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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein solenoid- oder magnetbetätigtes
Proportionalventil mit veränderlicher
Kraft gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zum Steuern des Drucks eines Fluids als Antwort auf
einen an ein Ventilsolenoid angelegten elektrischen Strom. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zum Regulieren des Drucks eines unter Druck
stehenden Fluids in einem Fluidsteuerungssystem, wobei ein Ventilglied
betätigt
wird, um Fluid von einer mit einer Fluidzulauföffnung und einer Fluidsteueröffnung in
Verbindung stehenden Kammer abzulassen, um den Fluiddruck an der
Steueröffnung zu
regulieren.
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Ein magnetbetätigtes Proportional-Steuerventil
mit veränderlicher
Kraft, welches relativ kostengünstig
herzustellen ist und kompakte Abmessungen aufweist und dabei eine
im Wesentlichen lineare, proportionale Fluidsteuerung aufrechterhalten
kann, ist in dem auf gemeinschaftliche Inhaberschaft mit Najmolhoda
zurückgehenden
US-Patent Nr. 4 988 074 vom 29. Januar 1991 beschrieben. Das patentierte magnetbetätigte Proportional-Steuerventil
mit veränderlicher
Kraft umfasst ein äußeres Stahl-Solenoidgehäuse und
eine Aluminium-Ventilglieddüse,
welche mechanisch miteinander gefügt sind, z. B. durch Lappen
an dem Stahl-Solenoidgehäuse,
die um Bereiche der Aluminium-Ventilglieddüse gelegt
sind.
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Das Proportional-Steuerventil mit
veränderlicher
Kraft umfasst einen ferromagnetischen (z. B. Stahl-)Anker, der von
Federn mit niedriger Federrate an einander gegenüberliegenden Enden des Ankers innerhalb
des Bohrlochs eines kernlosen Solenoidspulenkörpers zwischen Positionen,
welche zu einer geschlossenen Ventilstellung und einer vollgeöffneten
Ventilstellung korrespondieren, als Antwort auf einen an eine elektromagnetische
Spule angelegten elektrischen Strom hin- und herbeweglich ist. Die
Position des Ankers wird durch Ausbalancieren der veränderlichen
Kraft eines elektromagnetischen Feldes einer elektromagnetischen
Spule und der Kraft des magnetischen Feldes eines Permanentringmagneten gegenüber der
Kraft einer gewundenen Kompressionsfeder, welche das Ventil zur
Geschlossenstellung des Ventils hin vorspannt, gesteuert. Die elektromagnetische
Spule, der Spulenkörper
und der Anker sind in dem Stahl-Solenoidgehäuse untergebracht. Das Fluidsteuerventil
am Ende des Ankers bewegt sich relativ zu einem in der Aluminium-Ventildüse angeordneten
Ventilsitz, um einen Fluideinlass mit Fluidauslassöffnungen
zu verbinden, um so den Fluiddruck an Fluidsteueröffnungen
proportional zur Größe des angelegten
elektrischen Stromes zu regulieren.
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Eine kommerziell hergestellte Version
des obengenannten patentierten magnetbetätigten Proportional-Fluidsteuerventils
mit veränderlicher
Kraft wurde so modifiziert, dass sie ein Edelstahlkugelventil und
einen separaten, in die Düse
gepressten Edelstahlventilsitzeinsatz aufweist. Das Kugelventil
ist in einem Edelstahlkäfig
zwischen dem Ventilsitz und einem stabartigen, zylinderförmigen Stahlanker,
der sich relativ zu dem Ventilsitz proportional zur Größe des an
die elektromagnetische Spule angelegten elektrischen Stromes bewegt,
eingeschlossen. Wenn sich der Anker relativ zu dem Ventilsitz bewegt,
um das Ventil zu betätigen,
wird das Kugelventil aufgrund des Fluiddrucks in dem Ventilgliedgehäuse und
des Einschlusses in dem Kugelventilkäfig in der Düse veranlasst,
dem Ende des Ankers zu folgen. Der Fluideinlass wird durch Öffnen des
Kugelventils mit Fluidauslassöffnungen
verbunden, um so den Fluiddruck an Fluidsteueröffnungen proportional zur Größe des an
die Spule angelegten elektrischen Stromes zu regulieren.
