DE19744696A1 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proportional- Druckregelventil vom 3/2-Wegetyp, bestehend aus einem Ven­ tilgehäuse, das einen Regeldruckraum aufweist und mit einer Druckmittelzuführung, mit einer mit dem Verbraucher in Ver­ bindung stehenden Arbeitsleitung und einer Druckmittelsum­ pfleitung und mit einem über einen Stellanker betätigten Steuerschieber versehen ist.

Die DE-C 44 26 152 beschreibt ein elektromagnetisches Druckregelventil, insbesondere für die Schaltdruckregelung von automatischen Kraftfahrzeuggetrieben, das ein Ventilge­ häuse und einen von einem Magnetanker betätigbaren und mit diesem verbundenen Steuerschieber aufweist, das Anschlüsse von einem Druckmittelzulauf zu einem Verbraucheranschluß bzw. einem Rücklauf oder Tank steuert. Der Steuerschieber ist in einer hinteren und in einer vorderen Lagerstelle im Ventilgehäuse gelagert und über eine Einstellfeder vorge­ spannt. Mit diesem Druckregelventil kommt es zu keinen Ver­ änderungen der Ventilkennung über die Lebensdauer aufgrund von Problemen mit Schmutzöl, da ein Druckgefälle bezüglich einer Durchströmung, insbesondere des schmutzempfindlichen Ankerraumes, vermieden wird. Im Eintrittsbereich am Lager­ spalt und an der Austrittsöffnung des Stromfadens aus der Lüfterbohrung herrscht das gleiche Geschwindigkeitsenergie­ potential.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Propor­ tional-Druckregelventil, insbesondere für die Schaltdruck­ regelung von automatischen Kraftfahrzeuggetrieben zu schaf­ fen, bei dem der minimale Arbeitsdruck nahezu Null ist und der Leckagefluß des Druckmittels in der Endstellung des Steuerschiebers mit minimalem Arbeitsdruck annähernd zu Null minimiert ist.

Ausgehend von einem Druckregelventil der eingangs nä­ her genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merk­ malen; eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen beschrieben.

