DE19949757A1

DE19949757A1 - Electro-hydraulic actuator in form of proportional valve, volume flow valve or switching valve for pressure regulation, especially in auto gearboxes for cars has armature and valve

Info

Publication number: DE19949757A1
Application number: DE19949757A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Runge; Markus Eisele; Jochen Fischer; Walter Kill; Gunter Philipp; Hubert Remmlinger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: DE19949757B4

Abstract

An electro-hydraulic actuator in the form of a proportional valve, volume flow valve or switching valve for pressure regulation, especially in auto gearboxes for cars has an armature (4) which is supported in a valve housing in sliding fashion and is connected with an armature rod with a valve slider (6). In the valve housing, a hole is provided which opens out in the armature chamber and into which a pressure sensor (7) is inserted. The armature and the valve slider are supported in a tube (1) that goes through the armature chamber centrally and extends near the sensor. The armature rod consists of a non-magnetic tube (3) that is supported on the previous tube in sliding fashion by the armature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betä tigbaren hydraulischen Aktuator in Form eines Proportional ventils, eines Volumenstromventils oder eines Schaltven tils, zur Druckregelung insbesondere in einem Automatge triebe für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.The present invention relates to an electrically operated hydraulic actuator in the form of a proportional valve, a volume flow valve or a switching valve tils, for pressure control, especially in a machine drives for motor vehicles according to the preamble of the An saying 1.

Elektromagnetisch betätigte Proportionalventile als Druck regelventile werden oftmals in Steuerungen für Kraftfahr zeug-Automatgetriebe, Baumaschinen, Regelanlagen mit hy draulischen Stelleinrichtungen, etc. verwendet. Sie beste hen in der Regel aus einem Ventilgehäuse mit einem Druck mittelanschluß, Abflußbohrungen und einem Abströmquer schnitt, der mit einem Schließkörper zusammenwirkt und den abströmenden Druckmittelstrom regelt. Der Schließkörper ist mit einer Ankerstange verbunden, auf dem ein Anker eines Elektromagneten sitzt. Die Ankerstange ist auf beiden Sei ten des Ankers im Ventilgehäuse oder in einem Kern des Elektromagneten gelagert. Als Druckmittel wird üblicherwei se Hydrauliköl oder Schmieröl verwendet. Der Ankerraum, in dem sich der Anker in axialer Richtung bewegt, ist mit Öl gefüllt. Wird der Elektromagnet betätigt, findet über die Lagerspalte ein Ölaustausch des Ankerraums statt.Electromagnetically operated proportional valves as pressure Control valves are often used in controls for motor vehicles automatic gearboxes, construction machines, control systems with hy draulic actuators, etc. used. You best usually from a valve housing with a pressure middle connection, drain holes and a discharge cross cut that interacts with a closing body and the regulating pressure medium flow. The closing body is connected to an anchor rod on which an anchor of a Electromagnet sits. The anchor rod is on both sides ten of the armature in the valve housing or in a core of the Electromagnets stored. As a pressure medium is usually Hydraulic oil or lubricating oil is used. The anchor room, in which the armature moves in the axial direction is with oil filled. If the electromagnet is actuated, the An oil exchange of the anchor space takes place in the bearing column.

Um ein besseres Kennlinienverhalten über die Lebensdauer zu erhalten und eine größere Anzahl von Schaltspielen zu er möglichen, wurde bereits in der DE 197 16 185 der Anmelde rin ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil mit einer Spule vorgeschlagen, die einen auf einer Ankerstange befestigten Anker umgibt, der über Druckfedern in einer Gleichgewichtslage gehalten und durch Magnetkräfte ver stellt wird. Ein mit der Ankerstange verbundener Schließ körper steuert einen Abströmquerschnitt; die Ankerstange ist neben dem Anker in einem Magnetkern bzw. dem Ventilge häuse gelagert. Zur Lagerung der Ankerstange werden Gleit lager aus Oxidkeramik verwendet.In order to achieve a better characteristic behavior over the service life received and a larger number of switching operations to it possible, was already in DE 197 16 185 of the application rin with an electromagnetically actuated pressure control valve proposed a coil, one on an anchor rod attached anchor that surrounds via compression springs in a Equilibrium maintained and ver by magnetic forces is posed. A lock connected to the anchor rod body controls an outflow cross-section; the anchor rod is next to the armature in a magnetic core or the Ventilge stored in the house. Sliding is used to support the anchor rod bearings made of oxide ceramics used.

