DE102011055093A1

DE102011055093A1 - Solenoid valve for controlling hydraulic system for transfer case used in motor car, has armature that is in fluid communication with hydraulic system such that armature is movably mounted in hydraulic oil of hydraulic system

Info

Publication number: DE102011055093A1
Application number: DE201110055093
Authority: DE
Inventors: Stefan Brantweiner; Franz Faschinger
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: DE102011055093B4

Abstract

The solenoid valve has an armature (1) that is provided with a sealing piston (6) which is provided for opening and closing the flow opening. The armature chamber is filled with the hydraulic oil. The armature is in fluid communication with the hydraulic system such that armature is movably mounted in the hydraulic oil of the hydraulic system. The hydraulic oil is flowed through the flow openings. The flow openings are decoupled from each other by a plate. The plate is made of material such as glass-reinforced or carbon-plastic material.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil zur Steuerung eines Hydrauliksystems mit einer durch einen elektrischen Leiter gebildeten Spule und einem zumindest teilweise innerhalb der Spule angeordneten Anker, der mit einem Ventilglied zum Öffnen und Verschließen einer Durchflussöffnung des Magnetventils in Verbindung steht. The invention relates to a solenoid valve for controlling a hydraulic system having a coil formed by an electrical conductor and an at least partially disposed within the coil armature, which is in communication with a valve member for opening and closing a flow opening of the solenoid valve.

Stand der Technik State of the art

Magnetventile sind in vielen Fällen ein wesentlicher Bestandteil von Hydrauliksystemen. Durch eine Bestromung des elektrischen Leiters wird ein Magnetfeld erzeugt, das auf den Anker wirkt und eine Kraft auf ihn ausübt, wodurch dieser bewegt wird. Durch die Verbindung von Anker und Ventilglied wird auch das Ventilglied entsprechend bewegt, wodurch ein Hydraulikölfluss durch die Durchflussöffnung gesteuert werden kann. Bei vielen Anwendungen ist die Reaktionszeit, d. h. die Zeit, die zwischen einem Aktivierungssignal und einer Reaktion des Hydrauliksystems verstreicht, von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise werden in der Kraftfahrzeugtechnik oftmals Kupplungen durch Hydrauliksysteme angesteuert. Das Fahrverhalten eines Fahrzeugs hängt von der Stelldynamik der Kupplung – und damit von der Reaktionsgeschwindigkeit des die Kupplung ansteuernden Hydrauliksystems – ab. Um das Fahrverhalten des Fahrzeugs auch in kritischen Situationen zuverlässig beeinflussen zu können, sind schnell und präzise reagierende Magnetventile der eingangs beschriebenen Art erforderlich. Solenoid valves are in many cases an integral part of hydraulic systems. By energizing the electrical conductor, a magnetic field is generated which acts on the armature and exerts a force on it, whereby it is moved. By the connection of armature and valve member and the valve member is moved accordingly, whereby a hydraulic oil flow can be controlled through the flow opening. For many applications, the reaction time, i. H. the time that elapses between an activation signal and a response of the hydraulic system is of crucial importance. For example, clutches are often controlled by hydraulic systems in automotive technology. The driving behavior of a vehicle depends on the dynamic response of the clutch - and thus on the reaction speed of the hydraulic system driving the clutch. In order to be able to reliably influence the driving behavior of the vehicle even in critical situations, fast and precisely responding solenoid valves of the type described above are required.

