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Die Erfindung betrifft allgemein hydraulische Steuersysteme
und genauer ein temperaturabhängiges Durchflußregelventil,
das zur Veränderung des Betriebs eines manuellen
Steuerventils verwendet werden kann.
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Bei automatischen Kraftfahrzeuggetrieben wird
herkömmlicherweise ein Drehmomentwandler verwendet, um die Motorleistung
in Abhängigkeit von der Position des Getriebewählhebels über
Öl mit dem Getriebezug zu koppeln. Der Übersetzungsquadrant
weist typischerweise sechs Positionen mit P (Parkstellung) R
(Rückwärtsgang), N (Neutralstellung), D (Fahrtstellung), I
(Zwischenstellung) und L (Niedrige Stellung) auf. Der
Wählhebel ist mechanisch mit einem manuellen Ventil gekoppelt,
das verschiedene Hydraulikleitungen in Abhängigkeit von der
gewählten Position in und außer Verbindung bringen kann.
Wird beispielsweise der Getriebewählhebel in die
Fahrtstellung bewegt, dann bewegt sich das manuelle Ventil, um die
Abgabe des Leitungsdrucks an den Vorwärtskupplungskolben zu
ermöglichen. Das Öl wird an den Vorwärtskupplungskolben über
eine Öffnung dosiert abgegeben, um ein glattes Einrücken der
Kupplung zu liefern. Erwärmt sich aber das Getriebefluid und
wird weniger viskos, dann wird der Fluiddurchfluß zu stark
und bewirkt ein ungleichmäßiges Schalten. Dies ist besonders
auffällig beim Schalten von der Rückwärts- in die
Fahrtstellung. In der an den Abtretungsempfänger der vorliegenden
Erfindung abgegebenen US-A-4 501 627 ist ein
temperaturabhängiges Durchflußregelventil zur Verwendung in einem Getriebe
offenbart und beansprucht, das eine Temperaturänderung
kompensiert, um den Fluiddurchfluß auf einem konstanten Pegel
zu halten und dadurch für ein glattes Schalten zu sorgen.
Das Durchflußregelventil weist eine Basis mit einer ersten
Öffnung mit einem ausgewählten minimalen Flächeninhalt und
einen zweiten parallelen Durchgang in Form eines länglichen
Schlitzes auf, der so orientiert ist, daß er entlang eines
Bewegungsbogens eines Thermostatmetallelements liegt, das
eine Fahne trägt, die an der Basis so gleitet, daß eine sehr
kleine Winkelbewegung des Elements bewirkt, daß die Fahne
die gesamte Breite der schlitzförmigen Öffnung überkreuzt,
wobei sie Verstellungen in der effektiven Öffnungsgröße
vornimmt, während die Temperatur zwischen zwei Bezugspunkten
schwankt. Dieser Ventilmechanismus ist zwar sehr wirksam,
aber seine physische Ausgestaltung läßt seine Verwendung nur
an bestimmten Stellen zu. D.h., die Anordnung der Teile
macht ihn beispielsweise ungeeignet für die Verwendung in
kleinen zylindrischen Durchgängen.
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Die US-A-3 008 697, die die Grundlage für den Oberbegriff
von Anspruch 1 bildet, offenbart ein Thermostatventil, das
in der Kraftstoffversorgung eines Vergasers verwendet wird.
Das Ventil weist ein zylindrisches Gehäuse auf, wobei sein
oberes Ende in einen Kraftstofftank geöffnet ist und ein
Abschnitt mit reduziertem Durchmesser an seinem unteren Ende
in den Ausgangsdurchgang von einer Kraftstoffpumpe reicht.
