DE2339209A1

DE2339209A1 - Elektromagnetisches druckregelventil mit klappenanker

Info

Publication number: DE2339209A1
Application number: DE19732339209
Authority: DE
Inventors: Arwed V Dipl Ing Koch
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1975-02-13

Description

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Stuttgart-Untertürkheim

Elektromagnetisches Druckregelventil mit Klappenanker

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Druckregelventil für ein inkompressibles Medium insbesondere für ein selbsttätig schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer einen Eisenkern einschließenden Spule, ferner mit einem mit dem beweglichen Teil eines Drossel- und Verschlußorganes (Ventilstift) verbundenen Magnetanker und mit einer solchen Polausbildung der Eisenumtnantelung und einer solchen Ankerausbildung und -aufhängung, daß der Anker lediglich quer zu den bei Maximalerregung und -Ankerauslenkung sich ausbildenden Magnetflußlinien beweglich ist.

Magnetventile mit einem solcherart ausgestatteten Magnetteil haben den für eine der Spulenerregung analoge Druckregelung erforderlichen flachen Verlauf der Kennlinie, d.h. die auf den Anker durch eine bestimmte Spulenerregung ausgeübte Ankerkraft ist von der Ankerstellung relativ wenig abhängig. Nachteilig an diesen Magneten ist, daß die quer zur Bewegungsrichtung auf den Anker einwirkenden Magnetkräfte (Querkräfte) sehr viel größer sind als die in Bewegungsrichtung einwirkenden Kräfte (Arbeitskräfte), die ohnehin relativ klein sind. Damit eine möglichst enge Zuordnung von Spulenstrom und durch das Ventil eingeregelten Druck möglich ist, müssen die Querkräfte möglichst reibungsarm aufgefangen werden. Dies schafft konstruktive Probleme. Bei einem vorbekannten Magnetventil der

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eingangs genannten Art mit einem axialbeweglichen in einen ringförmigen Magnetspalt eintauchenden Ringanker werden die QuerkrHfte durch eine Mehrzahl von radialstehenden dreieckigen in Schneidengelenken beweglichen Stützkörpern aufgefangen. Dies macht das Regelventil nicht nur in fertigungsmäßiger und montagemäßiger Hinsicht kompliziert und teuer, sondern macht die bewegten Massen des Ventiles bei ausreichender Dimension!erung der Stützkörper relativ schwer und beeinflußt so das Zeitverhalten des Ventiles ungünstig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und leicht zu montierendes Ventil, bei dem die bewegten Teile eine möglichst geringe Masse aufweisen, anzugeben. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Ventil der eingangs genannten Art erfindungsg·- mäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise an beiden Stirnenden der Spule je ein mit dem Eisenkern magnetisch leitend verbundenes, den Magnetfluß in eine zur Spulenachse senkrechte Ebene umleitendes Joch angeordnet ist und daß an der Innenseite des einen Joches ein sich in Richtung auf das andere Joch erstreckender vorzugsweise leistenförmiger Magnetpol und an dem gegenüberliegenden Joch an einer dem Magnetpol etwa achsparallel gegenüberliegenden Stelle über eine magnetisch leitende Schwenkverbindung eine mit ihrer freien Stirnkante mit dem Magnetpol einen Spalt einschließende Ankerklappe angelenkt ist, an der der Ventilstift winkelbeweglich angebracht ist.

Durch die Ausgestaltung des Ankers als durch die Querkrafte auf Zug beanspruchte Ankerklappe kann der Anker möglichst leicht gebaut werden; außerdem ist eine Klappe und deren Lagerung fertigungs- und montagemäßig denkbar einfach zu realisieren.

Um den Einfluß des Eigengewichtes der Ankerklappe auf die Betätigungskrüfte zu kompensieren und vor allem um den Einfluß

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der Massenträgheit der Ankerklappe bei Erschütterungen des Ventils und somit erschütterungsbedingte Relativverschiebungen auszuschalten, ist es zweckmäßig, die Ankerklappe über die Schwenklagerung hinaus zu verlängern und dort mit einem Gegengewicht zu versehen, derart, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Ankerklappe, Verlängerung und Gegengewicht etwa in den Dereich der Schwenkachse fällt·

