DE10308482B4

DE10308482B4 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE10308482B4
Application number: DE2003108482
Authority: DE
Inventors: Bernd Pioch; Werner Schleicher
Original assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: DE10308482A1

Abstract

Elektromagnetventil zur Einstellung eines Drucks und/oder eines Durchflusses eines Hydraulikfluids, welches über einen Anker (20) verfügt, welcher mit einem Betätigungsglied (26) in Wirkverbindung steht, wobei im Kraftfluss zwischen dem Anker (20) und dem Betätigungsglied (26) ein Absorptionselement (64) angeordnet ist, der Anker (20) bewegungsfest mit einer Ankerstange (22) verbunden ist und das Betätigungsglied (26) zumindest teilweise in einer Ausnehmung (Bohrung 63) der Ankerstange (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (26) relativ zur Ankerstange (22) beweglich in der Ausnehmung (Bohrung 63) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil zur Einstellung eines Druckes und/oder eines Durchflusses eines Hydraulikfluids nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 197 33 660 A1 ist ein Elektromagnetventil in Form eines Elektromagnetischen Druckregelventils für den Einsatz zur Steuerung von Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen beschrieben. Wie z.B. in DE 100 63 710 A1 offenbart ist, kann die Haltbarkeit solcher Ventile durch ein Dämpfungselement erhöht werden.

In der hydraulischen Steuerung von Automatikgetrieben besteht aber zusätzlich die Problematik, dass hydraulische Schwingungen auftreten können, was sich nachteilig auf den Schaltkomfort und die Haltbarkeit auswirkt.

Bei Verwendung der hier beschriebenen Art von Elektromagnetventilen in hydraulischen Schaltkreisen kommt es zu hydraulischen Schwingungen und Resonanzen, die zum Funktionsausfall des gesamten hydraulischen Systems führen können. Dabei können die Schwingungen nicht allein durch das Magnetregelventil verursacht werden. Es können sich noch weitere aktive hydraulische Elemente im hydraulischen Schaltkreis befinden, die solche Schwingungen verursachen.

Die deutliche Reduzierung der Schwingungen durch Änderung der Resonanzanlage des Masse-Feder-Systems (Blattfeder-Anker) ist wegen des sehr begrenzten Bauraums bei Elektromagnetventilen kaum möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Elektromagnetventil vorzuschlagen, bei dessen Verwendung nur geringe hydraulische Schwingungen entstehen und auftretende Schwingungen gedämpft werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Elektromagnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Elektromagnetventil verfügt über einen Anker, welcher mittels einer Spule verschiebbar ist. Der Anker steht in Wirkverbindung mit einem Betätigungsglied. Mittels des Betätigungsglieds kann in einem Druckraum des Elektromagnetventils ein geforderter Druck oder ein geforderter Durchfluss eines Hydraulikfluids eingestellt werden, indem eine Öffnung zwischen dem Druckraum und einem Abfluß geöffnet oder geschlossen werden kann. Im Kraftfluss zwischen dem Anker und dem Betätigungsglied ist ein Absorptionselement angeordnet. Das Absorptionselement ist als ein Feder- und/oder Dämpferelement ausgeführt und zumindest in Richtung des genannten Kraftflusses nachgiebig.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine effektive, auf kleinstem Bauraum mögliche Dämpfung. Durch die Auswahl der Dämpfungselement-Geometrie und des -Materials ist die Abstimmung des notwendigen Dämpfungsmaßes auf das Magnetregelventil bzw. auf das hydraulische Gesamtsystem möglich.

Zusätzlich zur Einbringung eines Absorptionselements im Kraftfluss zwischen dem Anker und dem Betätigungsglied kann auch parallel zum Kraftfluss eine Federung und/oder Dämpfung vorgesehen sein.

Durch die Nachgiebigkeit des Absorptionselements entstehen kaum hydraulische Schwingungen. Außerdem werden Schwingungen durch das Absorptionselement gedämpft, so daß sie schnell abklingen. Damit ist ein komfortabler Betrieb des Automatikgetriebes realisierbar. Außerdem werden mechanische Beeinträchtigungen durch hydraulische Schwingungen vermieden.

In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Absorptionselement über ein Element, welches aus einem Elastomer aufgebaut ist. Elastomere sind gummiartige, nachgiebige Kunststoffe. Ein der art aufgebautes Element dämpft besonders vorteilhaft Schwingungen.

In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Absorptionselement über einen O-Ring. O-Ringe sind in der DIN 3770 spezifiziert. O-Ringe sind in vielen Größen und Ausführungen auf dem Markt erhältlich. Sie werden in großen Stückzahlen hergestellt und verbaut. Sie können somit kostengünstig bezogen werden. Durch die Verwendung eines O-Rings ist ein besonders kostengünstiges Absorptionselement darstellbar.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist als Absorptionselement eine Blatt- bzw. Teller- oder Spiralfeder vorgesehen, die aus Metall hergestellt sein kann.

Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils erfolgt in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen. Das Automatikgetriebe kann beispielsweise als ein Planetengetriebe, ein stufenloses Getriebe oder automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt sein.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus weiteren Merkmalen der Unteransprüche, der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventils nach der Erfindung mit einem o-Ring als Absorptionselement;
2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventils nach der Erfindung mit einer Spiralfelder als Absorptionselement;
3: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventils nach der Erfindung mit einer Blattfeder als Absorptionselement;
4: ein erstes Messblatt mit Messkurven, die bei einem Elektromagnetventil ohne Absorptionselement aufgenommen werden, und
5: ein zweites Messblatt mit Messkurven, die bei einem Elektromagnetventil mit Absorptionselement aufgenommen wurden.
In 1 ist ein Elektromagnetventil 10 für die Verwendung in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Elektromagnetventil 10 als Druckregelventil zur Steuerung von Aktuatoren in Automatikgetrieben verwendet. Alternativ kann es sich auch um ein elektromagnetisch vorgesteuertes Ventil oder um ein Durchflußregelventil handeln.
Das Elektromagnetventil 10 weist einen Magnetteil 12 und fluchtend dazu angeordnet einen Ventilteil 14 auf. Der Magnetteil 12 umfasst im wesentlichen ein Gehäuse 16, eine Spule 18 und einen axial verschiebbaren Anker 20, in dem bewegungsfest eine Ankerstange 22 angeordnet ist.
Der Ventilteil 14 ist über einen Anschlussstutzen 24 mit dem Magnetteil 12 verbunden. Am Anschlussstutzen 24 ist ein Zulauf 30, ein Rücklauf 32 und ein Verbraucheranschluss 34 ausgebildet. Auf dem Ventilteil 14 ist ein Filterkäfig 44 angeordnet. Der Filterkäfig 44 hat im wesentlichen eine Topfform, wobei am Boden 46 ein Filtergewebe 48 angeordnet ist und die ringförmige Wand 50 den Druckraum 40 bis auf eine in der Wand 50 ausgebildete Drosselstelle 52, zum Beispiel in Form einer Blende, verschließt. Die Drosselstelle 52 ist in den Filterkäfig 44 und somit in das Elektromagnetventil 10 integriert.
Außer dem Anschlussstutzen 24 umfasst der Ventilteil 14 ein Betätigungsglied 26 und ein kugelförmiges Schließglied 28. Das Betätigungsglied 26 wird vom Anker 20 mittels der. Ankerstange 22 verschoben. Im Zulauf 30 ist das Schließglied 28 angeordnet und wird von einem im Betätigungsglied 26 angeordneten Stößel 36 betätigt. Der Stößel 36 greift durch eine Bohrung 38, die zwischen dem Zulauf 30 und einem Druckraum 40 des Verbraucheranschlusses 34, in dem im Elektromagnetventil 10 der Arbeitsdruck erzeugt wird, ausgebildet ist, und wirkt auf das Schließglied 28. Der Stößel 36 reicht weiterhin durch den Druckraum 40 und eine zwischen dem Druckraum 40 sowie dem Rücklauf 32 ausgebildete Bohrung 42 und ist schließlich im Betätigungsglied 26 befestigt und gelagert.
Mit dem Betätigungsglied 26 lässt sich die Bohrung 42 schließen und öffnen. Bei geöffneter Bohrung 42 kann das Hydraulikfluid, welches am Zulauf 30 unter Druck ansteht, in Richtung Rücklauf 32 abfließen. Damit kann im Druckraum 40 ein geforderter Druck eingestellt werden.
Das Betätigungsglied 26 verfügt über ein Dichtelement 61, welches hauptsächlich kreisringförmig ausgebildet ist. Mittels des Dichtelements 61 kann die Bohrung 42 verschlossen werden. An das Dichtelement 61 schließt sich in Richtung der Ankerstange 22 ein hauptsächlich zylinderförmiger Grundkörper 62 an, welcher gegenüber dem Dichtelement 61 einen geringeren Durchmesser aufweist. Der Grundkörper 62 ist teilweise in einer konzentrischen Bohrung 63 der Ankerstange 22 angeordnet. Zwischen dem Grundkörper 62 und der Ankerstange 22 ist eine Relativbewegung möglich.
Der Kraftfluss zwischen dem Anker 20 und dem Betätigungsglied 26 wird mittels der Ankerstange 22 und einem Absorptionselement 64 hergestellt. Das Absorptionselement 64 ist zwischen einer axial ausgerichteten Ankerstangenkontaktfläche 65 und einer axialen Betätigungsgliedkontaktfläche 66 angeordnet und weist eine radiale Kontaktfläche 67 mit dem Grundkörper 62 des Betätigungsglieds 26 auf. Das Absorptionselement 64 verfügt über zwei Anlagescheiben 68, 69, zwischen welchen ein O-Ring 70 angeordnet ist. Die in Richtung Ankerstange 22 angeordnete Anlagescheibe 69 ist in Kontakt mit der Ankerstangenkontaktfläche 65; die in Richtung Bohrung 42 angeordnete Anlagescheibe 68 ist in Kontakt mit der Betätigungsgliedkontaktfläche 66 und damit mit dem Abschlußelement 61. Der Anker 20 ist damit vom Betätigungselement 26 mittels des Absorptionselements 64 abgekoppelt. Eine Bewegung des Ankers 20 wird damit nur über die elastische Verbindung auf das Betätigungselement 26 übertragen. Damit können nur geringe Schwingungen im Hydraulikfluid auftreten.
