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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil mit einem Hydraulikteil und einem Magnetteil, insbesondere für eine mechatronische Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Um bei großen Getriebeölwechselintervallen, im Extremfall bei so genannten Lebensdauerfüllungen, dennoch ausfallsicher zu sein, muss das Getriebeventil eine hohe Robustheit aufweisen. Hohe Robustheit lässt sich mit einem großen Spiel bei den zu bewegenden Teilen erzielen, was jedoch zu Lasten der Regelgüte geht.
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Aus der
DE 10 2011 053 023 A1 ist ein Hydraulikventil bekannt, das eine hohe Robustheit neben einer hohen Regelgüte aufweist. Die hohe Robustheit wird erreicht, indem Schmutzpartikel im Betriebsmedium nicht zum Verklemmen des Getriebeventils kommen können, da der Anker so große Axialkräfte aufbringen kann, dass dieser sich stets frei reißen kann. Gleichzeitig weist das Hydraulikventil eine hohe Regelgüte auf, die mittels mehrerer konstruktiver Maßnahmen erreicht wird. So werden insbesondere die Querkräfte zwischen dem Anker und einem Polrohr minimiert.
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Ein solches konstruktives Merkmal zur Verringerung der Querkräfte ist dort ein sehr enges Laufspiel zwischen dem Anker und dem Polrohr, das mittels einer sehr dünnen Trennschicht anstelle beispielsweise einer Hülse oder einer dicken Beschichtung erreicht wird. Eine solche sehr dünne Trennschicht liegt sinnvollerweise bei einer Schichtdicke von 10 µm bis 60 µm. 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 45 µm als ideal erwiesen. Die Mindestdicke von 10 µm ist zumindest theoretisch darstellbar. Mit den derzeitigen vorhandenen Verfahren hat sich eine Schichtdicke ab 20 µm als herstellbar erwiesen. Im Gegensatz beispielsweise zur galvanischen Vernickelung wird beim chemischen Verfahren keine elektrische Spannung über Elektroden angelegt. Die Schichtdicke ist bei der chemischen Vernickelung sehr homogen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Hydraulikventil zu schaffen, das eine möglichst hohe Robustheit und gleichzeitig eine kostengünstiger Bauweise vereint.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Hydraulikventil mit einer Ventilbuchse und einem in der Ventilbuchse entlang einer Längsachse der Ventilbuchse axial verschiebbaren Ventilkolben vorgeschlagen. Das Hydraulikventil umfasst weiter einen Versorgungsanschluss zum Zuführen eines Hydraulikfluids, wenigstens einen Arbeitsanschluss und wenigstens einen Tankabfluss zum Ableiten des Hydraulikfluids, wobei der Ventilkolben mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktuators des Hydraulikventils verschiebbar ist und die Ventilbuchse einen Hydraulikteil und der Aktuator einen Magnetteil des Hydraulikventils bilden.
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Zur Sicherstellung der Funktion von Hydraulikventilen in mechatronischen Getriebesteuerungen ist es grundsätzlich notwendig, die Lagerungen von Magneten gegen das Einwirken externer Einflüsse so robust wie möglich auszuführen. So ist neben der Erzielung einer mechanischen Robustheit die Robustheit gegen kontaminierte Betriebsmedien von entscheidender Bedeutung. Insbesondere große Partikel können aufgrund der geringen Arbeitsspalte und Laufspiele zur Beeinträchtigung der Magnet- und Ventilfunktion und damit zur Beeinträchtigung der magnetischen und/oder hydraulischen Funktion bis zum Ausfall durch Blockieren führen. Die direkte Anbindung der magnetischen und hydraulischen Bereiche, d.h. des Magnet- und des Hydraulikteils des Hydraulikventils begünstigt einen Austausch des kontaminierten Mediums.
