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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Solenoid-betätigtes Proportionalventil mit
veränderlicher Kraft
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern des Drucks eines Fluids
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 14. Ein derartiges Ventil und Verfahren sind in der
Schrift US-A 5 611
370 offenbart.
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Ein
Proportional-Solenoid-Steuerventil mit veränderlicher Kraft, welches ähnlich dem
in der Schrift US-A 5 611 370 ist und relativ kostengünstig herzustellen
ist und kompakte Abmessungen aufweist und dabei eine im Wesentlichen
lineare proportionale Fluidsteuerung aufrechterhält, ist in der Schrift US-A-4 988 074 beschrieben.
Dieses Proportional-Solenoid-Steuerventil mit veränderlicher
Kraft umfasst ein äußeres Stahl-Solenoid-Gehäuse und ein
Aluminium-Ventilgliedgehäuse,
welche mechanisch miteinander gefügt sind, z.B. durch Lappen
an dem Stahl-Solenoid-Gehäuse,
die um Bereiche des Aluminium-Ventilgliedgehäuses gelegt sind. 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 Solenoid-Spulenkörpers so
gehalten ist, dass er 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-Solenoid-Gehäuse derart
untergebracht, dass das Stahlgehäuse
eine Konzentration des Flusses des elektromagnetischen Feldes an
dem Anker bereitstellt. Das Fluidsteuerventil an dem Ende des Ankers
bewegt sich relativ zu einem in dem Aluminium-Ventilgehäuse 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 dieses Fluidsteuerventils wurde
so modifiziert, dass sie ein Edelstahl-Kugelventil und einen gesonderten,
in die Düse
gepressten Edelstahl-Ventilsitzeinsatz aufweist. Das Kugelventil
ist in einem Edelstahl-Käfig 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 dem Spulenkörper 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 Einlassöffnung zugeführtes unter
Druck stehendes Fluid zunächst
so geleitet wird, dass es die Steueröffnungen umgeht 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 Operationsstufe der Fluidfluss
durch die Steueröffnungen
gesteuert, indem das Steuerschieberventil zwischen der Minimal-
und der Maximalfluss-Steuerschieberposition proportional zur Höhe des elektrischen
Stromflusses zu der Spule bewegt wird. Solche Proportional-Solenoid-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, Schraube oder beidem operativ verbunden.
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Das
in der Schrift US-A 5 611 370 offenbarte Proportional-Solenoid-Steuerventil
mit veränderlicher
Kraft weist ein im Wesentlichen nichtmagnetisches gemeinsames Gehäuse für das Solenoid
und das Steuerventil auf, wodurch Herstellung und Konstruktion des
Ventils vereinfacht werden und dabei eine im Wesentlichen lineare
proportionale Fluiddrucksteuerung aufrechterhalten wird.
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Bei
der Verwendung des Proportional-Solenoid-Drucksteuerventils mit
veränderlicher
Kraft in einem elektronisch gesteuerten automatischen Getriebe eines
Fahrzeugs oder einem anderen komplexen hydraulischen Steuerungssystem
gibt es zahlreiche Quellen für
hydraulisches und/oder elektromechanisches "Geräusch" in dem gesteuerten
Fluidsystem, welches eine Systeminstabilität einleiten oder verschärfen kann,
indem es eine sympathetische harmonische Schwingung in in Beziehung
stehenden Systemkomponenten verursacht. Hydraulische Schwingungsinstabilitäten des
Systems können schädliche Ventil-Leistungsverhaltenscharakteristika
erzeugen, die das Fahrzeugleistungsverhalten oder -zuverlässigkeit
abträglich
beeinflussen. Bei einem automatischen Getriebe steuert das Proportional-Solenoid-Drucksteuerventil
mit veränderlicher Kraft üblicherweise
zahlreiche kritische Systemparameter und sein Leistungsverhalten
sollte konsistent und stabil sein.