Es sind ferner elektromechanische Druckregler mit Dämp fungskammer bekannt geworden, welche die axiale Bewegung eines Ankers dämpfen, der von einer Magnetspule und einem Kern umgeben ist, die bei Stromzuführung ein Magnetfeld erzeugen, welches die Kraft zur Bewegung des Ankers auf bringt.There are also electromechanical pressure regulators with dampers tion chamber become known, which is the axial movement dampen an armature by a solenoid and a Core is surrounded by a magnetic field when power is supplied generate what the force to move the anchor on brings.

Bei diesen Druckreglern übt eine Drucksäule von zuströmen dem Öl Kraft auf einen mit dem Anker fest oder lose verbun denen Stößel aus, wobei der Anker mit der Kraft aus dem elektromagnetischen Feld der Druckkraft der Öldrucksäule entgegenwirkt. Um die durch den Öldruck auf den Stößel aus geübte Kraft auszugleichen, befindet sich in der Regel an dem Ende des Ankers, welches dem Stößel entgegengesetzt liegt, eine ölbefüllte Dämpfungskammer mit einer Ju stiereinrichtung. Da andererseits bei Aufbringen eines Ma gentfeldes relativ hohe Kräfte auf den Anker bzw. den Stö ßel entgegen der Öldrucksäule ausgeübt werden, ist der An ker bei den aus der Praxis bekannten Ausführungen üblicher weise in einem mit Öl befüllten Ankerraum gelagert, der sich zwischen zwei radialen Lagerungen des Ankers bzw. des Stößels befindet. Bei seiner Axialbewegung verrichtet der Anker Hubarbeit und verdrängt die im Ankerraum befindliche Ölmenge. Das Öl entweicht innerhalb des Ankerraumes entlang eines Spaltes am Umfang des Ankers und der Anker übt bei seiner Rückbewegung somit eine Art Pumpwirkung auf das im Ankerraum befindliche Öl aus. Entlang dem Stößel, der übli cherweise in einer öldurchlässigen Radialführung gelagert ist, ist ein ständiger Austausch der Ölmenge im Ankerraum mit dem Getriebeöl möglich.With these pressure regulators, a pressure column exerts an inflow the oil force firmly or loosely connected to the anchor which plunger, the anchor with the force from the electromagnetic field of the pressure force of the oil pressure column counteracts. To the from the oil pressure on the plunger Balancing the practiced force is usually on the end of the anchor, which is opposite the plunger lies, an oil-filled damping chamber with a Ju bull equipment. On the other hand, when applying a Ma Gentfeldes relatively high forces on the anchor or the Stö ß are exercised against the oil pressure column, the An ker more common in the designs known from practice stored in an oil-filled anchor space, the between two radial bearings of the armature or Plunger is located. During its axial movement, the Anchor lifting work and displaces the one in the anchor space Amount of oil. The oil escapes along the anchor space a gap on the circumference of the anchor and the anchor exercises its return movement thus a kind of pumping effect on the in Anchor chamber oil. Along the pestle, the usual usually stored in an oil-permeable radial guide is a constant exchange of the oil quantity in the armature space possible with the gear oil.