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Erfindungsgemäß ist in der Ventilbuchse ein Dichtelement zur räumlichen Trennung von Magnet- und Hydraulikteil angeordnet, welches von einem als Kolbenstößel ausgebildeten Ende des Ventilkolbens durchragt wird. Durch die räumliche Trennung von Magnet- und Hydraulikteil des Hydraulikventils kann ein Austausch von Schmutzpartikeln, welche die magnetischen und/oder die hydraulischen Funktionen beeinträchtigen, zwischen dem Magnet- und dem Hydraulikteil des Hydraulikventils deutlich reduziert werden. Insbesondere kann ein negativer Einfluss auf den Ankerlauf im Polrohr und die hierdurch hervorgerufene Magnet/Ventil-Hysterese verhindert werden. Ferner kann durch das Dichtelement ein Austauschvolumen zwischen dem Magnet- und Hydraulikteil des Hydraulikventils durch eine Verringerung des sich im Magnetteil befindlichen Kolbenstößelvolumens deutlich reduziert werden. Es erhöhen sich mit einfachen und kostengünstigen Mitteln insgesamt die Robustheit und die Dauerhaltbarkeit des Hydraulikventils aufgrund des geringeren Schmutzeintrages in das Magnetteil. Ebenso können die magnetischen Querkräfte im Bereich des Kolbenstößels und damit die Ventilhysterese reduziert werden.
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Vorzugsweise ist das Dichtelement in einen Endabschnitt der Ventilbuchse eingepresst vorgesehen, wobei der Endabschnitt wenigstens teilweise von dem Aktuator aufgenommen wird. Dabei stellt der Einpressvorgang ein kostengünstiges und einfaches Verfahren dar, die Abdichtung zwischen Ventil- und Magnetteil des Hydraulikventils herzustellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtelement in Form einer im Querschnitt u-förmigen Scheibe mit einem innenliegenden Schenkel und einem außenliegenden Schenkel ausgebildet und kann dadurch als kostengünstiges Tiefziehteil ausgebildet sein. Vorzugsweise durchragt der Kolbenstößel den innenliegenden Schenkel des Dichtelements kontaktlos, so dass eine Abdichtung zwischen Dichtelement und Kolbenstößel als Spaltdichtung ausgebildet ist. Dabei kann durch das Verhältnis Dichtlänge zu Spalthöhe des Dichtspaltes in einfacher Weise ein Austausch des Hydraulikfluids auf ein Minimum reduziert werden.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Dichtelement im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine Bohrung aufweist, welche der Kolbenstößel kontaktlos durchragt, so dass eine Abdichtung zwischen Dichtelement und Kolbenstößel als Spaltdichtung ausgebildet ist. Dabei ist das Dichtelement vorzugsweise als Drehteil ausgebildet und weist zur Abdichtung gegenüber der Ventilbuchse Durchmesservergrößerungen auf, welche nach dem Einpressen in den Endabschnitt der Ventilbuchse mittels einer Presspassung dichtend an der Ventilbuchse anliegen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 einen Schnitt durch ein Hydraulikventil nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer unbestromten Ausgangsstellung;
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2 einen vergrößerten Schnitt durch ein Dichtelement des Hydraulikventils gemäß 1;
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3 einen Schnitt durch ein Hydraulikventil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer unbestromten Ausgangsstellung und
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4 einen vergrößerten Schnitt durch ein Dichtelement des Hydraulikventils gemäß 3.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Hydraulikventil 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Hydraulikventil 1 in Form eines Proportionalventils dient beispielhaft einer Verwendung in einem automatisierten Getriebe.
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Das Hydraulikventil 1 weist eine Ventilbuchse 2 und einen in einer stufenförmigen Bohrung 38 der Ventilbuchse 2 entlang einer Längsachse 4 der Ventilbuchse 2 axial verschiebbaren Ventilkolben 3 auf. Der Ventilkolben 3 ist mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktuators 5 des Hydraulikventils 1 verschiebbar. Der Aktuator 5, der einen Magnetteil des Hydraulikventils 1 darstellt, weist einen mit dem Ventilkolben 3 wirkverbundenen Anker 7 auf, der koaxial zu der Ventilbuchse 2 angeordnet ist. Weiter ist der Anker 7 mit Hilfe der den Anker 7 umfassenden Magnetspule 6 bewegbar in einem Gehäuse 8 des Aktuators 5 aufgenommen, wobei der Anker 7 in einem Polrohr 9 und einem Polkern 10 verschiebbar angeordnet ist.
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Eine Bestromung der Magnetspule 6 führt zur axialen Verschiebung des Ventilkolbens 3, wobei ein an einer dem Aktuator 5 abgewandten Stirnfläche 11 des Ventilkolbens 3 angeordnetes Rückhalteelement 12 eine Rückhaltekraft auf den Ventilkolben 3 ausübt, gegen die der Ventilkolben 3 zu verschieben ist. Das Rückhalteelement 12, in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Schraubendruckfeder ausgebildet, stützt sich an einem Deckel 13 ab, welcher im Bereich einer vom Aktuator 5 abgewandt ausgebildeten Gehäusestirnfläche 14 mit Presssitz in der Ventilbuchse 2 angeordnet ist.
