DE102011053033B4

DE102011053033B4 - Hydraulisches Ventil

Info

Publication number: DE102011053033B4
Application number: DE102011053033.9A
Authority: DE
Inventors: Drazen Boban; Bernd Franz; Thomas Jacob; Andreas Knecht; Dieter Maisch; Hartmut Weber
Original assignee: Hilite Germany GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2031-08-27
Also published as: DE102011053033A1

Abstract

Hydraulisches Ventil (1) mit einem Anker (22), der eine erste Stirnfläche (58) und eine zweite Stirnfläche (37) aufweist, die in Richtung auf einen Polkern (5) entlang einer Längsachse (8) verschiebbar ist, wobei die beiden Stirnflächen (58, 37) mittels eines Kanals (25) im Anker (22) hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei an der zweiten Stirnfläche (37) eine Antiklebscheibe (27) angeordnet ist, die eine Anlagefläche (99) aufweist, die im ausgerückten Zustand des Ankers (22) mit dem Polkern (5) in Anlage steht,- die sich in einer Ebene (98) senkrecht zur Längsachse (8) erstreckt und- die in eine Fläche (97) übergeht, welche an einem Hydraulikkolben (50) anliegt, der koaxial zur Längsachse (8) ausgerichtet ist, wobei eine Drosselblendenöffnung (28) angeordnet ist, welche die Antiklebscheibe (27) in der besagten Ebene (98) exzentrisch zur Längsachse (8) durchsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventil gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2007 053 549 B4 ist eine elektromagnetische Hydraulikpumpe bekannt, deren elektromagnetisches Stellglied eine Antiklebscheibe aufweist, die an einem Polkern anliegt. Die Antiklebscheibe verhindert das magnetische Kleben zwischen dem Polkern und einem axialverschiebbaren Anker. Der Anker weist einen Kanal auf, der die beiden Stirnflächen des Ankers hydraulisch miteinander verbindet.
Aus der DE 10 2009 042 888 A1 ist überdies ein Proportionalventil bekannt, dessen als Steuerkonus bezeichneter Polkernkonus eine Trompetenform aufweist. Das als Stahlhülse bezeichnete Polrohr weist eine Trennschicht auf, die ein Gleitlack, PTFE oder eine Nickel-PTFE-Beschichtung sein kann.
Aus der DE 10 2009 043 320 A1 ist ein elektrohydraulisches Ventil für einen Nockenwellenversteller bekannt. Bei diesem ist der Polkern mehrgeteilt. In einen Polkernflansch, der zu einem Polkernkonus ausläuft ist eine nicht magnetisierbare Trennhülse gesteckt. In diese Trennhülse wiederum ist ein Polkerneinsatz gesteckt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Ventil mit einer definierten und verhältnismäßig temperaturunabhängigen Dämpfung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße nicht magnetisierbare Antiklebscheibe verhindert das magnetische Kleben des magnetisierbaren Ankers am magnetisierbaren Polkern. Ein magnetisches Kleben könnte ansonsten auftreten, wenn der Anker gänzlich ausgerückt ist und im Anschluss wieder die Spannung verringert wird.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antiklebscheibe verbindet deren Funktion mit einer hydraulischen Dämpfung.
Eine solche hydraulische Dämpfung ist umso wichtiger, je geringer die interne Reibung bzw. je kleiner die im Ausführungsbeispiel erläuterte Hysterese des Ventils ist. Damit verbessert eine hydraulische Dämpfung bei reibungsgünstigen Ventilen die Regelbarkeit des Ventils. Auch der Verschleiß wird reduziert, da der Anker weniger schwingt.
Das Hydrauliköl muss für die Verschiebbarkeit des Ankers zwischen den beiden Räumen axial vor und hinter dem Anker hin und her geschoben werden können. Dazu ist ein hydraulischer Durchgang zwischen den beiden axialen Stirnflächen des Ankers vorgesehen. Dieser Durchgang umfasst einen Kanal im Anker. Dieser Kanal kann zur Verringerung der Reibung zentrisch angeordnet sein. Infolge der zentrischen Anordnung verlaufen nämlich die Magnetfeldlinieren gleichmäßig durch den Anker und Querkräfte des Ankers werden gering gehalten. Die Reibung zwischen Anker und Polrohr wird ebenfalls gering gehalten.
Zur Herstellung der hydraulischen Dämpfung ist in der Antiklebscheibe eine Drosselblendenöffnung angeordnet. Eine solche Drosselblendenöffnung ist relativ klein und weist einen Durchmesser von 0,5 bis 2,5 mm auf. Eine solche Drosselblendenöffnung in der Antiklebscheibe ist - je nach deren Dicke - kurz bis sehr kurz. Damit ist im Verhältnis zu langen Bohrungen die Temperaturabhängigkeit der hydraulischen Dämpfung gering.
Die Drosselblendenöffnung ist exzentrisch angeordnet. Infolge der nicht-Magnetisierbarkeit der Antiklebscheibe gehen somit trotz deren Asymmetrie von der Antiklebscheibe selbst keine Querkräfte aus. Die Antiklebscheibe ist somit zentrisch geschlossen und bildet eine zentrale Anlagefläche für einen Hydraulikkolben.
In besonders vorteilhafter Weise kann ausschließlich eine Drosselblendenöffnung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung im Baukastensystem. Dabei erhalten die Ventile, bei denen eine hydraulische Dämpfung notwendig ist, eine Antiklebscheibe mit ausschließlich einer Drosselblendenöffnung. Hingegen erhalten die Ventile, bei denen keine hydraulische Dämpfung notwendig ist, eine Antiklebscheibe mit mehreren Drosselblendenöffnungen .
Besonders vorteilhafte ist die Fertigung der Antiklebscheibe als Stanzbiegeteil.
Der Anker kann in vorteilhafter Weise als Drehteil ausgeführt sein. Dabei kann er aus einem Automatenstahl gedreht werden, der eine kostengünstige Fertigung mit sich bringt. Die zentrische Anordnung des Kanals und einer Aufnahme für die Antiklebscheibe ist besonders vorteilhaft beim Drehprozess da eine solche leicht zu bohren oder zu drehen ist.
Die Fläche der Antiklebscheibe, an welcher der Hydraulikkolben anliegt, kann mit einer zentralen Beule ausgeführt sein. Durch die idealisiert punktuelle Auflage kann die Drosselblendensöffnung der Längsachse des Ventils relativ nahe stehen, ohne dass der Hydraulikkolben die Drosselblendenöffnung verdeckt. Alternativ ist es auch möglich den Hydraulikkolben selbst ausgerundet auszuführen, um die Drosselblende Öffnung nicht zu verdecken.
Flächen, die über einen dünnen Ölfilm miteinander im Kontakt stehen, neigen zum hydraulischen Kleben. Um ein solches hydraulisches Kleben der Antiklebscheibe am Polkern auf ein Minimum zu reduzieren, kann die Anlagefläche der Antiklebscheibe um einen Bereich vermindert sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Hülse angeordnet, die einerseits am Polkern und anderseits am Polrohr des Ventils anliegt. Diese Hülse kann eine Zentrierhülse sein, die den Polkern gegen das Polrohr zentriert, um die Querkräfte am Anker gering zu halten. Die Hülse kann jedoch alternativ auch so dünn ausgeführt sein, dass sie keine zentrierende Wirkung hat. Die Hülse kann dann vorgesehen sein, um einen Axialspalt zwischen dem Polkern und dem Polrohr nach außen abzudichten, so dass Hydrauliköl nicht aus dem Raum innerhalb der Hülse nach außen gelangen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil bei Ventilen, deren elektromagnetischer Teil nicht im Ölbad liegt. Die Hülse kann aber auch zentrierende Funktion und zudem dichtende Funktion haben.
Die Hülse kann aber auch Sinn machen, bei einem Ventil dessen Elektromagnetteil im Hydrauliköl liegt. Die Funktion der Hülse ist es dann, Lufteinschlüsse im Hydrauliköl innerhalb des Elektromagnetteils zu minimieren. Solche Lufteinschlüsse könnten ansonsten die hydraulische Dämpfung beim hin und her Schieben des Ankers negativ beeinflussen. Die Hülse dichtet

