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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einer Spule, einem Anker, einem Ventilsitz und einem Ventilelement, das vom Anker gegen den Ventilsitz beaufschlagt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Pumpeneinheit zum Bereitstellen eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Aktors zur Betätigung einer Kupplung oder eines Getriebes, mit einer Pumpe, einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid und wenigstens einem solchen Magnetventil.
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Anhand von 1 wird nachfolgend schematisch ein solches Pumpenaggregat beschrieben. Die darin verwendeten Magnetventile werden beispielhaft anhand von 2 erläutert.
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Das Pumpenaggregat weist als wesentliche Bestandteile einen Antriebsmotor 1, eine Pumpe 2, eine Steuerelektronik 3, zwei Magnetventile 4, zwei Drucksensoren 5, die in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, und einen Vorratsbehälter 6 auf.
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Abweichend von der hier gezeigten Ausführungsform mit zwei Magnetventilen können auch mehr Magnetventile verwendet werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, lediglich ein einziges Magnetventil zu verwenden.
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Beim Elektromotor 1 kann es sich um einen bürstenlosen Elektromotor handeln, mit dem die Pumpe 2 angetrieben wird.
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Die Pumpe 2 kann als Drehschieberpumpe ausgeführt sein, insbesondere als Rollenzellenpumpe.
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Die Pumpe 2 saugt aus dem Vorratsbehälter 6 an und weist zwei voneinander unabhängige Druckausgänge D auf, von denen jeder dazu vorgesehen ist, den entsprechenden von zwei voneinander unabhängigen Druckausgängen 20 des Pumpenaggregats zu versorgen.
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Stromabwärts jedes Druckausgangs D der Pumpe 2 ist ein Rückschlagventil 22 angeordnet. Stromabwärts des Ausgangs der Rückschlagventile 22 befindet sich jeweils der Eingang 24 des Magnetventils 4. Abhängig vom Solldruck und dem am Drucksensor 5 gemessenen Ist-Druck wird jedes der Magnetventile 4 so angesteuert, dass am Druckausgang 20 des Pumpenaggregats der gewünschte Hydraulikdruck anliegt. Überschüssiges Hydraulikfluid wird durch eine Rückfüllleitung 26 unmittelbar in den Vorratsbehälter 6 zurückgeleitet.
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Die Magnetventile 4 sind als Proportionalventile ausgeführt. Jedes weist eine Spule 30 auf, in deren Innenraum bewegbar ein Ankerteil 32 angeordnet ist. Das Ankerteil 32 wirkt über einen Stößel 34 auf ein Ventilelement 36 ein, das mit einem Ventilsitz 38 zusammenwirken kann. Der Ventilsitz 38 ist in einer Buchse 39 ausgebildet, die auf der dem Stößel 34 zugewandten Seite als Führung für das Ventilelement 36 dient.
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Der Stößel wird von einer Rückstellfeder 40 in eine geöffnete, vom Ventilsitz 38 beabstandete Position beaufschlagt.
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Der Stößel 34 ist am Ankerteil 32 befestigt, so dass sie sich zusammen bewegen. Der Einfachheit halber werden hier das Ankerteil 32 und der Stößel 34 zusammen auch als Anker 35 bezeichnet.
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Auf der dem Ventilsitz 38 zugewandten Seite der Spule 30 ist hier ein Lagerschild 42 oder Joch aus ferromagnetischem Material angeordnet. Zwischen dem Lagerschild 42 und dem Anker 35 ist, wenn sich der Anker 35 in der in 2 gezeigten, geöffneten Stellung befindet, ein Luftspalt vorhanden. Dieser Luftspalt ist mindestens so groß wie der Hub, den der Anker 35 beim Schließen des Ventils ausführt.
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Durch geeignete Ansteuerung der Magnetventile 4 kann der Druck an den Druckausgängen 20 so gesteuert beziehungsweise geregelt werden, dass beispielsweise die zwei Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes angesteuert werden. Die beiden Kupplungen werden dabei insbesondere so angesteuert, dass das von einem Antriebsmotor bereitgestellte Drehmoment ohne Unterbrechung der Zugkraft von einer Getriebestufe auf eine andere übertragen werden kann. Hierzu wird die eine Kupplung geöffnet, während die andere Kupplung gleichzeitig geschlossen wird.