Zur Verringerung der magnetischen Hysterese und somit zur Erhöhung der Reproduktionsgenauigkeit von hydraulischen Drücken durch eine elektrische Größe ist es zweckmäßig, wenn das magnetisch aktive Material des Magnetteiles aus einem Werkstoff mit möglichst niedriger Koerzitivfeldstärke und gleichzeitig mit möglichst hochliegendem Curie-Punkt besteht. Diese Paarung von Eigenschaften, auf die bei der Materialauswahl zu achten ist, ist wegen der relativ hohen zu erwartenden Temperaturen von 15o bis 2oo C aufgrund von Öl- und Spulenerwärmung beim Einsatz in selbsttätig schaltenden Kraftfahrzeuggetrieben erforderlich. Die wertvollen magnetischen Eigenschaften des Materials sollen auch bei den erwähnten Maximaltemperaturen keine nennenswerten Einbußen erfahren. Die temperaturbedingte Widerstandsänderung der Spule erfordert eine entsprechende Spannungsänderung mittels einer geeigneten Schaltungsanordnung, um den Erregerstrom zur Regelgröße proportional zu halten.

Zu einer Abflachung der Magnetkennlinie trägt es bei, wenn die einander gegenüberstehenden Stirnkanten vom Magnetpol und/oder von der Ankerklappe so gestaltet sind, daß bei einer Ankerauslenkung von der Ruhelage aus eine Erweiterung des Magnetspaltes eintritt. Diese Spalterweiterung bei Ankerbewegung kann bei denkbar einfacher baulicher Gestaltung der Einzelteile dadurch verwirklicht werden, daß die Schwenkverbindung der Ankerklappe gegenüber dem Magnetpol in radialer Richtung - bezogen auf die Magnetspule - entgegen der Arbeits-

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richtung der Ankerklappe versetzt angeordnet ist und die den Magnetspalt bildenden Stirnkanten von Magnetpol und Ankerklappe in radialer Richtung achssenkrecht ausgebildet sind.

Eine reibungsarme magnetisch leitende Schwenkverbindung der Ankerklappe mit dem zugehörigen Joch kann zweckmäßigerweise dergestalt verwirklicht werden, daß die beiden jeweils aus einem wenigstens angenähert ebenen Blech bestehenden Bauteile, nämlich die Ankerklappe und das die Ankerklappe tragende Querjoch im Bereich der Gelenketeile Ausnehmungen aufweisen, derart, daß diese beiden Bauteile in der Zugrichtung des Magnetflusses rechtwinklig zueinander ineinandersteckbar sind und daß jeweils eine der dem anderen Bauteil zugekehrte Stirnseite der Ausnehmungen leicht pultdachartig abgeschrägt ist, derart, daß die Berührungskanten in derselben Ecke der Durchdringung, vorzugsweise in der radial der Magnetspule zugekehrten und in der axial der Magnetspule abgekehrten Ecke zu liegen kommt. Da der Schwenkbereich der Ankerklappe nur wenige Winkelgrade beträgt, braucht die pultdachartige Abschrägung der Stirnkariten nur beispielsweise 5 zu betragen. Es soll damit lediglich eine definierte, in allen Ankerstellungen gleiche Kantenlage gewährleistet sein. Der durch die Abschrägung entstandene keilförmige Luftspalt soll möglichst klein sein. Die ineinandergesteckten Bauteile werden durch den Magnetfluß In ihrer gegenseitigen Sollage zusammengehalten.

Das beschriebene Klappenankerventil kann dadurch als gleichsinnig analoges Regelventil, d.h. als ein Hegelventil, bei dem sich die Regelgröße, nämlich der Mediumdruck gleichsinnig analog zur Stellgröße, nämlich dem Erregerstrom ändert gebaut werden, daß der Magnetpol und die Ankerklappe so an ihrem jeweiligen Joch angeordnet sind, daß im stromlosen Zustand der Spule die freie Stirnkante der Ankerklappe sich in der Nähe der spulenseitigen Flanke des Magnetpoles befindet und daß auf den Ventilstift mit zunehmender Spulenerregung eine das Drossel-