- den Raum außerhalb der Hülse und
- einen Ringraum axial zwischen dem Polkernkonus und dem Polrohr

Gerade in der im vorhergehenden Absatz aufgeführten Konfiguration macht das erfindungsgemäße Ventil Sinn als Getriebeventil. Solche Getriebeventile können nämlich vorteilhaft innerhalb des öldurchfluteten Getriebes in einer Getriebe-Steuerplatte integriert sein.
Mit der erfindungsgemäßen Konfiguration ist es möglich, ein Getriebeventil für komfortabel reibschlüssig zu koppelnde Getriebekupplungen - insbesondere Anfahr-/Schaltkupplungen oder Synchronisierungen - zu schaffen, das den Einsatz bei nur wenig bis gar keinen Getriebeölwechseln ermöglicht. Überdies kann ein solches Getriebeventil auch in Staaten mit schlechter Getriebeölqualität eingesetzt werden.
Um bei großen Getriebeölwechselintervallen - Extremfall Lebensdauerfüllung - dennoch ausfallsicher zu sein, muss das Getriebeventil eine hohe Robustheit aufweisen. Hohe Robustheit lässt sich zwar mit einem großen Spiel bei den zu bewegenden Teilen erzielen. Jedoch geht das zu Lasten der Regelgüte.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Getriebeventils erfüllt diese widerstrebenden Ziele indem es eine hohe Robustheit neben einer hohen Regelgüte aufweist. Die hohe Robustheit wird erreicht, indem Schmutzpartikel im Hydrauliköl nicht zum Verklemmen des Getriebeventils kommen können, da der Anker so große Axialkräfte aufbringen kann, dass dieser sich stets frei reißen kann.
Das Getriebeventil weist dennoch eine hohe Regelgüte auf, die mittels mehrerer konstruktiver Maßnahmen erreicht wird. So werden insbesondere die Querkräfte zwischen dem Anker und einem Polrohr minimiert.
Ein solches konstruktives Merkmal zur Verringerung der Querkräfte ist im Unteranspruch 9 angegeben. Dabei wird ein sehr enges Laufspiel zwischen dem Anker und dem Polrohr erreicht, indem eine sehr dünne Trennschicht anstelle beispielsweise einer Hülse oder einer dicken Beschichtung am Anker vorgesehen ist. Eine solche sehr dünne Trennschicht liegt bei einer Schichtdicke von 0,01 mm bis 0,06 mm. Die dünne Trennschicht kann beispielsweise chemisch oder galvanisch erreicht werden. Als chemisches Verfahren kann beispielweise das chemische vernickeln Anwendung finden. Hier hat sich eine Schichtdicke von 0,045 mm als ideal erwiesen. Die Mindestdicke von 0,01 mm ist theoretisch machbar. Mit den derzeitigen vorhandenen Verfahren hat sich eine Schichtdicke ab 0,02 mm als machbar erwiesen. Im Gegensatz beispielsweise zur galvanischen Vernickelung wird beim chemischen Verfahren keine Spannung über Elektroden angelegt. Die Schichtdicke ist bei der chemischen Vernickelung sehr homogen.
Der Anker ist gemäß diesem Anspruch 9 an dessen Mantelfläche - d.h. der Lauffläche - beschichtet. Die chemische Vernickelung bietet dabei einen hohen Verschleiß und Korrosionsschutz.
Alternativ zum Anspruch 9 kann aber auch das Polrohr innen beschichtet sein.
Ist das Polrohr dergestalt, dass es einen magnetisierbaren Boden aufweist, der unmittelbar an dem Anker zum anliegen kommt, so ist zur Verhinderung des magnetischen Klebens auch dort eine Trennungsmaßnahme durchzuführen. Diese Trennungsmaßnahme kann die gleiche Trennschicht sein, wie die Trennschicht an der Mantelfläche. Demzufolge kann auch die hintere Stirnfläche des Ankers oder der innenseitige Boden des Polrohrs galvanisch oder chemisch beschichtet sein.
Zur Herstellung eines proportionalen Verhaltens des Getriebeventils ist ein Polkernkonus vorgesehen. Mit einem solchen Polkernkonus sind aber auch verschiedene andere Kraft/Weg-Verläufe realisierbar. Der linearer Kraft/Weg-Verlauf ist jedoch zur Vereinfachung der Regelung zumeist gewünscht.
Infolge des geringen und überdies gleichmäßigen Abstands zwischen dem Polrohr und dem Anker entstehen wenig Kippmomente auf den Anker und dieser weist damit nur wenig Querkräfte auf, die ansonsten die Reibung und damit die weiter und im Ausführungsbeispiel erläuterte Hysterese Δp vergrößern würden.
Damit es unter keinen Umständen zum Verkanten oder zur Reibung zwischen dem Anker und dem Polkernkonus kommen kann, kann zusätzlich der Innendurchmesser des Polkernkonus größer ausgeführt sein, als der Innendurchmesser des Polrohrs.
Um hohe Axialkräfte des Ankers zu bewirken, ist in besonders vorteilhafter Weise eine Hydraulikbuchse des Getriebeventils magnetisierbar und bildet gemeinsam mit dem Polkernkonus den Polkern.
Das Polrohr kann zur positiven Beeinflussung des Kraft/Weg-Verlauf analog dem Polkern mit einem Polrohrkonus ausgeführt sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert:
Dabei zeigen:

1 ein hydraulisches Getriebeventil in einer Grundstellung, wobei das Getriebeventil eine Antiklebscheibe aufweist,
2 das hydraulisches Getriebeventil in einer Regelstellung,
3 das hydraulisches Getriebeventil in einer Anschlagstellung,
4 in einem Diagramm für das Getriebeventil gemäß 1 bis 3 einen hydraulischen Druck am Arbeitsanschluss über eine Stromstärke I aufgetragen,
5 in einem Diagramm für die Anwendung des Getriebeventils gemäß 1 bis 3 bei einer Lamellenkupplung die Anpresskraft der Lamellenkupplung über den Weg der Lamellenkupplung aufgetragen,
6 in einer weiteren Ausführungsform ein hydraulisches Getriebeventil in einer Grundstellung, wobei das Getriebeventil ebenfalls eine Antiklebscheibe aufweist,
7 das hydraulisches Getriebeventil gemäß 6 in einer Regelstellung,
8 das hydraulisches Getriebeventil gemäß 6 in einer Anschlagstellung und
9 bis 12 als Einzelteil in mehreren Ansichten die Antiklebscheibe aus den vorangegangenen beiden Ausführungsformen.

