DE19907896C2 - Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Druckregelventil entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Derartige Druckregelventile werden u. a. zur elektrohydraulischen Steuerung von Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei ist insbesondere eine lange Lebensdauer dieser Steuerelemente bei möglichst unveränderten Funktionseigenschaften notwendig. Diesbezüglich problematisch ist die mit zunehmender Betriebszeit entstehenden Verschmutzung des Getriebeöls, da Feinschmutzpartikel mit konventionellen Filtersieben nicht entfernt werden können. Dringt solcher Feinschmutz in das Magnetteil eines Druckregelventils ein, so können sich dessen Funktionseigenschaften und dessen Lebensdauer verändern.

Eine hohe Lebensdauer der Druckregelventile kann beispielsweise durch eine Dämpfung, insbesondere einer viskosen Dämpfung der Bewegung des Ventilelements erreicht werden. Ein aus diesem Grund mit Druckmittel befüllter Ankerraum steht jedoch der obengenannten Forderung nach dem Fernhalten von Feinschmutzpartikeln aus dem Ankerraum entgegen.

Aus der DE 43 32 117 A1 ist ein gattungsgemäßes Druckregelventil bekannt, dessen Anker einen geschlossenen Hohlraum aufweist, in dem zur Dämpfung der Ankerbewegung und damit der Bewegung des Ventilelements eine aus Massekörpern gebildete Dämpfungsmasse eingefüllt ist. Die Dämpfung erfolgt demnach mechanisch, so daß auf eine hydraulische oder viskose Dämpfung, beispielsweise durch Durchströmung des Ankerraums mit Druckmittel, verzichtet werden kann.

Als problematisch für den Betrieb dieses bekannten Druckregelventils hat sich die Führung des Ventilelements herausgestellt. In den Spalt zwischen Führungselement und Ventilelement dringt nämlich aufgrund des durch eine Druckmittelumlenkung erzeugten Staudrucks Druckmittel ein und gelangt u. a. aufgrund der Pumpbewegung des Ventilelements auch in den Ankerraum. Wie erwähnt, kann es dort infolge der enthaltenen Verschmutzungen, bei denen es sich u. a. um magnetische Partikel handelt, zu Funktionsbeeinträchtigungen und im Extremfall zum Ausfall des Druckregelventils kommen. Abgesehen davon ist die mechanische Dämpfung der Ankerbewegung relativ aufwendig zu realisieren, weist ein unbefriedigendes dynamisches Verhalten auf und wirkt im Vergleich zu einer hydraulischen oder viskosen Dämpfung nicht unter allen Betriebszuständen optimal.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Druckregelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß es eine einfache viskose Dämpfung der Bewegung des Ventilelements ermöglicht, ohne daß im Ankerraum ein Druckmittelaustausch und damit ein Eindringen von Schmutzpartikeln erfolgt. Die Dämpfung findet außerhalb des Ankerraums statt; die Führung des Ventilelements selbst ist zum Rücklauf hin druckentlastet. Im Führungsspalt, als einzige Verbindung vom Ankerraum zum Hydraulikteil herrscht dadurch annähernd Atmosphären- oder Unterdruck, so daß dieser Spalt als Barriere für das Druckmittel wirkt. Mangels Druckmittel im Ankerraum findet eine viskositätsabhängige Veränderung der auf das Schließelement einwirkenden Stellkräfte nicht statt. Die erfindungsgemäße Art der Abdichtung des Ankerinnenraums erfordert keine zusätzlichen Bauteile und läßt sich mit bekannter Fertigungstechnik leicht und kostengünstig herstellen. Zudem reduziert sie den hydraulischen Widerstand des Gehäuses des Druckregelventils und bewirkt eine hydrostatische Lagerung des Ventilelements. Letztere verringert die mechanische Reibung und verbessert die Hysterese der Kennlinien des Druckregelventils.