Eine bestimmte Klasse von Magnetventilen weist einen mit Hydrauliköl gefüllten Ventilraum auf, in dem der Anker angeordnet ist und der in Fluidverbindung mit dem Hydrauliksystem steht, so dass der Anker im Hydrauliköl des Hydrauliksystems bewegbar gelagert ist. Bei dieser Art von Magnetventilen mit einem in Hydrauliköl "schwimmenden" Anker wird das Hydrauliköl bei jedem Schaltvorgang in dem Ventilraum durch den Anker verdrängt. Mit anderen Worten bewegt sich der Anker in dem Öl, wodurch eine Strömungsbewegung des Hydrauliköls erzeugt wird. Der dem Anker entgegenwirkende Strömungswiderstand des Hydrauliköls hängt unter anderem von dessen Viskosität ab. Bei einer hohen Viskosität des Hydrauliköls wird die Bewegung des Ankers bei einer Aktivierung des Magnetventils stärker gebremst als bei einer niedrigen Viskosität des Hydrauliköls. Eine hohe Viskosität des Hydrauliköl führt somit zu einer Verschlechterung der Schaltdynamik des Magnetventils und damit des gesamten Hydrauliksystems. Derartige Situationen treten insbesondere dann auf, wenn das Hydrauliköl kalt ist, beispielsweise bei Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs. Ein weiterer Aspekt für ein hochqualitatives Magnetventils betrifft den Schmutzeintrag im Hydrauliköl. Durch den Eintrag von ferromagnetischen Eisenpartikeln sowie anderen metallischen Verunreinigungen verschlechtern sich die funktionellen Eigenschaften eines Magnetventils. Die Verunreinigungen haben Einfluss auf die hydraulische Hysterese auf die Schaltzeiten des Ventils sowie auf sein Regelverhalten. A particular class of solenoid valves includes a hydraulic fluid filled valve space in which the armature is disposed and which is in fluid communication with the hydraulic system such that the armature is movably supported in the hydraulic oil of the hydraulic system. In this type of solenoid valves with a "floating" in hydraulic oil anchor, the hydraulic oil is displaced by the armature with each switching operation in the valve chamber. In other words, the armature moves in the oil, whereby a flow movement of the hydraulic oil is generated. The counteracting the armature flow resistance of the hydraulic oil depends inter alia on its viscosity. With a high viscosity of the hydraulic oil, the movement of the armature is slowed down more when the solenoid valve is activated than with a low viscosity of the hydraulic oil. A high viscosity of the hydraulic oil thus leads to a deterioration of the switching dynamics of the solenoid valve and thus the entire hydraulic system. Such situations occur, in particular, when the hydraulic oil is cold, for example when a motor vehicle is put into operation. Another aspect of a high quality solenoid valve relates to the contamination in the hydraulic oil. The entry of ferromagnetic iron particles and other metallic impurities worsens the functional properties of a solenoid valve. The impurities have an influence on the hydraulic hysteresis on the switching times of the valve as well as on its control behavior.

Eine hohe Verunreinigungspartikeldichte beeinflusst die Haltbarkeit des Magnetventils negativ was bis zu einem Funktionsverlust führt, wenn Partikel die beweglichen Ventilteile verstopfen und sich Anker und/oder Stange nicht mehr bewegen können. A high impurity particle density negatively affects the durability of the solenoid valve, resulting in a loss of function when particles clog the moveable valve parts and the armature and / or rod can no longer move.

Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt durch geeignete Bohrungen in der Ankerstangenlagerung einen Ölaustausch zu minimieren und dem Eintrag von Verschmutzungspartikeln zu reduzieren. Therefore, it is known from the prior art by suitable holes in the anchor rod storage to minimize oil exchange and reduce the entry of soiling particles.

Die erfindungsgemäße Lösung schlägt eine bauliche Ausgestaltung vor, in der durch den Einsatz einer Scheibe der Hydraulikölaustausch im Ankerraum eines Magnetventils reduziert wird. The solution according to the invention proposes a structural design in which the use of a disk reduces the hydraulic oil exchange in the armature space of a solenoid valve.

Durch die stärkere Entkopplung von Arbeitskreislaufs vom Pumpkreislauf werden Verunreinigungen, die über den Arbeitskreislauf kommen können, minimiert. Due to the stronger decoupling of the working cycle from the pumping circuit, impurities that can get over the working cycle are minimized.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung umrissen und beispielhaft in der einzigen Zeichnung dargestellt. The invention will be outlined in the following description and illustrated by way of example in the single drawing.