Das Druckregelventil ist als gekoppeltes Drossel- oder Blendensystem ausgebildet (im folgenden wird stellvertre­ tend für Drossel oder Blende der Begriff Blende verwendet) Das gekoppelte Blendensystem besteht aus zwei mechanisch, bzw. hydraulisch gekoppelten Regelblenden. Diese Regelblen­ den sind nach dem Prinzip der hydraulischen Halbbrücke ver­ schaltet. Dieses gekoppelte Blendensystem weist drei An­ schlüsse auf: eine Druckmittelzufuhrleitung (Anschluß P), eine Arbeitsleitung zum Verbraucher (Anschluß A) und eine Druckmittelsumpfleitung zum Druckmittelsumpf (Anschluß T) Der Anschluß P ist eingangsseitig vor der ersten Regelblen­ de, der Anschluß A ist zwischen den beiden Regelblenden angeordnet und der Anschluß T befindet sich ausgangsseitig in der zweiten Regelblende. Jede der beiden Blenden stellt einen verstellbaren Strömungswiderstand dar. Das Funkti­ onsprinzip dieses druckgeregelten Ventils arbeitet analog dem eines elektrischen Spannungsteilers mit zwei gekoppelt verstellbaren Schiebewiderständen. Jede der beiden Blenden bewirkt einen gewissen Druckabfall. Eingangsseitig der er­ sten Regelblende herrscht Zulaufdruck vor, während aus­ gangsseitig nach der zweiten Regelblende Umgebungsdruck herrscht. Der Druck zwischen den beiden Regelblenden ist je nach Öffnung der Blenden zwischen Umgebungsdruck und Zu­ laufdruck einstellbar. Die beiden Regelblenden bilden dabei Einlaß- und Auslaßöffnung eines Regeldruckraumes. Die bei­ den Regelblenden sind durch einen Steuerschieber gekoppelt. Dabei müssen die Blenden nicht starr mit dem Steuerschieber verbunden sein, sondern können auch lose an dem Steuer­ schieber anliegen, wobei die Anlagekraft durch den Strö­ mungswiderstand einer losen Blende im Druckmittelstrom her­ vorgerufen wird. Durch Bewegung des Steuerschiebers in eine Richtung wird der Querschnitt der Einlaßblende vergrößert und gleichzeitig derjenige der Auslaßblende verringert. Bei Bewegung des Steuerschiebers in Gegenrichtung verändern sich die Querschnitte in umgekehrter Weise. Dies entspricht dem Funktionsprinzip einer hydraulischen Halbbrücke. Dabei kann es, je nach Ausgestaltung der Kopplung, Positionen des Steuerschiebers geben, bei denen eine Blende bereits voll geöffnet ist, während die andere noch nicht völlig ge­ schlossen ist (negative Überdeckung der Steuerkanten). Bei einem möglichen Betriebszustand ist die Einlaßblende be­ reits vollständig geöffnet und die Auslaßblende noch nicht völlig geschlossen. Das System zweier gekoppelten Regel­ blenden reduziert sich in diesem Betriebszustand auf ein System mit fester Einlaßblende und regelbarer Auslaßblende. Mittels eines solchen reduzierten Systems werden beispiels­ weise nach dem gegenwärtigen Stand der Technik mechanische Schaltdrücke zur Getriebesteuerung geregelt. Das bedeutet, in diesem Betriebszustand kann die bei herkömmlichen Sitz­ ventilen über Jahre gewonnene Erfahrung genutzt werden. Das erfindungsgemäße System mit zwei gekoppelten Regelblenden hat gegenüber dem System mit einer Regelblende und einer Festblende den Vorteil, daß bei voll geöffneter Auslaßblen­ de der Durchfluß nicht wie im System aus Fest- und Regel­ blende maximal ist, sondern durch den Verschluß der Einlaß­ regelblende zu Null minimiert wird. Der Betriebszustand "voll geöffnete Auslaßblende" entspricht in beiden Systemen dem minimalen Regeldruck. Im System mit zwei gekoppelten Regelblenden wird dieser niedrigste, einstellbare Regel­ druck durch Abriegelung des Einlasses auf Umgebungsdruck jenseits des Auslasses minimiert, während im System aus Fest- und Regelblende ein endlicher Restdruck durch hydro­ dynamische Effekte verbleibt. Der mittlere Durchfluß ist im System aus Fest- und Regelblende höher. Dies bringt eine höhere Verlustleistung im Vergleich zum System mit zwei gekoppelten Regelblenden mit sich. Ein weiterer Vorteil ist, daß infolge des geringeren maximalen Durchflusses die Pumpe zum Bereitstellen des Zulaufdruckes schwächer dimen­ sioniert werden kann.

Dieses erfindungsgemäße Druckregelventil mit zwei ge­ koppelten Regelblenden wird vorteilhaft zur Regelung des Hydraulikdrucks zum Betätigen von Getriebeschaltungen ver­ wendet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle beide Blendenstufen in einem Bauteil unterge­ bracht. Die Einlaßblende in den Regeldruckraum ist in Form von einer eine Zulauföffnung bildende Bohrung durch ein Ventilgehäuse dargestellt, die mit einem Verschlußkörper überdeckt werden kann. Die Auslaßblende ist in Form eines Sitzventils ausgebildet, in dem eine axiale Wandfläche des Ventilgehäuses eine Stirnfläche einer Ankerstange über­ deckt. Ein stiftförmiger Steuerschieber, der sich in axia­ ler Richtung an die Ankerstange anschließt, kann den Ver­ schlußkörper der Einlaßblende aus seinem Sitz herausschie­ ben. Der Steuerschieber stellt die beiden Blenden gekoppelt ein, indem er einerseits den Einlaßblendenquerschnitt durch Überdeckung der Zulauföffnungsfläche mit dem Verschlußkör­ per festlegt und andererseits die Auslaßblendenfläche durch den Abstand zwischen der axialen Wandfläche und der Stirn­ fläche bestimmt. Bei geschlossenem Auslaß liegt die Stirn­ fläche der Ankerstange an der Wandfläche des Ventilgehäuses an. Der stiftförmige Steuerschieber schiebt dabei den Ver­ schlußkörper der Einlaßblende aus seinem Sitz in der Zu­ lauföffnung heraus. Die Zulauföffnung in den Regeldruckraum ist in dieser Stellung vollständig freigegeben. Durch axia­ le Bewegung des Steuerschiebers öffnet sich die Auslaßblen­ de und bewirkt einen Druckabfall in dem Regeldruckraum und damit in der Arbeitsleitung. Bei weiterem Öffnen des Aus­ laßquerschnitts wird der stiftförmige Steuerschieber weiter zurückgezogen. Der Verschlußkörper der Einlaßblende nähert sich damit der Zulauföffnung, und der effektive Zulaufquer­ schnitt nimmt ab. Bei nahezu vollständig geöffnetem Auslaß wird die Zulauföffnung völlig abgeriegelt. Der Regeldruck­ raum wird dann vom Zulauf komplett getrennt und es stellt sich dort Umgebungsdruck ein.