Um eine bessere Dämpfung des Ankers zu ermöglichen für ei nen Druckregler für elektrohydraulische Getriebesteuerungen und damit eine Verringerung der Pumpwirkung des Ankers und des Schmutzeintrages in den Bereich des Magnetkreises wurde bereits in der deutschen Patentanmeldung DE 196 06 318 der Anmelderin ein Druckregler für elektrohydraulische Getrie besteuerungen vorgeschlagen, der sich insbesondere für Au tomatgetriebe in Kraftfahrzeugen und Baumaschinen eignet und der als Sitzdruckregler ausgestaltet ist, mit einer Magnetspule und einem Kern, die einen durch die Kraft eines Magnetfeldes axial verschieblichen Anker umgeben, wobei der Anker in einer vorderen und einer hinteren Lagerung gela gert ist; ein Stößel, der an einem Ende mit einer Stirnsei te des Ankers im Bereich von dessen vorderem Lager fest verbindbar ist oder lose an dieses angrenzt, ist im Druck regler vorgesehen, wobei er an seinem anderen Ende in einem Schließteil für eine Öldurchflußbohrung gelagert ist. Der Stößel wird von einer Stößelführung umgeben und ist im öl befüllten Ankerraum angeordnet, der von dem Anker in zwei Dämpfungsvolumina unterteilt ist, wobei eine ölbefüllte Dämpfungskammer zwischen einer Justiereinrichtung und der hinteren Lagerung des Ankers auf seiner dem Stößel abge wandten Seite ausgebildet ist. Das Schließteil weist einen größeren Durchmesser als der Stößel auf, wobei zwischen der vorderen Lagerung des Ankers und der Stößelführung ein mit Öl befüllter Dämpfungsraum ausgebildet ist, der über eine Entlastungsbohrung mit dem Ankerraum verbunden ist.To allow better damping of the anchor for egg Pressure regulator for electrohydraulic transmission controls and thus a reduction in the pumping action of the armature and of dirt in the area of the magnetic circuit already in German patent application DE 196 06 318 der Applicant for a pressure regulator for electro-hydraulic transmission proposed taxation, particularly for Au tomato transmission in motor vehicles and construction machinery and which is designed as a seat pressure regulator, with a Magnetic coil and a core, one by the force of one Magnetic field surrounding axially displaceable armature, the Anchors in a front and a rear bearing allowed device; a pestle attached to one end with a forehead te of the anchor in the area of its front bearing is connectable or loosely adjacent to it, is in print regulator provided, being at its other end in one Locking part for an oil flow bore is stored. The The plunger is surrounded by a plunger guide and is in the oil filled anchor space arranged by the anchor in two Damping volume is divided, with an oil-filled Damping chamber between an adjustment device and the rear storage of the anchor on its abge the ram facing side is formed. The closing part has one larger diameter than the plunger, with between the front bearing of the anchor and the ram guide with Oil-filled damping chamber is formed, which has a Relief hole is connected to the anchor space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrisch betätigbaren hydraulischen Aktuator zu schaffen, der in Form eines Baukastens für unterschiedliche Ventilarten, wie Proportionaldruckregel-, Volumenstrom- und Schaltventile einsetzbar ist, mit einer identischen Grundkonstruktion für alle diese Ventiltypen, sodass der Aufwand für Werkzeugko sten erheblich reduziert werden kann bei gesteigerter Schmutzunempfindlichkeit und der in einem großen Druckbe reich von ca. 0 bis 20 bar sich zur Direktsteuerung eignet.The object of the present invention is an electrical to create actuatable hydraulic actuator which in Form of a modular system for different types of valves, such as Proportional pressure control, volume flow and switching valves can be used with an identical basic construction for all of these valve types, so the effort for tool co most can be significantly reduced with increased Insensitivity to dirt and in a large printing area range from approx. 0 to 20 bar is suitable for direct control.