Über die Bohrung 42 wirkt auf das Betätigungselement 26 der Druck des Hydraulikfluids. Eventuell auftretende Druckschwingungen führen damit zu einer geringen Relativbewegung zwischen dem Betätigungsglied 26 und dem Anker 20, welche vom Absorptionselement 64 gedämpft werden. Dies führt zu einer Dämpfung der Druckschwingungen, wodurch diese schnell abklingen.
Statt eines O-Rings kann auch ein elastisches Element mit einem anderen Querschnitt, wie beispielsweise rechteckig, quadratisch, dreieckig ausgeführt sein. Wie die 2 und 3 zeigen, können auch metallische Blattfedern (3) oder Spiralfedern (2) als Absorptionselemente eingesetzt werden.
Das Absorptionselement kann auch über mehrere elastische Elemente, welche gleiche oder unterschiedliche elastische Eigenschaften haben, verfügen.
Das Absorptionselement kann auch über Elemente verfügen, welche eine viskose Flüssigkeit beinhalten.
Zwischen dem Grundkörper des Betätigungselements und der Ankerstange kann durch eine Wahl der Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktflächen und/oder durch Einbringen von Dämmmaterial zwischen die Kontaktflächen ein bestimmter Reibungskoeffizient eingestellt werden. Mittels dieser Reibung kann eine zusätzliche Dämpfung von Hydraulikschwingungen erreicht werden.
Wenngleich in den 1 bis 3 nur solche Elektromagnetventile gezeigt wurden, welche bei Bestromung der Erregerspule 18 eine stoßende Bewegung der Dichtelemente 28 bzw. 61 vorsieht, so liegt es selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass auch „ziehende" Bewegungen der Dichtelemente durch das Magnetsystem erfasst sind. Wesentlich ist lediglich der Einsatz eines Absorptionselements, das zwischen der Ankerstange 22 und den Dichtelementen 28 und 61 sitzt.
In den 4 und 5 sind jeweils Messkurven dargestellt, die bei einem Elektromagnetventil gemäß 1, jedoch ohne Absorptionselement und damit ohne Achsdämpfung (vgl. 4) und bei einem baugleichen Elektromagnetventil, bei dem lediglich das erfindungsgemäße Absorptionselement ergänzt wurde (vgl. 5), aufgenommen wurden.
Der am Zulauf 30 anstehende Pumpendruck betrug bei den aufgenommenen Messkurven jeweils 8 bar.
Die mit b und 2 gekennzeichneten Kurven zeigen den hydraulischen Druck, der durch das Elektromagnetventil, je nach Stromhöhe, eingesetzt wird.
Beim Elektromagnetventil ohne Absorptionselement (Vgl. 4 und Messblatt 1) schwingt der Öldruck teilweise sehr stark (vgl. Kurve 3-PC-Ventil), so dass die Rampenfunktion über die Stromhöhe komplett einbricht (vgl. in 4 obere Messkurve – Verlauf b).
Die Messkurven in 5 für das das Absorptionselement enthaltene Elektromagnetventil zeigen ein nahezu schwingungsfreies Verhalten.

Claims

Elektromagnetventil zur Einstellung eines Drucks und/oder eines Durchflusses eines Hydraulikfluids, welches über einen Anker (20) verfügt, welcher mit einem Betätigungsglied (26) in Wirkverbindung steht, wobei im Kraftfluss zwischen dem Anker (20) und dem Betätigungsglied (26) ein Absorptionselement (64) angeordnet ist, der Anker (20) bewegungsfest mit einer Ankerstange (22) verbunden ist und das Betätigungsglied (26) zumindest teilweise in einer Ausnehmung (Bohrung 63) der Ankerstange (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (26) relativ zur Ankerstange (22) beweglich in der Ausnehmung (Bohrung 63) geführt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (64) über Elemente (O-Ring 70) verfügt, welche aus einem Elastomer aufgebaut sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (64) über einen O-Ring (70) verfügt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (64) zwischen einer Ankerstangenkontakt fläche (65) und einer axialen Betätigungsgliedkontaktfläche (66) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (26) eine radiale Kontaktfläche (67) gegenüber dem Absorptionselement (64) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnett, dass das Absorptionselement (20) eine Federeinrichtung ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung eine Blatt- oder Spiralfeder ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung aus Metall besteht.
Verwendung eines Elektromagnetventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug.