DE102010025175A1

DE102010025175A1 - Stufenlos regelbares Druckregelventil

Info

Publication number: DE102010025175A1
Application number: DE201010025175
Authority: DE
Inventors: Werner Buse; Franz-Josef Schnelker; Rolf Dohrmann; Christoph Sadowski
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-29
Also published as: JP5921537B2; EP2585888A1; JP2013531767A; WO2011160910A1; US20130112293A1; US9062570B2

Abstract

Druckmodulator mit einem Gehäuse, das eine auf einen Spulenträger gewickelte Spule, einen in einem Lager axial verschiebbaren Anker, einen Kern und eine Flussleiteinrichtung aufweist, und in dem ein Steuerdruckanschluss, ein Regeldruckanschluss und ein Rücklaufanschluss angeordnet sind, wobei der Steuerdruckanschluss durch den Anker verschließbar ist, wobei das Gehäuse im wesentlichen zweiteilig ausgeführt ist, wobei ein Unterteil den Anschlussstutzen und die Anschlussbohrung aufweist und in einem Oberteil des Gehäuses kraft- oder formschlüssig angeordnet ist, wobei im zum Kern gerichteten Teil des Anschlussstutzens eine Lagerbuchse für den Anker vorgesehen ist und im entgegengesetzten Teil des Anschlussstutzen eine Anschlagbuchse für den Anker vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil mit einem Gehäuse, das eine auf einen Spulenträger gewickelte Spule, einen in einem Lager axial verschiebbaren Anker, einen Kern und eine Flussleiteinrichtung aufweist, und das eine erste Anschlussbohrung zur Verbindung mit einem Tank und einen Anschlussstutzen besitzt, wobei der Anschlussstutzen einen Ventilsitz für ein Ventilglied des Ankers aufweist.
Derartige Druckregelventile werden insbesondere bei hydraulischen Stelleinrichtungen, in Steuerungen für Kraftfahrzeugautomatikgetriebe oder auch in Kombination mit einer druck- bzw. durchsatzgesteuerten Motorölpumpe eingesetzt. Dabei kann es sich um sogenannte On/Off-Ventile handeln oder um sogenannte Modulatorventile, die den Vorteil haben, dass der Durchsatz stufenlos regelbar ist. Beispielhaft soll hier ein stufenlos regelbares Druckregelventil genannt werden, das aus der DE 44 02 523 C2 bekannt ist. Hierbei wirkt der Anker eines an sich bekannten nach dem Proportionalprinzip arbeitendes Druckregelventil mit einem Ventilglied zusammen, das vereinfacht ausgedrückt, eine Verbindung zwischen einem Verbraucheranschluss und einem Tank öffnen und schließen kann. Die Anschlussbohrung zum Tank sowie die Verbindung zum Verbraucher sind in einem Anschlussstutzen ausgebildet. Um die Dämpfungseigenschaften eines derartigen Druckregelventils noch weiter zu verbessern, ist des Weiteren ein Abzweig mit einer Speicher-Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Es sollte deutlich sein, dass ein derartiges Druckregelventil sehr aufwendig und damit teuer in der Herstellung sowie in der Montage ist. Darüberhinaus findet die stufenlose Regelung ausschließlich durch den elektromagnetischen Antrieb statt, was zudem einen hohen steuerungstechnischen Aufwand erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil zu schaffen, das bei einem geringen steuerungstechnischen Aufwand stufenlos regelbar ist und dabei gute Dämpfungseigennschaften besitzt. Darüberhinaus soll es möglichst kostengünstig und einfach herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine zweite Anschlussbohrung zur Verbindung mit einem Verbraucher vorgesehen ist und dass in dem vom Kern abgewandten Ende des Anschlussstutzens eine Regelbohrung mit einem darin gelagerten Regelorgan vorgesehen ist, wobei der Anker und das Regelorgan zumindest in Öffnungsrichtung des Druckregelventils in einer kraftübertragenen Wirkverbindung stehen. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, beispielsweise die Fördermenge bzw. den Öldruck einer Motorölpumpe zu steuern. Hierzu ist beispielsweise die erste Anschlussbohrung mit einem Tank zu verbinden und die zweite Anschlussbohrung mit dem zu steuernden Verbraucher. Am Regelorgan liegt dann der Regeldruck an, der zusammen mit der Magnetkraft in Richtung und Summe gegen die Federkraft wirkt. Auf diese Weise ist eine einfache Öldruckregelung des Verbrauchers gewährleistet, wobei das Regelorgan zudem noch als integrierte Dämpfungseinrichtung nutzbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem Unterteil und einem Oberteil aufgebaut, wobei das Unterteil den Anschlussstutzen und die Anschlussbohrungen aufweist und in dem Oberteil des Gehäuses kraft- oder formschlüssig angeordnet ist, wobei zum kerngerichteten Teil des Unterteils eine Lagerbuchse für den Anker vorgesehen ist und in der Regelbohrung des Anschlussstutzens eine Lagerbuchse für das Regelorgan vorgesehen ist. Auf diese Weise wird ein besonders einfach herzustellendes und zu montierendes Druckregelventil geschaffen.