Ausgehend von einem elektro-hydraulischen Aktuator der ein gangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Starting from an electro-hydraulic actuator the one This problem is solved in the way mentioned above with the features specified in claim 1; beneficial Refinements are described in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird nun vorgesehen, dass der Anker und der Ventilschieber auf einem Rohr gelagert sind, das den Anker raum mittig durchsetzt und sich bis in die Nähe des Sensors erstreckt, der in eine Öffnung, die im Ankerraum mündet in druckdichter Weise eingesetzt ist. Die Ankerstange besteht aus einem nicht magnetischen Rohr, das auf dem ersten Rohr für den Anker verschiebbar gelagert ist; die das Magnetfeld erzeugende elektrische Spule ist auf das Ventilgehäuse auf gesteckt. According to the invention it is now provided that the anchor and the Valve spools are mounted on a tube that holds the armature through the middle of the room and close to the sensor extends into an opening that opens into the anchor space is used in a pressure-tight manner. The anchor rod is there from a non-magnetic tube that is on the first tube is slidably mounted for the anchor; the the magnetic field generating electrical coil is on the valve housing stuck.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete elektro-hydraulische Ak tuator weist einen einfachen und fertigungsgünstigen Aufbau auf, der unter Verwendung von Halbzeugen herstellbar ist und nur wenig Zerspanungsaufwand erfordert. Wegen großer Schmutzunempfindlichkeit und der Möglichkeit, einen Druck sensor zu integrieren, kann der Aktuator durch Verwendung eines Baukastensystems für unterschiedliche Einsatzzwecke ausgelegt sein, d. h. als direkt gesteuertes Schalt-, Volu menstrom-, und Proportionaldruckregelventil. Insbesondere Proportionalventile sind für die direkte Kupplungsbetäti gung in Automatgetrieben erforderlich; ein Druckbereich von 0 bis 20 bar erlaubt z. B. auch einen großen Durchfluß an Hydrauliköl, z. B. für die Kupplungsbefüllvorgänge und Kupplungsentleervorgänge in Größenordnungen von 25 bis 40 l/min. Die Direktsteuerung ermöglicht eine Vereinfachung und Teilereduzierung durch Entfall der Vorsteuerung.The electro-hydraulic Ak designed according to the invention tuator has a simple and inexpensive construction on, which can be produced using semi-finished products and requires little machining. Because of big Insensitivity to dirt and the possibility of a pressure The actuator can be integrated using the sensor of a modular system for different purposes be designed, d. H. as a directly controlled switching, volu flow and proportional pressure control valve. In particular Proportional valves are for direct clutch actuation required in automatic transmissions; a pressure range of 0 to 20 bar allows e.g. B. also a large flow Hydraulic oil, e.g. B. for the clutch filling processes and Clutch draining processes in the order of 25 to 40 l / min. The direct control enables simplification and parts reduction by eliminating the pilot control.

Es wurde festgestellt, dass ein erfindungsgemäß ausgestal teter elektro-hydraulischer Aktuator ein gutes Kennlinien verhalten aufweist, wobei die Druck-Strom-Kennlinie über den gesamten Regelbereich stetig ansteigt in einem Druckbe reich von 0 bis 18 bar. Die direkte Druckrückführung durch das Lagerrohr für den Anker an den Drucksensor zeigt eine nahezu deckungsgleiche Arbeits- und Sensordruckkennlinie, sodass der Aktuator insbesondere für die direkte Kupplungs betätigung in Automatgetrieben für Kraftfahrzeuge besonders geeignet ist. Auch für automatisierte Vorwärts-Rückwärts- Schaltungen oder PMS-Lenkgetriebe (Pulse Modulated Steering) sowie Trollingventile eignet sich der elektro hydraulische Aktuator mit der erfindungsgemäßen Ausgestal tung. It was found that a design according to the invention ted electro-hydraulic actuator has good characteristics has behavior, the pressure-current characteristic curve over the entire control range steadily increases in one pressure zone range from 0 to 18 bar. The direct pressure return through the bearing tube for the anchor to the pressure sensor shows one almost identical working and sensor pressure characteristics, so that the actuator is particularly suitable for direct coupling Actuation in automatic transmissions for motor vehicles in particular suitable is. Also for automated forward-reverse Circuits or PMS steering gear (Pulse Modulated Steering) and trolling valves are suitable for electro hydraulic actuator with the Ausgestal invention tung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung nä her erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.In the following the invention is based on the drawing forth explained in which an advantageous embodiment game is shown.

In der einzigen Figur ist ein Längsschnitt durch einen er findungsgemäßen Aktuator dargestellt. Da derartig betätig bare hydraulische Aktuatoren dem Fachmann geläufig sind, sind nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile bezeichnet und im folgenden beschrieben.In the single figure is a longitudinal section through a he Actuator according to the invention shown. Because so operated bare hydraulic actuators are familiar to the person skilled in the art, are only those necessary for understanding the invention Designated components and described below.