·) und gegebenenfalls durch eine Rückhol- - 5 -

feder des Ankere 5Q9807/0199

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und Verschlußorgan gegen den Druck des zu regelnden Mediums zunehmend zu schließen trachtende Kraft ausgeübt wird. Bei Stromausfall sinkt bei diesem Ventil der Mediumdruck auf Null ab. Ein gegensinnig analoges Regelventil, bei dem bei Stromausfall der Maximaldruck gehalten wird, kann dadurch verwirklicht werden, daß der Magnetpol und die Ankerklappe so an ihrem jeweiligen Joch angeordnet sind und daß auf die Ankerklappe und/oder den beweglichen Teil des Drossel- und Verschlußorganes eine Federkraft in einer solchen Richtung ausgeübt wird, daß im stromlosen Zustand der Spule die freie Stirnkante der Ankerklappe sich in der Nähe der von der Spule abweisenden Flanke des Magnetpoles befindet und durch die Federkraft das Drossel- und Verschlußorgan geschlossen wird und daß auf den Ventilstift mit zunehmender Spulenerregung eine mit dem auf das Verschlußorgan wirkenden Mediumdruck gleichgerichtete, das Drossel- und Verschlußorgan gegen die zuhaltende Federkraft zunehmend zu öffnen trachtende Kraft ausgeübt wird.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes mit Schieber ausgestatteten Magnetventile* mit Klappenanker,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht des Bereiches der Schwenkverbindung des Klappenankers mit dem Joch der Eisenummantelung und

Fig. 3 und 4 je einzeln die Ausgestaltung der Ankerklappe bzw. des Querjoches im Bereich der Schwenkverbindung.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Regelventil besteht der Magnetteil 1 im wesentlichen aus der auf einen Spulenträger 2 aufgewickelten Spule 2¹, dem in der Spule angeordneten Eisenkern aus den achssenkrecht an den Stirnseiten der Spule und des Eisenkernes magnetisch leitend befestigten Jochen 4 und 5 sowie dem unbeweglichen leistenförmigen Magnetpol 6 und aus dem am gegenüberliegenden Joch schwenkbar angelenkten Klappenanker 7· Das freie Ende der Ankerklappe ist quer zu den sich bei maximaler Ankerauslenkung aus der Ruhelage einstellenden Magnetflußlinien bewegbar, wodurch sich eine flache Kraft-Hub-Kennlinie des Magnetteiles ergibt, die für ein Regelventil wichtig ist. ₍ Die Schwenkachse 8 (siehe auch Fig. 2) des Klappenankere weist von der Spulenachse einen etwas größeren Abstand als die Mitte des Magnetpoles 6 auf; außerdem sind die einander zugekehrten Stirnkanten 9 und 10 des Magnetpoles bzw. des Klappenankers senkrecht und eben ausgebildet. Aufgrund dieser beiden Maßnahmen vergrößert sich bei einer Annäherung des freien Endes der Ankerklappe an den Pol der Magnetspalt 9/10 und diese Erscheinung trägt zu dem flachen Verlauf der Kennlinie ebenfalls mit bei.

Die Schwenkverbindung zwischen Ankerklappe 7 und Joch 4 ist als Schneidengelenk ausgebildet. Durch den Magnetfluß wird die Ankerklappe 7 radial zur Spulenachse an da· Joch 4 angezogen und axial zum Pol 6 hin gezogen. Es gilt, diese beiden im wesentlichen rechtwinklig zueinander stehenden Kräfte mit je einer Schneide aufzufangen, wobei die beiden Schneiden möglichst dicht beieinanderliegen und dadurch die Schwenkachse 8 definieren. Vie die Fig. 3 und 4 zeigen, weisen die Ankerklappe 7 (Fig. 3) und das Joch 4 (Fig. 4) Ausnehmungen 11 bzw. 12 auf, derart, daß diese beiden Teile rechtwinklig bis zur gegenseitigen Berührung ineinandersteckbar sind und dabei die beiden oben erwähnten Zugkräfte aufnehmen können. Jeweils eine Stirnkante 13 bzw. l4 der Ausnehmungen 11 bzw. 12, und zwar die,

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die beim Virksamwerden des Magnetflusses auf die Flachseite des anderen Bauteiles gedrückt wird, ist leicht pultdachartig abgeschrägt, und zwar sind die Abschrägungen so gewählt, daß die dadurch entstehenden Kippkanten des einen und des anderen Bauteiles möglichst dicht beieinanderliegen. Oa die Schwenkwinkel der Ankerklappe nur wenige Winkelgrade betragen, braucht die Abschrägung ebenfalls nur sehr gering zu sein. Es entsteht dadurch eine sehr tragfähige Schwenkschneide. Außerdem entstehen dadurch relativ breite magnetisch gut leitende Berührungeflächen und nur relativ enge magnetisch auch noch leitfähige Luftspalte, so daß der Magnetfluß ohne Streuung vom Joch 4 in die Ankerklappe übergeleitet werden kann. Einer Gegenpfanne für die Zentrierung der Schneiden bedarf es nicht, da die beiden rechtwinklig zueinander stehenden Schneiden und deren Gegenfläche sich aufgrund der magnetischen Anpressung gegenseitig zentrieren.

