DE2339627A1

DE2339627A1 - Elektromagnetisches druckregelventil mit ringanker

Info

Publication number: DE2339627A1
Application number: DE19732339627
Authority: DE
Inventors: Arwed V Dipl Ing Koch
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1975-02-20

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim 3°· Juli 1973

Daim

Elektromagnetisches Druckregelventil mit Ringanker

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch steuerbares Überdruckventil für ein inkomprossibles Medium insbesondere für ein selbsttätig schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem mit dom den Ventilsitz abdichtenden Ventilverschlußkörper verbundenen ringförmigen Magnetanker, der zwischen die konzentrisch zueinanderliegend angeordneten, zylindrischen, einen axial verlaufenden ringförmigen Magnetspalt einschließenden Polschuhe hineinragt und wenigstens im Dereich kleinerer Bewegungsausschläge axial beweglich gelagert ist.

Ein solches Ventil ist z.B. aus der DT-OS 2 ο^9 2^ll2 bekannt. Hierbei wird ein Ringanker quer zur Richtung des ungestörten Magnetflusses bewegt, wobei sich der Magnetspalt zwischen Anker und Polschuhen nicht verändert. Diese Polausbildung und Ankerbewegung gibt zwar den für ein Regelventil und einen stabilen Regelbetrieb erforderlichen flachen Verlauf der Kraft-Hub-Kennlinie des Magneten, d.h. die Ankerkraft ist bei vorgegebener Spulenerregung relativ wenig von der Ankerstellung abhängig. Andererseits werden jedoch bei vorgegebener Daugröße die in Bewegungsrichtung auf den Anker einwirkenden Magnetkräfte (Arbeitskräfte) relativ klein und die quer zur Bewegungsrichtung auf den Anker einwirkenden Kräfte (Querkräfte) relativ dazu sehr groß. Aufgrund des Erfordernisses, diese hohen Quer-

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krafte aufzufangen, können die daraus resultierenden Reibungskräfte der Ankerlagerung im Verhältnis zu den Arbeitskräften eine Größenordnung annehmen, die im Hinblick auf das Regelverhalten bzw. die Regelgenauigkeit nicht vernachlässigbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die auf die bewegten Ventilteile einwirkenden Reibungskräfte möglichst gering zu halten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anker um eine achssenkrechte radial außerhalb des Magnetspalts verlaufende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist.

Dank der Schwenklagerung sind die Reibungswege wesentlich kleiner, als wenn der Ventilverschlußkörper axial geführt werden würde und es ist lediglich eine Schwenkachse vorgesehen, nicht aber deren mehrere.

Zur weiteren Verminderung der Reibung ist es vorteilhaft, die Schwenklagerung als Schneidengelenke auszubilden. Sie kann aber auch in Form von Biegefederbändern bewirkt werden. Diese haben zwar den Vorteil, daß sie völlig wartungsunempfindlich sind, sie sind aber auch bei sehr dünner Ausgestaltung der Federbänder wegen deren immer noch vorhandener Eigensteifigkeit nicht völlig kräftefrei, wenngleich diese Kräfte sehr klein gehalten werden können.

Damit die Radialbelastung der Schwenklagerung stets in einer bestimmten Richtung erfolgt und nicht etwa durch Erschütterungen die Schneiden aus den Schwenkrillen herausgeschüttelt oder in eine ungünstige Position gebracht werden können, ist ea vorteilhaft, wenn der Ankerring in dem Magnetspalt leicht exzentrisch von der Schwenkachse weg angeordnet ist. Dadurch wird durch den Magnetfluß der Ringanker stets von der Schwenkachse weggezogen und die Lagerschneiden in die Rillen hineingedrückt.

Zur Verringerung der magnetischen Hysterese und somit zur Er-

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höhung der Reproduktionsgenauigkeit von hydraulischen Drucken durch eine elektrische Größe ist es vorteilhaft, wenn das magnetisch aktive Material des Magnetteiles des Ventiles aus einem Werkstoff mit möglichst geringer Koerzitivfeldstarke 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 150 bis 2oo C aufgrund der 01- und der 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.

