnetischem Material angeordnet, die in der genau bearbeiteten Bohrung 10 des Spulenkernes mit geringem

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definierten Spiel axial beweglich ist. An dem dem Ventiltoil des Kagnetventiles zugeordneten Ende des Spulenkernes 3 ist ein ringförmiger zylindrischer Polschuh 11 angeformt, der den Magnetfluß in die Vontilkugel überleitet. Der di«· Kugel unterstützende und ihre Axialposition bestimmende Ventilssitz 12 ist um etwa den Kugelradius von dem Polschuh 11 entfernt angeordnet, so daß der Polschuh etwa die Kugel in ihrem Aquatorialbereich erreicht. Um einen ausreichend großen einen Streufluß des Magnetflusses an der Kugel vorbei verhindernden /b— stand vom Polschuh 11 ist an dem anderen Ende der toroidal die Spule umgreifenden Ummantelung ein weiterer ringförmiger radial etwa bei k$ an die Kugeloberfläche herangeführter Polschuh 1'i angeformt. Die in das Joch 6 eingearbeitete ringförmige Rille 13 dient dazu, den Luftspalt zum zylindrischen Pol 11 hin zu vergrößern und die. Magnetflußlinien zur Kugel hin konzentrieren. Der zwischen dem Polschuh ik und der Kugeloberfläche befindliche ringförmige Luftspalt l6 erweitert sich in Richtung auf den Ventilsitz 12. Die Einleitung des Magnetflusses am Magnetpol 11 quer zur Bewegungsrichtung der Ventilkugel 9' und die Magnetspalterweiterung l6 dienen einer Abflachung der Magnetkennlinie. Die zylindrische Ausgestaltung des Pol schuhes 11 dient außerdem der rollenden reibungsarmen Führung der Ventilkugel 9, die aufgrund einer exzentrisch wirkenden magnetischen Anziehung einseitig an irgendeiner Stelle der Bohrung Io anliegt.

Der Ventilsitz ist zur Sicherstellung dessen, daß der Magnetfluß auch tatsächlich über den Luftspalt l6 in den Pol 1k fließt, aus nichtf erromagnetischeni Material gefertigt, so daß an der Stelle des Ventilsitzes zwischen dem magnetisch leitenden. Material des Joches 6 und der Kugeloberfläche ein größerer magnetisch nichtleitender Spalt entsteht.

Die Dichtfläche des Ventilsitzes 12 mit der Kugel 9 ist in Form einer ringförmigen Schneide 17 ausgebildet, deren Zustrom-

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seitige Flanke lil mit der Kugeloberflache einen zur Schneiden* kante hin konvergierenden Spalt bildet. Diese Dichtflächenausbildung dient dazu, konstante Stromungsverhältnisse im Ventilspaltbereich über den ganzen Regelbereich des Ventiles hinweg zu gewährleisten. Die Sehneidenflanke ]V, ist durch Aiiscnkon einer Hohlkegelfluche erzeugt worden.

Der durch die Ventilkugel 9 vcrschliel'bare Ventilsitz 12 ist mit dem Zulauf 10 des Ventiles verbunden. Durch den vom Ventil zurückgehaltenen Druck wird also hydraulisch auf die Ventilkugel eine aus Druck mal Ventilsitzfläche sicli ergebende Kraft, die im Üffnungssiime wirkt, ausgeübt. Durch mehr oder weniger starke Spulenerregung wird auf die Kugel 9 über den radialen Pol 1Ί eine fein dosierbare und wegen der Reibungsarmut und der geringen magnetischen Hysterese genau reproduzierbare Schließkraft ausgeübt. Aus dem sich einstellenden Gleichgewicht von einstellbarer magnetischer Schließkraft und hydraulischer Öffnungskraft folgt ein der Spulenerregung analoger Druck. Zur Verhinderung zu großer Kugelausschläge bei Stromabschaltung ist an den Verschlußstopfen 7 eine Anschla.^nase 20 angeformt.

Das die zylindrische Außenummantelung 5, das Joch G und den Ventilteil des Magnetventiles aufweisende Bauteil ist mit einem Flansch 21 versehen, mittels dessen das Magnetventil mit dein zugehörigen Leitungssystem verschraubt werden kann.

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Claims

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Ansprüche:

ΠΙ eletromagnetisch betätigtes Ventil für ein inkompressibles Medium vorzugweise für die Anwendung in einem selbsttätig schaltenden I>rnf tf ahrzeuggetriebe , dessen Ventilverschlußkörper eine ferromagnetische Kugel ist, die gleichzeitig den Magnetanker darstellt, mit einem rohrförmigeii einen Teil der ferromagnotischen Ummantelung der Magnetspule bildenden Spulenkern, und mit einer gleichachsig mit dem Magnetkern angeordneten,durch die Kugel verschließbaren mit dem Ventilzulauf verb\mdenen Ventilsitz aus nichtferromagnctischom Werkstoff, ferner mit zwei an die Umnanteluri' an« el 0rr.1t.en ringförmig ausgebildeten zur Spulenachse gleii hachsigeii den Magnetfluß in die Ventilkugel leitenden Pol schuhen, dadurch gekennzeichnet, daß der eine PoJL schuh (l ') eine zyli ndrischc dor Ventilkugel (')) zugekehrte und sie mit einem bestimmten aber encen Spiel im Hereich ihres Äquators umgebende Polfläche (K>) aufweist (zvlindrischer Polschuh 11), die in axialer Richtung etwa einen dem Ku,'^relradius entsprechenden Abstand vom Ventilsitz ( 111, Dichtkaiite 17) aufweist und daß der andere Polschuh (i'i) in dem Wi. nkelrauri zwischen Ventilsitz (12) und zylindrischem Polschuh (11) etwa radial.

an die Ventilkugel ('1) herangeführt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch irekonnzeiclmet , daß die (let Vent i 1 kii.ce 1 (')) zu<'okehrte Polfläche des radialen PoI-scliulirp ('Ί) so gestaltet ist, da!¹ zwischen dieser Polfläche und der Kugeloberfläche ein sich in Richtung zum Ventil sit ν «-rwei t ernder Maenetsnalt (¹T)) entsteht.

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J. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dio Polfläche des radialen Polschuhes (1Ί) kegelflächig
mit in Richtung auf den Ventilsitz (l2) weisender Kegelspitze ausgebildet ist.

¹I. Ventil nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel zwischen einer Mantellinie der Kegelfläche und
der Kegelachse etwa 0 bis 30 beträgt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Polschuh (ll) an einem
Ende des hohlgebohrten Spulenkerns (3) und der radiale
Polschuh (l'i) an dem die eine Spulenstirnseite abdeckenden Teil (6) der Spulenummantelung (3 bis 6) angebracht ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ventilsitzes (12) kleiner ist als der Radius der Ventilkugel (9)·

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche am Ventilsitz (l2) schneidenartig ausgebildet ist (Dichtkante 17) und daß die zulaufscitige Schneidenflanke (lfi) und die Kugelfläche einen
spitzen Winkel miteinander einschließen.

G. Ventil nach Anspruch 7_t dadurch gekennzeichnet, daß der
Ventilsitz (12) eine hohlkegrclförmige Ansenkun.c; aufweist.

0. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch aktive Material (3 bis 6 und 9) aus einem Werkstoff mit möglichst niedriger Koerzitivfeidstärke und gleichzeitig möglichst hochliegendem Curie-Punkt besteht.

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