1 zeigt ein hydraulisches Getriebeventil 1 in einer Grundstellung. Dabei handelt es sich um ein Druckregelventil.
Dieses Getriebeventil 1 findet Einsatz in einem Doppelkupplungsgetriebe. Das Getriebeventil 1 steuert die Doppelkupplung. Dazu sind Hydraulikbuchsen 29 von Hydraulikteilen 2 mehrerer in Teilen ähnlich aufgebauter Getriebeventile in eine Steuerplatte des Doppelkupplungsgetriebes eingesetzt. Die Hydraulikbuchsen 29 sind als Drehteile ausgeführt. Mit den Hydraulikteilen 2 jeweils verbundene Elektromagnetteile 3 der Getriebeventile 1 ragen aus der Steuerplatte heraus und sind von Öl umspült. Jedes der Elektromagnetteile weist ein magnetisch leitendes Gehäuse 4 auf. Dieses Gehäuse 4 ist einteilig mit einem Polkernkonus 6 ausgeführt. Zu diesem Polkernkonus 6 führt ein Ringsteg 33. Der Ringsteg 33 erstreckt sich koaxial zu einer Längsachse 8 des Getriebeventils 1 in die auf die Mitte des Elektromagnetteils 3 weisende Richtung. Der Polkernkonus 6 steht im Wesentlichen spiegelsymmetrisch einem Polrohrkonus 9 eines Polrohrs 7 gegenüber. Eine diesbezügliche imaginäre Spiegelebene verläuft dabei senkrecht zur Längsachse 8. Das Polrohr 7 ist als Drehteil ausgeführt. Das Gehäuse 4 ist vorgeschmiedet und im Anschluss gedreht.
Eine magnetisch nicht leitende Hülse 10 ist einerseits auf den Ringsteg 33 und andererseits auf das Polrohr 7 gesetzt. Infolge der Dünnwandigkeit der Hülse 10 zentriert diese nicht. Die notwendige Zentrierung des Polkernkonus 6 gegenüber gegen dem Polrohr 7 erfolgt stattdessen über eine Verbindung 62 am Gehäuse 4. Für die Aufnahme der Hülse 10 weisen sowohl das Polrohr 7 als auch der Ringsteg 33 radial außen abgedrehte Bereiche 11, 12 auf.
Am hinteren Teil des Elektromagnetteils 3 erstreckt sich vom Polrohr 7 ein Polflansch 13 radial nach außen, der einteilig mit dem Polrohr 7 ausgeführt ist. Das Gehäuse 4 ist um diesen Polflansch 13 herum gebördelt, so dass der Polflansch 13 axial in beiden Richtungen am Gehäuse 4 abgestützt ist. Demzufolge bildet sich dort die Verbindung 62. Diese Verbindung 62 legt einen Ankerhub 65 fest. Überdies legt diese Verbindung 62 eine Konzentrizität zwischen dem Polkernkonus 6 und dem Polrohr 7 fest.
Die Verbindung 62 weist eine axiale Passung 61 und eine radiale Passung 60 auf. Der Polflansch 13 weist zur axialen Passung 61 eine Anlagefläche 63 auf, die an einer senkrecht zur Längsachse 8 des Getriebeventils 1 ausgerichteten Anlagefläche 64 des Gehäuses 4 anliegt. Der Polflansch 13 weist zur radialen Passung 60 eine Mantelfläche 66 auf. Der Polflansch 13 ist dazu in eine zylindrische Ausnehmung 67 des Gehäuses 4 eingesetzt.
Die Anlagefläche 64 des Gehäuses 4 muss im hohen Maße rechtwinklig gegenüber der Längsachse 8 des Gehäuses 4 sein. Ebenso muss die Anlagefläche 63 des Polflansches 13 im hohen Maße rechtwinklig gegenüber der Längsachse 8 des Polrohrs 7 sein. Die Längsachsen 8 des Polrohrs 7 und des Gehäuses 4 fallen im dargestellten montierten Zustand zusammen.
Die magnetisch leitende Hydraulikbuchse 29 bildet damit gemeinsam mit dem zum Polkernkonus 6 führenden Ringsteg 33 einen Polkern 5.
Der Polflansch 13 weist Ausnehmungen 15 auf, durch welche elektrische Leitungen 16 zum Anlegen einer Spannung an eine Spule 14 geführt sind. Diese Spule 14 ist radial innen von einem Trägerkörper 17 aus Kunststoff begrenzt. Der Trägerkörper 17 weist dabei ein u-förmiges Profil auf. Demzufolge erstreckt sich von einem radial inneren Bereich 18 des Trägerkörpers 17 an dessen vorderem Ende ein scheibenförmiger Kragen 19 radial nach außen. Außerdem erstreckt sich von dem radial inneren Bereich 18 des Trägerkörpers 17 an dessen hinterem Ende ein scheibenförmiger Kragen 20 ebenfalls radial nach außen. Der radial innere Bereich 18 ist auf die Hülse 10 gesetzt. Der vordere Kragen 19 grenzt an das Gehäuse 5. Der hintere Kragen 20 grenzt an den Polflansch 13.
