DE102005030959A1

DE102005030959A1 - Elektrisch betätigbares Ventil

Info

Publication number: DE102005030959A1
Application number: DE102005030959A
Authority: DE
Inventors: Walter Fleischer; Andrzej Pilawski; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-11
Also published as: JP2007010154A; US20070001139A1

Abstract

Für ein elektrisch betätigbares Ventil, insbesondere Druckregelventil für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Hydraulikteil (20) und einem Magnetteil (10), der wenigstens eine Magnetspule (12) und einen beweglich gelagerten, auf ein Betätigungselement (21) des Ventils einwirkenden Magnetanker (11) aufweist, der sich über wenigstens ein Federelement (33) in dem Magnetteil (10) abstützt, wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Federelement (33) aus einer Titan enthaltenden Legierung mit einem Titananteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise mehr als 2 Gewichtsprozent gefertigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.

Aus der DE 100 48 061 C1 ist ein elektrisch betätigbares Ventil für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt. Ein solches Ventil wird im Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, um den hydraulischen Druck in Druckleitungen des Getriebes zu steuern oder zu regeln, und weist einen Magnetteil und einen Ventilteil auf. Im Magnetteil ist ein Elektromagnet mit einem Magnetanker angeordnet, der zum Öffnen und Schließen des Ventils auf ein Betätigungselement einwirkt, das ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied betätigt. Der Magnetanker stützt sich bei dem bekannten Ventil über ein Federelement, das als Rückstellfeder dient, an einer ortsfest im Magnetteil angeordneten Stützstelle ab.

Aus der DE 100 24 700 A1 ist ein elektrisch betätigbares Ventil bekannt, welches einen aus Kunststoff gebildeten Hydraulikteil aufweist. Die Verwendung eines Kunststoff-Hydraulikteils, insbesondere für den Ventilflansch mit den Druckanschlüssen, ermöglicht die Herstellung komplexer Anschlussgeometrien in Spritzgusstechnik.

In Kraftfahrzeuggetrieben werden im allgemeinen mehrere gleichartig aufgebaute, elektrisch betätigbare Ventile eingebaut, wobei die typgleichen Ventile auf unterschiedliche Regelkreise abgestimmt werden. Um die Schwingungsstabilität der elektrisch betätigbaren Ventile bei allen Regelkreisen zu gewährleisten, wird zwischen den Magnetanker und eine ortsfeste Stützstelle im Magnetteil des Ventils ein sehr steifes Federelement eingesetzt. Bei den im Stand der Technik bekannten Ventilen, insbesondere solchen Ventilen, die einen Kunststoffflansch mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten verwenden, wurde jedoch ein teilweise inakzeptabler Temperaturgang der Druck-Strom-Kennlinie des Ventils, welche die Abhängigkeit des vom Ventil eingestellten Hydraulikdrucks vom Stromfluss durch die Magnetspule darstellt, beobachtet.

Vorteile der Erfindung

Es wurde gefunden, dass bei den bekannten elektrischen Ventilen ein wesentlicher Anteil des temperaturabhängigen Verhaltens der Druck-Strom-Kennlinie auf eine temperaturabhängige Reduktion des Elastizitätsmoduls des Werkstoffs des Federelementes, welches den Magnetanker beaufschlagt, zurückzuführen ist. Die temperaturabhängige Veränderung des Elastizitätsmoduls des Federelementes bewirkt bei den bekannten Ventilen ein Nachlassen der Federkraft mit der Folge eines nachteiligen Temperaturgangs der Druck-Stromkennlinie. Dies gilt insbesondere für Ventile, die einen Ventilflansch aus Kunststoff mit hohem Temperaturbeiwert verwenden. Das erfindungsgemäße elektrisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 verwendet als Rückstellelement für den Magnetanker ein Federelement aus einer Titan enthaltenden Legierung mit einem Titananteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent, wodurch vorteilhaft erreicht wird, dass der Kraftverlust des Federelementes in einem Temperaturbereich von –45°C bis über 200°C hinaus möglichst gering ist.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Nickel enthaltenden Legierung, insbesondere einer Nickel-Eisen-Chrom Legierung, die durch Zusatz von wenigstens 1,5 und vorzugsweise mehr als 2 Gewichtsprozent Titan ausscheidungshärtbar ist.