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Die Magnetspule 6 ist radial innen von einem Spulenträger 16 begrenzt im Gehäuse 8 aufgenommen, wobei das Gehäuse 8 einteilig mit dem Polkern 10 ausgebildet ist, welcher dem Polrohr 9 gegenüberliegend angeordnet ist. Der zylinderförmige Polkern 10 ist der Ventilbuchse 2 zugewandt und einen Endabschnitt 15 der Ventilbuchse 2 umfassend angeordnet. Das zylinderförmige Polrohr 9 weist an seinem vom Polkern 10 abgewandt ausgebildeten Ende eine einen Ankerraum 17 begrenzende Wandung 18 auf.
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Der nicht leitende Spulenträger 16, in welchem eine Spulenwicklung der Magnetspule 6 aufgenommen ist, weist ein u-förmiges Profil auf und ist auf dem Polrohr 9 sowie auf dem Polkern 10 aufgesetzt. Das Polrohr 9 und der Polkern 10 können gemäß einer in 3 gezeigten Ausführungsform einteilig und mittels eines sehr dünnen Verbindungsstegs verbunden vorgesehen sein, wobei in diesen Fall der Polkern 10 und das Gehäuse 8 als separate Bauteile ausgebildet sind.
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Im Betrieb wird die Magnetspule 6 erregt und erzeugt ein Magnetfeld, welches den Polkern 10, den Anker 7, das Polrohr 9 und das Gehäuse 8 magnetisiert. Der vom Polkern 10 umfasste Endabschnitt 15 ist ebenfalls vom Magnetfeld erfasst.
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Ein Kolbenstößel 39 am Ende des Ventilkolben 3 liegt mit seiner dem Anker 7 zugewandt ausgebildeten Stirnfläche 19 an einem Antihaftelement 20 an, das an einer der Stirnfläche 19 zugewandt ausgebildeten ersten Stirnfläche 21 des Ankers 7 angeordnet ist. Somit ist der Ventilkolben 3 mit dem Anker 7 wirkverbunden und eine axiale Bewegung des Ankers 7 ist auf den Ventilkolben 3 übertragbar. Das Antihaftelement 20 ist scheibenförmig ausgebildet und dient der Vermeidung eines Anhaftens des Ankers 7 an der magnetisch leitenden Ventilbuchse 2. Des Weiteren verschließt das Antihaftelement 20 weitestgehend einen durchströmbaren Ankerkanal 22, welcher zentral und sich entlang der Längsachse 4 im Anker 7 erstreckend und als Bohrung ausgebildet ist.
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In der dargestellten Position des Hydraulikventils 1 ist zwischen dem Anker 7 und der Ventilbuchse 2 ein ringförmiger erster Raum 23 ausgebildet. Der erste Raum 23 ist über wenigstens eine im Antihaftelement 20 eingebrachte und dieses in Richtung der Längsachse 4 vollständig durchdringende Öffnung 24 über den Ankerkanal 12 mit einem ringförmigen zweiten Raum 24 durchströmbar verbunden, wobei der zweite Raum 24 zwischen einer von der ersten Stirnfläche 21 abgewandt ausgebildeten zweiten Stirnfläche 25 des Ankers 7 und der Wandung 18 des Polrohrs 9 ausgestaltet ist. Das bedeutet, dass jederzeit ein Druckausgleich zwischen den Räumen 23, 24 möglich ist. Somit muss der Anker 7 lediglich eine Verschiebearbeit aufgrund des Ventilkolbens 3 bei einer Verschiebung des Ventilkolbens 3 in die vom Aktuator 5 abgewandte Richtung ausüben und weist zur Verstellung des Ventilkolbens 3 eine schnelle Reaktionszeit auf.
