DE19953936A1 - Electro hydraulic flow regulator valve operates with a pulse width modulated armature - Google Patents

Electro hydraulic flow regulator valve operates with a pulse width modulated armature

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Abstract

The pulse width modulated valve has a coil (5) in a carrier (4) in a magnetic sleeve (8). At the center of this is an actuator pin (9) with one end secured in a disc armature (7) that is subjected to a spring force (45). The pin moves relative to a plate (40) of damping material that has a central orifice.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a valve according to the preamble of Claim 1.

Ein derartiges Ventil ist bereits aus der DE 44 31 459 A1 bekannt. Bei diesem Ventil ist der Volumenstrom eines hydraulischen Mediums veränderbar. Dabei ist ein mittels einer Kugel verschließbarer Hydraulikkanal von einer Stößelstange infolge einer elektromagnetischen Kraft in einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand überführbar. Die Stößelstange ist mit einem Anker gekoppelt, welcher gegen einen gehäusefesten Anschlag stößt.Such a valve is already known from DE 44 31 459 A1 known. With this valve, the volume flow is one hydraulic medium changeable. One is by means of a Ball lockable hydraulic channel from a push rod due to an electromagnetic force in an open and convertible to a closed state. The push rod is coupled with an anchor, which is against one stop fixed to the housing.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein steuerbares bzw. regelbares Ventil zu schaffen, welches einen geringen Geräuschpegel aufweist.The object underlying the invention is a to create controllable or regulatable valve, which one has a low noise level.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the features of Claim 1 solved.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, daß die Durchflußmenge eines Hydraulikfluids, welche das Ventil steuert, infolge einer Pulsweitenmodulation dosiert steuer- bzw. regelbar ist.An advantage of the invention is that the flow rate of a Hydraulic fluids that the valve controls as a result of Pulse width modulation is metered controllable.

Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung ist die Geräuschbelastung eines solchen Ventils trotz der relativ hohen Frequenz der Pulsweitenmodulation relativ gering. Zurückführbar ist diese Geräuschreduktion darauf, daß das Anschlaggeräusch des Ankers bzw. eines mit diesem gekoppelten Bauteils gegen einen Anschlag infolge einer elastischen Nachgiebigkeit des Anschlages unmittelbar im Erregungsbereich des Geräusches reduziert wird. According to a further advantage of the invention Noise level of such a valve despite the relatively high Frequency of the pulse width modulation is relatively low. Traceable is this noise reduction due to the fact that the impact noise the anchor or a component coupled to it a stop due to an elastic compliance of the Stop directly in the excitation area of the noise is reduced.  

Im Patentanspruch 3 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei welcher der Anschlag aus zumindest zwei Komponenten besteht, von denen die Eine eine harte Anschlagscheibe und die Andere eine weiche Dämpfungsscheibe ist.In claim 3 is a particularly advantageous Embodiment of the invention shown, in which the stop consists of at least two components, one of which a hard stop disc and the other a soft one Damping disc is.

Mittels dieser Ausgestaltung wird selbst bei einer kleinen Anlagefläche des Ankers an dem Anschlag die Kraft von der harten Anschlagscheibe großflächig auf die weiche Dämpferscheibe übertragen. Durch diese gleichmäßige Verteilung der Kraft ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß der vom Anker zurückgelegte Weg nach dem ersten Kontakt mit der Anschlagscheibe gering ist. Somit ist auch eine genaue Positionierung des längsverschieblichen Ankers gegenüber den unverschieblichen bzw. gehäusefesten Bauteilen des Ventils gewährleistet. Insbesondere Vorteile hinsichtlich der genauen Positionierung der Stellung des geschlossenen Ventils gegenüber der Stellung des geöffneten Ventils werden erreicht.By means of this configuration, even with a small one Contact surface of the anchor on the stop the force of the hard stop washer on the soft Transfer damper disc. This even distribution the force is advantageously ensured that the Path covered by anchor after first contact with Stop disc is low. So it is also an accurate one Positioning the longitudinally displaceable anchor in relation to the immovable or fixed components of the valve guaranteed. In particular, advantages in terms of exact Positioning the position of the closed valve compared to the position of the open valve are reached.