Der Polflansch 13 ist radial innen geschlossen ausgeführt, so dass sich ein Boden 21 bildet, der das Polrohr 7 an dessen hinterem Ende verschließt. Dabei ragt ein Anschlag 23 in das Polrohr 7 hinein. In der Grundstellung kommt dieser Anschlag 23 an dem Anker 22 mit seiner ersten - d-h. hinteren - Stirnfläche 58 zum Anliegen. Um den Anschlag 23 bildet sich ein ringförmiger Aufnahmeraum 24 für Hydrauliköl.
Der Anker 22 weist einen zentralen Kanal 25 auf, der als Bohrung ausgeführt ist. Dieser zentrale Kanal 25 ist mit einem Absatz am vorderen Ende des Ankers 22 zu einer Ausnehmung 26 größeren Durchmessers erweitert, die ebenfalls als Bohrung ausgeführt ist. In diese größere Ausnehmung 26 ist eine Antiklebscheibe 27 eingesetzt, die eine exzentrisch zur Längsachse 8 angeordnete kleine Drosselblendenöffnung 28 aufweist. Diese Drosselblendenöffnung 28 ist in die Antiklebscheibe 27 gebohrt. Die Drosselblendenöffnung 28 führt hydraulische zum Kanal 25. Die Drosselblendenöffnung 28 verbindet damit einem Raum 39 vor dem Anker 22 mit dem ringförmigen Aufnahmeraum 24.
Die Antiklebscheibe 27 soll ein Kleben des Ankers 22 an der magnetisch leitenden Hydraulikbuchse 29 des Hydraulikteils 2 bei dem in 3 dargestellten voll ausgerücktem Anker 22 verhindern.
9 bis 12 zeigen dazu die Antiklebscheibe 27 als Einzelteil in mehreren Ansichten. Die Antiklebscheibe 27 ist als Stanzbiegeteil gefertigt. Sie weist zur Trennung des Ankers 22 vom Polkern 5 eine von Lücken 90 unterbrochene kreisförmige Blechscheibe 32 auf. Diese Blechscheibe 32 erstreckt sich von einer radial innen liegenden Fläche 97 mit einer Beule 94 radial nach außen. Auf der erhöhten Seite der Beule 94 liegt der Hydraulikkolben 50 an. Damit liegt der Hydraulikkolben 50 idealisiert gesehen punktuell an. In der technischen Praxis tritt eine herz'sche Pressung auf, so dass die Fläche 97 teilweise am Hydraulikkolben 50 anliegt.
Radial außerhalb der Fläche 92 schließt sich zunächst ein schmaler Zwischenbereich 31 an. Dieser schmale Zwischenbereich 31 liegt einem Ringraum 41 zwischen der Hydraulikbuchse 29 und dem Hydraulikkolben 50 gegenüber. An diesem Zwischenbereich liegt eine Biegung 88, mit der die Zungen 95 aus einer Ebene 98 senkrecht zur Längsachse 8 herausgebogen sind. Diesem Zwischenbereich 31 schließt sich eine Anlagefläche 99 der Antiklebscheibe 27 an. Diese Anlagefläche 99 erstreckt sich in der Ebene 98 senkrecht zur Längsachse 8. Diese Anlagefläche 99 ist um einen Bereich 93 vermindert, der zur Reduzierung des hydraulischen Klebens gegenüber der Anlagefläche 99 zurückversetzt ist. Der Bereich 93 ist dabei als unterbrochen um die Längsachse 8 umlaufende Nut ausgeformt. Die Unterbrechung erfolgt durch die beiden Lücken 90.
Diese beiden Lücken 90 entstehen an den Stellen, an denen die beiden diametral gegenüber liegende Zungen 95 aus der Blechscheibe 32 herausgebogen sind. Diese Zungen 95 erstrecken sich parallel zur Längsachse 8. Die Blechscheibe 32 ist vor der Montage entgratet worden. Damit wird zum einen eine exakte axiale Dicke erreicht. Zum anderen werden Restschmutzanforderungen erfüllt.
Der magnetische Fluss, der bei bestromter Spule 14 den Anker 22 in die axial auf den Polkern 5 weisende Richtung zieht, verläuft aufeinander folgend