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In dem Ventilgliedgehäuse ist
ein Steuerschieberventil angeordnet, um eine Zweistufen-Hochfluss-Funktion
bereitzustellen, wobei der Zulauföffnung zu geführtes unter
Druck stehendes Fluid zunächst
an den Steueröffnungen
vorbeigeführt wird
und einem Ende des Steuerschieberventils zufließt, um es von einer Nullfluidfluss-Steuerschieberposition
zu einer Maximumfluidfluss-Steuerschieberposition relativ zu den
Steueröffnungen
zu bewegen, wie durch den für
das Kugelventil durch Einstellen der Kraft der gewundenen Feder
voreingestellten Teilöffnungsdruck
bestimmt. Sodann wird in einer zweiten Stufe des Vorgangs der Fluidfluss
durch die Steueröffnungen
gesteuert, indem das Steuerschieberventil zwischen der Minimal-
und der Maximalfluss-Steuerschieberposition proportional zur Höhe des elektrischen
Stromflusses zur Spule bewegt wird. Solche magnetbetätigte Proportional-Steuerventile
mit veränderlicher
Kraft, welche heutzutage kommerziell hergestellt werden, werden
mit einem Aluminiumguss-Getriebekörper oder -gehäuse mit Hilfe
einer an einer äußeren Düsennut angreifenden Klemmplatte
oder Schraube oder beidem operativ verbunden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt
in der Bereitstellung eines magnetbetätigten Fluiddruckregulierventils
mit veränderlicher
Kraft, welches eine verbesserte Niederdrucksteuerung (z. B. bei
oder nahe Nullüberdruck) über einen
weiten Bereich von Betriebsdrücken
und -temperaturen aufweist. Die vorliegende Erfindung schlägt ferner
ein Verfahren der oben definierten Art zum Verbessern der Niederdruckfluidsteuerung
vor.
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Diese Aufgaben werden mit Hilfe des
Ventils nach Anspruch 1 bzw. des Verfahrens nach Anspruch 11 gelöst; weitere
Verbesserungen sind in den Ansprüchen
2 bis 10 definiert.
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Die vorliegende Erfindung stellt
also ein magnetbetätigtes
Fluiddruckregulierventil mit veränderlicher
Kraft bereit, welches mehrfache Durchlässe aufweist, um die Niederdrucksteuerung
(z. B. bei oder nahe Nullüberdruck)
mit Stabilität über einen
weiten Bereich von Ventilbetriebsdrücken und -temperaturen zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das druckregulierende magnetbetätigte Fluidventil
mit veränderlicher Kraft
eine Zulauföffnung
zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Fluids, eine über einen
Primärdurchlass
mit der Zulauföffnung
in Fluidfließverbindung
stehende Steueröffnung.
Die Steueröffnung steht
mit einer externen fluidbetätigten
Komponente in Verbindung, z. B. mit einer hydraulischen Fahrzeug getriebekomponente,
um deren Betrieb zu steuern. Das Ventil umfasst ein magnetbetätigtes Ventilglied
mit veränderlicher
Kraft, welches mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der unter Druck
stehendes Fluid von dem Primärdurchlass
erhält,
um den Strom von unter Druck stehendem Fluid zu einer oder mehreren
Ablassöffnungen
einzustellen, als ein Mittel zum Regulieren des Drucks an der Steueröffnung in Abhängigkeit
von dem elektrischen Stromfluss zu einer Spule des magnetbetätigten Ventils.
Eine Ausführungsform
der Erfindung sieht einen Sekundärabzweigdurchlass
in einer Position zwischen der Zulauföffnung und der Steueröffnung vor,
vorzugsweise in der Nähe
des Steueröffnung,
um unter Druck stehendes Fluid zu der Steueröffnung abzuzweigen, so dass
eine präzisere
Niederdruckfluidsteuerung bereitgestellt wird, z. B. insbesondere
dann, wenn der Überdruck
an der Steueröffnung
gegen Null-Überdruck
(-Steuerdruck) geht, und zwar über
einen weiten Bereich von Fluiddrücken
und -temperaturen. Insbesondere bewirkt der Sekundärabzweigdurchlass,
dass negativer oder Unterdruck an der Steueröffnung im Wesentlichen beseitigt
wird, wenn der Steuerüberdruck
gegen Null geht.
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In einer besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Druckregulierventil einen
ersten Zulaufdurchlass stromabwärts des
Zuleitungsanschlusses zum anfänglichen
Einstellen des Zulauffluiddrucks. Der Zulaufdurchlass steht mit
einem inneren Durchgang einer Hülse,
welche die Zulauföffnung
von der Steueröffnung
trennt, in Verbindung, um dem Hülsendurchgang
unter Druck stehendes Fluid zufließen zu lassen. Die Hülse weist
einen Primärdurchlass
an einem dem Ventilsitz nahen Ende auf, um unter Druck stehendes
Fluid von dem Hülsendurchgang
zu der Steueröffnung
zu leiten, und einen Sekundärabzweigdurchlass
in einer Wandung der Hülse
in der Nähe
der Steueröffnung; der
Abzweigdurchlass kann jedoch auch an anderen Stellen angeordnet
sein, um die Vorteile einer präziseren
Niederdrucksteuerung zu erzielen, wie im Vorstehenden erläutert.