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Um das Drehmoment von einer Kupplung auf die andere mit kurzen Reaktionszeiten übergeben zu können, muss die aktuell offene Kupplung möglichst schnell an den Punkt herangeführt werden, in welchem die Drehmomentübertragung beginnt („kiss point“). Anschließend muss das weitere Schließen der Kupplung möglichst präzise kontrolliert werden. Hierfür sind Magnetventile mit kurzen Reaktionszeiten erforderlich.
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Bei Magnetventilen mit kurzen Reaktionszeiten hat sich jedoch herausgestellt, dass es beim Schließen des Ventilelements zu Vibrationen kommen kann. Dies ist nachteilig im Hinblick auf die Regelgenauigkeit.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Magnetventil zu schaffen, bei dem Vibrationen verhindert werden, ohne dass hierunter die Ansprechzeit leidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Magnetventil der eingangs genannten Art ein hydraulischer Dämpfer vorgesehen, der nur in einem Hubbereich des Ankers mit nahezu geschlossenem Ventilelement wirksam ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Vibrationen des Ventilelements dadurch vermieden werden können, wenn die Bewegung des Ankers in dem Bereich seines Hubes gedämpft werden, der einem nahezu oder vollständig geschlossenen Ventilelement entspricht. Da der Anker im übrigen Bewegungsbereich, der dem Großteil des maximalen Hubs entspricht, nicht gedämpft ist, werden weiterhin kurze Ansprechzeiten erhalten. Dies ermöglicht es, mit dem Magnetventil in sehr kurzer Zeit eine Kupplung an den „kiss point“ heranzuführen, also den dafür nötigen Druck in der Größenordnung von etwa 5 Bar aufzustauen, während anschließend sehr präzise und gedämpft das Magnetventil so geregelt werden kann, dass der bis zum vollständigen Schließen der Kupplung nötige Hydraulikdruck in der Größenordnung von bis zu 40 Bar aufgestaut wird.
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Der hydraulische Dämpfer weist vorzugsweise eine Dämpfungskammer und einen Kolben auf, die relativ zueinander bewegt werden, wenn der Anker verstellt wird. In der Dämpfungskammer befindet sich dabei das Hydraulikfluid, das vom Magnetventil aufgestaut wird, sodass keine separate Versorgung mit einem Hydraulikfluid für den hydraulischen Dämpfer erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Kolben und der Wand der Dämpfungskammer ein Überströmspalt vorgesehen ist, der eine Breite in der Größenordnung von 0,05 bis 0,1 Millimeter hat. Der hydraulische Dämpfer hat somit einen sehr einfachen Aufbau ohne separate Drosseln oder gar Dämpfungsventile, sondern die Dämpfungswirkung ergibt sich allein durch den Strömungswiderstand, den der Spalt zwischen dem Kolben und der Wand der Dämpfungskammer dem Fluid entgegensetzt, das aus der Dämpfungskammer verdrängt wird, wenn der Kolben in sie eintaucht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungskammer am Anker und der Kolben feststehend angeordnet ist. Es sind bei dieser Ausgestaltung keine zusätzlichen Bauteile erforderlich, um die Dämpfungskammer zu bilden.
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Die Dämpfungskammer kann insbesondere eine Ringnut am Anker sein, die an einer Stirnfläche des Ankers vorgesehen ist. Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte Ausgestaltung.
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Der Kolben kann als Ringkolben an einer Buchse ausgeführt sein, an der auch der Ventilsitz angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine Minimierung der Toleranzketten; die Dämpfungskammer ist an dem Bauteil ausgeführt, das unmittelbar auf das Ventilelement einwirkt, und der Kolben ist an dem Bauteil ausgeführt, an dem auch der Ventilsitz angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist im Bereich der Buchse ausreichend Raum für eine Rückstellfeder, die zwischen dem Anker und der Buchse wirksam ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dämpfungskammer feststehend und der Kolben am Anker angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind keine separaten Bauteile erforderlich, um die Dämpfungskammer und den Kolben auszubilden.