- vom Anker 22 auf
- das Polrohr 7 mit dem Polrohrkonus 9,
- den flanschförmigen Polflansch 13,
- eine Außenhülle 34 des Gehäuses 4,
- einen radial nach innen gerichteten Gehäuseteil 35,
- den Ringsteg 33,
- den Polkernkonus 6 und wieder
- auf den Anker 22.

Dabei wirkt der Ringsteg 33 mit dem Polkernkonus 6 und einem Zapfen 36 der in den Ringsteg 33 eingesteckten Hydraulikbuchse 29 als gemeinsamer Polkern 5. Demzufolge wird mit einer sehr hohen Axialkraft am Anker 22 gezogen, die relativ linear wirkt, da der Anker 22 in seiner Grundstellung gemäß 1 bereits um das Maß a = 0,2 mm in den Polkernkonus eingetaucht ist. Bei dem in 3 dargestellten Anliegen der Antiklebscheibe 27 an der Hydraulikbuchse 29 hat die zweite - d.h. vordere - Stirnfläche 37 des Ankers 22 die axiale Konuslänge b des Polkernkonus 6 noch nicht überschritten.
Damit ist trotz der hohen Axialkraft des Ankers 22 gewährleistet, dass der gesamte Ankerhub 65 von der Grundstellung gemäß 1 über eine Regelstellung gemäß 2 bis zum Anliegen der Antiklebscheibe 27 gemäß 3 einen linearen Kraft/Weg-Verlauf aufweist.
Die vom Anker 22 auf das Polrohr wirkenden Querkräfte sind äußerst gering. Dies wird durch die Kombination mehrerer Konstruktionsdetails erreicht. So ist zum einen der Anker 22 zur magnetischen Trennung vom Polrohr 7 mit einer chemisch aufgetragenen Trennschicht 57 getrennt. Diese Trennschicht 57 ist eine sogenannte chemische Vernickelung. Diese Trennschicht 57 weist eine Dicke von 0,045 mm auf.
Somit wird der Anker 22 zur Herstellung der Trennschicht 57 vor dem Einbau in ein Bad gehalten und insbesondere im Bereich der Mantelfläche 80 und der ersten hinteren Stirnfläche 58 des Ankers 22 chemisch vernickelt. Um eine gleichmäßige lückenfreie Trennschicht 57 zu bilden, kann ein Halter den Anker 22 im chemischen Bad halten. Dieser Anker 22 kann innerhalb des zentralen Kanals 25 und/oder an der zweiten Stirnflächen 37 gehalten werden, so dass es an dieser Stelle zu keiner oder nur einer minderwertigen Vernickelung kommen kann. In dem zentralen Kanal 25 und an der zweiten Stirnfläche 37 braucht die Trennschicht 57 ebenfalls nicht vorhanden sein. Es wäre aber auch möglich, auf die Trennschicht 57 an dem radialen Bereich der ersten Stirnfläche 58 zu verzichten, der ohnehin nie mit dem Boden des Polrohrs 7 in Kontakt kommt.
Zwar werden durch die hier beschriebene Minimierung der Anzahl von Bauteilen im magnetischen Fluss zwecks Herstellung einer bestmöglichen Koaxialität zwischen dem Polkernkonus 6 und dem Polrohr 7 die Koaxialitätsfehler sehr gering gehalten. Jedoch ist auch bei dieser Konstruktion der Innendurchmesser des Polkernkonus 6 geringfügig größer als der Innendurchmesser des Polrohrs 7. Damit wird zusätzlich zur Trennschicht 57 ein den Anker 22 vom Polkernkonus 6 trennender ringförmiger Luftspalt erzeugt.
Die zentrische Anordnung des Kanals 25 im Anker 22 ist eine weitere Maßnahme zur Minimierung der magnetischen Querkräfte. Wäre der dem Volumenausgleich zwischen dem Aufnahmeraum 24 und dem Raum 39 vor dem Anker 22 dienende Kanal 25 nicht zentrisch, so käme es zu inhomogen durch den Anker 22 laufenden Magnetfeldlinien mit zwangsläufig entstehenden Querkräften. Der Volumenausgleich ist notwendig, wenn der Anker 22 verschoben wird und damit die Volumina von Aufnahmeraum 24 und dem Raum 39 verändert werden.