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Das Solenoid, welches das Ventilglied
betätigt,
kann optional aufweisen: einen Anker in Anlage mit dem Ventil, welcher
als Antwort auf den an ein Solenoid angelegten Strom beweglich ist,
Federmittel zum Vorspannen des Ankers in einer Richtung, um eine
Ventilfluiddruckantwort auf den dem Solenoid zugeführten Strompegel
herzustellen (d. h. Fluiddruck in Abhängigkeit vom Sole noidstrom),
und einen Ventilgehäuseverschluss,
welcher mit den Federmitteln in Anlage ist und nach Ventilzusammenbau
bleibend verformt ist, um den Ventilgehäuseverschluss relativ zu den
Federmitteln zu positionieren, so dass die Ventilfluiddruckantwort
auf eine gewünschte
Leistungsspezifikation eingestellt ist.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung
in Verbindung mit der beigefügten
zeichnerischen Darstellung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Draufsicht auf ein einstufiges, druckregulierendes, magnetbetätigtes Proportional-Fluidventil
mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
ein Längsschnitt
des Druckregulierventils von 1;
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3 ist
ein Graph, worin der Steuerdruck in Abhängigkeit vom elektrischen Stromfluss
zu der Solenoidspule für
ein einstufiges, druckregulierendes, magnetbetätigtes Proportional-Fluidventil
mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit einer Ausführungsform der
Erfindung aufgetragen ist;
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4 ist
ein ähnlicher
Graph, worin der Steuerdruck in Abhängigkeit vom elektrischen Stromfluss
zu der Solenoidspule für
ein einstufiges, druckregulierendes, magnetbetätigtes Proportional-Fluidventil
mit veränderlicher
Kraft von ähnlicher
Konstruktion, aber ohne einen Sekundärabzweigdurchlass aufgetragen
ist;
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5 ist
ein Längsschnitt
eines einstufigen, druckregulierenden, magnetbetätigten Proportional-Fluidventils
mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 5A ist eine Endansicht der
in die Düse
von 5 eingefügten Hülse.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es wird nun auf die 1 bis 2 Bezug
genommen, gemäß welchen
ein magnetbetätigtes
Proportional-Fluidsteuerventil 10 mit veränderlicher
Kraft eine Hülle
oder ein Gehäuse 12 und
eine Düse 19 aufweist,
wobei die Hülle
oder das Gehäuse 12 Solenoidkomponenten
zum Betätigen
eines Ventilmechanismus umschließt, wie im Folgenden noch näher beschrieben
werden wird. Die Hülle
oder das Gehäuse 12 enthält bevorzugt
Stahl oder ein anderes magnetisch durchlässiges Material. Die Düse 19 enthält bevorzugt
ein im Wesentlichen nichtmagnetisches Material mit wenig oder gar
keiner magnetischen Durchlässigkeit,
z. B. im Vergleich zu der magnetischen Durchlässigkeit eines ferromagnetischen
Werkstoffs, wie etwa Stahl. Ein Material, welches sich besonders gut
für die
Düse 19 eignet,
umfasst Aluminium und seine Legierungen oder ein thermoplastisches
Material, durch Gießen
oder Spritzgießen
in die erforderliche Form zum Aufnehmen der Solenoidventilkomponenten überführt, wie
noch zu beschreiben.
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Das magnetbetätigte Fluidsteuerventil 10 umfasst
ein Solenoid 14 mit einer elektromagnetischen Spule 16,
welche um einen Spulenkörper 18 aus
geformten Kunststoff gewickelt ist, der ein zylinderförmiges,
seine Längsachse
durchsetzendes Bohrloch 20 aufweist. Der Spulenkörper 18 ist
aus einem glasgefüllten
thermoplastischen Material hergestellt. In dem Bohrloch 20 des
Kunststoff-Spulenkörpers 18 ist
ein stabartiger Stahlanker 22 mit Hilfe einer ersten und
einer zweiten dünnen
Feder 24a, 24b mit niedriger Federrate gehalten.
