-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetventilanordnung mit Geräuschdämpfung und insbesondere eine pulsweitenmodulierte Magnetventilanordnung.
-
Elektromagnete werden für zahlreiche Funktionen im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt, beispielsweise in selbsttätig schaltenden Getrieben und dergleichen. Beispielsweise werden selbsttätig schaltende Getriebe typischerweise hydraulisch betätigt unter Verwendung von Ventilen, welche die Druckzufuhr steuern bzw. regeln. Die Steuerung bzw. Regelung des Hydraulikdrucks bewirkt ein Einrücken oder Ausrücken von Reibgliedern zum Herbeiführen von Gangwechseln im Getriebe.
-
Neuere selbstschaltende Getriebe umfassen adaptive Steuer-/Regel-Systeme, die elektrisch betätigte Magnetventile zum Steuern/Regeln verschiedener Strömungsmitteldrücke verwenden. Herkömmliche Magnetventile haben jedoch ihre Nachteile. Beispielsweise führen schwingungsübertragene Aufprallgeräusche während der Schaltvorgänge zu Rattereffekten, die von der Betätigung der Elektromagnete herrühren. Diese Rattereffekte können eine Folge des pulsweitenmodulierten elektronischen Antriebssignals sein, welches die Elektromagnete betätigt. Dies kann unter Stufenschaltungsvorgängen erfolgen, bei denen das Tastverhältnis des Elektromagneten von 0 auf 100% ansteigt, oder umgekehrt. Die erzeugte Schwingungsenergie wird mit der Frequenz der Pulsweitenmodulations-Erregung sowie dem ganzzahligen Mehrfachen der Antriebsfrequenz erzeugt. Diese Schwingungsenergie wird vom Elektromagneten unmittelbar über seine Lagerfläche in das Getriebegehäuse übertragen. Das Vorhandensein zu starker Geräusche und Schwingungen ist natürlich unerwünscht.
-
Eine Lösung für dieses Problem findet sich in
US 5,651,391 A , auf das ausdrücklich verwiesen wird. Dieses Dokument offenbart eine Magnetventilanordnung mit Geräuschdämpfung. Insbesondere sichern ein Gummihalter und ein Stahlhalter das Ventil innerhalb einer Sammelleitung, wobei der Gummihalter longitudinale Schwingungen absorbiert. Mehrere Gummidichtungen umgeben das Ventilgehäuse und verhindern einen Metall-Gegen-Metall-Kontakt zwischen dem Ventilgehäuse und der Sammelleitung, um laterale Schwingungen des Ventils zu dämpfen. Diese Lösung verwendet jedoch einen einstückigen Gummihalter, der sich über den größten Teil der Länge der Magnetventilanordnung erstreckt, mit entsprechenden erhabenen Abschnitten zum Umgeben der Oberseitenabschnitte der entsprechenden einzelnen Elektromagnete. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass relativ viel Material zum Herstellen des Gummihalters verwendet werden muss. Ferner ist er wenig anpassbar in dem Sinne, dass er sich nicht leicht abändern lässt, wenn die Elektromagnetanordnung konstruktiv geändert wird.
-
Es besteht somit ein Bedarf an einer neuartigen Magnetventilanordnung mit optimaler Geräuschdämpfung.
-
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
-
Die erfindungsgemäß ausgebildete Magnetventilanordnung, bei der es sich beispielsweise um ein Dreiwegeventil handelt, ist gegenüber der Sammelleitung bzw. dem Leitungsgehäuse schwingungsmäßig isoliert, und zwar durch ein Trennglied und mindestens eine Dichtung, beispielsweise einen O-Ring, welche vorzugsweise aus elastisch verformbarem Material wie Gummi hergestellt sind. Vorzugsweise ist eine Hülse, beispielsweise aus einem unmagnetischen Material, innerhalb des Elektromagneten angeordnet, und sie umgibt den Anker im wesentlichen so, dass dazwischen ein Dämpfungsabschnitt gebildet wird, in den ein Fluid, beispielsweise ein Getriebefluid, strömen kann. Außerdem ist der Anker vorzugsweise an seiner Außenfläche mit mindestens einer axial verlaufenden Nut versehen. Ferner ist vorzugsweise ein Plunger vorgesehen, der an einer Außenfläche mit einer axial verlaufenden nutartigen Ausnehmung versehen ist.