Auch der den Polkern 5 mitbildende Zapfen 36 der Hydraulikbuchse 29 ist analog dem Anker 22 rotationssymmetrisch. Um dennoch einen Volumenausgleich infolge des in den Raum 39 eintauchenden und wieder heraustretenden Stößels 30 zu ermöglichen, ist eine Bohrung 40 zur Durchführung des Stößels 30 so weit erweitert, dass sich ein ausreichend großer Ringraum 41 für den strömungsverlustfreien Durchtritt von Hydrauliköl bildet. Von diesem Ringraum 41 geht eine Querbohrung 42 aus, die das Hydrauliköl aus der Hydraulikbuchse 29 heraus bzw. in diese herein führt. Diese Querbohrung 42 ist außerhalb des Polkerns 5 angeordnet, so dass sie das Magnetfeld nicht unsymmetrisch belasten kann und somit Querkräfte gering gehalten werden.
Bei der Montage wird infolge der Bördelung des Gehäuses 4 um den Polflansch 13 der Polflansch 13 axial und radial gegen das Gehäuse 4 gespannt. Da der Anker 22 ausschließlich in dem Polrohr 7 geführt ist, wird somit auch der Anker 22 gegen das Gehäuse 4 bzw. den einteilig mit diesem Gehäuse 4 ausgeführten Polkernkonus 6 ausgerichtet. Diese Koaxialität zwischen dem Polkernkonus 6 und dem Anker 22 bestimmt maßgeblich die Querkräfte. Dabei sind die Kräfte bei der Bördelung sehr groß. Im Vergleich dazu ist die Dicke der Hülse 10 sehr gering.
Mittels der Hülse 10 erfolgt somit keine bzw. eine von der Größenordnung zu vernachlässigende Zentrierung des Polkernkonus 6 gegenüber dem Polrohr 7. Die Funktion der Hülse 10 ist es stattdessen, Lufteinschlüsse im Hydrauliköl innerhalb des Elektromagnetteils 3 zu minimieren. Solche Lufteinschlüsse könnten nämlich ansonsten die hydraulische Dämpfung beim hin und her Schieben des Ankers 22 negativ beeinflussen. Die Hülse 10 dichtet

- den Raum 39 und
- einen Ringraum 43 axial zwischen dem Polkernkonus 6 und einem Polrohrkonus 9 zwar nur sehr unzureichend gegen ein Durchfließen von Hydrauliköl ab. Jedoch verhindert die Hülse, dass sich bei Erstbefüllung des Elektromagnetteils 3 mit Hydrauliköl durch die Querbohrung 42 Luft innerhalb der Hülse 10 sammeln kann. Solche Luft ist nämlich um den Trägerkörper 17 herum eingeschlossen und wird mittels der Hülse 10 außen gehalten. Damit kann auch die Erstprüfung des Getriebeventils 1 mit realistischen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden.

Der Hydraulikteil 2 weist einen Hydraulikkolben 50 auf, der einteilig mit dem Stößel 30 ausgeführt ist. Der Hydraulikkolben 50 ist axial verschiebbar innerhalb der Hydraulikbuchse 29 geführt. Dabei ist der Hydraulikkolben 50 gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder 51 verschiebbar. Der Hydraulikkolben 50 weist zwei umlaufende Ringnuten 52, 53 auf. Mittels der hinteren Ringnut 52 ist ein Versorgungsdruck eines Versorgungsanschlusses P auf einen Arbeitsanschluss A führbar, wenn sich der Hydraulikkolben 50 in der in 3 dargestellten maximal gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 51 verschobenen Stellung befindet.
Befindet sich der Hydraulikkolben 50 jedoch mangels Anlegen einer ausreichend großen Spannung an die Spule 14 in der Grundstellung gemäß 1, so wird das Hydrauliköl vom Arbeitsanschluss A auf dem Tankabfluss T geführt.
5 zeigt für das Getriebeventil 1 gemäß 1 bis 3 den hydraulischen Druck p am Arbeitsanschluss A über die durch die Spule 14 fließende Stromstärke I aufgetragen. Dabei bildet sich eine Hystereseschleife. Je nach Bewegungsrichtung des Hydraulikkolbens 50 wird entlang von zwei nahezu parallelen Geraden 54, 55 der Hystereseschleife verfahren. Der Abstand der beiden Geraden 54, 55 in Ordinatenrichtung wird als Hysterese Δp bezeichnet. Diese Hysterese Δp wird bestimmt durch drei Größen:

1.) Der Strömungskraft der beiden Hydraulikflüsse, die neben der Art des Hydrauliköls auch von dessen Temperatur bzw. Viskosität abhängt.
2.) Der magnetischen Hysterese, die vom gewählten Material abhängt.
3.) Den Reibungen, die neben dem Reibungskoeffizienten bzw. Materialpaarungen maßgeblich von den besagten Querkräften abhängen.