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Die Plattenfedern 24a, 24b sind
von der Art, wie sie in der US-Patentschrift Nr. 4 988 074 beschrieben
werden. Das heißt,
die Federplatten sind aus einem sehr dünnen nichtmagnetischen austenitischen
Edelstahl gebildet, z. B. aus einem vollkommen harten austenitischen
Edelstahl, der eine sehr niederratige Feder für die in 5 gezeigte
Federkonfiguration des vorgenannten Patents Nr. 4 988 074 ergibt.
Die äußere Peripherie
der ersten Plattenfeder 24a ist zwischen einem Flansch
des Spulenkörpers 18 und
einem Flanschabschnitt 19a der Düse 19 angeordnet.
Die innere Peripherie der ersten Plattenfeder 24a ist zwischen
dem Anker 22 und einem Ankerstopfen 22a aus Stahl
angeordnet.
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Die äußere Peripherie der zweiten
Plattenfeder 24b ist zwischen einem Flansch des Spulenkörpers 18 und
einem Endverschluss 46 angeordnet. Die innere Peripherie
der zweiten Plattenfeder 24b ist zwischen einem ersten
Bund 27, welcher mit dem Anker 22 mit Presssitz
gefügt
ist und aus Messing hergestellt ist, und einem zweiten Bund 29,
welcher mit Presssitz in dem ersten Bund 27 gefügt ist und aus
Messing hergestellt ist, angeordnet. Durch die Verwendung der Federplatten 24a, 24b ist
der Anker 22 so gehalten, dass er innerhalb des Spulenkörpers 18 in
Axialrichtung frei längsbeweglich
ist.
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Der Anker 22 umfasst ein
flaches äußerstes axiales
Ende mit einer Senkbohrung 22b zum Aufnehmen einer gewundenen
Kompressionsfeder 42 zum Vorspannen des Ankers 22 nach
rechts, bezogen auf 2.
Die gewundene Kompressionsfeder 42 (Federvorspannmittel)
ist zwischen dem axialen Ankerende und einer zentralen Nabe 46a der
Ventilgehäusekappe
oder des Ventilgehäuseverschlusses 46 festgehalten.
Die zentrale Nabe 46a umfasst einen einwärts gerichteten,
sich in Axialrichtung erstreckenden, zylinderförmigen Federpositionierungsvorsprung
bzw. -nase 46a' zum
Aufnehmen der gewundenen Feder 42, wobei das Ende der Feder 42 mit der
inneren Oberfläche
oder Wandung der zentralen Nabe 46a in Anlage ist, wie
in 2 gezeigt. Der Anker 22 wird
durch die gewundene Feder 42 in eine Ventil-Geschlossen-Stellung vorgespannt,
wenn die elektromagnetische Solenoid-Spule 16 im energielosen
Zustand ist.
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Die Ventilgehäusekappe oder der Ventilgehäuseverschluss 46 ist
verformbar, so dass die durch die gewundene Feder 42 auf
den Anker 22 ausgeübte
Kraft und damit auch die Ventilfluiddruckantwort auf den dem Solenoid 14 zugeführten elektrischen Strompegel
(d. h. Fluiddruck in Abhängigkeit
vom Solenoid-Strom) angepasst werden kann. Im Einzelnen wird die
durch die gewundene Feder 42 auf den Anker 22 ausgeübte Kraft
unter Verwendung eines Einstellwerkzeugs eingestellt, um eine gewünschte Abzweigrate
des Fluids über
das Kugelventil 38 oder einen gewünschten Teilöffnungsdruck
des Kugelventils 38 bereitzustellen in der Art, wie sie
in der US-A-5996628 beschrieben ist, um eine gewünschte Fluiddruck-gegen-Solenoidstrom-Antwort
bereitzustellen. Der Gehäuseverschluss 46 umfasst
einen peripheren Bereich 46b, der mit einem Endbereich der
Hülle oder
des Gehäuses 12 in
Anlage ist, so dass die zentrale Nabe 46a mit der Feder 42 in
Anlage ist. Der Verschluss 46 umfasst eine maschinell bearbeitete
Aluminiumlegierung.
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Der Verschluss 46 ist in
einem durch einen ringförmigen
rückspringenden
oder genuteten Bereich 46d definierten Bereich, welcher
die zentrale, flache Verschlussnabe 46a umgibt, verformbar.
