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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Hydraulikventil umfassend einen elektromagnetischen Aktuator mit einem magnetisierbaren Gehäuse, einen im Inneren des Gehäuses angeordneten Polhut, einen in einem Innenraum des Polhuts axial geführten Anker sowie einen in einem Ventilgehäuse entlang einer Längsachse axial mittels des Aktuators verschiebbaren Ventilkolben zum Öffnen und Schließen von Anschlüssen des Ventilgehäuses.
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Hydraulikventile, insbesondere zur Anwendung im Automobilbau - beispielsweise für Schwenkmotorenversteller einer Nockenwelle oder als Druckregelventil einer hydraulischen Kupplungssteuerung - sind allgemein bekannt.
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Um hohe Lebensdaueranforderungen zu erfüllen, müssen Hydraulikventile grundsätzlich robust ausgebildet sein. Diese Robustheit, welche sich mit großem Spiel bei den zu bewegenden Teilen erzielen lässt, geht jedoch in der Regel zu Lasten der Regelgüte des Hydraulikventils.
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So ist zur Erhöhung der Regelgüte beispielsweise bekannt, für die Lagerung des Ankers im Polrohr eine Folie oder eine Beschichtung vorzusehen, wobei die Folie oder die Beschichtung nichtmagnetisch sind und so eine magnetische Trennung zwischen Anker und Polrohr vorgesehen werden kann.
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In der
DE 43 43 879 A1 ist beispielsweise offenbart, dass der Magnetanker mit einer nichtmagnetischen Beschichtung aus einer Chrom-Nickel-Legierung oder aus einem Kunststoff versehen ist, um ein magnetisches Kleben am Polrohr zu verhindern.
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Ferner offenbart die
DE 102 55 740 A1 die Umfangswandung des Hohlraums im Polrohr mit einer Folie aus PTFE auszukleiden, welche ein Gleitlager für den Anker bildet.
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Ebenso ist es beispielsweise aus der
DE 10 2010 061 219 A1 bekannt, eine beschichtete Hülse zwischen Polhut und Anker vorzusehen.
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Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes elektromagnetisches Hydraulikventil bereitzustellen, welches robust ausgebildet ist und gleichzeitig eine hohe Regelgüte besitzt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydraulikventil mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes elektromagnetisches Hydraulikventil umfasst einen elektromagnetischen Aktuator mit einem magnetisierbaren Gehäuse, welches eine Magnetspule an einem Außenumfang und an wenigstens einer Stirnseite umschließt, einen im Inneren des Gehäuses angeordneten Polhut, welcher in Richtung Stirnseite der Magnetspule axial aufeinander folgend einen Polkern und ein Polrohr umfasst, wobei Polkern und Polrohr durch einen Verbindungssteg einstückig verbunden sind, wobei der Verbindungssteg mit dem Polkern und/oder dem Polrohr über einen Konus verbunden ist, einen in einem Innenraum des Polhuts axial geführten Anker, welcher in einer im Innenraum des Polhuts angeordneten Folienstruktur gelagert ist, wobei sich die Folienstruktur an einer Innenmantelfläche des Innenraums wenigstens teilweise über Polkern und Polrohr erstreckt, sowie einen in einem Ventilgehäuse entlang einer Längsachse axial mittels des Aktuators verschiebbaren Ventilkolben zum Öffnen und Schließen von Anschlüssen des Ventilgehäuses.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Innenmantelfläche des Innenraums wenigstens im Bereich des Konus des Polkerns mehrere, in regelmäßigen Abständen verteilte Entlastungsnuten zur Reduzierung der Magnetquerkraft aufweist.
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Diese Entlastungsnuten reduzieren zum einen die magnetische Querkraft, erlauben jedoch zum anderen eine ausreichende radiale Abstützung der Folienstruktur an der Innenmantelfläche, sodass insbesondere eine Deformation der Folienstruktur und radiale Relativbewegungen zwischen Folie und Einbauraum vermieden werden können. Ebenso können große axiale Relativbewegungen zwischen Folie und Einbauraum begrenzt werden. Hierdurch ist es möglich, den technischen Konflikt zwischen dem Vorsehen eines Entlastungsabsatzes zur Verringerungen der magnetischen Querkraft und einer Folienlagerung des Ankers zu lösen.
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Vorzugsweise sind die Entlastungsnuten als ringförmige Innennuten vorgesehen, welche einen größeren Innendurchmesser als die Innenmantelfläche des Innenraums aufweisen. Diese parallel angeordneten Entlastungsnuten sind einfach, beispielsweise gleichzeitig mit der Herstellung, in den Polhut einzubringen. Tiefe und Breite der Innennuten können dabei in einfacher Weise an die jeweiligen vorgegebenen Charakteristika angepasst werden.