Die Ankerklappe trägt an einem jenseits der Schwenkachse liegenden Punkt eine Einstellschraube 15 mit einer Einhängeöse l6 für eine Zugfeder 17« die die Ankerklappe entgegen der Magnetkraft zu öffnen trachtet. Etwa in der Mitte zwischen Pol 6 und Schwenkachse 8 weist die Ankerklappe eine einstellbare Pfanne l8 zur Aufnahme des einen Endes eines Ventilstiftes 19 auf.

Der Ventilstift 19 erstreckt sich in den Ventilteil 20 des Magnetventlies, in dem in einem mit dem Magnetteil 1 verbundenen Gehäuse 21 in einer Bohrung 22 ein Kolbenschieber 25 mit den Steuerkanten 23 und 24 angeordnet ist, von denen eine (24) den Zulauf 26 von der Druckquelle 27 und die andere (23) den Ölrücklauf 28 in den Sumpf 29 steuern kann. Der Arbeitsanschluß JO wird durch beide Steuerkanten gemeinsam gesteuert. Der Schieber 25 wird durch eine Feder 31 nach unten gedrückt. Die obere Steuerkante 23 des Schiebers wird von einem Kolbenteil größeren Durchmessers gebildet als die untere Steuerkante,

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so daß die an der oberen Steuerkante gebildete Schulter einen flächenmäßigen Überschuß gegenüber der anderen Schulter aufweist und durch den eingeeteuerten Arbeitsdruck hydraulisch eine nach oben gerichtete, der Feder 31 entgegenwirkende Kraft auf den Schieber ausgeübt wird. Die Wirkung der Ventilfeder wird durch die Ankerspreizfeder 17 unterstützt. Die Druckwirkung der Ankerspreizfeder 17 kann innerhalb geringer Ankerausschläge nach Maßgabe der Spulenerregung mehr oder weniger gemildert werden, da bei Spulenerregung auf den Anker eine nach oben gerichtete Kraft wirkt.

Mit den Steuerkanten 23 und 24 des Kolbens koinzidieren Gehäusesteuerkanten 32 und 33· Durch die Steuerkantenpaare 23/32 und 24/33 wird ablaufseitig bzw. zulaufeeitig der Arbeitsanschluß begrenzt. Durch ein Öffnen des einen Steuerkantenpaares wird gleichzeitig ein Schließen des anderen Steuerkantenpaares bewirkt, Die Federn 17 und 31 sind so eingestellt, daß bei Stromausfall das zulaufseitige Steuerkantenpaar durch die Federkraft entgegen dem Arbeitedruck geöffnet wird. Der an der Druckquelle anstehende Druck ist dann voll am Arbeiteanschluß 30 wirksam. Bei maximaler Spulenerregung wird die Federkraft der Ankerspreizfeder 17 aufgehoben und die hydraulische, das ablaufseitige Steuerkantenpaar zu öffnen und das zulaufseitige zu schließen trachtende Kraft überwiegt gegenüber der entgegengerichteten Federkraft (Feder 31)» so daß der Druck absinkt, bis sich ein niedriger durch die Federhärte der Feder 31 allein bestimmter Gleichgewichtsdruck einstellt. Zwischenwerte des Druckes, die zwischen diesen beiden Extremwerten liegen, können durch eine mehr oder weniger starke Spulenerregung eingestellt werden, und zwar liegt der sich einstellende Druck bei starker Spulenerregung näher bei dem niedrigeren Extremwert als bei geringerer Spulenerregung. Diese Abhängigkeit läßt sich durch geeignete Anordnung von Federn und deren Wirkrichtung auch Umkehren.