Der rückspringende
oder genutete Bereich 46d ist konzentrisch um die zentrale
Nabe 46a zwischen der Nabe 46a und der peripheren
Lippe 46c angeordnet. Der ringförmige rückspringende oder genutete
Bereich 46d weist einen relativ kleineren Querschnitt gegenüber dem
peripheren Bereich 46b auf, siehe 2. Die zentrale Nabe 46a erfährt typisch
den Primär-
oder Hauptanteil der bleibenden Verformung durch In-Anlage-Bringen mit
dem Einstellwerkzeug, um eine axiale Einstellbewegung der Nabe 46a relativ
zu dem peripheren Bereich 46b zu erlauben; der genutete
Bereich 46d kann jedoch zu eben diesem Zweck ebenfalls
eine Verformung erfahren. Der genutete Bereich 46d hilft,
den Hauptanteil der Verformung auf die zentrale Nabe 46a zu
begrenzen. Die zentrale Nabe 46a ist axiallagemäßig dauerhaft
eingestellt, nachdem der Verschluss 46 an dem Ventilgehäuse 19 gesichert
worden ist, um die Ventilantwort einzustellen.
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Ein axial magnetisierter Permanentringmagnet 41 wird
relativ zu der Spule 16 durch einen Spulenkörperhalteflansch 18a in
seiner Lage gehalten. Der Ringmagnet 41 ist dabei an dem
hinteren Ende des Spulenkörpers 18 axial
hinter der Spule 16 angeordnet. Der Ringmagnet 41 ist
aus einem Selten-Erden-Permanentmagnetmaterial
hergestellt, wodurch die Verwendung eines Magneten mit kleineren
Abmessungen möglich
wird, was zu einem kompakten Solenoid und verbesserter Stabilität führt, z.
B. zu verringertem Magnetismusverlust bei erhöhten Temperaturen. Der Ringmagnet 41 erzeugt
ein permanentes Magnetfeld, welches den Anker 22 auch in Abwesenheit
eines elektrischen Stromflusses zu der Spule 16 im Wesentlichen
sättigt.
In der Nähe
der Spule 16 und des Ankers 22 ist eine Stahlscheibe 43 angeordnet,
um den Magnetfluss zu konzentrieren. Es ist also ein relativ kleineres
elektromagnetisches Feld erforderlich, um den Anker 22 zwischen
axialen Positionen zu bewegen, welche zu Ventil-"EIN"-
und -"AUS"-Zuständen korrespondieren,
wobei der "EIN"-Zustand einen Null-Zulaufüberdruck
an der Steueröffnung
CP bereit stellt und der "AUS"-Zustand unter vollem
Druck stehendes Fluid an der Steueröffnung CP bereitstellt.
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Das beschriebene magnetisch betätigte Proportional-Steuerventil
mit veränderlicher
Kraft, welches einen Ringmagnet in Kombination mit einer elektromagnetischen
Spule verwendet, ist in den US-Patenten Nr. 4 988 074 und 5 611
370 beschrieben.
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Ein Kunststoffverbinderkörper 52,
welcher in 2 dargestellt
ist, ist an dem Spulenkörper 18 angeordnet
und tritt seitlich aus der Hülle
oder dem Gehäuse 12 aus.
Der Verbinderkörper 52 umfasst
elektrische Kontakte 54, welche dazu verwendet werden, die
Spule 16 mit elektrischem Strom zu versorgen. Die elektrischen
Kontakte 54 erstrecken sich durch den Spulenkörper 18 und
durch Öffnungen
in dem Verbinderkörper 52.
Derartige elektrische Kontakte 54 sind in dem obengenannten
US-Patent Nr. 4 988 074 aufgezeigt. Die Enden der elektrischen Kontakte 54 sind
mit den Drähten
der elektromagnetischen Spule 16 verbunden, um ein elektrisches
Stromsignal von einer veränderlichen
Stromquelle (nicht gezeigt) zu empfangen.
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Die Hülle oder das Gehäuse 12 umfasst
einwärts
gerichtete ringförmige
Endschultern 23a, 23b, um die Solenoidkomponenten
auf das Gehäuse 12 zu
begrenzen und die Düse 19 mit
der Hülle
oder dem Gehäuse
zu verbinden. Es ist eine ringförmige Federscheibe 23c vorgesehen,
um durch spielausgleichende Stapelbildung die Magnetkomponenten sicher
festzulegen.
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Wie in 2 gezeigt,
ist der innerste Ankerstopfen 22a des Ankers 22 mit
einem elastomeren oder metallischen Kugelventil 38 in Anlage,
welches mit einem Ventilsitz 18d zusammenwirkt, der an
dem in der Düse 19 untergebrachten
Ventilsitzeinsatz 18' gebildet
ist. Das Kugelventil 38 und der Ventilsitz 18d definieren
ein Fluidableitungs- oder -ablassventil zum Ableiten oder Ablassen
von Fluid zu einer oder mehreren Ablassöffnungen EP, welche mit einem Fluidsumpf
oder Fluidrücklauf
(nicht gezeigt) verbunden sein können,
wie im Folgenden noch zu beschreiben.