-
Die erfindungsgemäß ausgebildete Magnetventilanordnung umfasst vorzugsweise eine Sammelleitung bzw. ein Leitungsgehäuse mit mindestens einer und vorzugsweise mehreren Bohrungen, wobei in jeder Bohrung ein längs verlaufendes Magnetventil angeordnet ist. Vorzugsweise ist angrenzend an einer Fläche der Bohrung ein Isolator angeordnet und ein Trennglied, beispielsweise ein rundes Gummiteil, ist zwischen dem Isolator und dem Magnetventil, beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Elektromagnetabschnittes, angeordnet, um Schwingungen, beispielsweise longitudinale Schwingungen, des Magnetventils zwecks Geräuschreduzierung zu dämpfen. Mindestens eine Dichtung und vorzugsweise mehrere Dichtungen, beispielsweise O-Ringe aus Gummi, sind um das Magnetventil herum, beispielsweise in unmittelbarer Nähe zu dessen Ventilabschnitt, angeordnet und bilden eine Dämpfung für das Magnetventil bezüglich verschiedener Flächen, beispielsweise Innenflächen der Bohrung, um Schwingungen, beispielsweise laterale Schwingungen, des Magnetventils zwecks Geräuschreduzierung zu dämpfen.
-
Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Magnetventilanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 eine Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 in 1;
-
3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines ersten Magnetventils der Magnetventilanordnung in 2;
-
4 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines zweiten Magnetventils der Magnetventilanordnung in 2;
-
5a eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ankers gemäß eines ersten abgewandelten Ausführungsbeispiels;
-
5b eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in 5a;
-
6a eine teilweise geschnittene Ansicht eines Plungers gemäß einem zweiten abgewandelten Ausführungsbeispiel
-
6b eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 des Plungers in 6a.
-
In den 1 bis 4 ist eine Magnetventilanordnung 10 dargestellt. Die Magnetventilanordnung 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektromagnetisch betätigtes Dreiwegeventil ausgebildet, wenngleich auch andere Arten von Ventilsystemen erfindungsgemäß ausgebildet werden können.
-
Die dargestellte Magnetventilanordnung 10 wird insbesondere in Verbindung mit Getrieben verwendet und zwar zum Steuern und/oder Regeln der Zu- und Abfuhr von Getriebefluiden (Getriebeflüssigkeiten).
-
Die Magnetventilanordnung 10 umfasst eine Sammelleitung 12 (z. B. eine Getriebe-Sammelleitung), welche ein Leitungsgehäuse 14 aufweist. Das Leitungsgehäuse 14 enthält mindestens eine und im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Bohrungen 16, deren Zweck später erläutert wird. Das Leitungsgehäuse 14 umfasst ferner einen Isolator 18, eine Deckplatte 20 und ein oder mehrere Befestigungselemente 22, z. B. Schrauben, durch die die Deckplatte 20 am Leitungsgehäuse 14 befestigt wird. Die Sammelleitung 12 kann weitere Komponenten wie z. B. Positionierstifte, Kupplungsrückführanschlüsse, Elektromagnet-Abflussöffnungen, Elementenöffnungen, Zuführöffnungen, Druckschalteröffnungen und ähnliches enthalten.
-
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Magnetventil und vorzugsweise mindestens zwei Magnetventile vorgesehen. Die Magnetventile enthalten jeweils einen Elektromagnetabschnitt und einen Ventilabschnitt. Die Magnetventile und insbesondere ihre Ventilabschnitte sind zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig innerhalb der Bohrungen 16 des Leitungsgehäuses 14 angeordnet.
-
In den 2 und 3 ist ein normalerweise eingerücktes Magnetventil 100 mit einem Elektromagnetabschnitt 102 und einem Ventilabschnitt 104 dargestellt. Der Elektromagnetabschnitt 102 umfasst vorzugsweise ein Elektromagnetgehäuse 106, das eine Spulenanordnung 108 mit einem Spulenträger 110 und einer Spule 112 umgibt. Die Spulenanordnung 108 umgibt eine Ankeranordnung 114 mit einem wahlweise bewegbaren Anker 116 und einem von diesem abgehenden Schaft 118. In den oberen Teil des Spulenträgers 110 können Berstelemente (crush teats) eingesetzt sein, um die Positionierung des Spulenträgers 110 beispielsweise beim Zusammenbau zu steuern, um Drehbewegungen desselben bei teilweisem Einbau zu verhindern. Eine Hülse 120 umgibt den Anker 116. Die Hülse 120 und der Anker 116 bilden einen Dämpfungsabschnitt 122 im Inneren der Hülse 120. Ein Polstück 124 ist in unmittelbarer Nähe zu dem Ventilabschnitt 104 und vorzugsweise beabstandet und gegenüberliegend zu dem Dämpfungsabschnitt 122 angeordnet. Eine obere Magnetflussscheibe 126 ist in unmittelbarer Nähe zu der Oberseite des Gehäuses 106 angeordnet. Ein Endglied 128 geht von dem Spulenträger 110 ab und steht mit einem oder mehreren elektrischen Leitern 130, z. B. Drähten in Verbindung, die dem Isolator 18 zugeordnet sind.