Ein drehbares Ventilelement innerhalb des Abschnitts mit
reduziertem Durchmesser weist einen Durchgang auf, dessen
Enden in und außer Ausrichtung mit Öffnungen in der Wand des
Abschnitts mit reduziertem Durchmesser gedreht werden
können, um das eigentliche Ventil zu bilden. Die Mitte des
Durchgangs befindet sich über einen weiteren Durchgang mit
dem offenen Ende des Gehäuses in Verbindung. In dem Gehäuse
befindet sich eine schraubenförmige Bimetallspule, von der
ein Ende um das Ventilelement herum und das andere Ende in
dem offenen Ende des Gehäuses befestigt ist. Das Ventil wird
bei niedrigen Kraftstofftemperaturen geschlossen, aber bei
höheren Temperaturen geöffnet, um den Rückfluß eines Teils
des Kraftstoffs von der Pumpe in den Tank zu ermöglichen.
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Die GB-A-1 111 585 offenbart ein Thermostatventil zur
Steuerung der Gasversorgung an einen gasbeheizten
Warmwasserbereiter oder ähnliches. Ein Ventilelement oder ein
Ventilbetriebsarm
ragt von einer Spindel hervor, die koaxial
innerhalb einer schraubenförmigen Thermostatspule liegt. Das
näher an dem Ventil liegende Ende der Spule ist an einem
Träger befestigt, während über das andere Ende angegeben ist,
daß es an der Spindel befestigt sein soll. Die
schraubenförmige Spule ist innerhalb eines geschlossenen zylindrischen
Gehäuses angeordnet, das in das Wasser ragt, dessen
Temperatur reguliert werden soll.
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Viele bestehende Getriebesysteme weisen feste
Steueröffnungen auf und sind deshalb von Temperaturschwankungen
beeinträchtigt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
ein temperaturabhängiges Durchflußregelventil vorzusehen,
das mit Getriebesystemen verwendet werden kann, ohne daß
eine Änderung der Konstruktion und Werkzeuge für das
Getriebegehäuse erforderlich wird. Eine weitere Aufgabe der
Erfindung ist es, ein temperaturabhängiges Ventil vorzusehen, das
in einen Durchgang eines manuellen Ventils gesetzt werden
kann, das gegenwärtig in Getriebesystemen verwendet wird.
Darüberhinaus liegt eine Aufgabe darin, ein kostengünstiges
und dennoch zuverlässiges temperaturabhängiges Ventil
vorzusehen. Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung sind
leichter aus der folgenden detaillierten Beschreibung und
den beigefügten Ansprüchen zusammen mit den dazugehörigen
Zeichnungen zu verstehen, in denen die gleichen
Bezugsziffern in sämtlichen Figuren gleiche Teile bezeichnen.
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Die Erfindung sieht ein temperaturabhängiges
Durchflußregelventil vor, das enthält: ein allgemein zylindrisches Gehäuse
mit einem offenen ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei
das Gehäuse einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser
aufweist, der sich von dem zweiten Ende erstreckt und durch den
eine Öffnung verläuft; ein Ventilelement, das eng in den
Abschnitt des Gehäuses mit reduziertem Durchmesser paßt und
durch das eine Öffnung verläuft, die mit dem Inneren des
Gehäuses in Verbindung steht und der Länge des Ventils nach
mit der Öffnung in dem Gehäuse ausgerichtet ist, wobei die
beiden Öffnungen zusammen eine variable Öffnung bilden;
sowie
eine schraubenförmige Thermostatspule, die in dem
Gehäuse angeordnet ist und deren eines Ende so mit dem Gehäuse
und deren anderes Ende so mit dem Ventilelement verbunden
ist, daß die Ausdehnung und das Zusammenziehen der Spule bei
einer Temperaturänderung eine Drehung des Ventilelements
bewirkt, womit die Größe der variablen Öffnung variiert
wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement eine
Endwand und eine Seitenwand aufweist, daß eine Welle an der
Endwand befestigt ist und sich längs der Achse des Gehäuses
im wesentlichen zu dem offenen Ende des Gehäuses erstreckt
sowie von einem in dem offenen Ende des Gehäuses
angeordneten Bügel gestützt wird, und daß ein Ende der
schraubenförmigen Spule an der Welle befestigt ist und ein Streifen
an dem anderen Ende an dem Bügel durch Mittel angebracht
ist, die so konstruiert sind, daß sie eine Drehung des
Streifens um die Achse verhindern, während sie eine radiale
Bewegung des Streifens zulassen, während sich die Spule
ausdehnt und zusammenzieht.