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Das Kugelventil 38 ist in
einem mit flachen Seiten versehenen Rücksprung 18e des Ventilsitzeinsatzes 18 zwischen
dem innersten Ankerstopfenende 22a und dem Ventilsitz 18d angeordnet.
In dieser Ventilanordnung ist das Kugelventil 38 gegen das Ankerstopfenende 22a vorgespannt
und folgt der Bewegung des Ankers 22 in einer Richtung
zu dem Ventilsitz 18d hin bzw. von diesem weg infolge des
auf das Kugelventil wirkenden Fluiddrucks und infolge des Aufgenommenseins
in dem Rücksprung 18e.
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Die Düse 19 umfasst einen
Düsenabschnitt 19a,
der mit der Hülle
oder dem Gehäuse 12 durch umgelegte
Gehäuseschultern 23b verbunden
ist und O-Ringdichtungen 19b, 19c aufweist zum
Abdichten gegen die Komponenten des dazugehörigen Fluidsteuerungssystems,
z. B. gegen den Automatikgetriebe-Ventilkörper. Die Dichtung 19b dient
der dichten Trennung zwischen einer Versorgungsleitung oder Versorgungskammer
SL und einer Steuerleitung oder Steuerkammer CL, wie schematisch
in 2 dargestellt. Die
Steuerleitung oder Steuerkammer CL steht typisch mit einer (nicht
gezeigten) Abstromkomponente außerhalb
des im Vorstehenden beschriebenen Druckregulierventils in Verbindung, um
den Betrieb derselben zu steuern. Bei dieser Komponente kann es
sich exemplarisch, ohne hierauf begrenzt zu sein, um ein Leitungsdrucksteuerventil
eines Fahrzeugautomatikgetriebes handeln. Die Versorgungsleitung
oder Versorgungskammer SL ist mit einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid
verbunden, zum Beispiel mit einer Hydraulikfluidpumpe.
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Die Düse 19 umfasst ein
Fluidfiltersieb S1 zum Entfernen von Schmutz oder Fremdkörpern aus dem
Fluid, welches über
die Zulauföffnung
SP in den Düsenabschnitt 19a gelangt.
Die Düse 19 umfasst ferner
ein Fluidfiltersieb S2 zum Entfernen von Schmutz oder Fremdkörpern aus
dem Fluid, welches über
die Steueröffnung
CP aus dem Düsenabschnitt 19a austritt.
Die Filtersiebe S1, S2 werden mit Hilfe eines
röhrenförmigen Filterhaltegliedes 21 aus
geformtem Kunststoff mit Fenstern 21a, durch die man die
Siebe S1, S2 sehen kann, in Position gehalten. Die
O-Ringdichtung 19b ist an dem Halteglied 21 angeordnet,
während
eine O-Ringdichtung 23 zwischen Düse 19 und Halteglied 21 angeordnet
ist. Es ist ein Filterhalter 69 aus einem Kunststoffmaterial
vorgesehen zum Lagefixieren des Filters und Haltegliedes.
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Die Düse 19 umfasst einen
longitudinalen, zylinderförmig
gestalteten Durchgang 66 zur Aufnahme einer festen Hülse 68.
Die Düse 19 ist
so bearbeitet, dass sie einen ersten Durchlass 01 aufweist,
welcher im Durchmesser so bemessen ist, dass für eine anfängliche Einstellung des in
den Durchgang 66 eintretenden Zulaufdrucks gesorgt ist.
Der Durchgang 66 ist an dem von dem Solenoid abliegenden
Ende durch eine Verschlusskappe 66a geschlossen.
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Die feste Hülse 68 ist in der
Düse satt
anliegend und abdichtend aufgenommen. Die Hülse 68 umfasst ein
offenes axiales Ende 68a, welches unter Druck stehendes
Fluid von dem Durchlass 01 aufnimmt, und einen inneren
Durchgang 68b mit radial abgestuften Abschnitten zur Erleichterung
der Herstellung, wobei der abgestufte Abschnitt 68b in
einem Primärdurchlass 02 endet,
welcher gegenüber
und in der Nähe
des Ventilsitzeinsatzes 18 in einer Kammer C angeordnet
ist. Im Einzelnen ist der Primärdurchlass 02 axial
beabstandet von dem Ventilsitz 18d angeordnet, welcher
den mit flachen Seiten versehenen Fluidablass-Rücksprung 18e definiert,
durch den unter Druck stehendes Fluid zu den Ablassöffnungen EP
abgelassen wird, um den Fluiddruck an der Steueröffnung CP zu regulieren. Die
Ablassöffnungen
EP sind an dem Gehäuse
der Düse 19 in
der Nähe
des Kugelventils 38 angeordnet, wie in 2 gezeigt, und stehen mit einem Ablasssumpf
oder Rücklauf (nicht
gezeigt) in Verbindung. Es können
vier umfangsmäßig voneinander
beabstandete Ablassöffnungen
EP verwendet werden; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt,
sondern es kann eine beliebige Anzahl solcher Öffnungen verwendet werden.
