DE10034959A1

DE10034959A1 - Proportional-Druckregelventil

Info

Publication number: DE10034959A1
Application number: DE10034959A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Runge; Hubert Remmlinger; Karlheinz Mayr; Wolfgang Schmid; Thilo Schmidt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-02-21
Also published as: EP1301837A2; US6904934B2; WO2002006911A2; US20030037825A1; KR100832166B1; JP2004504566A; WO2002006911A3; KR20030031953A; DE50100976D1; EP1301837B1

Abstract

Beschrieben ist ein Proportional-Druckregelventil mit einem Ventilteil mit Zu- und Ablauföffnungen (4) und wenigstens einem Schließmittel (7) zum Steuern einer Blende (12) sowie einem Magnetteil mit einem Magnetkern, einer Magnetspule und einem verschiebbar angeordneten Magnetanker. Mit dem Anker wirkt ein Betätigungselement (11) zusammen, welches das kugelförmige Schließmittel (7) betätigt und wobei der hydraulisch wirksame Querschnitt der Blende (12) im wesentlichen durch die Blendenlänge (L), den Blendendurchmesser (D) und den Durchmesser (d) des in die Blende eindringenden Teils (13) des Betätigungselements (11) bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist das Verhältnis der Blendenlänge (L) zum Blendendurchmesser (d) kleiner 2,0.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proportional- Druckregelventil mit einem Ventilteil mit Zu- und Ablauf öffnungen und wenigstens einem Schließmittel zum Steuern einer Blende an einer der Öffnungen sowie einem Magnetteil mit einem Magnetkern, einer Magnetspule und einem ver schiebbar angeordneten Magnetanker. Mit dem Anker wirkt ein Betätigungselement zusammen, welches das Schließmittel, insbesondere an der Blende der Zulauföffnung, betätigt und wobei das Betätigungselement während des Regelvorgangs we nigstens teilweise in die Blende eindringt. Der hydraulisch wirksame Querschnitt der Blende wird dabei im wesentlichen durch die Blendenlänge, den Blendendurchmesser und den Durchmesser des Betätigungselements in der Blende bestimmt.

Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus der WO 98/48332 bekannt. Dieses Ventil ist mit mindestens zwei Blendenstufen ausgestattet, wovon zwei Stufen variabel und unter mechanischer bzw. hydraulischer Einwirkung nach dem Prinzip der hydraulischen Halbbrücke miteinander gekoppelt sind. Die beiden variablen Blendenstufen sind als Einlaß- und als Auslaßblende eines Regeldruckraums vorgesehen und weisen jeweils einen Verschlußkörper mit definierter Geome trie auf.

Die DE 44 26 152 A1 beschreibt ein elektromagnetisches Druckregelventil, welches insbesondere für die Schaltdruck regelung von automatischen Kraftfahrzeuggetrieben einsetz bar ist. Dieses Ventil weist ein Ventilgehäuse und einen von einem Magnetanker betätigbaren und mit diesem verbunde nen Steuerschieber auf, wobei der Schieber die Anschlüsse von einem Druckmittelzulauf zu einem Verbraucheranschluß bzw. zu einem Rücklauf oder Tank steuert. Der Steuerschie ber ist in einer hinteren und in einer vorderen Lagerstelle im Ventilgehäuse gelagert und über eine Einstellfeder vor gespannt.

Proportional-Druckregelventile der vorgenannten Art unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung bezüglich der funktionellen Eigenschaften, insbesondere der Optimie rung der hydraulischen Eigenschaften sowie der Erhöhung der Zuverlässigkeit im Betrieb bei unterschiedlichen Bedingun gen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Proportional-Druckregelventil mit verbesserten hydrauli schen Eigenschaften anzugeben, welches insbesondere ein durchflußoptimiertes Ventilteil aufweist, das speziell im Bereich niedriger Temperaturen, also bei höheren Viskositä ten der Hydraulikflüssigkeit, wesentlich geringere Strö mungswiderstände aufweist.