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Je geringer die Hysterese Δp ist bzw. je geringer die beiden Geraden 54, 55 in Ordinatenrichtung voneinander beabstandet sind, desto besser lässt sich das Getriebeventil 1 an einem bestimmten Punkt einregelt.
Das ist bei einem bevorzugten Anwendungszweck des Getriebeventils 1 von Vorteil. Dabei handelt es sich um die Steuerung von Kupplungen. Insbesondere Lamellenkupplungen weisen einen ausgeprägten Kisspoint auf, wie dies das folgend erläuterte Diagramm gemäß 6 darstellt.
Dazu zeigt das Diagramm die Anpresskraft F der Lamellenkupplung über den Weg s der Lamellenkupplung aufgetragen. Von dieser Anpresskraft hängt das von der Kupplung übertragbare Drehmoment direkt ab. Die Lamellen einer Lamellenkupplung haben eine geringe Welligkeit. Infolge des zwischen dem Lamellen vorhandenen Hydrauliköls nimmt die Kraft über einen Weg Δs1 leicht progressiv steigend zu. Wird der sogenannte Kisspoint kp erreicht, so kommen die Stahllamellen direkt aneinander zum Anliegen. Die Anpresskraft nimmt demzufolge schlagartig zu. Damit der Fahrzeuginsasse keine Komforteinbußen spürt, muss die Regelung an diesem Kisspoint kp sehr hochwertig sein. Das ist jedoch - wie zuvor zu 5 gezeigt - nur möglich, wenn die Hysterese Δp gering ist. Für eine typische Anwendung einer Kupplung hat sich eine Hysterese Δp < 0,5 bar als komfortabel erwiesen.
Das dargestellte Getriebeventil 1 weist eine hohe Robustheit auf. Das heißt, dass Schmutzpartikel im Hydrauliköl nicht zum Verklemmen des Getriebeventils 1 kommen können, da die Axialkräfte so groß sind, dass sich der Anker 22 stets frei reißen kann. Dies bei der hier angegebenen Trennschichtdicke und den Materialpaarungen der Fall, wenn der Anker 22 eine Kraft von mindestens 15 N bei einer Stromstärke von I = 1 A entwickelt.
Das Getriebeventil 1 ist insbesondere zur Druckregelung einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes ausgeführt.
Im Gegensatz zu dem Druckregelventil gemäß 1 bis 3 handelt es sich beim Getriebeventil 101 gemäß 4 um ein Volumenstromregelventil. Dieses Volumenstromregelventil ist für das Einlegen und Auslegen der Gänge vorgesehen. Insbesondere wenn die Gänge mit Sychronringen versehen sind, gelten ähnliche Randbedingungen, wie sie zuvor zu 5 und 6 gemacht wurden. Auch bei Synchronringen gibt es nämlich eine aus Komfortgründen zu feinfühlig zu regelnde Reibmomentübertragung, bevor die Verzahnungen der Synchronisierung in Eingriff gehen.
Analog der vorangegangenen Ausführungsform ist eine baugleiche Antiklebscheibe 27 mit einer Drosselblendenöffnung 28 vorgesehen.
Das Getriebeventil 101 weist jedoch zwei Arbeitsanschlüsse A und B auf. Überdies weist das Getriebeventil 101 auch zwei Tankabflüsse T1 und T2 auf.
Ein Hydraulikkolben 150 weist zwei umlaufende Ringnuten 152, 153, 154 auf. Mittels der mittleren Ringnut 152 ist ein Volumenstrom eines axial zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen A, B angeordneten Versorgungsanschlusses P auf den hinteren Arbeitsanschluss B führbar, wenn sich der Hydraulikkolben 150 in der in 4 dargestellten Grundstellung bei unbestromter Spule 114 befindet. Der vordere Arbeitsanschluss A wird in dieser Grundstellung über die vordere Ringnut 154 auf den hinteren Tankabfluss T2 geführt.
Wird jedoch eine ausreichend große Spannung an die Spule 14 angelegt, so befindet sich der Hydraulikkolben 150 in der gegen die Federkraft der Schraubendruckfeder 151 maximal ausgerückten Stellung gemäß 6. In dieser maximal ausgerückten Stellung wird das Hydrauliköl vom Versorgungsanschluss P auf den vorderen Arbeitsanschluss B geführt. Der hintere Arbeitsanschluss B wird im Gegenzug über die hintere Ringnut 152 auf den vorderen Tankabfluss T1 geführt.
Zwischen diesen beiden Extremstellungen gemäß 4 und 6 befindet sich die Regelstellung gemäß 5.
Die hydraulischen Getriebeventile müssen nicht in einem Doppelkupplungsgetriebe Anwendung finden. Es ist auch möglich, die Getriebeventile in einem Planetenautomatikgetriebe zu verwenden. Anstelle eines Getriebeventils
Der Anker 22 ist als Drehteil ausgeführt. Es ist auch möglich, den Anker 22 als Sinterteil auszuführen.
Im Bereich der Verbindung 62 weist das Gehäuse 4 eine Materialschwächung auf, um die Verbördelung zu ermöglichen, ohne dass zu große Kräfte ins Gehäuse 4 eingeleitet werden und die koaxiale Ausrichtung des Polrohrs 7 gegenüber dem Polkernkonus negativ beeinflussen könnten. Dazu ist das Gehäuse 4 im Bereich der Verbindung 62 dünner ausgeführt, als im übrigen Bereich. Anstelle der dünnen Wanddicke an dieser Verbindung 62 können alternativ auch umfangsmäßig Schlitze ausgenommen sein, so dass vom Gehäuse Zungen verbleiben, die sich zur Herstellung der Verbindung 62 leichter verbiegen lassen.
Außer den dargestellten Verbindungen sind auch andere Verbindungen machbar. Beispielsweise sind Verschraubungen machbar, die den Polflansch gegen das Gehäuse drücken.
Der Bereich 93 muss nicht als um die Längsachse 8 umlaufende Nut ausgeformt sein. Ebenso sind einfache Vertiefungen möglich. Auch können sich strahlenförmig bzw. radial erstreckende Nuten vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausgestaltung sind in die dünne Trennschicht PTFE-Teilchen eingelegt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die dünne Trennschicht nicht auf den Anker, sondern innen auf das Polrohr aufgetragen.
Die aus nicht magnetisierbarem Metall bestehende Antiklebscheibe kann insbesondere aus einem austenitischen Stahl bestehen. Diese Antiklebscheibe kann jedoch auch aus einem anderen nicht magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Messing, hergestellt sein. Es ist auch möglich, die Antiklebscheibe als Kunststoffspritzgussteil zu fertigen.
Die Antiklebscheibe kann auch als Drehteil ausgeführt sein. In diesem Fall ist eine durchgehende Scheibe zur magnetischen Trennung vom Anker und Polkern vorgesehen. Ein sich von der Scheibe hinfort erstreckende Hülse ist in eine Ausnehmung des Ankers gesetzt und hält die Scheibe damit in Lage. Die Scheibe weist ebenfalls eine Bohrung zur Herstellung der Drosselblendenöffnung auf.
Anstelle einer Lamellenkupplung kann auch eine Trockenkupplung vorgesehen sein.
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.