Dadurch, dass das Regelorgan als Kolbenelement ausgeführt ist, ist es auf einfache Weise möglich, die Verbindung zum Verbraucher gegenüber der Verbindung zur Regelgröße abzudichten. Dadurch, dass das Ventilglied kegelförmig ausgebildet ist, ist im geschlossenen Zustand des Druckregelventils eine dichte, linienförmige Anlage zwischen Ventilglied und Ventilsitz gewährleistet. Ein besonders einfach zu montierendes Druckregelventil wird dadurch geschaffen, dass der Anker und das Regelorgan einteilig ausgeführt sind, wobei das Ventilglied und das Regelorgan durch einen im Durchmesser verringerten Verbindungskörper, der als Verbindungsstange ausgeführt ist, verbunden sind. Die Differenz der Durchmesser der Bohrung des Ventilsitzes und der Verbindungsstange ergeben dann die Strömungsfläche vor dem Ventilsitz, wobei sich im geschlossenen Zustand die auf den Ventilsitz und das Regelorgan wirkenden Kräfte aus dem Steuerdruck ausgleichen.
Auf einfache Weise ist der Innenraum mit Atmosphärendruck dadurch zu beaufschlagen, dass die erste Anschlussbohrung oberhalb des Ventilsitzes ausgebildet ist und die zweite Anschlussbohrung zwischen Ventilglied und Regelorgan ausgebildet ist. Wenn die Lagerbuchse für den Anker hinsichtlich der ersten Anschlussbohrung zurückversetzt angeordnet ist, ergibt sich eine störungsfreie Strömung zwischen einem Verbraucher und dem Tank. Dadurch, dass der Anker eine Quernut im Falle eines separaten Ankers oder als Querbohrung im Falle eines einteiligen Anker-Regelorgan-Verbundes und eine Längsbohrung aufweist, derart, dass im Innenraum des Druckregelventils oberhalb des Ankers Atmosphärendruck herrscht, ist die Gefahr für Ölaustritte zur Umgebung bzw. die Gefahr einer Beschädigung des elektromagnetischen Antriebs aufgrund von Druckschwankungen sehr gering.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Unterteil zweiteilig aufgebaut, wobei im ersten Teil der Anker gelagert ist und die erste Anschlussbohrung ausgebildet ist und wobei im zweiten Teil der Ventilsitz und die zweite Anschlussbohrung sowie der Anschlussstutzen mit dem Regelorgan ausgebildet sind. Dadurch, dass die Eindringtiefe des zweiten Teils in den ersten Teil einstellbar ist, derart, das der Hubweg des Ankers einstellbar ist, ist während der Montage eine Feinjustierung des Druckregelventils möglich. Dies ist auf besondere Art und Weise möglich, wenn das zweite Teil in das erste Teil eingepresst ist.
Auch kann der Kern einen Zapfen aus einem unmagnetisierbaren Werkstoff aufweisen, der als Anschlagelement für den Anker und als Federsitz für eine Feder wirkt, die den Anker federnd gegenüber dem Kern abstützt.