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Der Bügel weist bevorzugt einen zentralen Lagerabschnitt mit
zwei Streifen auf, die sich davon bezüglich des Gehäuses in
Richtung nach außen erstrecken und daran fest gesichert
sind. Zwei Finger erstrecken sich bevorzugt von dem
zentralen Lagerabschnitt bezüglich des Gehäuses in Richtung nach
innen und liegen in einer ersten Ebene, die parallel zu der
Längsachse des zylindrischen Gehäuses ist. Ein dritter
Finger zwischen den beiden erstreckt sich dann von dem
zentralen Lagerabschnitt in Richtung nach innen und liegt in einer
zweiten Ebene, die parallel zu der ersten, aber in einem
Abstand davon angeordnet liegt, der etwas über der Dicke des
Streifens liegt, der vorteilhaft flach ist und sich von dem
Ende der schraubenförmigen Thermostatspule erstreckt. Die
Spule ist dadurch an dem Bügel befestigt, daß der Streifen
in dem Raum zwischen den Fingern aufgenommen ist, so daß
seine Winkelposition festliegt, er sich aber frei radial
nach außen und innen bewegen kann, während sich die
Thermostatspule mit den Temperaturänderungen ausdehnt und
zusammenzieht. Eine weitere Öffnung ist bevorzugt in dem
Abschnitt mit reduziertem Durchmesser außer Eingriff mit dem
Ventilelement ausgebildet, um als feste Öffnung zum
Bereitstellen einer ausgewählten minimalen Steueröffnung zu
dienen. Die variable Öffnung stellt dann parallel zu der festen
Öffnung einen Pfad mit einer variablen, kontrollierten
Querschnittsfläche bei Temperaturen unter einem ausgewählten
Niveau bereit.
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Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine
Ventilanordnung mit einem zylindrisch geformten Durchgang mit einem
temperaturabhängigen Durchflußventil nach der Erfindung, das
in dem Durchgang aufgenommen ist und eng in diesen paßt,
sowie eine Steuerung für ein automatisches
Kraftfahrzeuggetriebe, bei der ein manuelles Ventilelement, das eine solche
Ventilanordnung aufweist, beweglich an unterschiedlichen
Stellen positioniert werden kann, um ausgewählte
Pneumatikleitungen miteinander in und außer Verbindung zu bringen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist die schematische Darstellung einer Steuerung für
ein Kraftfahrzeuggetriebe mit dem Quadranten, dem
manuellen Ventil, dem temperaturabhängigen
Durchflußregelventil, der Vorwärtskupplung und pneumatischen
Leitungen;
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Längsachse
des temperaturabhängigen Durchflußregelventils;
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Fig. 2a ist eine Hinteransicht eines Abschnitts des Ventils
von Fig. 2;
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Ventils von Fig. 2 von
links;
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Ventils von Fig. 2 von
rechts;
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Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines in Fig. 2
und 3 gezeigten Bügels, und
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Fig. 6 ist eine Draufsicht des Bügels von Fig. 5 von oben.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezug auf Fig. 1 ist schematisch eine Steuerung für
ein automatisches Getriebe gezeigt, die ein erfindungsgemäß
hergestelltes temperaturabhängiges Durchflußregelventil
verwendet. Ein Quadrant 2 mit sechs Positionen: Parkstellung
(P), Rückwärtsgang (R), Neutralstellung (N), Dauerstellung
(D), Zwischenstellung (I) und Niedrige Stellung (L) ist in
der neutralen Stellung gezeigt. Der manuelle Wählhebel 4 ist
mit einem manuellen Ventil 10 gekoppelt, das die Verbindung
zwischen Hydraulikleitungen wie Antriebs- und
Leitungsdurchgängen und der Vorwärtskupplung 16 steuert und über
seine axiale Position in der Bohrung 20 des Gehäuses 22
schematisch gezeigt ist. Das manuelle Ventil 10 ist mit
Bohrungen 12, 14, einem offenen Ende 17 und einem
Zwischendurchgang 18 zum Durchfluß von Hydraulikfluid gebildet.