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Claims

- 9 - Palm 9929/4 Ansprüche t

1.) Elektromagnetisches Druckregelventil für ein inkompressible Medium insbesondere für ein selbsttätig schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer einen Eisenkern einschließenden Spule, ferner mit einem mit dem beweglichen Teil eines Drossel- und Verschlußorganes (Ventilstift) verbundenen Magnetanker und mit einer solchen Polausbildung der Eisenummantelung und einer solchen Ankerausbildung und -aufhängung, daß der Anker lediglich quer zu den bei Maximalerregung und -ankerauslenkung sich ausbildenden Magnetflußlinien beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise an beiden Stirnenden der Spule (l/2) je ein mit dem Eisenkern (3) magnetisch leitend verbundenes, den Magnetfluß in eine zur Spulenachse senkrechte Ebene umleitendes Joch (4 und 5) angeordnet ist und daß εη der Innenseite des einen Joches (5) ein sich in Richtung auf das andere Joch (4) erstreckender vorzugsweise leistenförmiger Magnetpol (6) und an dem gegenüberliegenden Joch (4) an einer dem Magnetpol (6) etwa achsparallel gegenüberliegenden Stelle über eine magnetisch leitende Schwenkverbindung (8) eine mit ihrer freien Stirnkante (lO) mit dem Magnetpol (6) einen Spalt (9/10) einschließende Ankerklappe (7) angelenkt ist, an der der Ventilstift (l9) winkelbeweglich angebracht ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerklappe (7) über die Schwenklagerung (8) hinaus verlängert und dort mit einem Gegengewicht versehen ist, derart, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Ankerklappe, Verlängerung und Gegengewicht etwa in den Bereich der Schwenkachse fällt.

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3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetpol (6) und die Ankerklappe (7) so ejn ihrem jeweiligen Joch (5 bzw. 4) angeordnet sind, daß im stromlosen Zustand der Spule (2) die freie Stirnkante (lO) der Ankerklappe (7) sich in der Nähe der spulenseitigen Flanke des Magnetpoles (6) befindet und daß auf den Ventilstift (19) mit zunehmender Spulenerregung eine das Drossel- und Verschlußorgan (22/25) gegen den Druck des zu regelnden Mediums zunehmend zu schließen trachtende Kraft auegeübt wird.

4. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetpol (6) und die Ankerklappe (7) so an ihrem jeweiligen Joch (5 bzw. 4) angeordnet sind und daß auf die Ankerklappe (7) und/oder den beweglichen Teil des Drossel- und Verschlußorganes (22/25) eine Federkraft (Federn 17 und 31) in einer solchen Richtung ausgeübt wird, daß im stromlosen Zustand der Spule (2) die freie Stirnkante (lO) der Ankerklappe (7) sich in der Nähe der von der Spule (2) abweisenden Flanke des Magnetpoles (6) befindet und durch die Federkraft das Drossel- und Verschlußorgan (22/25) geschlossen wird und daß auf den Ventiletift (19) mit zunehmender Spulenerregung eine mit dem auf da« Verschlußorgan (22/25) wirkenden Mediumdruck gleichgerichtete das Drossel- und Verschlußorgan (22/25) gegen di· zuhaltende Federkraft zunehmend zu öffnen trachtend· Kraft ausgeübt wird.

5· Regelventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Stirnkanten (9 und 10) vom Magnetpol (6) und/oder von der Ankerklappe (7) so gestaltet sind, daß bei einer Ankerauslenkung von der Ruhelage aus eine Erweiterung des Magnetspaltes (9/10) eintritt.

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6. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkverbindung (8) der Ankerklappe (7) gegenüber dem Magnetpol (6) in radialer Richtung - bezogen auf die Magnetspule (2) - entgegen der Arbeitsrichtung der Ankerklappe (7) versetzt angeordnet ist und die den Magnetspalt bildenden Stirnkanten (9 und 10) von Magnetpol (6) und Ankerklappe (7) in radialer Richtung achssenkrecht ausgebildet sind.

7. Regelventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jeweils aus einem wenigstens angenähert ebenen Blech bestehenden Bauteile, nämlich die Ankerklappe (7) und das die Ankerklappe tragende Querjoch (k) in Bereich der Gelenkstelle (8) Ausnehmungen (ll bzw. 12) aufweisen, derart, daß diese beiden Bauteile (7 und 4) in der Zugrichtung des Magnetflusses rechtwinklig zueinander ineinandersteckbar sind und daß jeweils eine der dem anderen Bauteil (k bzw. 7) zugekehrte Stirnseite (l3 bzw.l4) der Ausnehmungen (ll bzw. 12) leicht pultdachartig abgeschrSgt ist, derart, daß die Berührungskanten (8) in derselben Ecke der Durchdringung, vorzugsweise in der radial der Magnetspule (2) zugekehrten und axial der Magnetspule abgekehrten Ecke zu liegen kommt.

8. Regelventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch aktive Material (3 bis 7) des Magnetteiles (l) aus einem Werkstoff mit möglichst niedriger Koerzitivfeldstärke und gleichzeitig mit möglichst hochliegendem Curie-Punkt besteht.

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