Eine weitere Feinjustierung wird dadurch ermöglicht, dass der Zapfen einstellbar im Kern angeordnet ist.
Eine Beeinflussung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien wird dadurch ermöglicht, dass der Kern an dem von dem Anker abgewandten Ende eine Justierbohrung aufweist, in der eine Justierschraube angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kern im Bereich der Justierbohrung auf der zur Spule gerichteten Seite eine im Wesentlichen umlaufende Aussparung aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Druckregelventils, wobei die Einbindung in einen Ölkreislauf zur Verdeutlichung der Funktionsweise schematisch dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das im Wesentlichen aus einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 aufgebaut ist. Das Oberteil 3 weist eine elektromagnetische Antriebseinheit 5 auf, die auf einen in einem Lager 6 axial verschiebbar angeordneten Anker 7 einwirkt. Der elektromagnetische Antrieb 5 besteht im Wesentlichen aus einer Spule 8, einem Kern 9 und aus einer Flussleiteinrichtung 10, die aus einem Rückschlussblech 11 und einem Joch 12 besteht. Das in Kunststoff ausgeführte Gehäuse 2 weist zudem noch einen Stecker 13 zur Verbindung mit einem an sich bekannten und nicht dargestellten Steuerungsmodul auf. Der elektromagnetische Antrieb 5 wirkt auf den Anker 7 ein der an seinem dem Kern 9 abgewandten Ende ein Ventilglied 14 aufweist. Das Ventilglied 14 ist im vorliegenden Fall über eine Verbindungsstange 15 mit einem Regelorgan 16 verbunden und kegelförmig ausgebildet, um eine linienförmige Anlage zu gewährleisten. Der Anker 7, das Ventilglied 14, die Verbindungsstange 15 und das Regelorgan 16 sind im vorliegenden Fall einteilig ausgeführt. Der Anker 7 ist dabei durch eine Feder 17 gegenüber dem Kern 9 in einer Schließstellung vorgespannt. Die Feder 17 ist durch einen Zapfen 18 geführt, der während der Montage verstellbar im Kern 9 anzuordnen ist. Gleichzeitig dient dieser Zapfen 18 als oberes Anschlagelement für den Anker 7. Des Weiteren ist eine Justierschraube 19 vorgesehen, die in einer Justierbohrung 20 angeordnet ist und über die eine Feinjustierung des elektromagnetischen Antriebes 5 dahingehend möglich ist, dass der Verlauf der magnetischen Feldlinien beeinflusst werden kann. Um im Bereich des Übergangs zum Anker 7 auf einfache Weise die Anzahl der Magnetfeldlinien direkt zu beeinflussen, ist des Weiteren eine Aussparung 21 vorgesehen, die eine Streuung der Magnetfeldlinien im Bereich der Justierschraube 19 verhindern soll und dementsprechend eine lineare Feinjustierung während der Montage ermöglicht.
Das Unterteil 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiteilig aufgebaut, wobei im ersten Teil 23 die Lagerbuchse 6 für den Anker 7 zurückversetzt in Bezug auf eine Anschlussbohrung 24 angeordnet ist. Es sollte deutlich sein, dass mit dem Begriff Anschlussbohrung auch eine Reihe von Bohrungen im Unterteil 4 beinhaltet sein kann. Die Anschlussbohrung 24 führt zu einem nicht weiter dargestellten Tank der einen Atmosphärendruck p₀ aufweist. Unterhalb der Anschlussbohrung 24 ist ein Ventilsitz 25 vorgesehen, der mit dem Ventilglied 14 zusammenwirkt. Anstatt der kegelförmigen Ausbildung des Ventilgliedes 14 kann auch der Ventilsitz 25 entsprechend ausgeführt sein. Dadurch, dass das Lager 6 für den Anker 7 in Bezug auf die Anschlussbohrung 24 zurückversetzt im Teil 23 des Unterteils 4 angeordnet ist, wird eine störungsfreie Strömung bei Öffnung des Druckregelventils 1 zum Tank gewährleistet. Der Ventilsitz 25 wird im vorliegenden Fall durch das zweite Teil 26, das auch den Anschlussstutzen 38 aufweist, des Unterteils 4 gebildet. Das zweite Teil 26 ist in das erste Teil 23 eingepresst, wodurch der Hubweg des Ankers 7 während der Montage einstellbar ist. Des Weiteren weist das zweite Teil 26 eine zweite Anschlussbohrung 27 auf, die im vorliegenden Fall mit einem Verbraucher 28 verbunden ist. An der zweiten Anschlussbohrung liegt der Steuerdruck p₂ des Verbrauchers 28 an, der beispielsweise eine regelbare Ölpumpe ist. Im Anschlussstutzen 38 ist eine Regelbohrung 39 vorgesehen, die eine zweite Lagerbuchse 29 aufweist, in der das Regelorgan 16, das im vorliegenden Fall als Kolben ausgebildet ist reibungsarm gelagert ist. An diesem Regelorgan 16 liegt wie in der Zeichnung schematisch dargestellt der Regeldruck p₁ an, der im vorliegenden Fall den Motoröldruck darstellt.