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Ein temperaturabhängiges Durchflußregelventil 30 ist
innerhalb des Zwischendurchgangs 18 angeordnet, dort durch die
Arretierscheibe 24 arretiert und in der Lage, den Durchfluß
von Hydraulikfluid zuzulassen, was im folgenden im einzelnen
erläutert wird.
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In Fig. 2 - 4 ist zu sehen, daß das Ventil 30 ein allgemein
zylindrisches Gehäuse 32 mit einem solchen Durchmesser
aufweist, daß das Ventil eng in den Durchgang 18 paßt. Das
Gehäuse 32 weist an einem Ende ein offenes Ende 34 und an dem
entgegengesetzten Ende einen Abschnitt 36 mit reduziertem
Durchmesser auf, der an einer Endwand 37 abschließt.
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Ein allgemein becherförmiges Ventilelement 38 mit einer
Endwand 39 und einer horizontalen Zylinderachse, die sich mit
der horizontalen Achse des zylindrischen Gehäuses 32 deckt,
ist in dem Abschnitt 36 gleitend aufgenommen und in der
Lage, um seine horizontale Achse zu rotieren, wie dies im
folgenden erläutert wird.
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Eine Welle 40 erstreckt sich im wesentlichen über die
gesamte Länge des Gehäuses 32, und an einem ihrer Enden ist ein
Kopfabschnitt 42 gebildet, der mit der Endwand 39 auf jede
geeignete Weise wie durch Verschweißung (bei 44 in Fig. 2)
fest verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende der Welle 40
ist durch einen Bügel 50 gestützt. Der Bügel 50 ist mit
einem mit einer Bohrung 54 ausgebildeten Lagerabschnitt 52
gebildet, die zur Aufnahme der Welle 40 in der Lage ist, sowie
mit zwei parallel angeordneten Streifen 56, die sich von
entgegengesetzten seitlichen Enden des Lagerabschnitts 52 in
einer ersten Richtung zu dem offenen Ende 34 erstrecken. Die
Streifen 56 sind auf beliebige geeignete Weise wie durch
Schweißen bei 58 (Fig. 3) an dem Gehäuse 32 befestigt, um
die Welle 40 zu lagern, wobei die Wand 39 des Ventilelements
38 an die Endwand 37 angrenzt. Eine Öffnung 60 ist bevorzugt
in der Endwand 37 vorgesehen, um das Entweichen von Luft zu
ermöglichen, wenn das Ventilelement 38 in den Abschnitt 36
eingesetzt wird.
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Der Bügel 50 stützt ein Ende der Welle 40 und lagert
zusätzlich ein Ende eines Thermostatelements 62. Das
Thermostatelement 62 ist zu einer Schraube geformt, wobei ein zu einem
flachen Streifenabschnitt geformtes Ende 64 auf herkömmliche
Weise wie durch Verschweißung bei 66 fest an der Welle 40
angebracht ist und ein entgegengesetztes, zu einem flachen
Streifenabschnitt geformtes Ende 68 an dem Bügel 50
bezüglich seiner Winkelstellung fest angebracht, aber bezüglich
einer Bewegung nach innen und außen in radialer Richtung
gleitend aufgenommen ist. Zwei Finger 70 erstrecken sich von
dem Lagerabschnitt 52 in einer zweiten Richtung zu der
Endwand 37, die derjenigen entgegengesetzt ist, in der sich die
Streifen 56 erstrecken, und liegen in einer ersten Ebene
parallel zu der horizontalen Achse der Welle 40. Ein dritter
Finger 72 erstreckt sich von dem Abschnitt 52 in der zweiten
Richtung und liegt in einer zweiten Ebene parallel zu der
ersten Ebene, aber davon in einem Abstand angeordnet, der
etwas über der Dicke des Streifenabschnitts 68 des
Thermostatelements 62 liegt. Diese Anordnung ermöglicht eine
radiale Gleitbewegung und vermeidet, daß Schwenkkräfte auf das
becherförmige Element 38 aufgebracht werden, die das Element
binden und eine unregelmäßige Gleitbewegung verursachen
könnten.