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Zur besseren Verteilung der magnetischen Querkraft sind die Entlastungsnuten im Bereich des Konus des Polkerns gleichmäßig verteilt angeordnet. Je nach Anforderungen können die Entlastungsnuten im Bereich des Konus des Polkerns und im Bereich des Verbindungsstegs angeordnet sein.
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Eine Deformation und radiale Bewegung der Folienstruktur kann gezielt dadurch vermieden werden, dass sich die Folienstruktur über den Bereich der Entlastungsnuten in Richtung Polkern hinaus erstreckt. Mit anderen Worten endet die Folienstruktur in einem nutfreien Bereich der Innenmantelfläche, in welchem keine Entlastungsnut angeordnet ist. So wird der Endbereich sicher abgestützt und eine Deformation und radiale Bewegung der Folienstruktur kann gezielt vermieden werden.
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Das erfindungsgemäße Hydraulikventil kann vorzugsweise zur hydraulischen Steuerung einer Kupplung für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs oder zur hydraulischen Steuerung eines Nockenwellenverstellers vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Hydraulikventils im Längsschnitt;
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt Y des Hydraulikventils gem. 1,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt X des Ausschnitts Y gemäß 2.
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1 zeigt in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines elektromagnetischen Hydraulikventils 1, welches wenigstens zwei Schaltstellungen aufweist und beispielsweise als Druckregelventil der hydraulischen Steuerung einer Kupplung für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs dient. Den 2 und 3 sind jeweils vergrößerte Ausschnitte Y und X des Hydraulikventils 1 zu entnehmen. Das Hydraulikventil 1, welches gemäß 1 in einer Grundstellung dargestellt ist, weist ein Ventilgehäuse 2 und einen in einer Bohrung des Ventilgehäuses 2 entlang einer Längsachse L des Hydraulikventils 1 axial verschiebbaren, nicht gezeigten Ventilkolben auf. Der Ventilkolben ist mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktuators 4 des Hydraulikventils 1 verschiebbar. Der Aktuator 4, der einen Magnetteil des Hydraulikventils 1 darstellt, weist einen mit dem Ventilkolben wirkverbundenen Anker 6 auf, der koaxial zu zum Ventilgehäuse 2 angeordnet ist. Weiter ist der Anker 6 mit Hilfe der den Anker 6 umfassenden Magnetspule 7 bewegbar in einem magnetisierbarem Gehäuse 8 des Aktuators 4 aufgenommen, welches die Magnetspule 7 an einem Außenumfang und an wenigstens einer Stirnseite 3 umschließt.
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Weiter weist das Hydraulikventil 1 einen im Inneren des Gehäuses 8 angeordneten Polhut 9 auf, welcher in Richtung Stirnseite 3 der Magnetspule 7 axial aufeinander folgend einen Polkern 10 und ein Polrohr 11 umfasst. Polkern 10 und Polrohr 11 sind durch einen Verbindungssteg 12 einstückig verbunden. Koaxialfehler können damit ausgeschlossen werden. Der Anker 6 ist in einer im Innenraum 13 (auch Ankerraum genannt) angeordneten Folienstruktur 14 gelagert, wobei sich die Folienstruktur 14 an einer Innenmantelfläche des Innenraums 13 wenigstens teilweise über Polkern 10 und Polrohr 11 erstreckt. Die Folienstruktur 14 umfasst eine als Zuschnitt in den Innenraum 13 eingebrachte dünne Folie, die beispielsweise als Teflon-Folie ausgebildet ist. Da die Folie nichtmagnetisch ist, dient sie der magnetischen Trennung von Anker 6 und Polhut 9, wodurch die magnetischen Querkräfte reduziert werden. Gleichzeitig ist ein hierdurch entstehender Luftspalt zwischen Anker 6 und Polhut 9 sehr klein, so dass der magnetische Eisenkreis so gering wie möglich gestört wird.
Das Polrohr 11 ist an der Stirnseite 13 mit Hilfe eines Abschlussdeckels 15 verschlossen.
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Der Polhut 9 ist hohlzylinderförmig ausgestaltet, wobei der Verbindungssteg 12 an seiner dem Polkern 10 zugewandt ausgebildeten Seite mit einem Polkern-Konus 16 verbunden ist. Ebenso ist der Verbindungssteg 12 an seiner dem Polrohr 11 zugewandt ausgebildeten Seite mit einem Polrohr-Konus 17 des Polrohrs 11 verbunden. Ebenso könnte auch nur einer der Konusse 16, 17 ausgebildet sein. Ferner können Polhut 9 und Ventilgehäuse 2 einteilig ausgebildet sein, so dass eine Koaxialität von Polhut und Ventilbuchsenachse einfacher zu erreichen ist. Die Längsachse des Ventilgehäuses 2 sowie die Längsachse des Aktuators 4 sind schon bei der Fertigung zuverlässig in Übereinstimmung zu bringen. Dadurch wird eine günstige Ausgestaltung des Laufs des Ankers im Polrohr und des Hydraulikkolbens in der Ventilbuchse sowie eine vorteilhafte Kraftübertragung vom Anker auf den Hydraulikkolben gewährleistet.