Der Verschlußkörper muß nicht mit dem Steuerschieber ver­ bunden sein. Die Strömung bzw. der Druck des Druckmittels läßt ihn an dem Steuerschieber anliegen und führt ihn beim Rückzug des Steuerschiebers diesem nach.

Vorzugsweise sind die Ankerstange und der Steuerschie­ ber einteilig ausgeführt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verschlußkörper als Kugel oder Kalotte oder Kegelstumpf oder Zylinder ausgebildet.

Vorteilhafter Weise ist der Verschlußkörper einstückig mit dem Steuerschieber ausgebildet.

In einer technischen Variante werden die beiden Blen­ den mechanisch gekoppelt durch einen Steuerschieber gere­ gelt, der durch beide Blendenöffnungen hindurchragt und über seine axiale Ausdehnung eine konische Verjüngung in seiner Mitte besitzt. An seinen axial äußeren Enden nimmt der Querschnitt des Steuerschiebers derart zu, daß er die Blendenöffnungen völlig verschließen kann. Durch Bewegung in die eine oder andere axiale Richtung verschließt er da­ mit die Einlaß- oder Auslaßblende.

Vorzugsweise wird das Druckregelventil magnetisch be­ tätigt. Die Stellkraft dieses Druckregelventils ist dabei die Kraft, die ein Elektromagnet auf das induzierte, magne­ tische Moment eines Weicheisenankers ausübt. Der Weichei­ senanker ist vorteilhaft auf der Ankerstange aufgepreßt.

Als technische Variante kann das Druckregelventil auch piezoelektrisch oder pneumatisch betätigt werden.

Da die Zulauföffnung einen Teil der Stirnfläche einer zylinderförmigen Ventilkammer bildet, hat die auf diese Fläche wirkende Kraft eine axiale Komponente, so daß zum Öffnen dieses Zulaufs durch axiales Verschieben des Steuer­ schiebers und damit Entfernen des Verschlußkörpers aus sei­ nem Sitz in der Zulauföffnung bei unterschiedlichem Druck in dem Regeldruckraum und Zulauf eine hydrostatische Halte­ kraft zu überwinden ist. Diese Haltekraft ergibt sich aus der Differenz des mittleren Druckes in dem Zulauf und dem Regeldruckraum multipliziert mit der Fläche der Zulauföff­ nung. Daher wird die Zulauföffnung nicht zu groß dimensio­ niert, um eine akzeptable Ventilkennung zu erhalten. Bei geöffnetem Ventil ergibt sich die Axialkraft auf den Anker als Summe des Produktes aus einem Mittelwert des Druckes in dem Regeldruckraum, der näherungsweise dem Arbeitsdruck im Verbraucher entspricht, und der freien Ankerfläche (volle Ankerfläche minus Querschnittsfläche des Steuerschiebers) und der durch den Staudruck bewirkten Kraft auf den Ver­ schlußkörper.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Druckregelventil;

Fig. 2 ein Druckstrom-Leckagediagramm;

Fig. 3 ein Prinzip-Schaltbild und

Fig. 4 eine technische Variante des erfindungsgemä­ ßen Druckregelventils mit einem Steuerschie­ ber, der durch beide Blendenöffnungen hin­ durchragt und über seine axiale Ausdehnung eine konische Verjüngung in seiner Mitte be­ sitzt.

