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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Stellglied für ein Hydraulikventil gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2004 039 800 B4 ist bereits ein Hydraulikventil mit einem Hydraulikteil bekannt. Der Hydraulikteil leitet Hydraulikfluid durch einen Polkern innerhalb einer mittels eines Hülsenbodens geschlossenen Hülse eines elektromagnetischen Stellgliedes ein. Diese Hülse ist auf den Polkern gesteckt. Zwischen der Hülse und dem Polkern ist eine Spulendichtung vorgesehen, die zusammen mit einer Poldichtung dafür sorgt, dass das in einem Magnetteil befindliche Hydraulikfluid nicht nach außen dringen kann. Auf die Hülse ist eine Polscheibe gesteckt, die sich somit ringförmig radial von der Hülse erstreckt.
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Überdies ist aus der
DE 32 39 345 C2 ein elektromagnetisches Stellglied für ein Hydraulikventil bekannt. Dabei ist eine gerade bis zum Polkernkonus durchgehende Hülse vorgesehen, innerhalb derer ein Anker axial verschieblich ist. Diese Hülse ist beidseitig offen und in ein topfförmig verschlossenes Poljoch eingesetzt. Die Hülse erstreckt sich vom Poljoch über einen Abstandsring bis in einen Polkernkonus eines Polkerns hinein. Auf den Abstandsring ist Messinglot gelötet.
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Die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2009 043 320 A1 betrifft ebenfalls ein Hydraulikventil mit durchgehender Hülse.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Stellglied für ein Hydraulikventil zu schaffen, dass gut proportional regelbar, ausfallsicher, hydraulisch dicht und kostengünstig ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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In besonders vorteilhafter Weise weist das erfindungsgemäße Hydraulikventil eine durchgehende Hülse zur Führung des Ankers auf. Damit weist das erfindungsgemäße Hydraulikventil eine geringe Reibung auf. Das bedeutet, dass die Hysterese sehr gering gehalten wird, bzw. die für eine Verschiebung des Ankers notwendigerweise zu überwindende Haftreibung sehr gering ist. Damit ist das elektromagnetisch betätigte Ventil besonders gut regelbar. Beispielsweise durch einen relativ großen Spalt zwischen dem Polkern und dem Stößel ist ein Austausch von Hydraulikfluid – insbesondere Motoröl – zwischen einem Innenraum innerhalb des Stellgliedes und der Umgebung – insbesondere des Hydraulikteils – möglich. Dieser Austausch von Hydraulikfluid ist notwendig, da der Anker für eine gute Regelbarkeit nicht gegen eine hydraulischen Widerstand zu verschieben ist. Anstelle eines großen radialen Spieles wäre aber auch eine Bohrung/Ausnehmung im Polkern zum Austausch von Hydraulikfluid möglich.
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Die Hülse zentriert den Polkernkonus gegenüber dem Polrohr, so dass für den Anker eine sehr gute Flucht entsteht.
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Die durchgehende Hülse verhindert überdies, dass der Anker bei sehr hohen radialen Kräften am Pokernkonus hängen bleiben kann, so dass das Hydraulikventil besonders ausfallsicher ist.
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Die Hülse ist topfförmig mit einem Hülsenboden ausgeführt, so dass Hydraulikfluid aus den Ankerräumen nicht hinten an der Hülse austreten kann und somit gegebenenfalls in die Umwelt gelangen kann.
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Infolge der geschlossenen Topfform der Hülse braucht das Polrohr selbst hinten nicht mit einem Boden geschlossen zu sein. Dies ermöglicht es, dass Hydraulikventil leicht und klein zu bauen.
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Der Spalt zwischen dem Polkernkonus und der Hülse ist in besonders vorteilhafter Weise mittels eines Dichtringes abgedichtet.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße elektromagnetische Stellglied eine Bauchlagerung auf. D. h., der Anker ist in einer Hülse axialverschieblich geführt.
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Insbesondere ein ggfs. an diesem Anker abgestützter Stößel zur Betätigung eines Hydraulikteils ist nicht geführt. Stattdessen ragt ein ggfs. vorhandener Stößel mit sehr großem radialen Spiel durch einen Polkern. Damit entsteht am Stößel auch praktisch keine Reibung.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Dabei zeigen
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1 ein elektromagnetisches Stellglied eines Hydraulikventils, und
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2 in einer weiteren Ausgestaltungsform ein elektromagnetisches Stellglied eines Hydraulikventils.