Ausgehend von einem Proportional-Druckregelventil der eingangs genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das Proportional-Druckregelventil weist erfindungsge mäß eine optimierte Ausprägung der durchflußbestimmenden Zuführgeometrie auf, wobei das Verhältnis der Blendenlänge zu dem Blendendurchmesser kleiner 2,0 ist und diese durch flußbestimmende Blende insbesondere in der Zulauföffnung des Ventils angeordnet ist. Somit wird vorteilhafterweise erreicht, daß das erfindungsgemäße Ventil geringere Strö mungsverluste, inbesondere bei hohen Ölviskositäten, also bei niedrigen Temperaturen, aufweist. Dadurch werden höhere Durchflußmengen und kürzere Ansprechzeiten des Ventils er zielt, so daß die erfindungsgemäße Ausbildung des Propor tional-Druckregelventils mit Vorteil bessere dynamische Werte ermöglicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Betätigungselement ein stift förmiges Endstück aufweist, welches in die Blende ein dringt, wobei anstelle des Betätigungselements auch ein Teil des Schließmittels in die Blende eindringen kann. Da bei ist das Verhältnis des Durchmessers des Betätigungsele ments in der Blende zu dem Blendendurchmesser kleiner als 0,9 und der Durchmesser des stiftförmigen Endstücks des Betätigungselements ist kleiner als 1,0 mm. Bei einer der artigen Ausbildung des zuführseitigen Ventils wird vorteil hafterweise eine verbesserte Funktion, insbesondere für die Druckregelung in automatischen Kraftfahrzeuggetrieben, ge schaffen.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine strömungsbegünstigte Ausprägung der zu- und ablaufseitigen Kanten an der Blende beschrieben. Dabei sind die Radien und/oder die Fasen der Blende und/oder an dem mit der Blen de korrespondierenden Endstück des Betätigungselements kleiner ausgebildet als die Blendenlänge selbst, wobei ins besondere die Radien einen Wert kleiner oder gleich 0,1 mal der Blendenlänge aufweisen. Dadurch werden ebenfalls we sentlich geringere Strömungswiderstände der durchflußbe stimmenden Ventilgeometrie ermöglicht.

Das Proportional-Druckregelventil weist ein Ventilteil mit zwei Sitzventilen auf, wobei insbesondere das eine Sitzventil als Schließmittel eine Kugel enthält und das andere Sitzventil als Flachsitz ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß das erfindungsgemäße Ventil bei geringen Anforderungen an die Genauigkeit der einzelnen Bauteile eine verhältnismäßig hohe Dichtigkeit, insbesondere in seinen Endstellungen, gewährleistet, wo durch bei einem durchflußoptimierten Ventil auch die Lecka geeigenschaften minimiert werden.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung, wel che auch eine eigenständige Erfindung darstellen kann, wird vorgeschlagen, daß zwischen den beiden Sitzventilen eine zusätzliche Lochblende angeordnet ist, welche nun anstelle der zulaufseitigen Blende den durchflußbestimmenden Quer schnitt zwischen der Zulauföffnung und einer Ablauföffnung darstellt. Auch mit einer derartigen Lochblende werden, insbesondere im Minus-Temperaturbereich, wesentlich gerin gere Strömungswiderstände erreicht. Die beschriebene Loch blende ist vorteilhafterweise exakter und einfacher herzu stellen als die vorgenannte Ringblende. Auch mit einem der art funktionsoptimierten Druckregler sind höhere Durchfluß mengen und kürzere Ansprechzeiten erzielbar und die dynami schen Werte des Reglers werden verbessert. Weiterhin ist der Einfluß durch eine mögliche Exzentrizität des stiftför migen Endes des Betätigungselements in der Blende ausge schlossen.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem zulaufseitigen Sitzventil und der Lochblende ein hydraulisch abdichtbarer Raum vorgesehen, welcher beispielsweise durch einen ring förmigen Dichtkörper aus flexiblem Material erzeugbar ist.