Claims

Hydraulisches Ventil (1) mit einem Anker (22), der eine erste Stirnfläche (58) und eine zweite Stirnfläche (37) aufweist, die in Richtung auf einen Polkern (5) entlang einer Längsachse (8) verschiebbar ist, wobei die beiden Stirnflächen (58, 37) mittels eines Kanals (25) im Anker (22) hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei an der zweiten Stirnfläche (37) eine Antiklebscheibe (27) angeordnet ist, die eine Anlagefläche (99) aufweist, die im ausgerückten Zustand des Ankers (22) mit dem Polkern (5) in Anlage steht, - die sich in einer Ebene (98) senkrecht zur Längsachse (8) erstreckt und - die in eine Fläche (97) übergeht, welche an einem Hydraulikkolben (50) anliegt, der koaxial zur Längsachse (8) ausgerichtet ist, wobei eine Drosselblendenöffnung (28) angeordnet ist, welche die Antiklebscheibe (27) in der besagten Ebene (98) exzentrisch zur Längsachse (8) durchsetzt.
Hydraulisches Ventil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (22) zumindest eine Ausnehmung (26) aufweist, in die ein radialer Abstützbereich der Antiklebscheibe (27) eingreift, so dass die Antiklebscheibe (27) gegenüber dem Anker (22) in einer radialen Lage gehalten ist.
Hydraulisches Ventil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Antiklebscheibe (27) ausschließlich eine Drosselblendenöffnung (28) angeordnet ist.
Hydraulisches Ventil (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antiklebescheibe (27) ein Stanzbiegeteil ist, aus dem Zungen (95) herausgebogen sind, die in die Ausnehmung (26) eingreifen.
Hydraulisches Ventil (1) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (26) zum Kanal (25) führt.
Hydraulisches Ventil (1) nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (26) und der Kanal (25) Bohrungen sind, die miteinander fluchten, wobei der Anker (22) als Drehteil ausgeführt ist.
Hydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (97) als zentrale Beule (94) ausgeformt ist, an deren erhöhter Seite der Hydraulikkolben (50) anliegt.
Hydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (99) der Antiklebscheibe (27) um einen Bereich (93) vermindert ist, der zur Reduzierung des hydraulischen Klebens gegenüber der Anlagefläche (99) zurückversetzt ist.
Hydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (5) einen Zapfen (36) einer Hydraulikbuchse (29) und einen Polkernkonus (6) umfasst, wobei der Zapfen (36) in den Polkernkonus (6) eingesetzt ist, wobei ein Polrohr (7) bewegungsfest mit einem magnetisierbaren Polflansch (13) verbunden ist, wobei der ausschließlich im Polrohr (7) geführte Anker (22) mittels einer Trennschicht (57) in einer Dicke von 0,01 mm bis 0,06 mm vom Polrohr (7) magnetisch getrennt ist, wobei die Trennschicht (57) an beiden Stirnflächen (58, 37) und an der Mantelfläche (80) des Ankers (22) aufgetragen ist.
Hydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (10) angeordnet ist, die einerseits am Polkern (5) und anderseits am Polrohr (7) anliegt.