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1 zeigt ein als Cartridge-Ventil ausgeführtes Hydraulikventil 1. Das Hydraulikventil 1 besteht aus einem nicht näher dargestellten Hydraulikteil 3 und einem elektromagnetischen Stellglied 5. Der Hydraulikteil 3 hat einen Kolben 13 und eine Buchse 15. Der Kolben 13 läuft innerhalb der Buchse 15. Der Kolben 13 ist durch eine Feder 9 gegen einen Stößel 41 vorgespannt. Die Buchse 15 ist mit Öffnungen versehen, die einen Arbeitsanschluss A, einen Druckanschluss P und einen Tankanschluss T darstellen.
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Eine Dichtung 25 dichtet das elektromagnetische Stellglied 5 von dem Hydraulikteil 3 ab. Der Stößel 41 liegt im Hydrauliköl. Sobald dieser Stößel 41 ausgerückt ist, steht das Hydrauliköl innerhalb des Magnetteils 5 in fluidischer Verbindung mit dem Tankanschluss T. Ein Dichtring 65 sorgt dafür, dass das im elektromagnetischen Stellglied 5 befindliche Hydraulikmedium nicht nach außen, außerhalb eines Gehäuses 27, austreten kann. Das Gehäuse 27 geht an seiner dem Hydraulikteil 3 nahen Seite in einen Flansch 29 über. Dieser Flansch 29 ist mit Befestigungsöffnungen – der Befestigungsbohrung 31 – versehen. Ein auf den Hydraulikteil 3 folgender Polkern 39 ist durch Sicken 33 mit dem Gehäuse 27 verbunden. Die Sicken 33 sind in dem Bereich einer Poldichtung 63 von außen in das Gehäuse 27 eingedrückt. Innerhalb des Gehäuses 27 sind eine Spule 35, ein Anker 37, der Polkern 39 und der Stößel 41 angeordnet. Der Anker 37 liegt koaxial in einer topfförmigen Hülse 49 und stützt sich an einer Antiklebscheibe 51 ab. Diese Antiklebscheibe 51 ist einteilig an den Stößel 41 angeformt. Der Anker 37 ist axialverschiebbar in der Hülse 49 gelagert und kann somit zwischen einem ersten Ankerraum 43 und einem zweiten Ankerraum 61 hin- und herbewegt werden. Diese beiden Ankerräume 43, 61 stehen in fluidischer Verbindung mit dem Hydraulikteil 3, wenn der Kolben 13 außerhalb seiner in 1 gezeigten Endanschlagsposition ist.
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Der Stößel 41 ist einerseits der Antiklebscheibe 51 mit seinem hinteren Ende 17 in den Anker 37 eingepresst. Andererseits der Antiklebscheibe 51 ragt der Stößel 41 mit dessen vorderem Ende 19 mit radialem Spiel durch den Polkern 39. Dabei wird der Stößel 41 in dem sich so bildenden Ringraum 59 von Hydraulikfluid umspült und vom Polkern 39 getrennt. Der Ringraum 59 mündet in den ersten Ankerraum 43. Über Stößelquerbohrungen 53 kann das Hydraulikfluid über einen Stößelölkanal 55 in den Kanal 57 gelangen. Der Kanal 57 ist gegenüber dem zweiten Ankerraum 61 offen. Der Anker 37 wird proportional geregelt in unendlich vielen Zwischenstellungen zwischen seinen Endanschlagpositionen der beiden sich verändernden Ankerräume 43 und 61 verschoben. Durch diese Verschiebung des Ankers 37 werden die Ankerräume 43 und 61 vergrößert und verkleinert. Die minimale Ankerraumgröße des zweiten Ankerraums 61 wird erreicht, wenn der Kolben 13 zum Anschlag an den Polkern 39 kommt, wobei der Anker 37 einen Hülsenboden 83 der topfförmigen Hülse 49 nicht berührt, so dass es nicht zu einer Deformation dieser sehr dünnen Hülse 49 kommen kann. Diese Hülse 49 ist dabei als Tiefziehteil aus Blech – d. h. spanlos – gefertigt.