Ferner wird durch die harte Anschlagscheibe die Dauerfestigkeit des elastisch nachgiebigen Anschlages und damit die Funktion des Ventils gewährleistet.Furthermore, the hard stop disc Fatigue strength of the resilient stop and thus ensuring the function of the valve.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher beschrieben.The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment described in more detail.

Fig. 1 zeigt ein pulsweitenmoduliertes Ventil 1. Dieses Ventil 1 ist in einer Schaltplatte eines nicht näher dargestellten elektrohydraulisch gesteuerten Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges angeordnet und regelt einen Schaltdruck eines Hydraulikfluids. Ein weiteres identisch aufgebautes pulsweitenmoduliertes Ventil regelt den Modulierdruck des Automatikgetriebes. Fig. 1 shows a pulse width modulated valve 1. This valve 1 is arranged in a switching plate of an electrohydraulically controlled automatic transmission of a motor vehicle (not shown in more detail) and regulates a switching pressure of a hydraulic fluid. Another identical pulse-width modulated valve controls the modulating pressure of the automatic transmission.

Das Ventil 1 wird pulsweitenmoduliert angesteuert. D. h., an eine Spule 5 wird eine Spannung digital mit einer konstanten Frequenz angelegt und abgeschaltet. Das Verhältnis der Zeitdauer mit angelegter Spannung zur Gesamtdauer einer Periode wird dabei als Tastverhältnis bezeichnet, das daher einen Wert von eins annimmt, wenn ein Dauerstrom anliegt. Folglich ist das Tastverhältnis null, wenn kein Strom anliegt. Mit sich änderndem Tastverhältnis ändert sich die Durchflußmenge, welche das Ventil 1 durchströmt.The valve 1 is controlled with pulse width modulation. That is, a voltage is applied to a coil 5 digitally at a constant frequency and switched off. The ratio of the period of time with the voltage applied to the total duration of a period is referred to as the duty cycle, which therefore assumes a value of one when a continuous current is present. As a result, the duty cycle is zero when there is no power. As the duty cycle changes, the flow rate that flows through valve 1 changes .

Das pulsweitenmodulierte Ventil 1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Ventillängsachse 2 und umfaßt ein im wesentlichen topfförmiges Gehäuse 3, einen Kunststoffträger 4, die Spule 5, einen weichmagnetischen Anker 7, eine weichmagnetische Führungsbuchse 8, eine Stößelstange 9, einen Führungskolben 20, eine elastisch nachgiebige Anschlagscheibe 12 und eine Durchflußsperre 13.The pulse width modulated valve 1 is essentially rotationally symmetrical with respect to a longitudinal valve axis 2 and comprises an essentially cup-shaped housing 3 , a plastic carrier 4 , the coil 5 , a soft magnetic armature 7 , a soft magnetic guide bush 8 , a push rod 9 , a guide piston 20 , and an elastically flexible Stop disk 12 and a flow stop 13 .

Innerhalb des topfförmigen Gehäuses 3 aus tiefgezogenem Stahlblech und konzentrisch zu der Ventillängsachse 2 ist die Spule 5 angeordnet, von der zwei nicht näher dargestellte Spulenanschlüsse abgehen. Die Spule 5 ist unter Zwischenfügung des Kunststoffträgers 4 ortsfest gegenüber dem Gehäuse 3 in dieses eingesetzt.Inside the pot-shaped housing 3 made of deep-drawn sheet steel and concentric to the valve longitudinal axis 2 , the coil 5 is arranged, from which two coil connections (not shown in more detail) depart. The coil 5 is inserted with the plastic carrier 4 in place relative to the housing 3 .