Mit Federelementen für Druckregelventile aus einer Titan enthaltenden Legierung ist ein thermostabiler Verlauf des Elastizitätsmoduls in einem Temperaturbereich von –45°C bis 65°C möglich. Im Temperaturbereich bis über 200°C lässt sich das Ausmaß der Verringerung des Elastizitätsmoduls bei Temperaturerhöhung verkleinern. Bei einem Temperaturanstieg in diesem Bereich lässt der Elastizitätsmodul daher nicht so stark nach wie bei den im Stand er Technik bekannten Federelementen. Durch die Verwendung eines Federelements aus einer Titan enthaltenden Legierung mit einem Titananteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent als Rück stellfeder für einen Magnetanker eines elektrisch betätigbaren Ventils lässt sich daher insgesamt die Temperaturabhängigkeit der Druck-Strom-Kennlinie des Ventils vorteilhaft beeinflussen.

Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 ein erfindungsgemäßes elektrisch betätigbares Ventil mit einem auf den Magnetanker einwirkenden Druckfederelement,
2 den Verlauf der Druck-Strom-Kennlinie des Ventils aus 1 bei unterschiedlichen Temperaturen.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch betätigbaren Ventils 1. Es handelt sich hier beispielsweise um ein Druckregelventil für Kraftfahrzeuggetriebe. Die Erfindung kann aber auch bei anderen elektrisch betätigbaren Ventilen eingesetzt werden. Das Ventil 1 weist einen Magnetteil 10 und einen Hydraulikteil 20 auf. Der Magnetteil 10 weist einen Elektromagneten auf, welcher einen Magnetanker 11, einen Magnetkern 15 und eine Magnetspule 12 umfasst. Die elektrischen Anschlüsse 17 der Magnetspule 12 sind mit einem elektrischen Kontaktelement 16 verbunden.
Der Magnetanker 11 ist mit einer den Magnetanker 12 durchdringenden Ankerstange 13 fest verbunden, die an ihrem dem Hydraulikteil 20 zugewandten Ende mit einer Hülse 14 versehen ist und auf einen als Betätigungselement vorgesehenen Stößel 21 im Hydraulikteil 20 einwirkt. Der Stößel 21 wirkt auf ein vorzugsweise als Kugel ausgebildetes Ventilschließglied 22 ein. Der Hydraulikteil 20 weist weiterhin einen Flansch 23 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Der Flansch 23 ist mit einem Druckanschluss 24 zum Anschluss an eine Druckquelle 6, einem Arbeitsanschluss 25 zum Anschluss an eine Verbraucherleitung 7 und einem Rücklaufanschluss 26 versehen. Die Stirnseite der Hülse 14 bildet zusammen mit einer in den Flansch 23 eingespritzten metallischen Lochscheibe 29 ein erstes Sitzventil 19. Durch den Abstand der Hülse 14 von der Lochscheibe 29 wird der Rücklauf von Hydraulikfluid vom Arbeitsanschluss 25 zum Rücklaufanschluss 26 gesteuert. Das Ventilschließglied 22 bildet zusammen mit ei nem zweiten Ventilsitz, der an dem Flansch 23 ausgebildet ist, ein zweites Sitzventil 27, welches den Zulauf von Hydraulikfluid vom Druckanschluss 24 zum Arbeitsanschluss 25 steuert. Auf den Flansch 23 ist ein Filterkäfig 28 aufgeschoben, der an seinem äußeren Umfang mit Dichtungsringen 31, 32 versehen ist.
Die Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilschließgliedes 22 am zweiten Ventilsitz und der Abstand zwischen Hülse 14 und erstem Ventilsitz wird durch die Bewegung des Magnetankers 11 beeinflusst. Hinsichtlich der hydraulischen Funktionalität des Druckregelventils wird auf die DE 100 24 700 A1 beziehungsweise die Parallelschrift US 6 719 006 verwiesen.
Die Ankerstange 13 ist mit ihrem dem Magnetkern 15 zugewandten Ende in einer Gleitbuchse 30 gleitverschiebbar gelagert, so dass sich der Magnetanker 11 im Falle einer Strombeaufschlagung der Magnetspule 12 entgegen der Federkraft eines Federelementes 33 zum Magnetkern hin bewegt, und das erste Sitzventil 19 öffnet. In diesem Fall bewegt sich der Stößel 21 ebenfalls zum Magnetkern 15 hin und das zweite Sitzventil 27 wird durch das Ventilschließglied 22 verschlossen. Bei abgeschalteter Magnetspule 12 wird der Magnetanker 11 durch die Druckkraft des vorzugsweise als Druckfederelement ausgebildeten Federelementes 33 vom Magnetkern 15 weg bewegt, wodurch das erste Sitzventil 19 geschlossen und das zweite Sitzventil 27 geöffnet wird.
Das Federelement 33 umgibt die Ankerstange 13 und stützt sich endseitig in dem Magnetteil 15 an einer ortsfesten Stützstelle 18 ab, die beispielsweise an der Gleitbuchse 30 ausgebildet sein kann. Mit dem anderen Ende stützt sich das Federelement 33 an dem Magentanker 11 ab. Ein wichtiger Teil der Erfindung besteht nun darin, dass das Federelement 33, welches den Magnetanker 11 beaufschlagt, aus einer Metalllegierung gefertigt ist, die mindestens 1,5 Gewichtsprozent Titan enthält. Vorzugsweise enthält die Legierung mehr als 2% Titan aber weniger als 20% Titan. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht das Federelement aus einer Nickel enthaltenden Legierung, der mehr als 2% Titan zugesetzt sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Federelement aus einer Nickel-Eisen-Chrom-Legierung, die durch Zulegieren von mindestens 2 Gewichtsprozent Titan und Aluminium ausscheidungshärtbar wird. Beim Ausscheidungshärten handelt es sich um einen im Stand der Technik gut beherrschten diffusionsgesteuerten Prozess, der durch Wärmebehandlung gezielt beeinflusst wird, wodurch sich die mechani schen Eigenschaften stark beeinflussen lassen. Ein zur Herstellung des Federelementes für elektrisch betätigbare Ventile geeignete, Titan enthaltende, ausgehärtete Metall-Legierung kann beispielsweise von der Firma Special Metals Corporation, Huntington, West Virginia, USA unter der Bezeichnung NI-SPAN-C^® alloy 902 erworben werden.
In 2 ist die Druck-Strom-Kennlinie eines erfindungsgemäßen elektrisch betätigbaren Ventils beispielhaft für die beiden Temperaturen 60°C und 120°C dargestellt. Man erkennt, dass die 120°C Kennlinie nicht sonderlich stark gegenüber der 60°C Kennlinie abgesenkt ist. Bei den im Stand der Technik bekannten Ventilen ist dieser Abfall sehr viel stärker ausgeprägt.