Die Reibungskräfte für die Führung des Ventilverschlußkörpers lassen sich dadurch vermindern und überdies läßt sich die Schwenklagerung des Ankerringes dadurch konstruktiv in besonders einfacher Weise verwirklichen, daß der Ankorring an einem in der Schwenklagerung aufgehängten Ankerträger aus nicht-ferromagnetischem Werkstoff, vorzugsweise an einem ebenen dünnen Messingblech befestigt ist, daß an dem Ankerträger in der Ventilachse der stiftförmig ausgebildete Ventilverschlußkörper vorzugsweise winkelbeweglich befestigt ist und daß der Ventilverschlußkörper am Ventilsitz durch einen Ventilkegel zentriert und innerhalb des Bewegungsbereiches des Ventilverschlußkörpers radial gefesselt ist.

Um bei solchen Einbaulagen, in denen der Verschiebeweg des Ankers in Schwerkraftrichtung fällt, den Schwerkrafteinfluß, bedingt durch das Eigengewicht des Ankers, auszuschalten, um aber darüber hinaus in anderen beliebigen Einbnulngen auch die durch Ventilerschüttorungen hervorgerufenen in Vorschißborichtung fallenden Massenkrüfte auszuschalten, ist es vorteilhaft,

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wenn der schwenkbar gelagerte Ankerträger über die Schwenkachse verlängert und dort mit einem Gegengewicht versehen ist, derart, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Ankerring, Ankerträger, Verlängerung und Gegengewicht in den Bereich der Schwenkachse fällt. Die schwerkraft- oder raasscnkraftbedingten störenden Kräfte können aber auch dadurch beseitigt werden, daß das Ventil in einem Fahrzeug so eingebaut ist, daß die Schwenkachse und die Magnetachse waagerecht verlaufen und die Schwenkachse oberhalb des Magnetes zu liegen kommt. Bei einem Fahrzeug sind nämlich im wesentlichen lediglich Vertikalstöße zu erwarten, die sich bei der erwähnten Einbaulage lediglich auf die Schwenklagerung auswirken, nicht aber in Verschieberichtung des Ventilverschlußkörpers. Der Schwerkrafteinfluß ist ebenfalls durch die horizontale Anordnung der Ventilverschieberichtung ausgeschaltet.

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

Fig. 1 und 2 einen Axialschnitt durch bzw. eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Magnet-Druckregelventil und

Fig. 3 und k eine Einzelheit der Schneiden-Schwenklagerung des Ankerträgers und eine der Anlenkung der Ventilnadel an den Ankerträger.

Der Magnetteil 1 des dargestellten Magnetdruckregelventiles weist eine auf einem Spulenträger 2 aufgewickelte Spule 3» eine Eisenummantelung 4 mit einem hohlgebohrten Kern 5 und einer topfförmigen Außenummantelung 6, die jeweils an dem dem Ventilteil 7 abgekehrten Ende in je einen zylindrischen mit dem anderen Pol einen axial verlaufenden ringförmigen Magnetspalt 8 einschließenden Polschuh 9 bzw. 10 auslaufen sowie einen an einem aus Blech bestehenden schwenkbar gelagerten Ankerträger 11 befestigten ringförmigen in den Magnetspalt 8 eintauchenden