1 zeigt ein Magnetventil 0, das den Durchfluss von Hydrauliköl eines Hydrauliksystems durch eine Durchlassöffnung 12, 16 steuert. Das Hydrauliksystem kann beispielsweise einem Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) zugeordnet sein. Derartige Verteilergetriebe dienen der selektiven Verteilung eines Antriebsmoments auf die Achsen des Fahrzeugs. Bei einer solchen Anwendung kann das Magnetventil 0 beispielsweise als Ablassventil genutzt werden, das nur aktiviert wird – d. h. in der dargestellten Ausführungsform geschlossen wird –, wenn beide Achsen des Kraftfahrzeugs mit Antriebsdrehmoment versorgt werden sollen. Ansonsten wird das Ventil 0 nicht aktiviert, da das Hydrauliksystem nicht zur Betätigung einer Kupplung des Verteilergetriebes benötigt wird. 1 shows a solenoid valve 0 , which controls the flow of hydraulic oil of a hydraulic system through a passage opening 12 . 16 controls. The hydraulic system may for example be associated with a transfer case of a motor vehicle (not shown). Such transfer cases serve the selective distribution of a drive torque to the axles of the vehicle. In such an application, the solenoid valve 0 For example, be used as a drain valve, which is only activated - that is closed in the illustrated embodiment - when both axles of the motor vehicle to be supplied with drive torque. Otherwise, the valve will 0 not activated because the hydraulic system is not needed to operate a clutch of the transfer case.

In dem dargestellten geöffneten Zustand des Magnetventils 0 kann das Hydrauliköl von unten durch den Arbeitsanschluss 11, der den Eingang darstellt, nach oben und dann rechts und links durch die Tankanschlüsse 12, also die Druckausgänge fließen. In the illustrated open state of the solenoid valve 0 can the hydraulic oil from below through the working port 11 , which represents the entrance, upwards and then right and left through the tank connections 12 , So the pressure outputs flow.

Das Magnetventil 0 weist eine Spule 3 auf, die auf einen Spulenträger gewickelt ist und die über eine nicht dargestellte Kabelverbindung mit einem Steuergerät verbunden ist. Die Spule 3 liegt in einer Ummantelung mit Eisenrückschluß 10, wobei die Ummantelung mit einem Stecker 8 verbunden ist, der Steckerstifte 9 enthält. The solenoid valve 0 has a coil 3 which is wound on a bobbin and the one over not shown cable connection is connected to a control unit. The sink 3 lies in a sheath with iron yoke 10 , where the sheath with a plug 8th connected, the connector pins 9 contains.

Das Steuergerät kann die Spule 3 selektiv bestromen, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das auf einen Anker 1 wirkt. Der Anker 1 ist zumindest teilweise im Inneren der Spule 3 angeordnet. Er besteht zumindest teilweise aus magnetischem Material. Der Anker 1 wird in im Ankerraum 14 geführt, wobei der Anker und die mit ihm verbunden Bauteile den Ankerraum 14 fast vollständig ausfüllen. The control unit can be the coil 3 energize selectively to create a magnetic field that acts on an anchor 1 acts. The anchor 1 is at least partially inside the coil 3 arranged. It consists at least partially of magnetic material. The anchor 1 will be in the anchor room 14 guided, with the anchor and the components connected to it the anchor space 14 almost complete.

Wenn durch die Spule 3 ein Magnetfeld erzeugt wird, so wirkt dieses mit der Magnetisierung des Ankers 1 zusammen und drückt den Anker 1 nach unten. Dadurch wird auch eine mit dem Anker 1 in Verbindung stehende Stange 5 nach unten verschoben. If through the coil 3 a magnetic field is generated, it acts with the magnetization of the armature 1 together and pushes the anchor 1 downward. This will also make one with the anchor 1 related rod 5 moved down.

