DE10241449A1

DE10241449A1 - Elektromagnetisches Druckregelventil

Info

Publication number: DE10241449A1
Application number: DE10241449A
Authority: DE
Inventors: Werner Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Es wird ein elektromagnetisches Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, vorgeschlagen, mit einer in einem Gehäuse (13, 24) angeordneten Aktuatoreinheit (11), die eine Magnetspule (14) und einen axial verschieblich geführten Anker (18) umfaßt, der zur Betätigung eines Schiebers (25) dient, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A) und einem Rücklaufanschluß (Tx) steuert. Eine Hubübertragung von dem Anker (18) auf den Schieber (25) erfolgt mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder (28), die zwischen dem Anker (18) und dem Schieber (25) angeordnet ist (Figur 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem elektromagnetischen Druckregelventil, insbesondere einem Druckregelventil für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.

Ein derartiges Druckregelventil ist aus der Praxis bekannt und dient beispielsweise zur hydraulischen Steuerung einer Kupplung eines Automatikgetriebes. Zu diesen Zwecken ist es erforderlich, einen möglichst genauen Druck sowie einen Fluid- bzw. Hydraulikölstrom in einem Vorsteuerkreis herzustellen, so daß ein Kupplungszylinder oder auch ein Schieberventil präzise betätigt wird. Das Druckregelventil setzt hierzu ein Signal eines Getriebesteuergerätes um.

Das bekannte Ventil der einleitend genannten Art umfaßt eine in einem Gehäuse angeordnete Aktuatoreinheit, die eine Magnetspule und einen in dem Gehäuse axial verschieblich geführten Anker umfaßt. Der Anker dient zur Betätigung eines Schiebers, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß, einem Verbraucheranschluß und einem Rücklaufanschluß steuert. Die Übertragung der Bewegung des Ankers auf den Schieber erfolgt mittels eines sogenannten Vorsteuerventils, mittels dessen ein Druck auf eine Stirnseite des Schiebers einstellbar ist, so daß der Schieber einen Hub erfährt. Die zum Rückstellen des Schiebers erforderliche Kraft wird mittels einer an der dem Vorsteuerventil abgewandten Stirnseite des Schiebers angreifenden Druckfeder ausgeübt. Die mittels des Vorsteuerventils auf den Schieber ausgeübte Kraft steht mit der Summe aus der Federkraft und der sich aus dem mittels des Schiebers eingeregelten Arbeitsdruck ergebenden Kraft im Gleichgewicht. Diese Kräfte wirken auf die dem Vorsteuerventil abgewandte Stirnfläche des Schiebers.

Die Integration eines Vorsteuerventils in das Druckregelventil stellt jedoch nachteilhafterweise eine aufwendige und damit teure Konstruktion dar.

Ferner ist es bekannt, einen Schieber eines Druckregelventils mittels eines Proportionalmagneten zu betätigen. Der Proportionalmagnet wird zur genauen Einstellung der zur Druckregelung erforderlichen Magnetkraft und des korrespondierendenden Drucks mit einem geregelten Strom angesteuert.

Vorteile der Erfindung

Das elektromagnetische Druckregelventil nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem Druckregelventil eine Hubübertragung von dem Anker auf den Schieber mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder erfolgt, die zwischen dem Anker und dem Schieber angeordnet ist, hat gegenüber dem einleitend beschriebenen Druckregelventil mit Vorsteuerventil den Vorteil eines konstruktiv einfacheren Aufbaus, da das aufwendige Vorsteuerventil entfällt. Dies führt wiederum zu geringeren Kosten bei der Herstellung.

Des weiteren wird bei dem Ventil nach der Erfindung der Schieber ohne den Einsatz eines Öls betätigt, so daß die Gefahr minimiert ist, daß sich der Ankerraum mit Ö1 befällt, welches den Anker in seiner Bewegung behindern könnte. Der Anker kann mithin ölfrei betrieben werden. Auch ist der mit dem erfindungsgemäßen Druckregelventil eingeregelte Druck unabhängig von einem Zulaufdruck eines Vorsteuerventils, wie es bei dem einleitend beschriebenen Druckregelventil nach dem Stand der Technik der Fall ist.

Gegenüber einem mittels eines Proportionalmagneten betätigten Druckregelventils hat das erfindungsgemäße Druckregelventil den Vorteil einer einfacheren elektrischen Ansteuerung, da der Strom zur Betätigung der Aktuatoreinheit nicht geregelt werden muß, so daß auf einen Meßwiderstand verzichtet werden kann, was wiederum zu einer geringeren Verlustleistung führt. Auch wirken sich bei dem Druckregelventil nach der Erfindung die magnetische Hysterese und die Reibung der Ankerlagerung nicht auf den an dem Verbraucheranschluß eingeregelten Druck aus, welcher dadurch genauer wird und auch keine Hysterese aufweist.