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Die Ventilbuchse 2 ist mittels Dichtelementen 26, 28 dichtend beispielsweise in einem Getriebebauteil 27 angeordnet und weist einen Versorgungsanschluss P zum Zuführen des Hydraulikfluids, wenigstens einen Arbeitsanschluss A und wenigstens einen Tankanschluss T zum Ableiten des Hydraulikfluids auf. Dem Versorgungsanschluss P, dem Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T sind in der Ventilbuchse 2 eine erste Ringnut 29, eine zweite Ringnut 30 bzw. eine dritte Ringnut 31 zugeordnet, die jeweils über Anschlusskanäle 32, 33, 34 mit den Anschlüssen des Getriebebauteils 27 verbunden sind. Es sind weitere zwei Tankanschlüsse T1 und T2 für Leckage in dem Getriebebauteil 27 vorgesehen, wobei die Tankanschlüsse T und T1 in einen gemeinsamen Anschlusskanal 34 des Getriebebauteils 27 münden. Der Versorgungsanschluss P ist zur Verbindung mit einer nicht näher dargestellten Ölpumpe ausgestaltet, so dass das Hydraulikventil 1 mit dem Hydraulikfluid, welches in diesem Ausführungsbeispiel Öl ist, versorgbar ist. Die erste Ringnut 29 und die zweite Ringnut 30 weisen jeweils ein Sieb 35 zum Filtern des Hydraulikfluids auf.
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Der Ventilkolben 3 weist eine umlaufende Ringnut 36 auf. Je nach Positionierung des Ventilkolbens 3 wird entweder der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T, wie dargestellt, oder der Versorgungsanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A durchströmbar verbunden.
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Ein Dichtelement 37 in Form einer im Querschnitt u-förmigen, beispielsweise tiefgezogenen Scheibe dient der räumlichen Trennung von Magnet- und Hydraulikteil des Hydraulikventils 1 und wird in dem Endabschnitt 15 der Ventilbuchse 2 angeordnet. Vorzugsweise wird das Dichtelement 37, welches in 2 vergrößert dargestellt ist, in die Bohrung 38 eingepresst. Wie ersichtlich ist, durchragt der Kolbenstößel 39 einen innenliegenden Schenkel 40 des Dichtelements 37 kontaktlos, so dass ein zwischen Kolbenstößel 39 und Schenkel 40 entstehender Spalt als Dichtspalt und damit als Spaltdichtung wirkt, wobei durch das Verhältnis Dichtlänge zu Spalthöhe des Dichtspaltes ein Austausch des Hydraulikfluids auf ein Minimum reduziert werden kann. Hierdurch kann ein Austausch von Schmutzpartikeln, welche die magnetischen und/oder die hydraulischen Funktionen beeinträchtigen, zwischen dem Magnet- und dem Hydraulikteil des Hydraulikventils 1 deutlich reduziert werden. Insbesondere kann ein negativer Einfluss auf den Ankerlauf im Polrohr 9 und die hierdurch hervorgerufene Magnet/Ventil-Hysterese verhindert werden.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, ist der außenliegende Schenkel 41 an seinem freien Ende nach radial innen gebogen vorgesehen, um die Montage, d.h. das Einpressen des Dichtelementes 37 zu erleichtern.
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Durch das Dichtelement 37 kann somit ein Austauschvolumen zwischen dem Magnet- und Hydraulikteil des Hydraulikventils 1 durch eine Verringerung des sich im Magnetteil befindlichen Kolbenstößelvolumens deutlich reduziert werden. Es erhöhen sich insgesamt die Robustheit und die Dauerhaltbarkeit des Hydraulikventils 1 aufgrund des geringeren Schmutzeintrages in den Magnetteil.
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Ebenso können die magnetischen Querkräfte im Bereich des Kolbenstößels 39 und damit die Ventilhysterese reduziert werden.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Hydraulikventil 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches ebenfalls in Form eines Proportionaldruckminderungsventils ausgebildet ist. Gleiche bzw. gleichartige Komponenten sind mit im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen, so dass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
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Das Hydraulikventil 100 weist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ein in 4 vergrößert dargestelltes Dichtelement 137 auf, das im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Der Kolbenstößel 139 durchragt eine mittige Bohrung 142 des Dichtelementes 137 kontaktlos, welches beispielsweise als Drehteil ausgebildet sein kann. Der hierdurch entstandene Spalt zwischen Dichtelement 137 und Kolbenstößel 139 wirkt vorteilhaft als Spaltdichtung.
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Die Abdichtung des Dichtelementes 137 gegenüber der Ventilbuchse 102 erfolgt über Durchmesservergrößerungen 143, 144 im Bereich von Stirnseiten 145, 146, welche nach dem Einpressen in den Endabschnitt 115 der Ventilbuchse 102 mittels einer Presspassung dichtend an der Ventilbuchse 102 anliegen. Die Durchmesservergrößerungen 143, 144 sind beidseits abgeflacht, um das Einpressen des Dichtelementes 137 zu vereinfachen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011053023 A1 [0003]