Die magnetische Kraft, erzeugt durch die Spule 3, wird in eine Translationsbewegung – in der Zeichnung von oben nach unten – umgewandelt. Der Anker 1 baut über eine Stange 5 und einen Dichtkolben 6 eine Gegenkraft zur einer Feder 17 auf. Die Feder 17 umfasst den Dichtkolben 6, der an einem Ende ein angephastes Endstück 6a und zum anderen Ende, das auf der Seite des Ankers 1 liegt, eine Verdickung 6b aufweist, an der die Feder 17 anliegt. Der Dichtkolben 6 bewegt sich in einem Ventilsitz 18, der sowohl einen ersten Hohlraum 20 für Dichtkolben und Verdickung sowie einen Teil der Stange 5 aufweist als auch die Ein- und Ausgangsöffnungen 11 und 12 begrenzt. The magnetic force generated by the coil 3 , is converted into a translational movement - in the drawing from top to bottom. The anchor 1 builds over a pole 5 and a sealing piston 6 a counterforce to a spring 17 on. The feather 17 includes the sealing piston 6 , which at one end has a bevelled tail 6a and on the other end, on the side of the anchor 1 lies, a thickening 6b has, on which the spring 17 is applied. The sealing piston 6 moves in a valve seat 18 that has both a first cavity 20 for sealing piston and thickening as well as a part of the rod 5 has as well as the inlet and outlet openings 11 and 12 limited.

Bei Bestromung der Spule 3 stellt sich eine Schließkraft in Richtung Ventilsitz 18 ein. Anker 1 mit Stange 5 und Dichtkolben 6 bewegen sich nach unten bis die Verdickung 6a im Ventilsitz anliegt und die Öffnungen 12, die Druckausgänge verschlossen sind. Eine Dichtscheibe 7, die sich innerhalb des Ventilsitzes im Bereich des Druckeingangs 11 befindet schließt das Ventil ab. Durch einen angelegten Öldurchfluss bzw. Öldruck am Druckeingang 11 entsteht ein statisches Gleichgewicht, gegen die vom Anker initiierten Stellkraft. Die resultierende Haltekraft entspricht einem gewissen Öffnungshub des Dichtkolbens 6. Über einen weiten Bereich kann somit proportional zur angelegten Stromstärke ein Öldruck am Arbeitsanschluss 11 eingestellt werden. When energizing the coil 3 a closing force is in the direction of the valve seat 18 one. anchor 1 with rod 5 and sealing piston 6 move down until the thickening 6a seated in the valve seat and the openings 12 , the pressure outputs are closed. A gasket 7 located inside the valve seat in the area of the pressure input 11 The valve closes. Through an applied oil flow or oil pressure at the pressure input 11 creates a static equilibrium, against the anchoring force initiated by the anchor. The resulting holding force corresponds to a certain opening stroke of the sealing piston 6 , Over a wide range, an oil pressure at the working connection can thus be proportional to the applied current 11 be set.

Jede Bewegung des Ankers 1 im Ankerraum 14 bedeutet ein Umströmen des enthaltenen Öls. Da die Volumina vor und nach dem Anker 1 unterschiedlich groß sind, entsteht eine Pumpwirkung. Durch Einsetzen einer frei schwimmenden Scheibe 4 im Ankerraum zwischen Dichtkolben und Stange 5 werden die bewegten Ölvolumina des Ankerraums 14 vom Druckausgang 12 bzw. Druckeingangs 11 nahezu gänzlich getrennt. Die Schmutzpartikel im Öl des Arbeitskreislaufs, der durch den Druckein- und Druckausgang bestimmt ist, können somit von den Lagerstellen im Ankerraum 14 ferngehalten werden. Da die Scheibe 4 frei schwimmend auf der Stange 5 gelagert ist, kann sie die Pumpbewegungen im Ankerraum 14 ausgleichen. Die schwimmende Lagerung hat dabei den Vorteil, dass sie Scheibe 4 keinem Verschleiß ausgesetzt ist. Sie schützt das Magnetventil von Verunreinigungseinträgen und verhindert dass sich Partikel an den relevanten Lagerstellen wie es die Führung 21 der Stange 5 darstellt ablagern. Every movement of the anchor 1 in the anchor room 14 means a flow around the contained oil. Because the volumes before and after the anchor 1 are different in size, creates a pumping action. By inserting a free-floating disc 4 in the armature space between sealing piston and rod 5 become the moving oil volumes of the anchor space 14 from the pressure outlet 12 or pressure input 11 almost completely separated. The dirt particles in the oil of the working circuit, which is determined by the pressure inlet and outlet, can thus from the bearings in the armature space 14 be kept away. Because the disc 4 floating freely on the pole 5 stored, it can the pumping movements in the anchor space 14 compensate. The floating storage has the advantage that they disc 4 is not exposed to wear. It protects the solenoid valve from contamination inputs and prevents particles from attaching to the relevant bearings as is the guide 21 the pole 5 depict deposits.