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Zur vereinfachten Montage ist das Gehäuse 8 hohlzylinderförmig ausgebildet und weist im Bereich seines dem Ventilkolben zugewandt ausgebildeten Endes eine den Polkern 10 umfassende Polscheibe 18 auf, welche sich in axialer Richtung an einen Trägerkörper 19 der Magnetspule 7 und dem Gehäuse 8 abstützend angeordnet ist. Ebenso könnte die Polscheibe 16 auch in das Gehäuse 8 eingepresst werden.
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Der Vorteil ist, dass das Gehäuse 8 hutformartig, oder mit anderen Worten topfformartig ausgebildet werden kann, und wobei der die Magnetspule 7 tragende Trägerkörper 19 einfach in das Gehäuse 8 eingelegt werden kann und dieses mit der Polscheibe 18 bedeckt werden kann.
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Der mit Hydraulikfluid gefüllte Innenraum 13 ist gegenüber dem Ventilkolben mit Hilfe eines Polstopfens 20 im Wesentlichen geschlossen. Der Polstopfen 20 ist Teil der einteiligen Ventilgehäuse-Polhut-Baugruppe. Jedoch sind andere, auch mehrteilige Ausgestaltungen dieser Baugruppe im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen. Der Polstopfen 20 ist neben der Begrenzung der axialen Bewegung des Ankers 6 zur Vermeidung eines übermäßigen Austritts von im Innenraum 13 aufgenommenem Hydraulikfluid angeordnet.
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Der Ventilkolben ist mittels eines Stiftes 21, welcher im Polstopfen axial bewegbar aufgenommen und gelagert ist, axial bewegbar. Eine Bestromung der Magnetspule 7 führt zur axialen Verschiebung des Ventilkolbens, wobei ein an einer dem Aktuator 4 abgewandten Stirnfläche des Ventilkolbens angeordnetes, nicht dargestelltes Rückhalteelement eine Rückhaltekraft auf den Ventilkolben ausübt, gegen die der Ventilkolben zu verschieben ist. Das Rückhalteelement, welches beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, stützt sich an einem Federdeckel ab, welcher im Bereich einer vom Aktuator 4 abgewandt ausgebildeten Gehäusestirnfläche des Ventilgehäuses 2 mit Presssitz angeordnet ist.
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Im Betrieb wird die Magnetspule 7 erregt und erzeugt ein Magnetfeld, welches den Polkern 10, den Anker 6, das Polrohr 11 und das Gehäuse 8 magnetisiert.
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Das Ventilgehäuse 2 weist nicht dargestellte Anschlüsse auf, welche mittels des Ventilkolbens je nach Stellung des Hydraulikventils 1 verbindbar sind. Die Funktionen des Hydraulikventils 1 als Getriebeventil oder als Hydraulikventil für einen Nockenwellenversteller sind allgemein bekannt, so dass auf eine dahingehende Beschreibung verzichtet werden kann.
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Wie aus 1 ferner zu entnehmen ist, weist der relativ zum Anker 6 bewegbare Stift 21 mit einen scheibenförmig ausgebildeten Vorsprung 22 auf, welcher an einer Ankerstirnfläche 23 des Ankers 6 unmittelbar anliegt. Der Stift liegt somit ohne Zwischenschaltung eines weiteren Elements am Anker 6 an, ist jedoch nicht mit diesem verbunden, wodurch eine Verschmutzungsgefahr des Aktuators 4 reduziert wird. Der Anker 6 weist weiter eine koaxial mit dem Stift 21 ausgebildete, ihn vollständig durchstreckende Durchtrittsöffnung 24 mit einem Durchmesser auf, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser des scheibenförmigen Vorsprunges 22. Hierdurch ist die Durchtrittsöffnung 24 des Ankers 6 bedeckt, die bei einer Bewegung des Ankers 6 im Ankerraum 13 eine schnelle Bewegung des Ankers 6 ermöglicht.
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Weiter ist ersichtlich, dass der Stift 21 mit seinem kleinen Außendurchmesser in einfacher Weise im Polstopfen 20 gelagert ist, wobei die Abdichtung mittels einer Spaltdichtung erfolgt. Der Stift 21 ist zudem durch den ersten Vorsprung 22 nach einer Montage im Polhut 9 verliergesichert.