Claims

Elektrisch betätigbares Ventil, insbesondere Druckregelventil für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Hydraulikteil (20) und einem Magnetteil (10), der wenigstens eine Magnetspule (12) und einem beweglich gelagerten, auf ein Betätigungselement (21) des Ventils einwirkenden Magnetanker (11) aufweist, der sich über wenigstens ein Federelement (33) in dem Magnetteil (10) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement (33) aus einer Titan enthaltenden Legierung mit einem Titananteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise mehr als 2 Gewichtsprozent gefertigt ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierung gefertigt ist, der Titan zugesetzt ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus einer Nickel-Eisen-Chrom Legierung gefertigt ist, der Titan zugesetzt ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus einer Nickel-Eisen-Chrom Legierung gefertigt ist, der Titan und Aluminium zugesetzt ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) ausscheidungsgehärtet ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Titananteil der Legierung größer als 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise größer als 2 Gewichtsprozent, und kleiner als 20 Gewichtsprozent ist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) einen aus Kunststoff gefertigten Flansch (23) aufweist.
Elektrisch betätigbares Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) eine Schraubenfeder oder Spiralfeder ist.
Federelement zur Verwendung in einem Magnetteil eines elektrisch betätigbares Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus einer Titan enthaltenden Legierung mit einem Titananteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise mehr als 2 Gewichtsprozent gefertigt wird.
Federelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierung gefertigt ist, der Titan zugesetzt ist.
Federelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) aus einer ausscheidungsgehärteten Nickel-Eisen-Chrom Legierung gefertigt ist, die mehr als 1,5 und weniger als 20 Gewichtsprozent Titan enthält.