Aufgrund des lediglich sehr dünn ausgeführten Ringraums zwischen dem Anker 1 und der Ankerraum 14 kann nur schwer Hydrauliköl von einer Seite des Ankers 1 zur anderen transportiert werden. Dies beeinträchtigt die Bewegung des Ankers 1, da er bei einer Schaltbewegung Hydrauliköl verdrängen muss. Due to the only very thin running annulus between the anchor 1 and the anchor room 14 can be difficult hydraulic oil from one side of the anchor 1 to be transported to the other. This affects the movement of the anchor 1 because he has to displace hydraulic oil during a switching movement.

Geht man beispielsweise von einer geschlossenen Ventilstellung aus, so wird bei einer Unterbrechung der Bestromung der Spule 3 der Anker 1 durch den auf den Dichtkolben 6 wirkenden Hydraulikdruck nach oben gedrückt. Dabei muss das in einem Raum zwischen einer Stirnwand der Ankerraums 14 und dem Anker 1 angeordnete Öl an dem Anker 1 vorbei nach unten transportiert werden. Der Strömungswiderstand des Öls bremst aufgrund des verhältnismäßig kleinen Querschnitts des Ringraums die Bewegung des Ankers und beeinträchtigt damit die Stelldynamik des Magnetventils 0. Das genannte Problem tritt insbesondere dann auf, wenn das Hydrauliköl kalt ist und daher eine hohe Viskosität aufweist. Daher weist der Anker 1 Ausnehmungen 15 auf, entlang deren das Hydrauliköl strömen kann. For example, assuming a closed valve position, the energization of the coil will be interrupted 3 the anchor 1 through the on the sealing piston 6 acting hydraulic pressure pushed up. It must be in a space between an end wall of the anchor space 14 and the anchor 1 arranged oil at the anchor 1 be transported down past. The flow resistance of the oil brakes due to the relatively small cross section of the annular space, the movement of the armature and thus affects the dynamic response of the solenoid valve 0 , The said problem occurs in particular when the hydraulic oil is cold and therefore has a high viscosity. Therefore, the anchor points 1 recesses 15 along which the hydraulic oil can flow.

Das Vorsehen von Ausnehmungen reduziert durch die Entfernung von Material allerdings das magnetische Moment des Ankers 1, wodurch die von dem Magnetventil 0 maximal erzeugbare Kraft zum Schließen der Durchlassöffnungen 11, 12 verringert wird bzw. zur Beibehaltung der Schließkraft eine höhere Schaltspannung erforderlich ist. The provision of recesses, however, reduces the magnetic moment of the anchor by the removal of material 1 , causing the from the solenoid valve 0 maximum producible force for closing the passage openings 11 . 12 is reduced or to maintain the closing force a higher switching voltage is required.

Um die Ausgestaltung der Scheibe 4 optimal zu gestalten muss ein Material eingesetzt werden, das über Temperatur und Zeit sehr beständige mechanische Eigenschaften, hohe mechanische Festigkeitswerte, hohe chemische Beständigkeit vor allem gegenüber dem Hydrauliköl, einen geringer Längenausdehnungskoeffizient aufweist. Das Material muss für ausreichend hohe Fertigungstoleranzen geeignet sein und darf keine hohen Kosten verursachen. To the design of the disc 4 To optimally design a material must be used, which has over time temperature and very stable mechanical properties, high mechanical strength values, high chemical resistance especially against the hydraulic oil, a low coefficient of linear expansion. The material must be suitable for sufficiently high manufacturing tolerances and must not cause high costs.

