DE4342591A1

DE4342591A1 - Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil

Info

Publication number: DE4342591A1
Application number: DE4342591A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Brehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-06-22

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Druckregelventil nach der Gattung des Hauptanspruches. Ein derarti ges Druckregelventil ist beispielsweise aus der US-PS 4 535 816 be kannt. Um bei derartigen Druckregelventilen die Stabilität gegenüber Dauerschwingungen zu erhöhen, werden zumeist Federelemente mit hoher Federsteifigkeit eingesetzt. Die Verwendung von Federelementen mit hohen Federsteifigkeiten führt jedoch dazu, daß im Federelement während des Betriebes relativ hohe Schubspannungen auftreten. Das führt über die Lebensdauer eines derartigen Druckregelventils dazu, daß die Federcharakteristik sich aufgrund der Relaxation der Feder verändert und sich somit die Kennlinie des Druckregelventils ver schiebt. Um die Relaxation der Federelemente zu vermindern, werden u. a. spezielle Werkstoffe eingesetzt, die jedoch sehr teuer sind oder die Federelemente bzw. die Werkstoffe werden speziellen Wärme behandlungen unterzogen. Hinzu kommt noch, daß bei harten Federele menten (hohe Federsteifigkeit) die Gefahr von Federbrüchen, die zu einem Totalausfall des Druckregelventils führen würden, groß ist.

Bei Druckregelventilen in Sitzventilbauweise ist es bekannt, das Ventilglied von zwei gegeneinander wirkenden Druckfedern beauf schlagen zu lassen, um vor allem die Einstellbarkeit der Ventil kennlinie zu verbessern und dennoch einen definierten Schließ- bzw. Öffnungsdruck zu gewährleisten.

Bei Druckregelventilen in Schieberbauart mit steigender Erreger strom-Regeldruck-Kennlinie ist es darüberhinaus bekannt, auf den Regelkolben eine Druckfeder einwirken zu lassen, die diesen ständig gegen den Magnetanker drückt, um den Betrieb des Ventils zu gewähr leisten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Druckregelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegen über den Vorteil, daß mit geringem Aufwand auf fertigungstechnisch günstige und kostengünstige Weise ein Druckregelventil mit einer hohen Stabilität gegenüber Dauerschwingungen geschaffen wird. Dabei sind die während des Betriebs des Druckregelventils auftretenden Schubspannungen in den zusammenwirkenden Federelementen wesentlich geringer als die in einem einzelnen Federelement gleicher Wirkung. Entsprechend geringer ist demzufolge die Relaxation der Federele mente, so daß die Verschiebung der Ventilkennlinie über die Lebens dauer des Druckregelventils wesentlich kleiner wird. Aufgrund der Verwendung zweier Federelemente geringerer Federsteifigkeit wäre es darüberhinaus möglich, kostengünstigere Federwerkstoffe zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Druckregelventils hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Einstellbarkeit des Druckregelventils über Verändern der Vorspannung eines der Federelemente wesentlich verbessert wird. Durch die Anordnung jeweils eines Federelementes an einer der beiden Stirnseiten des Regelkolbens muß der Einstellvor gang gegen die Zusammenschaltung der beiden Federelemente erfolgen, bei denen jedoch im Vergleich zur Einzelfeder die auf das Einstell mittel wirkende Gesamtfedersteifigkeit geringer ist. Um einen be stimmten Einstelldruck einzustellen, ergibt sich damit gegenüber einem Einzelfederelement ein größerer Einstellweg, der wesentlich genauer einzustellen ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckregelventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das elektromagnetisch betätigbare Druckregelventil hat ein etwa becherförmiges Magnetgehäuse 10, von dessen Boden 11 ein zylin drischer Magnetkern 12 ins Innere ragt. Der Magnetkern 12 wird von einer Magnetspule 13 samt Spulenkörper 14 umfaßt. Die elektrischen Anschlüsse 15 der Magnetspule 13 sind durch eine Bohrung 16 im Boden 11 nach außen geführt.

Der Magnetkern 12 wird von einer durchgehenden Axialbohrung 18 durchdrungen, die im Bereich des Bodens 11 von einer Einstell schraube 19 verschlossen ist. Die Einstellschraube 19 wird von einer Längsbohrung 20 durchdrungen, die durch eine eingepreßte Kugel 21 einseitig verschlossen ist.

Das Magnetgehäuse 10 wird im Bereich seiner offenen Stirnseite durch den Anschlußflansch 23 eines Ventilgehäuses 24 verschlossen. Zwischen dem Anschlußflansch 23 und der ihm zugewandten Stirnseite der Magnetspule 13 ist ein Ankerraum 25 ausgebildet, in dem ein Magnetanker 26 geführt ist. Dieser ist im hier dargestellten Aus führungsbeispiel als scheibenförmiger Flachanker ausgebildet. Der Magnetanker 26 wird von einer Längsbohrung 27 durchdrungen, durch die ein Zylinderabschnitt 28 eines Stößels 29 ragt. Dieser Stößel 29 hat einen zweiten Zylinderabschnitt größeren Durchmessers, der in die Axialbohrung 18 des Magnetkerns 12 ragt. Am Übergang der beiden Zylinderabschnitte 28 bzw. 29 stützt sich der Magnetanker 26 stirn seitig ab. An der gegenüberliegenden Stirnseite sind der Zylinder abschnitt 28 und der Magnetanker 26 durch eine Verstemmung 31 mit einander verbunden. Zwischen der Verstemmung 31 und dem Magnetanker 26 ist der innere Umfang einer Membranfeder 32 eingeklemmt, deren äußerer Umfang zwischen Magnetgehäuse 10 und dem Anschlußflansch 23 des Ventilgehäuses 24 verklemmt ist. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Magnetankers 26 stützt sich das eine Ende einer Druckfeder 23 ab, die den Stößel 29 umfaßt und deren anderes Ende an der Einstellschraube 19 anliegt. Der Stößel 29 hat an den zweiten Zylinderabschnitt 30 anschließend einen Führungsabschnitt 34, der bis in die Längsbohrung 20 der Einstellschraube 19 ragt und dort längsbeweglich geführt ist. Durch einen Druckausgleichskanal 35 im Führungsabschnitt 34 werden die Längsbohrung 20 und die Axialbohrung 18 verbunden. Durch den Führungszapfen 34 und die Membranfeder 32 werden auf einfache und vorteilhafte Weise zwei weit voneinander entfernte Lagerungen von Stößel 29 und Magnetanker 26 ermöglicht, wobei die Membranfeder 32 ein zweites Gleitlager ersetzt. Die freie Stirnseite des Stößels 29 bzw. des Zylinderabschnittes 29 liegt an der Stirnseite 36 eines Regelkolbens 37 an, der in einer durchgehen den Längsbohrung 38 des Ventilgehäuses 24 geführt ist. Um die Längs bohrung 38 verlaufen mit Abstand zueinander zwei Ringnuten 40, 41, von denen die dem Anschlußflansch 23 zugewandte Ringnut 40 mit einer Querbohrung 42 verbunden ist, die das Ventilgehäuse 24 durchdringt und mit einem Behälter 43 verbunden ist. Die der freien Stirnseite 44 des Ventilgehäuses 24 benachbarte zweite Ringnut 41 ist mit einer durchgehenden Querbohrung 45 verbunden, die an eine nicht darge stellte Druckmittelquelle (p_Zu) angeschlossen ist. Zwischen den beiden Ringnuten 40 und 41 werden das Ventilgehäuse 24 und die Längsbohrung 38 von einer dritten Querbohrung 46 durchdrungen, die den geregelten Druckmittelstrom (p_R) einem nicht dargestellten Verbraucher zuführt.