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Die Spule 35, erzeugt ein elektromagnetisches Feld zur Verschiebung des Ankers 37. Diese Spule 35 weist zwei Spulendurchmesser mit einer dazwischen liegenden Stufe 88 auf. Die Spule 35 liegt in dem Kunststoffverbundteil 11. Dabei weist das Kunststoffverbundteil 11 im Bereich dieser Stufe 88 ebenfalls eine korrespondierende Stufe 98 auf, so dass mehr Wicklungen im axialen Bereich des Ankers 37 vorgesehen sind, als im axialen Bereich des Polkerns 39. Eine koaxial in das Kunststoffverbundteil 11 eingesetzte Blechhülse 97 weist im Bereich der Stufe 98 einen korrespondierend ausgeformten und damit radial nach innen ragenden Bund 77 auf. Infolge dieser Stufe 98 ist es möglich, den Polkern 39 mit einem größeren Außendurchmesser zu fertigen, als ein Außendurchmesser des Ankers 37. Diese Differenz in den Außendurchmessern ermöglicht einen Polkernkonus 67, welcher dem elektromagnetischen Stellglied 5 eine steigende oder eine proportionale Kraft-Hub-Kennlinie gibt.
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Radial innerhalb des Polkernkonus 67 ist eine mit einem Polrohr 73 fluchtende Ausnehmung 96 vorgesehen. Dabei hat diese Ausnehmung 96 den gleichen Innendurchmesser, wie das Polrohr 73. Ein vorderes Ende 95 der Hülse 49 ist in die zentrale Ausnehmung 96 gesteckt. Dabei zentriert die Hülse 49 den Polkern 39 gegenüber dem Polrohr 73. In einen Raum, der von der Blechhülse 97, der Hülse 49 und einer Schräge 94 begrenzt wird, ist der Dichtring 65 eingesetzt. Dieser Dichtring 65 liegt mit dessen Innenseite einerseits an einer Außenmantelfläche der Hülse 49 und andererseits an der Schrägen 94 an. Dabei ist an dem Dichtring 65 noch eine von einer Dichtlippe 93 radial nach innen gerichtete Dichtkante 92 vorgesehen, welche die Dichtwirkung an der Schrägen 94 verbessert. Diese beiden Dichtflächenpaarungen bewirken, das Hydraulikfluid aus dem vorderen Ankerraum 43 weder in einen Spalt 90 zwischen einem zylindrischen Bereich 91 des Polkernkonus 39 und der Blechhülse 97 gelangen kann. Noch kann Hydraulikfluid aus dem vorderen Ankerraum 43 in einen Spalt 89 zwischen der Hülse 49 und dem unmittelbar an dieser anliegendem Kunststoffverbundteil 11 gelangen. Damit ist das elektromagnetische Stellglied 5 davor geschützt, dass Hydraulikfluid aufgrund von Kapillarwirkungen entlang der Grenzflächen im elektromagnetische Stellglied 5 bis zu den elektrischen Steckerkontakten der Kunststoffbuchse 47 kriecht.
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Der Dichtring 65 liegt axial und radial an der Blechhülse 97 an. Dabei ist der Dichtring 65 axial zwischen dem Polkern 39 und dem Bund 77 der Blechhülse 97 verspannt. Damit stützt sich der Dichtring 65 indirekt axial am Kunststoffverbundteil 11 ab. Der Dichtring 65 steht somit unter axialer Spannung. Infolge der Schrägen 92 ergibt sich auch eine radiale Spannung am Dichtring 65. Diese Spannung wird definiert durch den Weg, den ein axial am Kunststoffverbundteil 11 anliegender Polkernflansch 74 des Polkerns 39 vorgibt. Denn das Polrohr 73 weist einen sich ringförmig radial von diesem erstreckenden Ansatz 75 auf, der fest im Kunststoffverbundteil 11 eingebettet ist. Dieser Ansatz 75 folgt axial der Spule in einem kurzen durch den Kunststoffverbundteil 11 begrenzten Abstand 76. Dieser kurze Abstand 76 ermöglicht eine hohe Magnetkraft des elektromagnetischen Stellgliedes 5. Dabei fließt das magnetische Feld aufeinander folgend von der Spule 36 durch den Ansatz 75, den Anker 37, den Polkernkonus 67, den Polkern 39, den Polkernflansch 74 wieder auf die Spule 36.