Die Führungsbuchse 8 ist radial innerhalb des Kunststoffträgers 4 in diesen eingesetzt und bewegungsfest mit diesem verbunden. Innerhalb der Führungsbuchse 8 ist der Führungskolben 20 in Längsrichtung der Ventillängsachse 2 verschieblich angeordnet. Dieser Führungskolben 20 ist koaxial zu der Stößelstange 9, welche einerseits an einem unteren Ende 22 bewegungsfest mit dem Anker 7 und andererseits an einem oberen Ende 24 bewegungsfest mit dem Führungskolben 20 verbunden ist, angeordnet. Dabei ragt die Stößelstange 9 am oberen Ende 24 über den Führungskolben 20 hinaus und erstreckt sich innerhalb einer zylindrischen Ausnehmung 47 des Kunststoffträgers 4, welcher in diesem oberen Bereich als Deckel 54 des topfförmigen Gehäuses 3 ausgestaltet ist. Fluchtend zu der zylindrischen Ausnehmung 47 ist eine Bohrung 43, deren Durchmesser geringer ist, als ein Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung 47. Zwischen der zylindrischen Ausnehmung 47 und der Bohrung 43 ist die konzentrisch zur Ventillängsachse 2 angeordnete Anschlagscheibe 12 in einen abgesetzten Bereich 50 eingepresst. Radial nach außen von der zylindrischen Ausnehmung 47 verläuft ein Ansteuerungskanal 65 durch den Kunststoffträger 4 im Bereich des Deckels 54. An diesen Ansteuerungskanal 65 ist ein nicht näher dargestellter zu steuernder Kolben angeschlossen.The guide bushing 8 is inserted radially inside the plastic carrier 4 and connected to the latter in a fixed manner. The guide piston 20 is arranged displaceably in the longitudinal direction of the longitudinal valve axis 2 within the guide bushing 8 . This guide piston 20 is arranged coaxially to the push rod 9 , which is connected on the one hand to the armature 7 at a lower end 22 in a manner fixed against movement and on the other hand at a top end 24 with the guide piston 20 in a fixed manner. The push rod 9 protrudes at the upper end 24 beyond the guide piston 20 and extends within a cylindrical recess 47 of the plastic carrier 4 , which is designed in this upper region as a cover 54 of the pot-shaped housing 3 . A bore 43 , whose diameter is smaller than a diameter of the cylindrical recess 47, is in alignment with the cylindrical recess 47 . Between the cylindrical recess 47 and the bore 43 , the stop disk 12 , which is arranged concentrically with the longitudinal axis 2 of the valve, is pressed into a stepped area 50 . A control channel 65 runs radially outward from the cylindrical recess 47 through the plastic carrier 4 in the region of the cover 54 . A piston (not shown) to be controlled is connected to this control channel 65 .

Diese Anschlagscheibe 12 weist einer zentrische Ausnehmung 57 auf. Dabei ist die Anschlagscheibe 12 dreilagig ausgestaltet, wobei diese eine obere Federstahlscheibe 38 und eine untere Federstahlscheibe 39 umfaßt. Zwischen den beiden Federscheiben 38, 39 ist eine gummielastische Scheibe 40 eingelegt, die gleichen Durchmessers wie die beiden Federstahlscheiben 38, 39 ist.This stop disk 12 has a central recess 57 . The stop disk 12 is designed in three layers, this comprising an upper spring steel disk 38 and a lower spring steel disk 39 . Between the two spring washers 38, 39 is a rubber-elastic plate 40 is inserted, the same diameter as the two spring steel discs 38,. 39

Die untere Federstahlscheibe 39 ist auf deren einer Stirnfläche 56 der Stößelstange 9 zugewandter Unterseite 60 als Dichtfläche 55 ausgestaltet.The lower spring steel disk 39 is designed on its underside 60, which faces an end face 56 of the push rod 9, as a sealing face 55 .