-
Wie ebenfalls in den 2 und 3 zu sehen ist, umfasst der Ventilabschnitt 104 ein Ventilgehäuse 132, das einen Halter 134 umgibt. Die Außenfläche des Ventilgehäuses 132 ist mit mindestens einer Ringnut bzw. Schulter 136 und vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere mindestens drei Ringnuten bzw. Schultern 136 versehen, deren Zweck weiter unten erläuterte wird. Der Halter 134 umfasst einen oberen Ventilsitz 138 und einen unteren Ventilsitz 140. Zwischen den Ventilsitzen 138 und 140 ist eine Ventilkugel 142 vorgesehen, die wahlweise zwischen den Ventilsitzen 138 und 140 bewegbar ist, um den Durchfluss von Getriebefluid durch den Ventilabschnitt 104 zu ermöglichen oder zu sperren. Wenn die Spule 112 erregt wird, wird der Anker 116 in Richtung auf das Polstück 124 gedrückt, so dass der Schaft 118 an der Ventilkugel 142 angreift. Wenn die Spule 112 entregt wird, wird der Anker 116 nicht in Richtung auf das Polstück 124 gedrückt, so dass die Ventilkugel 142 den Schaft 118 nach oben schieben kann, wodurch der Anker 116 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Auf diese Weise kann der Ventilabschnitt 104 wahlweise betätigt werden, um den Strom von Getriebefluid durch die Sammelleitung 12 zu steuern.
-
Um die Übertragung von Schwingungen und/oder Geräuschen bei Betätigung des Magnetventils 100 zu beeinflussen, ist erfindungsgemäß mindestens ein Trennglied und vorzugsweise mindestens zwei Trennglieder 144 und/oder mindestens eine und vorzugsweise mindestens zwei Dichtungen 146 vorgesehen, die um verschiedene Stellung des Magnetventils 100 herum angeordnet sind.
-
Ein Trennglied 144 ist an der oberen Außenfläche der Hülse 120, d. h. zwischen dem Isolator 18 und der oberen Magnetflussscheibe 126 angeordnet.
-
Der Zweck des Trenngliedes 144 besteht darin, Schwingungen, z. B. longitudinale Schwingungen, des Ventilabschnitts 104 zwecks Geräuschreduzierung zu dämpfen. Das Trennglied 144 besteht vorzugsweise aus elastisch verformbarem Material wie z. B. Gummi.
-
Mindestens eine Dichtung 146 und vorzugsweise mindestens zwei oder mindestens drei Dichtungen 146, beispielsweise in Form von O-Ringen, sind um die Außenfläche des Ventilgehäuses 132 herum angeordnet. Vorzugsweise sitzen die Dichtungen 146 in den Ringnuten und/oder an den Schultern 136, und sie liegen an den Innenflächen der Bohrung 16, d. h. am Leitungsgehäuse 14 an. Der Zweck der Dichtungen 146 besteht darin, Schwingungen, z. B. laterale Schwingungen des Ventilabschnitts 144 zwecks Geräuschreduzierung zu dämpfen. Die Dichtungen 146 bestehen vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material wie z. B. Gummi.