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Die Verbindung des Hydraulikteils 3 mit dem elektromagnetischen Stellglied 5 des Hydraulikventils 1 wird über Befestigungseingriffe 81 hergestellt. Diese Befestigungseingriffe 81 greifen seitlich an der Buchse 15 an. Im drucklosen – d. h. entlasteten – Zustand sperrt der Kolben 13 den Hydraulikfluidaustausch vom Tankanschluss T mit dem elektromagnetischen Stellglied 5. Die Federkraft am Kolben 13 erfährt keine Gegenkraft und die zugehörige Schraubendruckfeder 9 ist damit in ihrer ausgestreckten, maximal ausgedehnten und entspannten Position.
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2 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein elektromagnetisches Stellglied eines Hydraulikventils. Dabei ist ersichtlich, dass eine Hülse 149 ähnliche der Hülse 49 gemäß vorangegangenem Ausführungsbeispiel Anwendung finden kann, obwohl der übrige Teil des elektromagnetischen Stellgliedes anders ausgeformt ist. So weist die Spule 135 keine Stufe auf. Stattdessen ist lediglich ein ringförmig vom Kunststoffverbundteil 111 radial nach innen ragender Ansatz 198 vorgesehen. Dieser Ansatz 198 drückt den Dichtring 165 radial nach innen gegen die Hülse 149. Der Ansatz 198 liegt axial unmittelbar am Polrohr 173 an. Das Polrohr 173 erstreckt sich dabei teilweise radial innerhalb der Spule 135. Vom Polrohr 173 erstreckt sich ein Ansatz 175 radial nach außen der somit der Spule 135 axial benachbart ist. Im Gegensatz zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist dieser Ansatz 175 in einem axialen Bereich angeordnet, der zwischen den Enden des Polrohrs 173 liegt. Das Polrohr 173 ist ohne Deckel unmittelbar eingebettet in das Kunststoffverbundteil 111. Der Dichtring 165 weist im Gegensatz zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel eine relativ lange Dichtlänge gegenüber der Hülse 149 auf.
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Um das Kunststoffverbundteil 111 ist ein weiteres Kunststoffgehäuse 190 gespritzt. Zwischen diesem weiteren Kunststoffgehäuse 190 und dem Kunststoffverbundteil 111 ist ein mit Ausbrüchen ausgeführtes Gehäuse 127 aus magnetisierbarem Stahlblech angeordnet.
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Ansonsten ist das elektromagnetische Stellglied gemäß 2 ähnlich dem gemäß 1 aufgebaut.
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Der Hydraulikteil 105 ist als 4/3-Wegeventil ausgeführt, wohingegen der Hydraulikteil 5 des vorangegangenen Ausführungsbeispiels als proportionales Volumenstromregelventil ausgeführt ist.
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Die dünne Hülse kann eine Wanddicke aufweisen, die zwischen 0,1 und 0,3 mm liegt.
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Die stufenlos gerade durchgehende Hülse 49 kann als Tiefziehteil ausgeführt sein. Anstelle des Tiefziehens aus Blech stehen auch noch andere spanlose Verfahren zur Verfügung, die es ermöglichen, die Hülse 49 dünnwandig zu fertigen. So kann die Hülse beispielsweise über einen Kern rolliert werden. Die Hülse kann aber auch über Innenhochdruck umgeformt sein.
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Das Hydraulikventil kann beispielsweise einen Schwenkmotorversteller steuern. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, das Hydraulikventil in einem Getriebe zur Steuerung/Regelung der Gangschaltelemente oder einer Kupplung oder eines Arbeitsdruckes einzusetzen. Ebenso kann es zur Regelung des Kraftstoffdrucks/-volumenstroms genutzt werden.
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Das elektromagnetische Stellglied muss nicht eine proportionale Kraft-Hub-Kennlinie aufweisen. Es ist beispielsweise auch möglich, das Stellglied als Schaltmagnet auszuführen.
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Der Dichtring
65 bzw.
165 muss nicht den Polkernkonus überlappen. Es ist auch möglich, den Dichtring unter den Polkernkonus zu schieben. Dies kann beispielsweise dann nötig sein, wenn der Polkernkonus trompetenförmig gemäß
DE 10 2009 042 888.7 ausgeführt ist. Alternativ kann der Dichtring an einem stumpfen Ende des Polkernkonus anliegen.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