Bei dem Druckregelventil nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten PWM (Pulsweitenmodulierten) -Druckregler, bei dem der Anker zur Regelung des Drucks einer oszillierenden Bewegung ausgesetzt wird, die auf den Schieber übertragen wird.

Durch die Ablagerung von Feinschmutz im Spalt zwischen dem Schieber und dem Gehäuse, in dem der Schieber gelagert ist, tritt grundsätzlich erhöhte Reibung auf, welche als Clogging bezeichnet wird. Durch die permanente Oszillation des Schiebers des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist diese Reibung stark minimiert, wodurch sich die Gefahr eines Festsetzens von Schmutz verringert.

Um Bauteiltoleranzen ausgleichen zu können und eine hinreichende Genauigkeit des eingeregelten Drucks gewährleisten zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des elektromagnetischen Druckregelventils nach der Erfindung die Vorspannung der Feder einstellbar.

Die Rückstellung des Schiebers kann mittels eines hydraulischen Rückstellmittels erfolgen. Dieses ist beispielsweise derart ausgelegt, daß der Schieber an der der Feder abgewandten Stirnseite eine sacklochartige Längsbohrung umfaßt, die über eine Querbohrung mit der Verbraucherseite verbunden ist. Damit bewirkt der mittels des Schiebers eingestellte Druck, der über die Querbohrung in die sacklochar tige Längsbohrung wirkt, eine Rückstellung des Schiebers in Richtung dessen Ruhestellung. Die über die Längsbohrung auf den Schieber wirkende Kraft wirkt also der Kraft der Feder entgegen.

Der an der Verbraucherseite mittels des Schiebers eingeregelte mittlere Druck ist abhängig von der Pulsdauer, mit der der Anker im angezogenen Zustand gehalten wird. Wenn der Anker nur kurz angezogen wird und vergleichsweise lange in seiner magnetkraftlosen Stellung verbleibt, baut sich ein kleinerer Druck an dem Verbraucheranschluß als bei vergleichsweise länger angezogenem Anker auf. Der eingestellte mittlere Druck ist also so hoch, daß er über die Längsbohrung eine gleich große Kraft auf den Schieber ausübt wie die über die Zeit integrierte Federkraft.

In der Längsbohrung des Schiebers kann ein Stift geführt sein, der sich an einer der Feder abgewandten Stirnwand des Gehäuses abstützt. Durch Anpassung des Durchmessers des Stiftes bzw. der Längsbohrung kann die über die Längsbohrung auf den Schieber wirkende Druckkraft in gewünschter Weise angepaßt werden. Wenn beispielsweise hohe Drücke geregelt werden sollen, wie es bei einer Kupplungsdirektsteuerung der Fall ist, kann durch eine Verringerung des Kolben- und des Längsbohrungsdurchmessers die zur Rückstellung erforderliche Druckkraft entsprechend angepaßt werden. Dadurch kann mit dem Druckregelventil nach der Erfindung ohne Austausch der Aktuatoreinheit ein großer Druckbereich abgedeckt werden.

Zur Dämpfung der Bewegung des Schiebers kann die Stirnwand eine Drosselbohrung aufweisen, so daß der zwischen dem Schieber und der Stirnwand angeordnete Raum nach außen entlüftet ist und Hydrauliköl beim Aus- und Einströmen in diesen Raum einen Widerstand vorfindet.

Der Anker wird im Betrieb des Druckregelventils nach der Erfindung mit einer Frequenz hin- und herbewegt, die so hoch eingestellt ist, daß der Schieber aufarund seiner Masse und der vorstehend beschriebenen Dämpfung nicht mehr vollständig der Ankerbewegung folgen kann und einen im Vergleich zum Ankerhub geringeren Hub erfährt.

Um beim Betätigen des Schiebers einen großen Strömungsquerschnitt für die Durchströmung beim Füllen oder Entleeren des hydraulischen Verbrauchers zu erhalten, muß der Schieber mit einem gewissen Mindesthub betätigt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine positive Überdeckung der zwischen dem Zulaufanschluß und dem Verbraucheranschluß liegenden Steuerkante und der zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß liegenden Steuerkante des Schiebers vorliegt. Dadurch kann bei einer Oszillation des Schiebers die Druckoszillation an dem Verbraucheranschluß minimiert werden.