Der Anker besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine Querbohrung 30 und eine Längsbohrung 31 die eine Verbindung eines Innenraums 32 mit dem Atmosphärendruck p₀ gewährleisten. Hierdurch wird insbesondere die Sicherheit hinsichtlich eines ungewollten Ölaustrittes zur Umgebung aus dem Druckregelventil 1 wesentlich erhöht. Auch ist der elektromagnetische Antrieb 5 nicht unterschiedlichen Drücken ausgesetzt, was auch eine exakte Ansteuerung des Ankers 7 gewährleistet.
Die resultierenden Kräfte, die sich aus dem Anliegen des Steuerdruckes p₂ im geschlossenen Zustand des Druckregelventils 1 am Regelorgan 16 und am Ventilglied 14 ergeben, sind durch die besondere Ausführung der das Ventilglied 14 mit dem Regelorgan 16 verbindenden Ventilstange 15 ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil 1 funktioniert nun wie folgt. Im vorliegenden Fall soll eine an sich bekannte Motorölpumpe 28 die als regelbare Flügelzellenpumpe ausgebildet ist gesteuert werden. Die an sich bekannte Flügelzellenpumpe 28 fördert das Motoröl zum Motor 33 wobei das überschüssige Öl zum Tank mit dem Atmosphärendruck p₀ zurückgeführt wird. Das geförderte Motoröl besitzt den Druck p₁. Ein maximales Fördervolumen wird bei maximaler Exzentrizität der Drehachse der Flügelzellenpumpe 28 erreicht, wobei die Exzentrizität durch eine Verschiebung eines Schiebers 34 in der Flügelzellenpumpe 28 bewerkstelligt wird. Ein minimales Fördervolumen wird bei zentrischer Anordnung der Drehachse erreicht. Der Schieber 34 wirkt mit 2 Steuerräumen 35, 36 zusammen, wobei in beiden Steuerräumen 35, 36 der Druck p₁ anliegt. Im Steuerraum 36 ist die Anlagefläche des Schiebers 34 jedoch größer ausgelegt, sodass bei ausgeschaltetem Druckregelventil 1 der Schieber 34 die größte Exzentrizität und damit das höchste Fördervolumen bewirkt (Fail-Safe-Funktion). Wird nun eine Verringerung der Exzentrizität und damit eine Verringerung des Fördervolumens der Flügelzellenpumpe 28 gewünscht, wird das Druckregelventil 1 betätigt und der Druck im Steuerraum 36 entsprechend verringert. Dementsprechend liegt das Öl mit dem Druck p₂ an der zweiten Anschlussbohrung 27 an. Ist nun eine Erhöhung des Fördervolumens gewünscht, kann das Druckregelventil 1 geschlossen werden; damit ist durch eine Düse 37 und das unterschiedliche Flächenverhältnis der Anlageflächen des Schiebers 34 gewährleistet, dass eine schnelle Verschiebung der Drehachse der Flügelzellenpumpe 28 zur exzentrischen Lage stattfindet. Am Regelorgan 16 liegt der Motoröldruck p₁ an, wodurch auch bei nicht eingeschaltetem Druckregelventil 1 der Motoröldruck geregelt wird, wenn er zu hoch ist. Desweiteren wird das Druckregelventil 1 genutzt, um bei einem hohen Fördervolumen das aufgrund von Undichtigkeiten und Bewegungsspalten anfallende Lecköl abzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4402523 C2 [0002]

Claims