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Die Druckregulierung wird erzielt
durch Bewegen des Ankers 22 als Antwort auf den elektrischen
Stromfluss zur Spule 16, um unter Druck stehendes Fluid
aus der Kammer C abzulassen. Wenn die Spule 16 nicht strombeaufschlagt
ist, wird das Kugelventil 38 durch die Feder 42 vorgespannt,
so dass es gegen den Ventilsitz 18d schließt ("AUS"-Zustand). Die Steueröffnung CP
erhält
den Druck, der zu dieser Zeit am Ventilsitz 18d herrscht.
Wenn die Spule 16 mit dem maximalen gewählten elektrischen Strom beaufschlagt
wird, bewegt sich der Anker 22 um das maximale Maß von dem
Ventilsitz 18d weg ("EIN"-Zustand), so dass
das Kugelventil 38 voll öffnen kann und sich ein Fluidüberdruck
bei Null oder nahe Null an der Steueröffnung CP ergibt. Eine Bewegung
des Ankers 22 zwischen diesen Positionen wird durch Variation
des Stromflusses zur Spule 16 bewirkt, um so die Kugelventilstellung
relativ zu dem Ventilsitz 18d zu variieren und damit mehr
oder weniger unter Druck stehendes Fluid aus der Kammer C zu der
bzw. den Öffnung/en
EP abfließen
zu lassen, wie es erforderlich ist, um den Fluiddruck an der Steueröffnung CP
in der gewünschten
Weise zu regulieren.
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In Einklang mit einer Ausführungsform
der Erfindung ist ein Sekundärabzweigdurchlass 03 vorgesehen,
der zwischen der Zulauföffnung
SP und der Steueröffnung
CP, entfernt von dem Ventilsitz (18d) und nahe der Steueröffnung CP
positioniert ist und über
den unter Druck stehendes Fluid zu der Steueröffnung CP abgezweigt werden
kann, um eine präzisere
Niederdruckfluidsteuerung zu erhalten, wenn beispielsweise der Druck
an der Steueröffnung
gegen Null-Überdruck
(-Steuerdruck) geht. Diese verbesserte Niederdrucksteuerung ist über einen
weiten Bereich von Fluiddrücken
und -temperaturen gegeben und vermindert negative oder Unterdrücke, welche
in der Nähe
des Ventilsitzes 18d in der Kammer C entstehen können, wenn
das Ventil geöffnet
wird.
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In 2 ist
der Sekundärabzweigdurchlass 03 direkt
gegenüber
der Steueröffnung
CP gezeigt. Die Position des Sekundärabzweigdurchlasses 03 kann
jedoch auch variiert werden und an andere axiale Stellen der Hülse 68 gelegt
werden, wie exemplarisch, ohne hierauf begrenzt zu sein, durch die
unterbrochenen Linien in 2 gezeigt.
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Der Sekundärabzweigdurchlass 03 ist
im Durchmesser so bemessen, dass unter Druck stehendes Fluid zu
der Steueröffnung
CP abgezweigt wird, wenn das Kugelventil 38 als Antwort
auf die Bewegung des Anker 22 infolge Strombeaufschlagung der
Spule 16 geöffnet
wird. Das von dem Durchlass 03 abgezweigte Fluid kann einem
leichten Unterdruck entgegenwirken, der durch Venturi-Effekte in der
Kammer C beim Öffnen
des Ventils 38 entstehen kann, wenn unter Druck stehendes
Fluid zu den Ablassöffnungen
EP abgelassen wird, und kann so eine präzisere Niederdrucksteuerung über einen
weiten Bereich von Fluiddrücken
und -temperaturen bereitstellen.