Eine positive Überdeckung bedeutet, daß der Schieber nach dem Verschließen der einen Steuerkante zunächst einen gewissen Hub zurücklegen muß, bevor die andere Steuerkante öffnet. Um dies zu gewährleisten, muß der Anker einen großen Hub ausführen. Da Magnete bei großen Hub auch größere Windungsströme (Windungszahl mal Strom) benötigen, was aus Bauraumgründen oftmals nicht möglich ist, muß die Magnetkraft in Abhängigkeit von der Ankerposition möglichst günstig verteilt werden. Der Magnet ist so auszuführen, daß in jeder Stellung des Ankers nur die unbedingt notwendige Magnetkraft vorhanden ist. Idealerweise steigt die Magnetkraft linear an, und zwar mit einer ähnlichen Steigung wie die ebenfalls hubabhängige Kraft der Feder. Die Magnetkraft muß natürlich stets größer sein als die Federkraft.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele eines elektromagnetischen Druckregelventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisches Druckregelventil;

2 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines elektromagnetischen Druckregelventils; und

3 eine Kraft-Hub-Kennlinie des Druckregelventils nach 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels I
In 1 ist ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil 10 dargestellt, das bevorzugt zur Steuerung eines Druckmittelflusses in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges dient und eine Magneteinheit 11 sowie eine koaxial zu dem Magnetteil 11 angeordnete Ventileinheit 12 umfaßt. Die elektrische Versorgung der Magneteinheit 11 erfolgt über ein hier nur schematisch dargestelltes Steckergehäuse 21.
Die Magneteinheit 11 umfaßt ein Gehäuse 13, in dem eine Spule 14 angeordnet ist, in deren Inneres ein Polkern 15 hineinragt. Der Polkern 15 hat einen zylindrischen Ansatz 16, in welchen ein buchsenförmiger Käfig 17 eingreift, in welchem ein Anker 18 axial verschieblich geführt ist.
An der dem Polkern 15 abgewandten Seite liegt der Käfig 17 an einem sogenannten Ankergegenstück 19 an, das über ein Gewinde 20 in das Gehäuse 13 eingeschraubt ist.
Das Ankergegenstück 19, der Käfig 17, der Anker 18 und der Polkern 15 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der Polkern 15 ist in dem Gehäuse 11 axial verschieblich geführt und stützt sich an der dem Ankergegenstück 19 abgewandten Seite an einer Tellerfeder 22 ab, so daß die aus dem Polkern 15 und dem Käfig 17 bestehende Baugruppe in Richtung des Ankergegenstücks 19 vorgespannt ist.
Die Tellerfeder 22 liegt auf einem Ringbund 23 eines Gehäuses 24 der Ventileinheit 12 auf, die mit der Magneteinheit 11 verbunden ist. In dem Gehäuse 24 ist ein Schieber 25 axial beweglich geführt, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß P, einem Verbraucheranschluß A und einem Rücklaufanschluß T steuert und der mittels der Magneteinheit 11 betätigbar ist.
Die Ventileinheit 12 stellt den hydraulischen Teil des Druckregelventils 10 dar und umfaßt eine parallel zur Längsachse des Druckregelventils 10 ausgerichtete Längsbohrung 26, in der der Schieber 25 axial verschieblich geführt ist. An der der Magneteinheit 11 zugewandten Stirnseite weist der Schieber 25 eine sacklochartige Ausnehmung 27 auf, in die eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder 28 eingreift, über die der Schieber 25 mit dem Anker 18 der Magneteinheit 11 verbunden ist. Die Spiralfeder 28 durchgreift hierzu eine Zentralbohrung 29 des Polkerns 15 und greift in eine sacklochartige Ausnehmung 30 des Ankers 18 ein. Durch Verdrehen des Ankergegenstückes 19 ist der Anker 18 hinsichtlich seiner unbestromten Ruhestellung axial verschiebbar und damit die Vorspannung der Feder 28 einstellbar.
An der der Magneteinheit 11 abgewandten Stirnseite weist der Schieber 25 eine ebenfalls sacklochartig ausgebildete Längsbohrung 31 auf, die über eine Querbohrung 32 mit einem den Schieber 25 umschließenden Ringraum 33 und so mit dem Verbraucheranschluß A in Verbindung steht. In der Längsbohrung 31 ist ein Stift 34 geführt, der sich an einer Stirnwand 35 des Gehäuses 24 abstützt. In der Stirnwand 35 ist eine Drosselbohrung 36 ausgebildet, die einen zwischen der der Magneteinheit 11 abgewandten Stirnseite des Schiebers 25 und der Stirnwand 35 angeordneten Raum 39 des Ventilteils 12 mit einem hier nicht näher dargestellten Tank für Hydrauliköl verbindet.
Der Schieber 25 hat des weiteren eine erste Steuerkante 37, die im Bereich des Zulaufanschlusses P angeordnet ist und den Fluidstrom zwischen dem Zulaufanschluß P und dem Verbraucheranschluß A steuert, sowie eine zweite Steuerkante 38, mittels der der Fluidstrom zwischen dem Ringraum 33 und dem ebenfalls mit dem Tank verbundenen Rücklaufanschluß Tx steuerbar ist. Die Steuerkanten 37 und 38 sind an dem Schieber 25 derart ausgebildet, daß sie eine positive Überdeckung haben, d. h. der Schieber 25 legt nach dem Verschließen der Steuerkante 37 einen gewissen Hub zurück, bevor die zweite Steuerkante 38 geöffnet wird.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines elektromagnetischen Druckregelventils 50 nach der Erfindung dargestellt. Das Druckregelventil 50 unterscheidet sich von dem Druckregelventil nach 1 dadurch, daß es einen Polkern 51 aufweist, der als Flachpol ausgebildet ist und mithin keinen zylindrischen Ansatz aufweist, in den der Käfig 17 des Anker 18 eingreift. Im übrigen entspricht die Ausbildung des Druckregelventils 50 im wesentlichen derjenigen des Druckregelventils nach 1. Daher sind identischen Bauteilen die gleichen Bezugsziffern zugeordnet.
In 3 ist der ideale Verlauf der Magnetkraft des Druckregelventils 50 nach 2 dargestellt. Die Magnetkraft steigt linear und mit einer ähnlichen Steigung wie die ebenfalls hubabhängige Kraft der Feder an. Die Magnetkraft ist stets höher als die Federkraft.
Bei einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Ausführungsform greift das Polstück tiefer als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in den Innenraum der Spule ein. Des weiteren ist das Ankergegenstück verkürzt ausgebildet. Dadurch läßt sich dann ohne weitere konstruktive Änderung eine Umkehr der Richtung der Magnetkraft erreichen. Wenn dann noch eine Druckfeder zwischen dem Anker und dem Ankergegenstück angeordnet ist, erhält man anstelle eines Ventils mit steigender Druck-Strom-Kennlinie ein Ventil mit fallender Druck-Strom-Kennlinie. Ein derartiges Druckregelventil entspricht konstruktiv weitgehend den oben beschriebenen Druckregelventilen, so daß deren Fertigung mittels denselben Werkzeugen möglich ist, was einen erheblichen Kostenvorteil bietet.