Der Regelkolben 37 hat zwei dicht gleitend geführte Kolbenabschnitte 48, 49, die über einen Steg 50 geringeren Durchmessers miteinander verbunden sind. Der obere Kolbenabschnitt 48 wirkt mit der Ringnut 40 zusammen, während der untere Kolbenabschnitt 49 mit der Ringnut 41 zusammenwirkt. An den Kolbenabschnitt 48 schließt sich ein Fort satz 51 an, der am Stößel 29 anliegt. In der gegenüberliegenden Stirnseite des Regelkolbens 37 ist in den Kolbenabschnitt 40 eine Sackbohrung 52 eingebracht, an deren Grund sich eine zweite Druck feder 53 abstützt, deren anderes Ende an einer Scheibe 54 anliegt, die von der freien Stirnseite 44 her in die Längsbohrung 38 einge stemmt ist. Die Scheibe 54 hat eine Bohrung 55, über die die Längs bohrung 38 bzw. der Regelkolben 37 mit einem Druckmittelkanal 56 verbunden ist, der wiederum an den zum Verbraucher führenden An schluß an der Querbohrung 56 (p_R) angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise des Druckregelventils entspricht dem eines an sich bekannten 3/2-Druckventils, wie es beispielsweise in Automatikge trieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Im Betrieb des Druck regelventils stellt sich am Regelkolben 37 ein Gleichgewicht ein aufgrund der Wirkung des geregelten Druckes auf die Stirnseite des Kolbenabschnittes 49, sowie der Wirkung der zweiten Druckfeder 53 einerseits und der Wirkung der Druckfeder 33 und der Magnetkraft andererseits. Dabei ergibt sich ein Regelzustand zwischen Druck mittelzufluß am Kolbenabschnitt 49 und Druckmittelabfluß am Kolben abschnitt 48.

In der dargestellten Schaltstellung des Druckregelventils ist die Magnetspule 13 stromlos. Der Magnetanker 26 und der Stößel 29 be finden sich aufgrund der Wirkung der Druckfeder 33 und der Membran feder 32 in ihrer Neutralstellung. Der Regelkolben wird dabei auf grund der Wirkung der zweiten Druckfeder 53 gegen den Stößel 29 ge drückt.

In dieser Ausgangsstellung wird die Ringnut 40, die zum Behälter 43 führt, vom Kolbenabschnitt 48 einseitig verschlossen. Gleichzeitig sind die Ringnut 41 und die Querbohrung 46 über den Ringraum zwischen Längsbohrung 38 und Steg 50 und über den geöffneten Drosselspalt am Kolbenabschnitt 49 vorbei miteinander verbunden. Damit besteht eine mehr oder weniger gedrosselte Verbindung der Druckmittelquelle zum Verbraucher. Der sich am Verbraucher auf bauende Druck steht gleichzeitig über den Druckmittelkanal 56 an der Stirnseite des Regelkolbens 37 an. Übersteigt die Kraft aufgrund der Wirkung dieses Druckes einen durch die Vorspannung der Druckfedern 53 und 33 vorgegebenen Wert, wird der Regelkolben 37 gegen die Wirkung der Druckfeder 33 angehoben. Dadurch wird einerseits die Ringnut 40 vom Kolbenabschnitt 48 freigegeben, so daß eine Ver bindung vom Ringraum zwischen dem Steg 50 und der Längsbohrung 38 zum Behälter 43 entsteht, während gleichzeitig der Drosselspalt am Kolbenabschnitt 49 verkleinert wird. Am Verbraucher stellt sich so mit ein geregelter Druck (p_R) ein, der bestimmt ist durch den ge drosselten Zufluß am ersten Kolbenabschnitt 49 und durch den ge drosselten Abfluß am Kolbenabschnitt 48. Steigt der Druck im Ring raum aufgrund geänderter Einflüsse am Verbraucher weiter an, wird der Regelkolben 37 weiter angehoben, so daß der Zulaufquerschnitt am Kolbenabschnitt 49 weiter abnimmt, während der Ablaufquerschnitt zum Behälter 43 weiter ansteigt. Bei sehr großen Druckanstiegen geht diese Bewegung so weit, bis der Zulauf vollständig abschließt, so daß nur noch eine Verbindung vom Verbraucher über den Ringraum zur Ringnut 40 bzw. zum Behälter 43 besteht. Dadurch sinkt der Druck am Verbraucher bzw. im Ringraum wieder ab, so daß der Regelkolben zu rückbewegt wird und sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.

Um den Regeldruck (p_R) am Verbraucher zu verändern, d. h. bei der hier dargestellten Ausgangsstellung zu verkleinern, wird die Magnet spule 13 bestromt, so daß der Magnetanker 26 gegen die Wirkung der Druckfeder 33 zur Magnetspule 13 gezogen wird. Der Regelkolben 37 folgt dieser Bewegung aufgrund der Wirkung der zweiten Druckfeder 53 und des sich stirnseitig aufbauenden Druckes (p_R) so daß die Drosselwirkung an der Ringnut 41 durch den Kolbenabschnitt 49 be reits bei geringeren Regeldrücken auftritt. Mit zunehmender Strom stärke an der Magnetspule 13 wird der Magnetanker 26 weiter zur Magnetspule gezogen, so daß sich für das Druckregelventil eine fallende Regeldruck-Erregerstrom-Kennlinie ergibt.

Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken der beiden Druckfedern 33 und 53 ergibt sich für den Magnetanker 26 eine hohe wirksame Feder steifigkeit, die der Ankerbewegung entgegenwirkt. Die sich der Ankerbewegung entgegenwirkende Federsteifigkeit ist

C_Ma = C₃₃ + C₅₃.

Bezüglich der Einstellschraube 19 ergibt sich jedoch eine wesentlich geringere Gesamtfedersteifigkeit, nämlich

C_E = C₃₃_*C₅₃/(C₃₃ + C₅₃).

Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckregelventilen in Schieberbauart mit fallender Regeldruck-Erregerstrom-Kennlinie, wie sie eingangs beschrieben und aus der US-PS 4 535 816 bekannt sind, ergibt sich durch die Beaufschlagung des Regelkolbens mit der zusätzlichen Druckfeder 53 ein weiterer Vorteil. Im Betrieb des Druckregelventils wird der Regelkolben 37 aufgrund der Wirkung des stirnseitig auf bauenden geregelten Druckes gegen den Stößel 29 gedrückt. Bei maxi malem Steuerstrom der Magnetspule 13 sollte für einen optimalen Be trieb die Ringnut 41 (Zufluß) durch den Kolbenabschnitt 49 ge schlossen sein und die Auslaßsteuerkante zwischen Kolbenabschnitt 48 und Ringnut 40 möglichst weit offen sein, um den Regeldruck so weit wie möglich abzubauen. Durch die immer vorhandene Reibung zwischen Regelkolben und Längsbohrung löst sich bei herkömmlichen Druckregel ventilen dieser Bauart der Regelkolben jedoch vom Stößel. Dies wird darüberhinaus verstärkt durch die im Betrieb auftretenden Lecköl ströme, die aufgrund der wirkenden Druckgefälle eine Strömungskraft an den Kolbenabschnitten vorbei, in Schließrichtung erzeugen. Daher wird sich bei herkömmlichen Druckregelventilen ein geregelter Druck einstellen, bei dem die Kraft aufgrund der stirnseitig wirkenden Druckeinwirkung im Gleichgewicht mit der Reibungskraft und der Strömungskraft ist. Der geregelte Druck wird also nicht Null. Durch die vorgeschlagene Anordnung einer zweiten Druckfeder an der Stirn seite des Regelkolbens ist also immer sichergestellt, daß bei richtiger Dimensionierung der Regelkolben immer gegen den Stößel gedrückt wird. Somit werden die Reibungskräfte und die Strömungs kräfte aufgrund der Leckölströme überwunden. Die Steuerkante am Aus laß zwischen Kolbenabschnitt 48 und Ringnut 40 hat also immer den größten Öffnungsquerschnitt, 50 daß der Regeldruck (p_R) immer zu einem absoluten Minimum abgebaut werden kann.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil mit fallender Er regerstrom-Regeldruck-Kennlinie mit einem in einem Ventilgehäuse (24) längsbeweglich verschiebbaren Regelkolben (37), der mit einem Magnetanker (26) zusammenwirkt, welcher von mindestens einem Feder element (33), dessen Vorspannung einstellbar ist, gegen die Wirkungsrichtung der Magnetkraft beaufschlagt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß der Magnetanker (26) von einem zweiten Federelement (53) in Längsrichtung beaufschlagt wird, dessen Federwirkung der des ersten Federelementes (33) entgegengerichtet ist.

2. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement (53) über den Regelkolben (37) auf den Magnetanker (26) einwirkt.

3. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement (53) an einer Stirnseite des Regelkolbens (37) angreift, und in der den Regelkolben führenden Bohrung (38) des Ventilgehäuses (24) ange ordnet ist.

4. Elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Federelement (53) an einer Stützplatte (54) abstützt, die an der freien Stirnseite (44) des Ventilgehäuses (24) angeordnet ist.