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Die Dämpfungskammer ist dabei vorzugsweise in einer Buchse ausgebildet, an der auch der Ventilsitz angeordnet ist. Auch hierdurch wird verhindert, dass sich Toleranzketten aufbauen.
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Zwischen dem Kolben und dem Anker sind mehrere Durchflusskanäle vorgesehen, sodass trotz des mit der Buchse zusammenwirkenden Kolbens gewährleistet ist, dass das Hydraulikfluid bei geöffnetem Magnetventil abströmen kann.
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Im Hinblick auf den im Bereich der Buchse verfügbaren Bauraum kann es vorteilhaft sein, dass die Rückstellfeder bei dieser Ausgestaltung zwischen dem Anker und einem Lagerschild des Magnetventils wirksam ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anker zweiteilig ausgeführt ist mit einem Ankerteil, das in die Spule eintaucht, und einem Stößel, der mit dem Ventilelement zusammenwirkt, wobei an dem Stößel ein Teil des hydraulischen Dämpfers ausgebildet ist. Die Zweiteilung des Ankers kann im Hinblick auf unterschiedliche Materialien, die für das Ankerteil und den Stößel verwendet werden, sowie im Hinblick auf die Montierbarkeit vorteilhaft sein.
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Der Hubbereich des Ankers mit nahezu geschlossenem Ventilelement, in welchem der hydraulische Dämpfer wirksam ist, kann zwischen 5 und 20 Prozent des gesamten Hubs des Ankers zwischen einem Zustand mit geschlossenem Ventilelement und einem Zustand mit geöffnetem Ventilelement ausmachen. In den übrigen 80 bis 95 Prozent des Hubes wird also die Ansprechzeit des Magnetventils nicht vom hydraulischen Dämpfer beeinflusst.
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Die Erfindung schafft auch eine Pumpeneinheit zum Bereitstellen eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei mindestens ein Magnetventil der vorstehend erläuterten Art verwendet wird. Mit einer solchen Pumpeneinheit lässt sich beispielsweise ein Kupplungsaktor sehr präzise mit kurzen Ansprechzeiten regeln, ohne dass das Risiko von Vibrationen des Ventilelements auftritt. Hinsichtlich der sich ergebenden sonstigen Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 schematisch ein Pumpenaggregat mit Magnetventilen;
- - 2 in einem Schnitt ein Magnetventil, dass beim Pumpenaggregat von 1 verwendet werden kann;
- - 3 in einem Schnitt ein Magnetventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- - 4 in vergrößertem Maßstab das Detail IV von 3;
- - 5 in einem Schnitt ein Magnetventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
- - 6 in vergrößertem Maßstab das Detail VI von 5.
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Anhand der 3 und 4 wird nachfolgend ein Magnetventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Für die Bauteile, die aus den 1 und 2 bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Bei der ersten Ausführungsform wird ein hydraulischer Dämpfer 50 verwendet, der dazu dient, die Bewegung des Ankers lediglich auf einen sehr kleinen Bereich seines Hubes zu dämpfen, nämlich in einem Bereich mit nahezu geschlossenem Ventilelement 36 beziehungsweise vollständig geschlossenem Ventilelement 36.
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Der hydraulische Dämpfer 50 weist bei der ersten Ausführungsform eine Dämpfungskammer 52 auf, in die ein Kolben 54 eintauchen kann.
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Die Dämpfungskammer 52 ist am Stößel 34 ausgebildet, und zwar an dessen vorderer Stirnseite, also der Stirnseite, die dem Ventilelement 36 und der Buchse 39 zugewandt ist. Die Dämpfungskammer 52 ist dabei ringförmig ausgeführt und auf die Mittelachse des Stößels 34 zentriert.