Darüber hinausgehende Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Druckregelventil im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Figur dargestellte elektromagnetisch betätigbare Druckregelventil 10 besteht aus einem Magnetteil 12 und einem koaxial zu diesem liegenden Hydraulikteil 14. Wesentliches Bauteil des Magnetteils 12 ist eine Spule 16, die auf einem hohlzylindrischen Spulenträger 18 gewickelt ist. In das Innere der Spule 16 ragt ein Kern 20 abschnittsweise hinein; der außerhalb angeordnete zweite Abschnitt des Kerns 20 überdeckt die Stirnseite der Spule 16. Mittels einer Umspritzung 22 aus Kunststoff sind die Spule 16, der Spulenträger 18 und der Kern 20 unlösbar miteinander verbunden. Die Umspritzung 22 bildet am Umfang des Magnetteils 12 gleichzeitig ein tangential ausgerichtetes Steckergehäuse 24 aus. Im Steckergehäuse 24 sind zwei elektrische Kontakte 29 vorgesehen, die über nicht erkennbare, umspritzte Leitungen die Spannungsversorgung der Spule 16 ermöglichen. Mittels der Umspritzung 22 ist darüber hinaus ein hülsenförmiges Flußleitelement 25 an der Spule 16 festgelegt. Dieses besteht aus magnetisch leitendem Material und ragt über das vom Kern 20 abgewandte Ende der Spule 16 abschnittsweise hinaus.

Innerhalb des überstehenden Bereichs des Flußleitelements 25 befindet sich der aus der Spule 16 herausragende und deren zweite Stirnseite überdeckende Bund 26 eines hutförmigen Ankers 27. Letzterer weist einen mit dem Bund 26 einteilig verbundenen Schaft 28 auf, der im Inneren der Spule 16 axial beweglich geführt ist. Der Schaft 28 füllt zusammen mit dem Kern 20 den Innenraum der Spule 16 mit Ausnahme eines Ankerraums 30 aus. Das freie Ende des Schafts 28 endet in einer zentrischen Erweiterung 32 mit zylindrischem Querschnitt, die in eine entsprechende Ausnehmung 34 des Kerns 20 eintauchen kann. Die Ausdehnung der Erweiterung 32 bzw. der Ausnehmung 34 in Achsrichtung des Druckregelventils 10 entspricht im wesentlichen der des maximalen Hubs des Ankers 27, so daß sich der Arbeitsspalt 30 aus einem ringförmigen und einem scheibenförmigen Volumenanteil zusammensetzt. Beide Volumenanteile stehen über den Spalt zwischen der Erweiterung 32 und der Wandung der Ausnehmung 34 miteinander in Verbindung.

Zu seiner axialen Führung ist der Anker 27 mit einem Zylinderstift 36 ausgestattet. Dieser ist in eine zentrische Durchgangsbohrung 38 des Ankers 27 eingepreßt und erstreckt sich bis in eine durchgehende Führungsbohrung 39 im Kern 20 hinein. Dort ist ein Gleitlagerelement 40 ortsfest verankert, das den Zylinderstift 36 führt. Letzterer dient gleichzeitig einer Druckfeder 42 als Zentrierung. Diese stützt sich einerseits am Anker 27, der dazu mit einer Einsenkung versehen ist, und andererseits am Gleitlagerelement 40 ab. Die Druckfeder 42 beaufschlagt den Anker 27 im nicht bestromten Zustand der Spule 16 in seine in der Figur dargestellte Ausgangsstellung.

Mit dem Anker 27 wirkt ein im Hydraulikteil 14 plaziertes und von einem Führungselement 54 längsbeweglich geführtes Ventilelement 44 zusammen. Dieses besteht aus einem Stößel 46 und einem an dessen einen Ende befestigten, ringförmig überstehenden Schließglied 48. Mit seiner vom Anker 27 abgewandten Stirnfläche verschließt dieses Schließglied 48 einen am inneren Ende eines Verbraucherkanals 64 des Hydraulikteils 14 ausgebildeten Ventilsitz 52.