Als vorteilhafter Werkstoff für die schwimmende Scheibe wird zum Beispiel ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet, ein beispielhaftes Material wäre Polyphenylensulfid mit 40% Glasanteil. As an advantageous material for the floating disk, for example, a glass fiber reinforced plastic is used, an exemplary material would be polyphenylene sulfide with 40% glass content.

Es ist auch möglich karbonverstärktes Material einzusetzen. Da die Scheibe im Hydrauliköl schwimmen soll muss sie eine Materialdichte ähnlich der des hydraulischen Fluids bei Betriebstemperatur aufweisen. Je nach gewählter Materialdichte wird die Ruhelage der Scheibe beeinflusst und die Position im ersten Hohlraum 20 durch die Dichte bestimmt. Dadurch lässt sich die Scheibe bezüglich des Hohlraums und er Stange optimal anordnen. It is also possible to use carbon reinforced material. Since the disk should float in the hydraulic oil, it must have a material density similar to that of the hydraulic fluid at operating temperature. Depending on the selected density of material, the rest position of the disc is affected and the position in the first cavity 20 determined by the density. As a result, the disc with respect to the cavity and he rod can be optimally arranged.

Die Ruhelage der Scheibe kann dadurch so beeinflusst werden, dass der Volumenaustausch minimiert wird. The rest position of the disc can be influenced so that the volume exchange is minimized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

00: Magnetventil magnetic valve
11: Anker anchor
22: Polrohr pole tube
33: Spule Kitchen sink
44: Schwimmende Scheibe Floating disc
55: Stange pole
66: Dichtkolben 6a angephastes Ende, 6b Verdickung sealing piston 6a phased finish, 6b thickening
77: Dichtscheibe sealing washer
88th: Stecker plug
99: Steckerstifte pins
1010: Ummantelung mit Eisenrückschluss Sheath with iron yoke
1111: Arbeitsanschluss (p_A), Druckeingang Working connection (p _A ), pressure input
1212: Tankanschluss (p_T), Druckausgang Tank connection (p _T ), pressure outlet
1313: O-Ring O-ring
1414: Ankerraum armature space
1515: Ankerbohrung anchor hole
1616: Ölfluss von p_A nach p_T Oil flow from p _A to p _T
1717: Feder feather
1818: Ventilsitz valve seat
2020: erster Hohlraum first cavity
2121: Lagerung der Stange 5 Storage of the rod 5
2222: Anschlag ankerseitig Stop on the anchor side

Claims

Solenoid valve for controlling a hydraulic system, comprising a coil formed by an electrical conductor ( 3 ), at least partially within the coil ( 3 ) arranged armatures ( 1 ), which with a sealing piston ( 6 ) for opening and closing at least one flow opening ( 11 . 12 ) of the solenoid valve, and with an armature space filled with hydraulic oil ( 14 ), in which the anchor ( 1 ) and which is in fluid communication with the hydraulic system, so that the armature ( 1 ) is movably mounted in the hydraulic oil of the hydraulic system, characterized in that the hydraulic oil in the armature space ( 14 ) and the hydraulic oil at the flow openings ( 11 . 12 ) through a disk ( 4 ) are decoupled from each other.

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the armature space ( 14 ) through a first cavity ( 20 ) is extended by a rod extension to a pressure piston ( 6 ).

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the disc ( 4 ) one in the extension of the anchor ( 1 ) arranged rod ( 5 ).

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the disc ( 4 ) along the pole ( 5 ) is movable.

Solenoid valve according to claim 2, characterized in that the disc ( 4 ) form fit with a small gap in the first cavity ( 20 ) of the valve seat ( 18 ) emotional.

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the movement of the disc ( 4 ) between the sealing piston ( 6 ) and an anchor-side stop ( 22 ) is limited.

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the disc ( 4 ) is made of a material which is adapted in density to the hydraulic oil of the system.

Solenoid valve according to claim 7, characterized in that the density adjustment is selected so that the disc ( 4 ) at a predefined position on the rod ( 5 ) is swimming.

Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the material consists of glass or carbon-reinforced plastic.