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Der Kolben 54 ist an der Buchse 39 ausgebildet und ebenfalls auf die Mittelachse des Stößels 34 und auch des Ventilsitzes 38 zentriert.
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In 4 ist das Magnetventil 4 in einem geschlossenen Zustand gezeigt. Es ist zu sehen, dass der Kolben 54 in die Dämpfungskammer 52 eintaucht. Dabei liegt ein (in 4 nicht sichtbarer) Ringspalt zwischen den Seitenwänden des Kolbens 54 und den Seitenwänden der Dämpfungskammer 52 vor. Dieser Überströmspalt hat eine Breite in der Größenordnung von 0,05 bis 0,1 Millimetern.
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Die Rückstellfeder 40 ist hier zwischen der Buchse 39 und dem Stößel 34 wirksam. Sie umgibt daher auch den hydraulischen Dämpfer 50.
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In dem Bereich der Buchse 39, der den Kolben 54 trägt, sind mehrere Durchflusskanäle 56 ausgebildet, damit das Hydraulikfluid bei geöffnetem Ventilelement 36 ungehindert vom Kolben 54 abströmen kann.
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Bei vollständig oder sehr weit geöffnetem Magnetventil 4, also wenn der Stößel 34 bezogen auf 4 relativ zur geschlossenen Position nach rechts verstellt ist, kann der Stößel 34 durch Bestromen der Spule 30 verstellt werden, ohne dass der hydraulische Dämpfer 50 aktiv ist. Erst auf dem letzten Teil des Schließhubs wird die Dämpfungskammer 52 auf den Kolben 54 aufgeschoben, sodass das darin befindliche Hydraulikfluid durch den Überströmspalt zwischen dem Kolben 54 und den Wänden der Dämpfungskammer 52 hindurchströmen muss. Dadurch ergibt sich eine Dämpfungswirkung, die die Verstellgeschwindigkeit des Stößels 34 verringert. Dementsprechend werden auch Vibrationen des Ventilelements 36 verhindert.
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In den 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform die Dämpfungskammer 52 feststehend angeordnet ist, während der Kolben 54 am Stößel 34 ausgebildet ist.
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Konkret ist die Dämpfungskammer 52 in der Buchse zwischen dem Teil, dass das Ventilelement 36 führt, und einer Außenwand ausgebildet. Der Kolben 54 ist einstückig mit dem Stößel 34 ausgebildet. Zwischen dem Kolben 54 und dem Stößel 34 sind mehrere Durchflusskanäle 56 vorgesehen.
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Ein weiterer Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Rückstellfeder 40 sich hier hinter dem Lagerschild 42 befindet, also zwischen dem Lagerschild 42 und dem Stößel 34 wirkt.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform ist der hydraulische Dämpfer 50 nur auf dem letzten Teil des Hubes des Stößels 34 wirksam, also wenn der Anker 35 nahezu vollständig in die geschlossene Position des Magnetventils 4 verstellt ist.
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Ein besonderer Vorteil des hydraulischen Dämpfers 50 der beiden Ausführungsformen besteht darin, dass die den hydraulischen Dämpfer 50 bildenden Bauteile, also die Dämpfungskammer 52 und der Kolben 54, ohne zwischengeschaltete Bauteile ausgebildet sind, die die Toleranzketten erhöhen würden. Eines der Bauteile (bei der ersten Ausführungsform die Dämpfungskammer 52 und bei der zweiten Ausführungsform der Kolben 54) ist einstückig mit dem Stößel 34 ausgebildet, der auf das Ventilelement 36 einwirkt, und das andere Bauteil (bei der ersten Ausführungsform der Kolben 54 und bei der zweiten Ausführungsform die Dämpfungskammer 52) ist einstückig mit der Buchse 39 ausgeführt, in der auch der Ventilsitz 38 gebildet ist.
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Auch wenn bei den gezeigten Ausführungsformen das Ventilelement als Kugel ausgebildet ist, funktioniert der erfindungsgemäße Dämpfer auch bei anderen Konstruktionen, beispielsweise wenn das Ventilelement einstückig mit dem Stößel oder dem Anker ausgebildet ist.