Mit 1 ist ein den Ankerraum mittig durchsetzendes langge strecktes Rohr bezeichnet, das als Lagerung für den Anker 4 sowie den mit dem Anker 4 über eine Ankerstange verbundenen Ventilschieber 6 dient. Die Ankerstange ist hierbei als nicht magnetisches Rohr 3 zur Kraftübertragung ausgestal tet, welches das Rohr 1 für die Lagerung von Anker und Ven tilschieber umgibt.With 1 is an armature penetrating in the middle langge stretched tube, which serves as storage for the armature 4 and the valve slide 6 connected to the armature 4 via an anchor rod. The anchor rod is designed as a non-magnetic tube 3 for power transmission, which surrounds the tube 1 for the storage of armature and Ven tilschieber.

Mit 2 ist eine das Magnetfeld erzeugende elektrische Spule bezeichnet, die auf das Ventilgehäuse 8, 9 aufsteckbar ist und je nach Einbauanforderung für Getriebeinnenanbau oder -außenanbau geeignet ist. Mit 5 ist eine Ringfläche zur Fixierung des hydraulisch betätigbaren Aktuators nach dem Einbau, beispielsweise in ein Automatgetriebe bezeichnet.With 2 an electrical coil generating the magnetic field is designated, which can be plugged onto the valve housing 8 , 9 and, depending on the installation requirement, is suitable for mounting inside or outside of the gearbox. 5 denotes an annular surface for fixing the hydraulically actuatable actuator after installation, for example in an automatic transmission.

Der Ventilschieber 6 ist im Falle eines Proportionalventils ein gestufter Ventilschieber, im Falle eines Volumenstrom- bzw. Schaltventils jedoch ein nicht gestufter Ventilschie ber. The valve spool 6 is a stepped valve spool in the case of a proportional valve, but a non-stepped valve spool in the case of a volume flow or switching valve.

Mit 7 ist ein Drucksensor bezeichnet, der in eine entspre chende Bohrung im Ventilgehäuse 9 in druckdichter Weise, beispielsweise mittels eines Adapters, eingesetzt ist; eine Druckrückführung zum Drucksensor 7 erfolgt durch das als Lagerung für den Anker und den Ventilschieber dienende Rohr 1. 7 with a pressure sensor is designated, which is inserted in a corre sponding bore in the valve housing 9 in a pressure-tight manner, for example by means of an adapter; a pressure return to the pressure sensor 7 takes place through the tube 1 serving as a bearing for the armature and the valve slide.

Reference list

11

Rohr
pipe

22nd

Spule
Kitchen sink

33rd

nicht magnetisches Rohr
non magnetic tube

44th

Anker
anchor

55

Ringfläche
Ring surface

66

Ventilschieber
Valve spool

77

Drucksensor
Pressure sensor

88th

Ventilgehäuse (kernseitig)
Valve housing (core side)

99

Ventilgehäuse (jochseitig)
Valve housing (yoke side)

Claims

1.Electro-hydraulic actuator in the form of a proportional valve, volume flow valve or switching valve for pressure control, in particular in an automatic transmission for motor vehicles, with an armature ( 4 ) which is displaceably mounted in a valve housing and which has an armature rod with a valve slide ( 6 ) is connected, a bore being provided in the valve housing which opens into the armature space and into which a pressure sensor ( 7 ) is inserted, characterized by the following structure:

- The armature ( 4 ) and the valve slide ( 6 ) are mounted on a tube ( 1 ) which passes through the center of the armature space and which extends into the vicinity of the sensor ( 7 ),
- The anchor rod consists of a non-magnetic tube ( 3 ) which is mounted on the tube ( 1 ) by means of the anchor ( 4 ) displaceable bar.

2. Electro-hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that the magnetic field generating the magnetic field ( 2 ) is plugged onto the valve housing.

3. Electro-hydraulic actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the Ven tilgehäuse has an annular surface ( 5 ) for fixing the actuator in the installed state.

4. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the Ven tilschieber ( 6 ) is graduated to obtain a proportional valve GE.

5. Electro-hydraulic actuator, characterized in that the tube ( 1 ) has a one-sided axial and a radial bearing in the jochsei term valve housing ( 9 ).