Beim Führungselement 54 handelt es sich um ein hülsenförmiges Bauteil mit einer durchgehenden Führung 57 und einer quer dazu verlaufenden Entlüftungsöffnung 55. An dem, dem Schließglied 48 zugewandten Ende des Führungselements 54 ist eine Flachsenkung 56 ausgebildet, in die das Ventilelement 44 mit seinem Schließglied 48 wenigstens abschnittsweise eintaucht. Die Flachsenkung 56 bildet dadurch zusammen mit dem Schließglied 48 eine Kolben- /Zylinder-Einheit, zur viskosen Dämpfung der Hubbewegung des Ventilelements 44. Eine Befüllung des Zylinderraums mit Druckmittel erfolgt durch den Spalt zwischen dem Schließglied 48 und der Innenwandung der Flachsenkung 56 des Führungselements 54. Der erforderliche Druckunterschied im Zylinderraum wird vom Staudruck des am Ventilsitz 52 in einen Rücklauf 58 umgelenkten Druckmittels erzeugt. Dieser Rücklauf 58 ist als Ringkanal an dem, dem Magnetteil 12 zugewandten Ende des Ventilteils 14 ausgebildet und ist hydraulisch mit dem Verbraucherkanal 64 des Hydraulikteils 14 gekoppelt, sobald das Schließelement 48 den Ventilsitz 52 freigibt. Der im Zylinderraum aufbaubare Druck und somit die viskose Dämpfung der Bewegung des Ventilelements 44 läßt sich anwendungsspezifisch durch die Wahl des entsprechenden Spaltmaßes zwischen dem Schließglied 48 des Ventilelements 44 und der Flachsenkung 56 des Führungselements 54 festlegen.

Infolge der axialen Hubbewegung des Ventilelements 44 im Dämpfungsbetrieb wird das im Zylinderraum enthaltene Druckmittel durch diesen Spalt in Richtung Ventilsitz 52 einerseits bzw. in Richtung Magnetteil 12 andererseits verdrängt. Wegen der Verschmutzungsneigung des Druckmittels muß jedoch der Zutritt dieses verdrängten Druckmittels in den Ankerraum 30 verhindert werden. Dies erfolgt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Entlüftungsöffnung 55 im Führungselement 54, die aufgrund ihrer Verbindung mit dem Rücklauf 58 ein in Richtung Ankerraum 30 wirkendes Druckgefälle abbaut.

Ebenfalls als Ringkanal am Hydraulikteil 14 ausgeführt, allerdings vom Magnetteil 12 abgewandt liegend, ist ein Zulauf 60. Dieser mündet mittels einer Drosselbohrung 62 in den Verbraucherkanal 64 ein. Letzterer beginnt bzw. endet gegenüberliegend vom Ventilsitz 52 in einem Verbraucheranschluß des Hydraulikteils 14. Zur gegenseitigen Abdichtung der Anschlüsse des Druckregelventils 10 ist auf das Hydraulikteil 14 ein topfförmiges Filterkäfig 66 aufgeschoben. Dieses Filterkäfig 66 ist ein Kunststoffspritzgußteil mit insbesondere im Bereich der Anschlüsse freiliegendem, eingespritztem Filtergewebe 68.

Zur Befestigung des Hydraulikteils 14 am Magnetteil 12 ist in diesem Hydraulikteil 14 ein in seinem Durchmesser mehrfach abgesetzter, hülsenförmiger Klemmkörper 70 vorhanden. Dieser Klemmkörper 70 ist teilweise in das spritzgußtechnisch gefertigte Hydraulikteil 14 eingespritzt, hat aber einen freiliegenden Ringabschnitt 72, der auf den Außendurchmesser des Flußleitelements 25 abgestimmt ist. Zwischen dem Flußleitelement 25 und dem Ringabschnitt 72 des Klemmkörpers 70 besteht eine Klemmverbindung, die das Hydraulikteil 14 am Magnetteil 12 festlegt.