Die Bohrung 43 ist von einer hydraulischen Verdrängerpumpe p, mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar.The bore 43 can be acted upon by a hydraulic pressure pump p, with a hydraulic pressure.

Die Durchflußsperre 13, welche diesen Druck sperrt bzw. freigibt, wird dabei von der Anschlagscheibe 12 und der mit dieser bzw. deren zentrischer Ausnehmung 57 korrespondierenden Stößelstange 9 gebildet.The flow barrier 13 , which blocks or releases this pressure, is formed by the stop disk 12 and the push rod 9 corresponding to this or its central recess 57 .

Auf einer Unterseite 53 des Ankers 7 stützt sich dieser in die nach unten weisende Richtung mittels einer Schraubendruckfeder 45 mittelbar elastisch am Gehäuse 3 ab.On an underside 53 of the armature 7 , the armature is supported in the downward direction by means of a helical compression spring 45 on the housing 3 indirectly and elastically.

Im folgenden wird die Funktionsweise des pulsweitenmodulierten Ventils 1 näher erläutert. The operation of the pulse width modulated valve 1 is explained in more detail below.

In der Zeichnung ist der geöffneten Zustand des Ventils 1 bzw. der Durchflußsperre 13 gezeigt. Dabei befindet sich die Spule 5 im unbestromten Zustand. Wird die Spule 5 nun bestromt, so wird der Anker 7 infolge des sich einstellenden Magnetflusses auf die Führungsbuchse 8 beschleunigt verschoben, wobei die mit dem Anker 7 verbundene Stößelstange 9 gegen die Anschlagscheibe 12 gedrückt wird. In dieser geschlossenen Stellung der Durchflußsperre 13 liegt die Stirnfläche 56 der Stößelstange 9 an der Dichtfläche 55 der Anschlagscheibe 12 an.In the drawing, the open state of the valve 1 or the flow barrier 13 is shown. The coil 5 is in the de-energized state. If the coil 5 is now energized, the armature 7 is accelerated as a result of the magnetic flux which is set on the guide bush 8 , the push rod 9 connected to the armature 7 being pressed against the stop disk 12 . In this closed position of the flow stop 13 , the end face 56 of the push rod 9 bears against the sealing surface 55 of the stop disk 12 .

Infolge der Verformbarkeit der gummielastischen Scheibe 40 wird der Aufprall der Stößelstange 9, welche mit einer pulsweitenmodulierten Frequenz von 90 Hertz gegen die untere Federstahlscheibe 39 stößt, gedämpft.As a result of the deformability of the rubber-elastic disk 40 , the impact of the push rod 9 , which strikes the lower spring steel disk 39 with a pulse-width-modulated frequency of 90 Hertz, is damped.

Da ein Abstand zwischen der Stirnfläche 56 und der Dichtfläche 55 größer ist, als ein Abstand zwischen einer Oberseite des Ankers 7 und einer unteren Stirnfläche der Führungsbuchse 8 ist stets gewährleistet, daß der Anker 7 nicht in Kontakt mit der Führungsbuchse 8 kommt.Since a distance between the end face 56 and the sealing surface 55 is greater than a distance between an upper side of the armature 7 and a lower end face of the guide bush 8, it is always ensured that the armature 7 does not come into contact with the guide bush 8 .

In einer weiteren Ausführungsform ist das pulsweitenmodulierte Ventil als 3/2-Wegeventil ausgestaltet.In a further embodiment, the pulse width is modulated Valve designed as a 3/2-way valve.