Claims

Elektromagnetisches Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Gehäuse (13, 24) angeordneten Aktuatoreinheit (11), die eine Magnetspule (14) und einen axial verschieblich geführten Anker (18) umfaßt, der zur Betätigung eines Schiebers (25) dient, der einen Fluidstrom zwischen einem Zulaufanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A) und einem Rücklaufanschluß (Tx) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hubübertragung von dem Anker (18) auf den Schieber (25) mittels einer vorzugsweise vorgespannten Feder (28) erfolgt, die zwischen dem Anker (18) und dem Schieber (25) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (28) einstellbar ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (28) eine Spiralfeder ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (18) hinsichtlich seiner Ruhestellung axial versetzbar ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung des Ankers (18) mittels eines Ankergegenstücks (19) einstellbar ist, das in das Gehäuse (13, 24) eingeschraubt ist und auf einen Käfig (17) des Ankers (18) wirkt.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (17) des Ankers (18) mittels einer Tellerfeder (22) vorgespannt in dem Gehäuse (13, 24) gelagert ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (25) ein hydraulisches Rückstellmittel umfaßt.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Rückstellmittel eine sacklochartige Längsbohrung (31) umfaßt, die über eine Querbohrung (32) mit der Verbraucherseite (A) verbunden ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsbohrung (31) ein Stift (34) geführt ist, der sich an einer der Feder (28) abgewandten Stirnwand (35) des Gehäuses (13, 24) abstützt.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (35) eine Drosselbohrung (36) aufweist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Überdeckung der zwischen dem Zulaufanschluß (P) und dem Verbraucheranschluß (A) liegenden Steuerkante (37) und der zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Rücklaufanschluß (T) liegenden Steuerkante (38) des Schiebers (25) vorgesehen ist.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine steigende Druck-Strom-Kennlinie.
Elektromagnetisches Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine fallende Druck-Strom-Kennlinie.