Das erfindungsgemäße Druckregelventil , wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wirkt als 3/2-Wegeventil mit Abrie­ gelung des Druckmittels in der Druckmittelzuführung 2 bei großen Arbeitshüben. Die Funktion entspricht dabei derjeni­ gen einer hydraulischen Halbbrücke. Die Druckmittelzufüh­ rung 2 mündet vorzugsweise über eine axial angeordnete Zu­ laufbohrung in den Regeldruckraum 7. In herkömmlicher Weise weist das Druckregelventil, dessen Gehäuse mit 1 bezeichnet ist, einen Elektromagneten auf, der einen Anker 13 in Rich­ tung der Achse A gegen die Wirkung einer Feder verschiebt. Der Anker 13 stellt über eine Ankerstange 10 den Steuer­ schieber 12. Der Steuerschieber 12, der sich an die Stirn­ fläche 6 der Ankerstange 10 anschließt, ist in vorm eines Stiftes ausgeführt, der einen als Kugel ausgebildeten Ver­ schlußkörper 5 aus seinem Sitz in der Zulauföffnung 8 her­ ausschieben kann. Ankerstange 10, Steuerschieber 12 und Verschlußkörper 5 können ein-, zwei-, oder dreistückig aus­ gebildet sein. In einer Endstellungen des Druckregelventils verschließt der Verschlußkörper 5 die Bohrung der Zulauf­ öffnung 8 der Druckmittelzuführung 2 in den Regeldruck­ raum 7 vollständig. In der anderen Endstellung liegt die als Steuerkante 11 des Ablaufs wirkende Stirnfläche 6 axial an der Wandfläche 4 des Ventilgehäuses 1 an. Gleichzeitig wird der Verschlußkörper von dem stiftförmigen Steuerschie­ ber 12 aus seinem Sitz herausgeschoben und die Zulauföff­ nung 8 der Druckmittelzuführung 2 freigegeben, so daß das unter Druck stehende Druckmittel vollständig den Regel­ druckraum 7 und damit den Verbraucher mit Druck beauf­ schlagt. In beiden Endstellungen der Ankerstange 10 bzw. des Steuerschiebers 12 ist der Druckmittelstrom einerseits durch Absperrung des Zulaufs zum Regeldruckraum 7, anderer­ seits des Ablaufs zum Druckmittelsumpf unterbrochen. Dazwi­ schen erreicht bei zunehmendem Druck p des in den Regel­ druckraum 7 einfließenden Druckmittels der Volumenstrom Q ein Maximum, wie es aus Fig. 2 hervorgeht.

Die vollständige Absperrung der Zulauföffnung 8 der Druckmittelzuführung 2 durch den Verschlußkörper 5 bewirkt also eine Minimierung der Druckmittelleckage, wobei wegen der axialen Druckmittelzuführung das Druckmittel eine ge­ ringe staudruckbedingte Axialkraft auf den Verschlußkör­ per 5 und damit auf den Steuerschieber 12 und die Anker­ stange 10 ausübt. Die Stellkräfte zum Verschieben des Steu­ erschiebers 12, d. h. zum Verrücken des Verschlußkörpers 5 aus seinem Sitz in der Zulauföffnung sind aber gering. Die interne Druckrückführung von dem Regeldruckraum 7 auf die als Ankerwirkfläche wirkende Stirnfläche 6 der Ankerstan­ ge 10 ermöglicht eine unkomplizierte Regelfunktion. Der Ankerraum ist wie bei dem herkömmlichen, in DE-C 44 26 152 beschriebenen, in Serie verbauten Sitzventil drucklos. Die bei herkömmlichen 2/2-Sitzventilen auftretende Problematik, daß dieser drucklose Ankerraum durch Eintreten des Leckage- Druckmittels durchspült wird und sich dabei Eisenabrieb­ teilchen als Verschmutzung absetzen, wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Druckregelventil durch die Abriegelung des Zulaufs in die Regeldruckkammer in der Endstellung "mini­ maler Arbeitsdruck" verringert, denn: bei herkömmlichen 2/2-Wege-Druckregel-Sitzventilen ist in der Stellung "mini­ maler Druck" der Durchfluß maximal und damit auch der Zu­ strom und der Eintrag der Verschmutzungsteilchen. Schließ­ lich erzielt man einen größeren nutzbaren Druckbereich, da kein durch den Staudruck bedingter Restdruck auftritt (Fig. 2). Späne der Größenklasse bis 200 µm Durchmesser, wie sie z. B. als Erstmontageschmutz auftreten, können an der Steuerkante 9, die durch das Zusammenwirken des Ver­ schlußkörpers 5 und der Zulaufbohrung gebildet wird, einge­ klemmt werden. In diesem Arbeitshub kann der Zulauf nicht vollständig abgeriegelt werden. Es verbleibt ein geringer Durchfluß zum Druckmittelsumpf. Ein Festfressen des Ver­ schlußkörpers 5 durch diesen Spaneintrag ist infolge der geringen Verschiebekräfte in dieser Stellung des Steuer­ schiebers 12 oder im Fall eines losen Verschlußkörpers 5 infolge der geringen Staudruckkräfte des Druckmittels auf den Verschlußkörper 5 nicht möglich. Die aufgrund der ge­ ringen Verschiebekräfte geringen Klemmkräfte führen nicht zu einer Beschädigung der Steuerkante durch Eindrücken des Spans. Wird beim nächsten Arbeitshub die Zulaufbohrung wie­ der geöffnet, wird der Span wieder freigegeben.