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Der scheibenförmige Vorsprung des Stiftes 21 weist zur Anschlagsdämpfung wenigstens eine Ausnehmung 25 auf, welche durchströmbar mit der Durchtrittsöffnung 24 des Ankers 6 angeordnet ist, so dass auf einfache Weise aus oder in den Anker 6 Hydraulikfluid gedämpft geführt werden kann.
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Die Ausnehmung 25 weist keine nach außen gerichtete materielle Begrenzung durch den Vorsprung 22 auf, wodurch eine ideale Blende realisiert werden kann, welche quasi keine Dicke aufweist. Damit kann eine Temperaturabhängigkeit der Dämpfung, welche aufgrund des in ihm vorliegenden Hydraulikfluids gegeben ist, auf ein Minimum reduziert werden.
Außerdem erlaubt die Aussparung 25 des Stiftes 21 automatisch eine Umströmung bei großen Hüben, sodass die Dämpfung auch kaum abhängig von der Ankerposition ist.
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Weiter kann der scheibenförmige Vorsprung 22 als Antiklebescheibe fungieren, welche ein magnetisches Kleben des Ankers 6 am Polstopfen 20 verhindert.
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Um die Regelgüte des Hydraulikventils 1 zu verbessern, weist die im Wesentlichen zylindrische Innenmantelfläche des Innenraums 13 wenigstens im Bereich des Polkern-Konus 16 mehrere, in regelmäßigen Abständen verteilte Entlastungsnuten 26 auf, welche insbesondere in 3 ersichtlich sind. Die Entlastungsnuten 26 reduzieren zum einen vorteilhaft die magnetische Querkraft, erlauben zum anderen eine ausreichende radiale Abstützung der Folienstruktur 14 an der Innenmantelfläche. Mit anderen Worten werden durch die Entlastungsnuten 26 mehrere Stege ausgebildet, mittels welchen die Folie in radialer Richtung abgestützt im Bereich der Entlastungsnuten 26 wird. Damit können insbesondere eine Deformation der Folie und radiale Relativbewegungen zwischen Folie und Ankerraum 13 vermieden werden. Ebenso können größere axiale Relativbewegungen zwischen Folie und Ankerraum 103 durch einen axialen Absatz 27 am Polstopfen 20 begrenzt werden. Hierdurch ist es möglich, den technischen Konflikt zwischen dem Vorsehen eines grundsätzlich bekannten Entlastungsabsatzes zur Verringerungen der magnetischen Querkraft und einer Folienlagerung des Ankers 6 zu lösen.
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Wie 3 zu entnehmen ist, sind die Entlastungsnuten 26 als parallel angeordnete, ringförmige Innennuten vorgesehen, welche einen größeren Innendurchmesser als die Innenmantelfläche des Ankerraums 13 aufweisen. Sie können in einfacher Weise beispielsweise bei der Herstellung des Polhuts 9 eingebracht werden. Tiefe und Breite der Innennuten können dabei in einfacher Weise an die jeweiligen vorgegebenen Charakteristika angepasst werden.
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Ferner sind die Entlastungsnuten 26 im Bereich des Polkern-Konus 16 gleichmäßig verteilt angeordnet. Je nach Anforderungen an das Hydraulikventil 1 können diese jedoch ebenso wie im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich des Polkern-Konus 10 und im Bereich des Verbindungsstegs 12 gleichmäßig verteilt angeordnet werden.
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Die Entlastungsnuten 26 sind dabei derart angeordnet, dass ein Endbereich 28 der Folie außerhalb einer Entlastungsnut 26 positioniert ist. Mit anderen Worten erstreckt sich die Folienstruktur 14 in Richtung Polkern 10 im Bereich des Konus 16 auch über den Bereich der Entlastungsnuten 26 hinaus und endet in einem nutfreien Bereich der Innenmantelfläche, in welchem keine Entlastungsnut 26 angeordnet ist. So wird der Endbereich 28 sicher abgestützt und eine Deformation und radiale Bewegung der Folienstruktur 14 kann gezielt vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Stirnseite
- 4
- Aktuator
- 5
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- 6
- Anker
- 7
- Magnetspule
- 8
- Gehäuse
- 9
- Polhut
- 10
- Polkern
- 11
- Polrohr
- 12
- Verbindungssteg
- 13
- Innenraum
- 14
- Folienstruktur
- 15
- Abschlussdeckel
- 16
- Polkernkonus
- 17
- Polrohrkonus
- 18
- Polscheibe
- 19
- Tragkörper
- 20
- Polstopfen
- 21
- Stift
- 22
- Vorsprung
- 23
- Ankerstirnfläche
- 24
- Durchtrittsöffnung
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Entlastungsnut
- 27
- Absatz
- 28
- Endbereich
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4343879 A1 [0005]
- DE 10255740 A1 [0006]
- DE 102010061219 A1 [0007]