Sowohl in einer Ausgestaltung als 2/2-Wegeventil als auch in der Ausgestaltung als 3/2-Wegeventil kann das pulsweitenmodulierte Ventil auch eine Kugel aufweisen, an der eine in der vorbeschriebenen Weise infolge eines Magnetflusses verschiebliche Stößelstange abstützbar ist. Mittels dieser Kugel läßt sich ein Durchfluß durch eine zylindrische Öffnung einer Anschlagescheibe steuern bzw. regeln. Dabei ist die Kugel einerseits von einer Kraft infolge des Magnetflusses und andererseits von einer Kraft infolge des hydraulischen Druckes beaufschlagbar, wobei die eine Kraft die Kugel in die geöffnete Stellung drückt, wohingegen die andere Kraft die Kugel in die geschlossene Stellung drückt.Both in a configuration as a 2/2-way valve and in the design as a 3/2-way valve can do that pulse width modulated valve also have a ball on which one in the manner described above due to a magnetic flux movable push rod is supported. By means of this Ball can flow through a cylindrical opening control or regulate a stop disc. Here is the Ball on the one hand from a force due to the magnetic flux and on the other hand, a force due to hydraulic pressure acted upon, the one force the ball into the open position presses, whereas the other force presses the Push the ball into the closed position.

Claims (5)

1. Ventil (1), welches eine mit einem Erregerstrom bestrombare Spule (5) umfaßt, innerhalb derer ein Anker (7) entlang einer Längsrichtung der Spule (5) gegen eine Kraft verschieblich angeordnet ist, wobei der Anker (7) zumindest mittelbar gegen einen ortsfest gegenüber der Spule (5) festlegbaren Anschlag (Anschlagscheibe 12) abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (5) pulsweitenmoduliert mit einem getakteten Erregerstrom bestrombar ist und daß der Anschlag (Anschlagscheibe 12) in besagter Längsrichtung elastisch nachgiebig ausgestaltet ist.1. Valve ( 1 ) which comprises a coil ( 5 ) which can be energized with an excitation current, within which an armature ( 7 ) is arranged displaceably against a force along a longitudinal direction of the coil ( 5 ), the armature ( 7 ) at least indirectly against a stop (stop disc 12 ) which can be fixed in position relative to the coil ( 5 ) can be supported, characterized in that the coil ( 5 ) can be energized with a pulsed excitation current in a pulse-width-modulated manner and that the stop (stop disc 12 ) is designed to be resilient in the longitudinal direction. 2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) gegen die Kraft eines Kraftspeichers (Schraubendruckfeder 45) verschieblich ist.2. Valve according to claim 1, characterized in that the armature ( 7 ) against the force of an energy accumulator (helical compression spring 45 ) is displaceable. 3. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (Anschlagscheibe 12) eine harte Anschlagscheibe (untere Federstahlscheibe 39) und eine weiche Dämpfungsscheibe (gummielastische Scheibe 40) umfaßt, wobei die weiche Dämfungsscheibe (gummielastische Scheibe 40) auf der dem Anker (7) abgewandten Seite der harten Anschlagscheibe (untere Federstahlscheibe 39) angeordnet ist.3. Valve according to claim 1, characterized in that the stop (stop disc 12 ) comprises a hard stop disc (lower spring steel disc 39 ) and a soft damping disc (rubber-elastic disc 40 ), the soft damping disc (rubber-elastic disc 40 ) on the anchor ( 7 ) facing away from the hard stop disk (lower spring steel disk 39 ). 4. Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (7) mit einer Führungsstange (Stößelstange 9) verbunden ist, die in besagter Längsrichtung in einer Führungsbuchse (8) geführt angeordnet ist, welche in besagter Längsrichtung gegen Verschiebung mit einem Kunststoffträger (4) gekoppelt ist. 4. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 7 ) is connected to a guide rod (push rod 9 ) which is arranged in said longitudinal direction in a guide bushing ( 8 ) which in said longitudinal direction against displacement with a Plastic carrier ( 4 ) is coupled. 5. Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließen des Ventils an einer Dichtfläche (55) erfolgt, welche unmittelbar an der harten Anschlagscheibe (untere Federstahlscheibe 39) angeordnet ist.5. Valve according to claim 3, characterized in that the valve is closed on a sealing surface ( 55 ) which is arranged directly on the hard stop disk (lower spring steel disk 39 ).
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