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Anker 12 auf. Dieser kann zur Vermeidung eines Magnetflusses in Hingrichtung in Segmente unterteilt sein, wodurch die an sich sehr hohe Hadialkraft auf den Ring kleiner wird. Die Spule 3 kann über die elektrischen Anschlüsse 13 mit Strom versorgt werden. Der Ventilteil 7 des Magnetventiles besteht aus dem mit einem Zulaufanschluß ik und einem Ablauf 1 f> versehenen Ventilgehäuse l6, welches z.B. Bestandteil einer Ilydraulikplatte in einem automatischen Fahrzeuggetriebe sein kann, und dem darin einstellbar angeordneten Ventilsitz 17 sowie aus dem leicht winkelbeweglich am Ankerträger 11 befestigten stiftförmigen an der mit dem Ventilsitz 17 zusammenarbeitenden Stelle kegelförmig ausgebildeten Ventilverschlußkörper l8. Der Ventilverschlußkörper wird durch die Kegelspitze l8a und den Ventilsitz 17 bzw. durch die sich axialsymmetrisch ausbildende Strömung geführt und zentriert. Das Magnetventil ist im Bereich des Ölsumpfes eines Hydrauliksystems angeordnet, so daß der Ablauf 15 nicht eines besonderen flüssigkeitsdicht verschließbaren Anschlusses und der liagnetteil oder das Ventilgehäuse gegenüber dem Magnetteil 1.einer Abdichtung bedarf. Der in den Kern 5 on der dem Ventilteil 7 zugekehrten Soite eingepreßte Hing 19 dient"nicht zur Abdichtung oder zur Axialführung des stiftförmigen Ventilverschlußkörpers l8, sondern lediglich als dessen radiale Spielbegrenzung für den Zustand völliger Ventilöffnung.

Der blecherne ebene Ankerträger weist zwei rechteckige parallel zueinanderliegende gleich große Ausstanzimgen 2o auf, die mit ihrer von der Ankermitte abweisenden Seite miteinander in einer außerhalb der Außenummantelung und rechtwinklig zur Spulenachso liegenden Linie 21 miteinander fluchten. In eine den Oberteil des Magnetventiles übergreifenden ringförmigen Begrenzungskappe 22 sind zwei radial eingekerbte achsparallel zur äpulenachse angeordnete Stifte 23 eingelassen, deren als Schneidenrille wirkender Kerbgrund 2^ιί mit der Linie 21 fluchtet. Die Innenkanten der Rechtecke 2o und der ihnen zugeordnete Kerbgrund 2k der Stifte 23 stellen eine reibungsarme Schneiden-Schwenklagerung des Ankerträgers 11 dar. Aufgrund einer leicht exzentrischen Befestigung des Ankerringes 12 an dem Ankerträger 11 gegenüber der Mitte des Magnetspaltes 8 weg von der Schwenkachse

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wird durch don Magnetfluß eine Radialkraft auf den Ankerring und don Ankerträger ausgeübt, die im Sinne einer Sehneidenbelastung und somit einer Lagersicherung wirkt. Die Schneidenlagerung ist außerdem durch einen zwischen den beiden die Schneidenrillen 2k tragenden Stiften 23 angeordneten Haltestift 25 gesichert, die eine Seitenverlagerung des Ankerringes parallel zur Richtung der Schwenklagerachse 21 verhindern soll.

Zum Ausgleich des Eigengewichtes des Ankerringes, der Ventilnadel und des Ankerträgers kann - wie in den Fig. 1 und 2 strichpunktiert angedeutet ist - der Ankerträger über die Schwenkachse 21 hinaus verlängert sein (Gegenarm 26) und dort ein Gegengewicht tragen, das so bemessen ist, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Gegengewicht 271 Gegenarni 26, Ankerträger 11, Ventilnadel l8 und Anker 12 in den Dereich der Schwenkachse 21 fällt. Um eine Zugübertragung; von dem Ankerträger 11 auf die Ventilnadel l8 zu erreichen, kann diese nach Fig. h über eine Schulterscheibe 28 und eine Feder 29 nn den Ankerträger 11 angehängt sein. Man wird für die Ventilnadel iß ohnehin einen leichten, unmagnetisxerbaren Werkstoff, z.B. Aluminium wählen und eine harte Spitze (lOa z.B. aus Bronze aufsetzen.