Zwischen der Lochblende und der Ablauföffnung bzw. dem tankseitigen Sitzventil ist eine hydraulische Verbindung zu der Arbeitsdruckleitung vorgesehen, so daß die Arbeits druckleitung vorteilhafterweise in radialer als auch in axialer Richtung in dem Ventilkörper angeordnet sein kann.

Bei Realisierung einer derartigen Lochblende wird die vorgenannte Ringblende in der Zulauföffnung in ihrem Außen durchmesser vergrößert, so daß der durchflußbestimmende Querschnitt gezielt in die Lochblende verlagert wird. Durch die Vergrößerung des Außendurchmessers der Ringblende wird die Mindestöffnungskraft erhöht, wodurch beim Öffnen der Ringblende ein Öffnungskraftstoß auftreten kann. Zur Dämp fung dieses Öffnungskraftstoßes des zulaufseitigen Sitzven tils wird vorgeschlagen, eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vorzusehen.

Mit einem erfindungsgemäßen Proportional-Druckregel ventil kann bei angepaßter Ausbildung des Magnetteils so wohl eine Schalt- als auch eine Regelfunktion ausgeführt werden. Somit sind vorteilhafterweise zwei Funktionsarten mit einem Ventil möglich.

Weitere Ziele, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfin dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale und Kennzeichen für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Er findung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den An sprüchen und deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ventilteil für ein erfindungsgemäßes Proportional-Druckregelventil mit geschlos sener Zulaufblende in Schnitt-Darstellung;

Fig. 2 das Ventilteil gemäß Fig. 1 mit geöffneter Zulaufblende;

Fig. 3 ein Detail X aus Fig. 2 in vergrößerter Dar stellung und

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Proportional-Druck regelventil in einer weiteren Ausbildung in Schnitt-Darstellung und in verkleinertem Maßstab.

Das Ventilteil 2 (Fig. 1) weist eine Zulauföffnung 4, eine tankseitige Ablauföffnung 5 sowie einen Arbeitsdruck anschluß 6 auf. Das Ventilteil 2 ist ferner mit einem zu laufseitigen, ersten Sitzventil 17 und einem ablaufseitigen Sitzventil 18 ausgestattet. Das Schließmittel des ersten Sitzventils 17 ist als Kugel 7 ausgebildet, welche die zu laufseitige Blende 12 steuert. Das ablaufseitige Sitzven til 18 ist mit einem Flachsitz 19 versehen, welcher von einem in Fig. 4 dargestellten Magnetanker über das Betäti gungselement 11 betätigbar ist. Das Betätigungselement 11 weist ein stiftförmiges Endstück 13 auf, welches das Schließmittel 7 in der zulaufseitigen Blende 12 betätigt. Das Betätigungselement 11 ist derart bemessen, daß die bei den Sitzventile 17 und 18 nach dem Prinzip einer hydrauli schen Halbbrücke miteinander verschaltet sind. Dabei ist beispielsweise das zulaufseitige Sitzventil 17 geschlossen, während das ablaufseitige Sitzventil 18 geöffnet ist. In dem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Sitzventil 17 und 18 ist eine hydraulische Verbindung 22 zu der Arbeits druckleitung 6 angeordnet.

In der entgegengesetzten Endposition (Fig. 2) ist das zulaufseitige Sitzventil 17 voll geöffnet, während das ab laufseitige Sitzventil 18 geschlossen ist. (In den Abbil dungen sind gleiche Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.) Das stiftförmige Endstück 13 des Betäti gungselements 11 durchdringt die Blende 12 und hebt das kugelförmige Schließelement 7 von seiner ringförmigen Dichtfläche ab. Das durch die Zulauföffnung 4 zuströmende Druckmedium gelangt durch die Blende 12 in einen Raum zwi schen den beiden Ventilsitzen 17 und 18. Hier wird das Druckmedium umgelenkt und durch die hydraulische Verbin dung 22 zu der Arbeitsdruckleitung 6 geführt.