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Wenn
ein Drucksteuerungssolenoid auf das inhärente elektronische und/oder
hydraulische Systemgeräusch
antwortet, indem es in eine unkontrollierte Schwingungsantwort gezwungen
wird, kann das ganze Fluidsystem instabil werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventils mit veränderlicher Kraft und eines
Verfahrens wie in der Schrift US-A-5 611 370 oder US-A-4 988 074
offenbart, welches eine verbesserte Stabilität der Ventilantwort gegenüber Druckschwingungen
in dem gesteuerten Fluidsystem bereitstellt, speziell bei Verwendung
in einer elektronisch gesteuerten hydraulischen automatischen Getriebeanwendung.
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Diese
Aufgabe wird durch das Proportional-Solenoid-Ventil mit veränderlicher
Kraft nach Anspruch 1 bzw. dem Verfahren nach Anspruch 14 erfüllt.
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Ein
Dämpfungsglied
in einem solenoidbetätigten
Ventil ist an sich aus den Schriften DE-A-33 10 021 und DE-A 14
50 547 bekannt. Jedoch beziehen sich beide Dokumente mehr auf Umschaltventile (Ein/Aus-Ventile)
als auf Proportional-Solenoid-Ventile mit veränderlicher Kraft zum Regulieren
eines Fluiddrucks proportional zur Größe des angelegten elektrischen
Stroms; ferner weist keines dieser bekannten Ventile einen Permanentmagneten
zum Ausbalancieren der Kraft des Feldes des Magneten und der variablen
Kraft eines elektromagnetischen Feldes einer elektromagnetischen
Spule auf.
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Die
durch das in der Schrift DE-A-33 10 021 offenbarte Dämpfungsglied
zu erfüllende
Aufgabe liegt in der Verminderung des Geräuschs, das sich sonst aus dem Öffnen und
Schließen
des Ventils ergeben würde,
welches einen in einer Solenoidspule angeordneten Anker und eine
Ventilspindel mit einem an dem Anker befestigten Ende und einem
freien Ende, welches ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes
Ventilglied trägt,
aufweist. Zwischen dem Ventilglied und dem Anker ist die Ventilspindel mit
einem scheibenförmigen
Dämpfungsglied
versehen, welches beweglich in einer Fluiddämpfungskammer aufgenommen ist.
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Bei
dem in der Schrift DE-A-14 50 547 offenbarten Ventil ist eine Feder
zwischen einem in einer Solenoidspule angeordneten Anker und einem
kolbenförmigen
Dämpfungsglied,
an dem eine ein Ventilglied tragende Spindel befestigt ist, angeordnet; das
Dämpfungsglied
ist in einer Fluiddämpfungskammer
aufgenommen. Die durch die Kombination einer Feder und eines Dämpfungsgliedes
zu erfüllende Aufgabe
besteht darin, das Schließen
und Öffnen des
Ventils zu verzögern
und zu dämpfen.
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Weitere
Verbesserungen des erfindungsgemäßen Ventils
und Verfahrens sind durch die Ansprüche 2 bis 13 bzw. Anspruch
15 definiert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventil
mit veränderlicher Kraft
und ein Verfahren bereit zum Steuern des Drucks eines unter Druck
stehenden Fluids in einem Fluidsteuerungssystem im Verhältnis zum
Strompegel eines elektrischen Eingangssignals und in der Weise,
dass Druckschwingungen, welche aus dem elektrischen, mechanischen
und/oder hydraulischen Geräusch
in einem gesteuerten Fluidsystem oder -schaltungsanordnung resultieren,
vermindert oder gedämpft
werden, um dadurch die Stabilität
der Ventilantwort zu verbessern. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst das Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventil mit
veränderlicher Kraft
einen Anker in Anlage mit einem Fluiddrucksteuerventil, welcher
als Antwort auf einen elektrischen Strom, der an ein Solenoid angelegt
wird, welches an einem Spulenkörper
in einem Solenoid-Gehäuse
angeordnet ist, bewegbar ist, und Mittel zum Vorspannen des Ankers
in einer Richtung, um eine Ventilfluiddruckantwort auf den dem Solenoid
zugeführten
Strompegel herzustellen (d.h. Fluiddruck in Abhängigkeit vom Solenoid-Strom).
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der Anker eine Ankerdämpfungsscheibe
oder wirkt mit derselben zusammen, wobei die Ankerdämpfungsscheibe
mit einem inneren Ende des Ankers verbunden ist oder das innere
Ende des Ankers an sie angreift, so dass sie gemeinsam in der Fluiddämpfungskammer
bewegbar sind, welche in der Nähe
des inneren Ankerendes angeordnet ist, um das Dämpfungsglied aufzunehmen. Die
Querschnittsfläche
des Dämpfungsgliedes
und der Zwischenraum zwischen der Peripherie des Dämpfungsglieds
und der zusammenwirkenden Wand der Dämpfungskammer sind so gewählt, dass Druckschwingungen
vermindert oder gedämpft
werden. Das Dämpfungsglied
kann integral geformt mit dem Anker ausgebildet sein oder mit ihm
verbunden sein, z.B. durch Presssitz. Alternativ kann das Dämpfungsglied
von dem Anker gesondert sein, dieser aber an ihm angreifen, derart,
dass Druckschwingungen vermindert oder gedämpft werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Dämpfungskammer
in einem Ventil- oder Düsengehäuse in der
Nähe von
Fluidablassöffnungen
angeordnet, wobei die Erfindung jedoch diesbezüglich nicht begrenzt ist.
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Das
Dämpfungsglied
kann aus einem magnetisch permeablen Material hergestellt sein,
z.B. Stahl, um einen verbesserten Magnetflussträger zu stellen, um Magnetfluss
direkt in den Anker zu lenken und dabei gleichzeitig die Größe der Solenoid-Einheit zu
reduzieren, wobei die Erfindung jedoch diesbezüglich nicht begrenzt ist.
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Die
obengenannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden, detaillierteren Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten,
nachfolgenden Figuren.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die 1 bis 3 sind
Längsschnitte
verschiedener Ausführungsformen
eines Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventils mit veränderlicher Kraft
in Einklang mit Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher
ein Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventil 10 mit
veränderlicher
Kraft ein Ventilglied 12 und zugehörige Ventilkomponenten, welche
in einem Ventil- oder Düsengehäuse 19a angeordnet
sind, und ein Solenoid 14, welches in einem im Wesentlichen
zylindrischen Solenoid-Gehäuse 19b angeordnet
ist, aufweist, um ein Fluidsteuerventil von im Wesentlichen der
Art bereitzustellen, wie in der Schrift US-A-4 988 074 beschrieben.
Das Ventilgehäuse 19a kann
aus Aluminium hergestellt sein, während das Solenoid-Gehäuse 19b Stahl
oder ein anderes ferromagnetisches Material gemäß der Schrift US-A-4 988 074
umfassen kann. Das Ventilgehäuse 19a und
das Solenoid-Gehäuse 19b können mittels Lappen
(nicht gezeigt) des Solenoid-Gehäuses 19b, die über eine
Ringschulter des Ventilgehäuses 19a gelegt
sind, gefügt
sein, wie in der Schrift US-A-4 988 074 gezeigt, oder als ein einziges,
gemeinsames Gehäuse
ausgebildet sein in Einklang mit der Schrift US-A-5 611 370, wobei
das gemeinsame Gehäuse aus
einem im Wesentlichen nichtmagnetischen Material mit geringer oder
gar keiner magnetischen Permeabilität hergestellt ist.
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Ein
Material, welches für
ein derartiges gemeinsames oder einziges Gehäuse besonders geeignet ist,
umfasst Aluminium und dessen Legierungen oder einen thermoplastischen
Kunststoff, durch Gießen
oder Spritzgießen
in die erforderliche Form der Gehäusekonfiguration zur Aufnahme
des Ventilgliedes 12 und des Solenoid 14 gebracht.
Das gemeinsame Gehäuse
umfasst einen Gehäuseabschnitt
oder -bereich zum Umschließen
des Solenoid 14 und einen Düsengehäuseabschnitt oder -bereich zum
Umschließen
des Ventils 12 und zugehöriger Ventilkomponenten.