-
In den 2 und 4 ist ein normalerweise belüftetes Magnetventil 200 dargestellt, das einen Elektromagnetabschnitt 202 und einen Ventilabschnitt 204 umfasst. Das Magnetventil 200 entspricht im wesentlichen dem Magnetventil 100, hat jedoch einige wesentliche Unterschiede, wie im folgenden erläutert wird. Der Elektromagnetabschnitt 202 ist allerdings im wesentlichen identisch zu dem Elektromagnetabschnitt 102 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
-
Wie in den 2 und 4 dargestellt ist, umfasst der Ventilabschnitt 204 ein Ventilgehäuse 206, das einen Halter 208 umgibt. Die Außenfläche des Ventilgehäuses 206 ist vorzugsweise mit einer Nut bzw. Schulter 210 und insbesondere mit mindestens zwei und insbesondere mindestens drei Ringnuten bzw. Schultern 210 versehen, deren Zweck weiter unten erläutert wird. Der Halter 208 umfasst einen oberen Ventilsitz 212, einen mittleren Ventilsitz 214 und einen unteren Ventilsitz 216. Zwischen dem mittleren Ventilsitz 214 und dem unteren Ventilsitz 216 ist eine Ventilkugel 218 angeordnet, die wahlweise zwischen den entsprechenden Ventilsitzen bewegbar ist, um den Durchfluss von Getriebefluid durch den Ventilabschnitt 204 zu ermöglichen oder zu sperren. Ein „Überweg” (overtravel) der Ventilkugel 218 im Halter 208 wurde minimiert, um die Bewegung der Ventilkugel zu optimieren, was dabei hilft, dass die Ventilkugel 218 bei schneller Betätigung rasch und zuverlässig abdichtet. Die Höhe und Größe des Ventilabschnittes 204 können durch ein zweiseitiges gestanztes scheibenförmiges Sitzglied 220 verringert werden, das entweder mit der rechten Seite nach oben oder umgekehrt eingebaut werden kann.
-
Ein Plunger 222 ist dem Schaft 224 (beispielsweise des Ankers 226) und der Ventilkugel 218 zugeordnet. Der Plunger 222 ist so betätigbar, dass er an dem oberen Ventilsitz 212 angreift. Wenn die Spule 228 erregt wird, wird der Anker 226 nach oben in Richtung auf das Polstück 230 gedrückt, wodurch der Schaft 224 und insbesondere der Plunger 222 in Berührung mit der Ventilkugel 218 gebracht werden. Wenn die Spule 228 dagegen entregt wird, wird der Anker 226 nicht in Richtung auf das Polstück 230 gedrückt, so dass die Ventilkugel 218 den Plunger 222 und insbesondere den Schaft 224 nach oben drücken kann, wodurch der Anker 226 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Auf diese Weise kann der Ventilabschnitt 204 wahlweise betätigt werden, um den Strom von Getriebefluid durch die Sammelleitung 12 zu steuern.
-
Um die Übertragung von Schwingungen und/oder Geräuschen bei Betätigung des Magnetventils 200 zu beeinflussen, ist mindestens ein Trennglied und vorzugsweise mindestens zwei Trennglieder 232 und/oder mindestens eine Dichtung 234 und insbesondere mindestens zwei Dichtungen 234 um verschiedene Stellen des Magnetventils 200 herum angeordnet.
-
Ein Trennglied 232 ist um die obere Außenfläche der Hülse 236 herum, d. h. zwischen der Hülse 236 und der oberen Magnetflussscheibe 240, angeordnet. Der Zweck des Trenngliedes 232 besteht darin, Schwingungen, beispielsweise longitudinale Schwingungen, des Ventilabschnittes 204 zur Geräuschreduzierung zu dämpfen. Das Trennglied 232 besteht vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material wie z. B. Gummi. Wenngleich das Trennglied 232 als im wesentlichen rundes Teil mit einem offenen mittleren Abschnitt dargestellt ist, versteht es ich jedoch, dass auch andere Formen des Trenngliedes möglich sind. Die dargestellte Form des Trenngliedes 232 wurde teilweise deshalb gewählt, um den oberen Abschnitt der Hülse 236 zumindest teilweise zu umhüllen und dadurch von dort ausgehende und/oder dort durchlaufende Schwingungen zu dämpfen.