Druckregelventil (1) mit einem Gehäuse (2), das eine auf einen Spulenträger gewickelte Spule (8), einen in einem Lager (6) axial verschiebbaren Anker (7), einen Kern (9) und eine Flussleiteinrichtung (10) aufweist, und das eine erste Anschlussbohrung (24) zur Verbindung mit einem Tank und einen Anschlussstutzen (38) besitzt, wobei der Anschlussstutzen (38) einen Ventilsitz (25) für ein Ventilglied (14) des Ankers (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Anschlussbohrung (27) zur Verbindung mit einem Verbraucher vorgesehen ist und dass in dem vom Kern (9) abgewandten Ende des Anschlussstutzens (38) eine Regelbohrung (39) mit einem darin gelagerten Regelorgan vorgesehen ist, wobei der Anker (7) und das Regelorgan (16) zumindest in Öffnungsrichtung des Druckregelventils (1) in einer kraftübertragenden Wirkverbindung stehen.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einem Unterteil (4) und einem Oberteil (3) aufgebaut ist, wobei das Unterteil (4) den Anschlussstutzen (38) und die Anschlussbohrungen (24, 27) aufweist und in dem Oberteil (3) des Gehäuses (2) kraft- oder formschlüssig angeordnet ist, wobei im zum Kern (9) gerichteten Teil des Unterteils (4) eine Lagerbuchse (6) für den Anker (6) vorgesehen ist und in der Regelbohrung (39) des Anschlussstutzens (38) eine Lagerbuchse (29) für das Regelorgan (16) vorgesehen ist.
Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (16) als Kolbenelement ausgeführt ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (14) kegelförmig ausgebildet ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) und das Regelorgan (16) einteilig ausgeführt sind, wobei das Ventilglied (14) und das Regelorgan (16) durch einen im Durchmesser verringerten Verbindungskörper (15), der als Verbindungsstange ausgeführt ist, verbunden sind.
Druckregelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlussbohrung (24) oberhalb des Ventilsitzes (25) ausgebildet ist und die zweite Anschlussbohrung (27) zwischen Ventilglied (14) und Regelorgan (16) ausgebildet ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (6) hinsichtlich der ersten Anschlussbohrung (24) zurückversetzt angeordnet ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) eine Quernut oder Querbohrung (30) und eine Längsbohrung (31) aufweist, derart, das im Innenraum (32) des Druckregelventils (1) oberhalb des Ankers (7) Atmosphärendruck herrscht.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (4) zweiteilig aufgebaut ist, wobei im ersten Teil (23) der Anker (7) gelagert ist und die erste Anschlussbohrung (24) ausgebildet ist und wobei im zweiten Teil (26) der Ventilsitz (25) und die zweite Anschlussbohrung (27) sowie der Anschlussstutzen (38) mit dem Regelorgan (16) ausgebildet sind.
Druckregelventil nach einem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des zweiten Teils (26) in den ersten Teil (23) einstellbar ist, derart, dass der Hubweg des Ankers (7) einstellbar ist.
Druckregelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (26) in das erste Teil (23) eingepresst ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (7) einen Zapfen (18) aus einem unmagnetisierbaren Werkstoff aufweist, der als Anschlagelement für den Anker (7) und als Federsitz für eine Feder (17) wirkt, die den Anker (7) federnd gegenüber dem Kern (9) abstützt.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (18) einstellbar im Kern (9) angeordnet ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (9) an dem von dem Anker (7) abgewandten Ende eine Justierbohrung (20) aufweist, in der eine Justierschraube (19) angeordnet ist, die den Verlauf der magnetischen Feldlinien beeinflusst.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern im Bereich der Justierbohrung (20) auf der zur Spule (8) gerichteten Seite eine im wesentlichen umlaufende Aussparung (21) aufweist.