Die zulaufseitige Blende 12 (Fig. 3) weist sowohl an ihrer Zulaufseite einen Radius 14 als auch an ihrer Ablauf seite eine Fase 16 auf. Die Stirnseite des stiftförmigen Endstücks 13 des Betätigungselements 11 ist ebenfalls mit einem Radius 15 versehen. In einem vorteilhaften Ausfüh rungsbeispiel eines Proportional-Druckregelventils zur Ver wendung als Schaltventil in einem Kraftfahrzeug-Automatge triebe beträgt der Durchmesser der Kugel 7 1,588 mm, wäh rend der Durchmesser der korrespondierenden Blende 12 1,20 mm beträgt. Der Durchmesser d des stiftförmigen End stücks 13 beträgt 0,60 mm und die Blendenlänge L 0,50 mm. Der zulaufseitige Radius 14 der Blende 12 beträgt 0,05, der Radius 15 an dem Endstück 13 beträgt 0,02 mm und die Fa se 16 ist mit 0,20 mm mal 45° ausgebildet.

In einer alternativen Ausbildung (Fig. 4) ist ein Pro portional-Druckregelventil 1 gezeigt, welches aus einem Ventilteil 2 und einem Magnetteil 3 besteht. Das Magnet teil 3 besteht im wesentlichen aus einem Magnetkern 8, ei ner Magnetspule 9 sowie einem beweglich angeordneten Magne tanker 10, welcher mit dem Betätigungselement 11 zusammen wirkt. Zwischen dem Magnetkern 8 und dem Anker 10 ist eine Druckfeder 23 zur Dämpfung eines Kraftstoßes beim Öffnen des zulaufseitigen Sitzventils vorgesehen. Das Magnetteil 3 ist über eine elektrische Zuleitung 24 anschließbar.

Das Ventilteil 2 ist in seinem Grundaufbau ähnlich den vorbeschriebenen Ventilteilen, weist jedoch eine mit einer Druckleitung P in Verbindung stehende Zulauföffnung 4 auf sowie eine mit einem Tank T in Verbindung stehende Ablauf öffnung 5 und einen mit einer Arbeitsdruckleitung A in Ver bindung stehenden Anschluß 6. Zwischen dem zulaufseitigen Sitzventil 17 und dem ablaufseitigen Ventil 18 ist eine Lochblende 20 vorgesehen. Damit die Lochblende 20 den durchflußbestimmenden Querschnitt des Ventilteils bildet, ist die Bohrung der Ringblende 12 gegenüber der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Blende geringfügig vergrößert, z. B. um 0,30 bis 0,50 mm im Außendurchmesser D. Eine der artige Lochblende ist exakter und einfacher herstellbar als die vorbeschriebenen Ringblenden. Der Raum 21 zwischen dem Sitzventil 17 und der Lochblende 20 ist durch einen Ring körper 25 begrenzt, so daß das Druckmedium zunächst durch die Lochblende 20 hindurchströmen muß, um zu der hydrauli schen Verbindung 22 zu der Arbeitsdruckleitung 6 zu gelan gen. Zur Dämpfung eines durch die vergrößerte Fläche der Blende 20 möglicherweise auftretenden Öffnungskraftstoßes des zulaufseitigen Sitzventils 17 ist eine Druckfeder 23 zwischen dem Magnetkern 8 und dem Magnetanker 10 angeord net.

In der in Fig. 4 dargestellten Endposition ist die zulaufseitige Ringblende 12 geschlossen, während das ab laufseitige Sitzventil 18 geöffnet ist. Bei einer umgekehr ten, nicht dargestellten Endposition der beiden Sitzventile ist die Kugel 7 von dem Sitz der Blende 12 abgehoben und das Sitzventil 18 geschlossen. Das Druckmedium gelangt so durch die Zulauföffnung 4 und über die Ringblende 12 zu dem Zwischenraum 21. Danach strömt das Druckmedium durch die durchflußbestimmende Lochblende 20 und die hydraulische Verbindung 22 zu dem Arbeitsdruckanschluß 6.