-
Mindestens eine Dichtung und vorzugsweise mindestens zwei und insbesondere mindestens drei Dichtungen 234, beispielsweise in Form von O-Ringen, sind um die Außenfläche des Ventilgehäuses 202 herum angeordnet. Die Dichtungen 234 sitzen in den Ringnuten und/oder an den Schultern 212 und liegen vorzugsweise an den Innenflächen der Bohrung 16, d. h. am Leitungsgehäuse 14, an. Der Zweck der Dichtungen 234 besteht darin, Schwingungen, beispielsweise laterale Schwingungen, des Ventilabschnittes 204 zur Geräuschreduzierung zu dämpfen. Die Dichtungen 234 bestehen vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material wie z. B. Gummi. Wenngleich die Dichtungen 234 als im wesentlichen runde Teile mit einem offenen mittleren Abschnitt dargestellt sind, versteht es sich jedoch, dass auch andere Formen der Dichtungen möglich sind. Die dargestellte Form der Dichtungen 234 wurde teilweise deshalb gewählt, um die verschiedenen Teile des Ventilabschnittes 204 zumindest teilweise zu umgeben und dadurch von dort ausgehende und/oder dort durchlaufende Schwingungen zu dämpfen.
-
Wie dargestellt, sind die Trennglieder 144 und 232 jeweils einstückig ausgebildet, indem ein Trennglied 144 für das Magnetventil 100 und ein vollständig getrenntes Trennglied 232 für das Magnetventil 200 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann jedes Magnetventil unabhängig von seiner Konstruktion oder Lage in der Sammelleitung mit einem individuellen Trennglied versehen werden, wodurch große und komplexe Trenngliederkonstruktionen vermieden werden, welche andernfalls sorgfältig ausgelegt werden müssten, um verschiedenen Stellen im Ventil zu entsprechen.
-
In den 5a und 5b ist eine andere Konstruktion eines Ankers 300 gemäß einem ersten abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Um ein optimales Betriebsverhalten des Ankers 300 zu erzielen, welcher durch das Fluid, z. B. Getriebefluid, in seiner entsprechenden Hülse wandert, ist mindestens eine Nut und vorzugsweise mindestens zwei Nuten bzw. Schlitze 302 in der Außenfläche des Ankers 300 vorgesehen. Es wird angenommen, dass die Nuten bzw. Schlitze 302 für ein verbessertes Ansprechverhalten und Betriebsverhalten bei niedrigen Temperaturen verantwortlich sind.
-
In den 6a und 6b ist eine andere Konstruktion eines Plungers 400 gemäß einem zweiten abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Um die Größe des Magnetventils zu minimieren, ist ein Plunger 400 mit mehreren, z. B. drei nutenartigen Ausnehmungen 402 an seiner Außenfläche versehen, um dem entsprechenden Ventilabschnitt eine sehr niedrige Profilhöhe zu verleihen, während der Kontaktbereich mit der Bohrung des oberen Ventilsitzes zwecks Führung und verbesserter Lebensdauer und auch der Strömungsbereich durch die Ausnehmungen 402 maximiert werden.
-
Um die Höhe der Ventilabschnitte weiter zu verringern, werden die unteren Dichtungen lediglich durch den von unten angelegten Strömungsmitteldruck gehalten. Ein Gitterträger wirkt ebenfalls als Rückhaltemittel für die entsprechenden unteren Dichtungen.
-
Um die auf den entsprechenden Isolator wirkende Hydraulikkraft zu minimieren, wurde die Einlassdüse 600 der entsprechenden Ventilabschnitte, die in den entsprechenden Halter angeordnet sind, minimiert. Außerdem dienen die zusätzlich zu den Haltern vorgesehenen unteren Dichtungen dazu, die angelegte Kraft zu minimieren. Die beiden anderen entsprechenden Dichtungen sind vorzugsweise um eine halbe Umdrehung bezüglich der entsprechenden unteren Dichtungen versetzt, um die aufwärts gerichtete Kraft beim Einrücken des Magnetventils zu minimieren, während dennoch die entsprechenden Dichtungen einwandfrei in die Bohrungen eingesetzt werden können. Außerdem ist die hydraulische Einlassdüse 600 vorzugsweise unmittelbar unter den entsprechenden Ventilabschnitten zwecks minimaler Höhe angeordnet.
-
Die beschriebene Magnetventilanordnung wurde als Hochdruck-Maximalstrom-Vorrichtung mit einer nicht linearen wiederholbaren Übertragungsfunktion ausgelegt. Dies wurde teilweise dadurch erzielt, dass die Größe der entsprechenden Ventilsitze und alle anderen Öffnungen optimiert sowie ein „Überschießen” (overtravel) des Ankers in der Hülse gesteuert wird. Die Übertragungsfunktion des normalerweise eingerückten Magnetventils wurde speziell so ausgelegt, dass sie höheren Drücken bei einem Tastverhältnis von 50% nachgibt.