Das Ende des eingespritzten Teils des Klemmkörpers 70 ist als Hülsenabschnitt 76 ausgeführt, dessen innere Wandung nicht kunststoffumspritzt ist. Diese freiliegende Wandung nimmt das Führungselement 54 für das Ventilelement 44 auf.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Entlüftungsöffnung 55 des Führungselements 54 als radial verlaufende Zylinderbohrung gezeichnet. Dies ist jedoch nicht zwangsweise erforderlich. Beispielsweise kann die Entlüftungsöffnung 55 mit veränderlichem Querschnitt ausgeführt werden, so daß sie als Düse, beispielsweise als Venturidüse, wirkt, die aufgrund der Strömungsverhältnisse im Rücklauf 58 einen Unterdruck im Spalt zwischen dem Stößel 46 des Ventilelements 44 und der Wandung der Führung 57 erzeugt. Um eine hydraulische Verbindung der Entlüftungsöffnung 55 mit dem Rücklauf 58 herzustellen, kann es notwendig sein, daß der Klemmkörper 70 im Bereich seines Hülsenabschnitts 76 mit Durchbrüchen 78, wie sie das Ausführungsbeispiel zeigt, zu versehen ist.

Claims (8)

1. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil (10) mit einem Magnetteil (12) aus einer Spule (16), einem Kern (20), einem mit der Spule (16) zusammenwirkenden Flußleitelement (25) und einem beweglich geführten Anker (27) und mit einem Hydraulikteil (14), in dem ein vom Anker (27) beaufschlagtes und in einem Führungselement (54) verschiebbar geführtes Ventilelement (44) Druckmittelverbindungen zwischen einem Zulauf (60), einem Verbraucherkanal (64) und wenigstens einem Rücklauf (58) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (54) mit wenigstens einer von dessen Führung (57) ausgehenden und in den Rücklauf (58) einmündenden Entlüftungsöffnung (55) versehen ist und gemeinsam mit dem Ventilelement (44) Einrichtungen (48, 56) zur viskosen Dämpfung der Hubbewegung des Ventilelements (44) bildet.

2. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Entlüftungsöffnung (55) im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Druckregelventils (10) verläuft und im Bereich des dem Magnetteil (12) zugewandten Endes des Führungselements (54) angeordnet ist.

3. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung (55) zur Ausbildung einer Düse, beispielsweise einer Venturidüse, einen veränderlichen Querschnittsverlauf hat.

4. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (44) wenigstens zweiteilig ausgeführt ist und aus einem Stößel (46) und einem daran fixierten und ringförmig überstehenden Schließglied (48) besteht und daß das Führungselement (54) mit einer Flachsenkung (56) versehen ist, in die dieses Schließglied (48) wenigstens abschnittsweise eintaucht.

5. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (27) einen Zentrierstift (36) zu seiner axialen Führung und zur Zentrierung einer Druckfeder (42) aufweist.

6. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mündung des Zulaufs (60) in den Verbraucherkanal (64) des Hydraulikteils (14) eine Drosselbohrung (62) ausgebildet ist.

7. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikteil (14) aus Kunststoff in einem Spritzgießverfahren hergestellt ist und mit Hilfe eines abschnittsweise eingespritzten Klemmkörpers (70) am Magnetteil (12) festgelegt ist, daß der Klemmkörper (70) hülsenförmig ausgebildet ist und an seinem eingespritzten Ende einen auf seiner Innenseite nicht umspritzten Hülsenabschnitt (76) zur Aufnahme des Führungselements (54) aufweist.

8. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenabschnitt (76) im Bereich der Entlüftungsöffnung (55) des Führungselements (54) mit mindestens einem eine Druckmittelverbindung von der Entlüftungsöffnung (55) des Führungselements (54) zum Rücklauf (58) ermöglichenden Durchbruch (78) versehen ist.