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Eine erste, allgemein rechteckige Ventilöffnung 74 ist in
der Seitenwand des Abschnitts 36 mit reduziertem Durchmesser
gebildet, und eine zweite, allgemein rechtwinklige
Ventilöffnung 76 ist in der Seitenwand des Ventilelements 38
gebildet. Die Länge der Öffnung 76 in Richtung der Längsachsen
liegt bevorzugt etwas über der Länge der entsprechenden
Länge der Öffnung 74, um bei einer leichten Fehlausrichtung in
axialer Richtung die Bereitstellung einer konstanten Öffnung
von einer Vorrichtung zur nächsten zu ermöglichen.
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Die Kombination der Öffnungen 74, 76 ergibt eine variable
Öffnung, deren Größe von der Winkelstellung der Welle 40
abhängt. Diese hängt ihrerseits von der Temperatur des
Thermostatelements 62 ab, das sich ausdehnt oder zusammenzieht,
wenn sich seine Temperatur ändert. Durch eine solche
Ausdehnung oder das Zusammenziehen wird eine Drehbewegung der
Welle 40 und damit des Ventilelements 38 bewirkt. Bei einer
erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung wurden das
Thermostatelement und die Größen der Öffnungen 74, 76 so gewählt,
daß die variable Öffnung bei 45ºC (110ºF) vollständig
geschlossen ist und bis zu 200ºC (400ºF) geschlossen bleibt,
und daß die variable Öffnung bei -18ºC (0ºF) vollständig
geöffnet ist und bis zu minus 40ºC (-40ºF) geöffnet bleibt.
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Um einen Durchgang mit minimaler Größe vorzusehen, ist eine
getrennte Bohrung 78 in dem Abschnitt 36 mit reduziertem
Durchmesser in Richtung der horizontalen Achse im Abstand
von dem Ventilelement 38 vorgesehen. Pneumatikfluid tritt
also durch das offene Ende 34 des Ventils 30 ein und läuft
durch die feste Öffnung 78 in den Durchgang 18 und in
Abhängigkeit von der Fluidtemperatur durch die von den Öffnungen
74, 76 gebildete variable Öffnung.
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Ein nach der Erfindung hergestelltes Ventil weist ein
Gehäuse 30 und ein Ventilelement 38 auf, die beide aus 305er
Edelstahl mit einer Dicke von 0,25 mm (0,010 Inch) gebildet
sind. Die Welle 40 ist aus 430er Edelstahl gebildet und der
Bügel 50 aus 304er Edelstahl mit einer Dicke von 0,3 mm
(0,012 Inch). Die Länge des Ventils 30 beträgt 40 mm (1,575
Inch) und der Außendurchmesser 8,52 mm (0,3355 Inch), und
der Außendurchmesser des Abschnitts 36 mit reduziertem
Durchmesser beträgt 7,09 mm (0,279 Inch). Der freie Raum
zwischen dem Abschnitt 36 und dem Ventilelement 38 beträgt
0,125 mm (0,005 Inch). Die Bohrung 78 mit der festen Öffnung
weist einen Durchmesser von 2,18 mm (0,086 Inch) auf. Wie in
Fig. 2 gezeigt, betragen die vertikalen Höhen der Öffnung 74
in dem Gehäuse 32 2,59 mm (0,102") und der Öffnung 76 in dem
Ventilelement 38 3,61 mm (0,142"), während die Breiten in
Richtung der Längsachse des Gehäuses und des Elements 4,09
mm (0,161") bzw. 4,60 mm (0,181") betragen. Die Dicke der
flachen Streifen beträgt 0,2 mm (0,008 Inch), während der
Raum zwischen den Ebenen, in denen die Finger 70, 72 liegen,
0,24 mm (0,0095 Inch) beträgt.
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Die Erfindung wurde zwar unter Bezug auf eine spezielle
Ausführungsform beschrieben; allerdings werden dem Fachmann
Varianten und Modifizierungen deutlich werden.