Bezugszeichen

1

Proportional-Druckregelventil

2

Ventilteil

3

Magnetteil

4

Zulauföffnung

5

Ablauföffnung

6

Arbeitsdruckleitung/-anschluß

7

Schließmittel (Kugel)

8

Magnetkern

9

Magnetspule

10

Magnetanker

11

Betätigungselement

12

Ringblende

13

Endstück (Stift)

14

Radius

15

Radius

16

Fase

17

Sitzventil

18

Sitzventil

19

Flachsitz

20

Lochblende

21

Raum

22

hydraulische Verbindung

23

Druckfeder

24

elektrische Zuleitung

25

Ringkörper
P Druckleitung
T Tank
A Arbeitsdruckleitung
X Detail
d Stiftdurchmesser
D Blendendurchmesser
L Blendenlänge

Claims

1. Proportional-Druckregelventil (1) mit
einem Ventilteil (2) mit Zu- und Ablauföffnungen (4, 5, 6) und wenigstens einem Schließmittel (7) zum Steu ern einer Blende (12) an einer der Öffnungen,
einem Magnetteil (3) mit einem Magnetkern (8), einer Magnetspule (9) und einem verschiebbar angeordneten Magnetanker (10) und
einem mit dem Anker (10) zusammenwirkenden Betäti gungselement (11), welches das Schließmittel (7) betä tigt, wobei
der hydraulisch wirksame Querschnitt der Blende (12) im wesentlichen durch die Blendenlänge (L), den Blen dendurchmesser (D) und den Durchmesser (d) des in die Blende eindringenden Teils des Betätigungsele ments (11) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält nis von Blendenlänge (L) zu Blendendurchmesser (D) kleiner 2,0 ist.

2. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (d) des stiftförmigen Endstücks (13) des Betätigungselements (11) in der Blende (12) zum Blenden durchmesser (D) kleiner 0,9 ist und der Durchmesser (d) insbesondere kleiner 1,0 mm beträgt.

3. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (14, 15) und/oder Fasen (16) an der Blende (12) und/ oder an dem mit der Blende (12) korrespondierenden End stück (13) des Betätigungselements (11) kleiner als die Blendenlänge (L) sind, wobei insbesondere die Radien einen Wert kleiner oder gleich 0,1 mal (L) aufweisen.

4. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil (2) zwei Sitzventile aufweist, wobei insbesonde re ein Sitzventil (17) als Schließmittel eine Kugel (7) enthält und das andere Sitzventil (18) als Flachsitz (19) ausgebildet ist.

5. Proportional-Druckregelventil nach einem der voran gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Sitzventilen (17, 18) eine Loch blende (20) angeordnet ist, welche den durchflußbestimmen den Querschnitt zwischen der Zulauföffnung (4) und einer Ablauföffnung, insbesondere der Arbeitsdruckleitung (6), darstellt.

6. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem zulaufseitigen Sitzventil (17) und der Lochblende (20) ein hydraulisch abdichtbarer Raum (21) vorgesehen ist.

7. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen der Lochblende (20) und dem ablauf- bzw. tankseitigen Sitzventil (18) eine hydraulische Verbindung (22) zu der Arbeitsdruckleitung (6) vorgesehen ist.

8. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung eines Kraftstoßes beim Öffnen des zulaufseitigen Sitzventils (17) eine Feder, insbesondere eine Druckfe der (23), zwischen dem Magnetkern (8) und dem Magnetan ker (10) vorgesehen ist.

9. Proportional-Druckregelventil nach einem der voran gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventil (1) sowohl eine Schalt- als auch eine Regelfunktion ausführbar ist.