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Das Flächenverhältnis von Zulaufdurchlass 01,
Primärdurchlass 02 und
Sekundärabzweigdurchlass 03 wird
zu diesem Zweck so eingestellt, dass Variationen im "AUS"-Druck (d. h. Fluiddruck
an der Steueröffnung
CP gegen Null-Überdruck
gehend) an der Steueröffnung
CP, die aus einem solchen Unterdruck in der Kammer C resultieren,
und Variationen im Zulaufleitungsdruck minimiert werden. Exemplarisch,
ohne hierauf begrenzt zu sein, kann das Verhältnis der Querschnittsflächen des
zylinderförmigen Zulaufdurchlasses 01,
Primärdurchlasses 02 und
Sekundärabzweigdurchlasses 03 auf
1,25 : 1,25 : 1,00 eingestellt werden für einen Betrieb unter Fluidzulaufdrücken im
Bereich von 2,81 bis 17,6 kg/cm2 (40 bis
250 psi), wobei die durch den Ventilsitz 18d definierte
Fluidablassöffnung 18e eine
Fläche
von 2,26 mm2 (0,0035 in2)
aufweist und in Axialrichtung in einem Abstand von ca. 2,54 bis
4,57 mm (0,100 bis 0,180 Inch) (Distanz D1) von dem Durchlass 02 angeordnet
ist.
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3 zeigt
einen Graphen des Steuerdrucks über
dem elektrischen Stromfluss zu der Solenoidspule für ein einstufiges
druckregulierendes magnetbetätigtes
Proportional-Fluiddruckregulierventil mit veränderlicher Kraft in Einklang
mit der im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsform der Erfindung. Es
ist offensichtlich, dass eine präzise
Niederdrucksteuerung bei oder nahe Nullüberdruck an der Steueröffnung CP
bei verschiedenen Zulaufleitungsdrücken von 45, 150 und 250 psi
gegeben ist. Demgegenüber
zeigt 4 einen Graphen
des Steuerdrucks über
dem elektrischen Stromfluss für
ein einstufiges druckregulierendes magnetbetätigtes Proportional-Fluidventil
mit veränderlicher
Kraft von ähnlicher
Konstruktion, aber ohne einen Sekundärabzweigdurchlass. Der Verlust
an präziser
Niederdrucksteuerung und die Entstehung von Unterdrücken an der
Steueröffnung
CP bei verschiedenen Zulaufleitungsdrücken von 45, 150 und 250 psi
sind offensichtlich.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung mit unterschiedlicher Anordnung der Ventilkomponenten
und der Zulauf- und Steueröffnungen.
In 5 sind Merkmale, die denen der 1 bis 2 gleichen oder ähnlich sind, mit den gleichen
Bezugsziffern, durch den Index " gekennzeichnet,
bezeichnet. Die Ausführungsform
von 5 unterscheidet sich von der in
den 1 bis 2 gezeigten dadurch, dass
die axiale Position der Steueröffnung CP'' und der Zulauföffnung SP'' an
der Düse 19'' gegeneinander vertauscht wurden.
Die Hülse 68" umfasst eine
Kugel 68b'', welche lagefixiert
ist, um das offene Hülsenende 68a'' zu stopfen oder zu schließen, so dass ein über die Zulauföffnung SP'' zulaufendes unter Druck stehendes Fluid
(z. B. Hydraulikfluid) durch einen Durchlass 01'', durch eine Hülsenöffnung 68c'' und durch einen Primärdurchlass 02'' zu einer Kammer C" fließt. Das
unter Druck stehende Fluid, welches den Primärdurchlass 02'' verlässt, fließt von der Kammer C" via seitliche Aussparungen oder
Ausnehmungen 68d'', welche in
der Hülse 68'' gebildet sind, zu der Steueröffnung CP", wie in 5A gezeigt. Das Kugelventil 38'' arbeitet in der gleichen Weise
wie das Kugelventil 38 der Ausführungsformen von 1 bis 2, um unter Druck stehendes Fluid aus
der Kammer C" über Ablassöffnungen EP'' als Antwort auf die Bewegung des Ankers 22'' in Abhängigkeit von dem der Spule 16'' zugeführten elektrischen Strom abzulassen.
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Der Sekundärabzweigdurchlass 03'' erstreckt sich durch die Hülsenwandung,
zwischen dem Durchlass 02'' und der Zuführungsöffnung 68c'' und arbeitet in der Weise, wie
es für
den Sekundärabzweigdurchlass 03 gemäß den 1 bis 2 beschrieben worden ist.
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Es wurden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen magnetbetätigten Druckregulierungsventils
aufgezeigt und im Detail beschrieben; es versteht sich jedoch, dass
Variationen oder Modifikationen möglich sind, ohne den Bereich
der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.