Bezugszeichenliste

1

Ventilgehäuse

2

Druckmittelzuführung

3

Zulaufblende

4

Wandfläche

5

Verschlußkörper

6

Stirnfläche

7

Regeldruckraum

8

Zulauföffnung

9

Steuerkante (des Verschlußkörpers)

10

Ankerstange

11

Steuerkante (des Ablaufs)

12

Steuerschieber

13

Anker

109

Einlaßblende

111

Auslaßblende
A Arbeitsdruckleitung
T Druckmittelsumpfleitung
P Druckleitung
p Druck
Q Volumenstrom

Claims (10)

1. Druckregelventil, mit einem Anschluß für eine Druckleitung (P), einem Anschluß für eine Arbeitsdrucklei­ tung (A) und einem Anschluß für eine Auslaßleitung (T) zum Umgebungsdruck und mit definiertem oder definierbarem Strö­ mungswiderstand mehrerer Blenden, die baulich auch in Form einer Drossel ausgeführt sein können, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es als System von zwei, unter mechanischer bzw. hydraulischer Einwirkung gekoppel­ ten, variablen Blendenstufen (109, 111) nach dem Prinzip der hydraulischen Halbbrücke aufgebaut ist, wobei der Ar­ beitsdruck zwischen diesen beiden Blendenstufen abgenommen wird.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es zum Regeln des Hydrau­ likdrucks zum Betätigen von Getriebeschaltelementen verwen­ det wird.

3. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle beide Blendenstufen in einem Bauteil untergebracht sind, wobei eine Blende als Einlaßblende in einen Regeldruckraum (7) in Form von einer Bohrung durch ein Ventilgehäuse (1) ausgebildet ist, die mit einem Verschlußkörper überdeckt werden kann, und die andere Blende als Auslaßblende in Form eines Sitzventils ausgebildet ist, in dem eine axiale Wandfläche (4) des Ven­ tilgehäuses (1) eine Stirnfläche (6) einer Ankerstange (10) überdeckt und wobei ein stiftförmiger Steuerschieber (12), der sich in axialer Richtung an die Ankerstange (10) an­ schließt, den Verschlußkörper der Einlaßblende aus seinen Sitz herausschieben kann und damit die beiden Blenden ge­ koppelt einstellt, indem er einerseits den Einlaßblenden­ querschnitt durch Überdeckung der Zulaufbohrungsfläche mit mit dem Verschlußkörper festlegt und andererseits die Aus­ laßblendenfläche durch den Abstand zwischen der axialen Wandfläche (4) und der Stirnfläche (6) bestimmt.

4. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ankerstange (10) und der Steuerschieber (12) einteilig ausgeführt sind.

5. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verschlußkörper als Kugel oder Kalotte oder Kegelstumpf oder Zylinder ausgebil­ det ist.

6. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verschlußkörper ein­ stückig mit dem Steuerschieber (12) ausgebildet ist.

7. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Blenden mechanisch gekoppelt durch einen Steuerschieber (12) geregelt werden, der eine konische Verjüngung seiner Mitte besitzt.

8. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es magnetisch betätigt wird.

9. Druckregelventil nach den Ansprüchen 3 und 8, da­ durch gekennzeichnet, daß seine Stell­ kraft durch die Kraft aufgebracht wird, die ein Elektroma­ gnet auf das induzierte, magnetische Moment eines Weichei­ senankers ausübt, wobei der Anker (13) auf die Ankerstan­ ge (10) aufgepreßt ist.

10. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es piezoelektrisch oder pneumatisch betätigt wird.