Durch Erregung der Spule wird auf den Anker eine den Ventilsitz verschließende Kraft ausgeübt. Diese Zuhaltekraft ist um so grosser, je größer die Spulenerregung ist. Je nach Spulenerregung vermag der Ventilsitz einem mehr oder weniger großen am Zulauf l4 anstehenden Druck standzuhalten. Mit dem Spulenstrom kann also stufenlos und gleichsinnig analog der Druck in einem vor dem Zulauf \k angeordneten Kaum beeinflußt werden. Durch geeignete Ventilanordnung hinsichtlich Zu- und Ablauf und durch eine Ventilverschlußfeder läßt sich diese Analogie im übrigen auch umkehren, derart, daß bei hoher Erregung ein kleiner Druck hervorgerufen wird und im stromlosen Zustand einem hohen Druck standgehalten wird. Zwar ist einem bestimmten Erregerstrom lediglich ein Streubereich um einen bestimmten Druckwert zugeordnet, dessen Breite hauptsächlich von der mechanischen und der magnetischen Hysterese des Systems abhängt. Durch geeignete Auswahl der magnetischen Werkstoffe - geringe Koerzitivfeldstärke und wgen der Temperaturbeanapruch^ung

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bis über 15o C auch ein hoher Ciirie-Punkt - und durch die Reibungsverminderung der beweglichen Teile des Systems läßt sich
dieser Streubereich klein halten. Diesem Ziel dient die vorliegende Erfindung in besonderer Weise.

Die Regelventile können je nach l'lntzverhältnissen und je nach erforderlicher Größe des im Druck zu regelnden Mengenstromes
als Vorsteuerventil, welches einerseits hydraulisch ein Hauptsteuerventil beeinflußt oder bei entsprechend großer Dimensionierung unmittelbar als Hauptsteuerventil eingesetzt werden.

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Claims

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Ansprüche

M. Llektromngnetisch steuerbares Überdruckventil für ein in- ^ kompressibles Medium insbesondere für ein selbsttätig schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem mit dem den Ventilsitz abdichtenden Ventilverschlußkürper verbundenen ringförmigen Magnetanker, der zwischen die konzentrisch zuoinanderliegend angeordneten, zylindrischen, einen axial verlaufenden ringförmigen Magnetspalt einschließenden Polschuhe hineinragt und wenigstens im Bereich kleiner Bewegungsausschlü- ge axial beweglich gelagert ist, dadurch gekenn zeichnet , daß der Anker (l2) \im eine achssenkrechte radial außerhalb des Magnetspalte (ß) verlaufende Schwenkachse (21) schwenkbar gelagert ist.

2, Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenklagerung durch wenigstens zwei Schneidengelenke (2o/24) bewirkt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenklagerung durch Biegefederbünder bewirkt ist.

h. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ankerring (l2) in dem Magnetspalt (8) leicht exzentrisch von der Schwenkachse (2l) weg angeordnet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet , daß der Ankerring (12) an einem in der Schwenklagerung (2o/2*l) aufgehängten nichtmagnetischen Ankertra'ger (li), vorzugsweise an einem ebenen dün-

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non Blech befestigt ist, daß an dem Ankerträger (¹I) in der Ventilachse (l2) der stiftförmig ausgebildete Ventilverschluiikörper (iß) vorzugsweise winkelbeweglich befestigt ist und daß der Ventilverschlußkörper (lC) am Ventilsitz (l?) durch einen Ventilkegel (l8a) zentriert und innerhalb des Bewegungsbereiches des Ventilvorschlußkörpers (lO) radial gefesselt ist.

6. Ventil nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbar gelagerte Ank^erträger (ti) z.B. das Blech über die Schwenkachse (LJi) hinaus verlängert (Gegenarm 126) und dort mit einem Gegengewicht (27) versehen ist, derart, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Ankerring (12), Anke ι* träger (ti), Ventilnadel (l8), Verlängerung (26) und Gegengewicht (27) in den Bereich der Schwenkachse (21) fällt.

7. Ventil nach einem vorhergehenden Anspruch, d a d u r c h gekennzeichnet , daß es in einem Fahrzeug so eingebaut ist, daß die Schwenkachse (2l) und die Magnetachse waagerecht verlaufen und die Schwenkachse (2l) oberhalb des Magnetes (C) zu liegen kommt.

8. Ventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß das magnetisch aktive Material des Magnetteiles aus einem Werkstoff mit möglichst geringer Koerzitivfeidstärke und gleichzeitig mit möglichst hochliegendem Curie-I'tmkt besteht.

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