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Gemäß 1 ist
das Solenoid 14 in dem Solenoid-Gehäuse 19b (oder – im Falle
der Ausführungsform
mit gemeinsamem Gehäuse – in dem
Solenoid-Gehäuseabschnitt)
angeordnet und umfasst eine elektromagnetische Solenoidspule 16,
welche um eine zylindrische Oberfläche eines Spulenkörpers 18 aus
geformtem Kunststoff gewickelt ist, der ein zylindrisch geformtes
Bohrloch 20 aufweist, das seine Längsachse durchsetzt. Der Spulenkörper 18 ist
aus einem glasgefüllten
thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Ein in Axialrichtung länglicher,
im Wesentlichen zylindrischer Anker 22, der aus einem ferromagnetischen
Material (z.B. Stahl) hergestellt ist, ist mittels einer dünnen Feder 24 mit
niedriger Federrate, welche an einem hinteren äußersten Ende 22a des
Ankers angeordnet ist, innerhalb des Bohrlochs 20 des Kunststoff-Spulenkörpers 18 gehalten.
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Die
Plattenfeder 24 ist von der Art, wie sie in der Schrift
US-A-4 988 074 beschrieben ist. Das heißt, die Federplatte ist aus
einem sehr dünnen nichtmagnetischen
austenitischen Edelstahl gebildet, z.B. aus einem vollkommen harten
austenitischen Edelstahl, der eine sehr niederartige Feder für die Federkonfiguration
nach 5 des vorgenannten Patents Nr.
4 988 074 stellt. Die innere Peripherie der Plattenfeder 24 ist
mittels eines Ringhaltegliedes 23 aus einer halbharten
Messingplatte und eines Ringhalters 27 aus halbhartem Messing
am hinteren äußeren Ende 22a des
Ankers 22 angeordnet, so dass der Anker 22 in
Axialrichtung frei längsbeweglich
innerhalb des Spulenkörpers 18 gehalten
ist. Das gegenüberliegende
vordere innere Ende 22b des Ankers ist durch eine ähnliche
optionale Plattenfeder 26 gehalten. Die Plattenfeder 26 kann
bei der Ausführungsform
nach 1 weggelassen sein, wobei das innere Ende 22b des
Ankers 22 unabgestützt
bleibt, abgesehen von der axialen Peripherie eines Dämpfungsgliedes 25,
welches in einer Dämpfungskammer 80 aufgenommen
ist, wie im Folgenden beschrieben.
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Die äußere Peripherie
der Plattenfeder 24 ist zwischen dem radial vergrößerten ringförmigen Endflansch 18h des
Spulenkörpers 18 und
einem gegenüberliegenden
ringförmigen
Ende einer Ventilgehäusekappe
oder -verschlusses 46 aus einer Aluminiumlegierung (z.B.
Al-Legierung 6061 T6) angeordnet. Das Solenoid-Gehäuse 19b umfasst
einen ringförmigen
Endflansch 19e, welcher die Kappe oder den Verschluss 46 überlagert,
wie gezeigt, mit einer Belleville-Wellenscheibe 47 zwischen denselben zum
Auffangen von Summentoleranzen.
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Wie
in 1 gezeigt, wirkt ein inneres Ende 22b des
Ankers 22 mit einem Fluiddämpfungsglied 25 zusammen,
welches seinerseits an einem Stahl-Kugelventil 38 angreift.
Das Kugelventil 38 wirkt mit einem ringförmigen Ventilsitz 21a an
einem in das Ventil- oder Düsengehäuse 19a gepressten Kugelventilkäfigeinsatz 21 zusammen.
Das Kugelventil 38 und der Ventilsitz 21a definieren
ein Fluidableitungsventil zum Ableiten von Fluid zu Ablassöffnungen 74 wie
im Folgenden beschrieben. Der zylindrische axiale Schaftabschnitt 25a des
Dämpfungsgliedes 25 ist
in eine zylindrische Senkbohrung in dem inneren Ende 22b des
Ankers 22 eingepresst, wie gezeigt, so dass er koaxial
mit dem Anker 22 angeordnet ist und das Dämpfungsglied
daran fixiert ist. Eine optionale Kohlenstoffstahl-Flussscheibe
W kann in einem Rücksprung
des Spulenkörpers 18 gemäß der vorstehend
erwähnten
Schrift US-A-4 988 074
bereitgestellt sein, um den elektromagnetischen Fluss an dem inneren
Ende des Ankers zu konzentrieren.
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Ein
axial magnetisierter Ringmagnet 34 ist in einem ringförmigen Rücksprung 36 an
dem hinteren Ende des Spulenkörpers 18 axial
hinter der Solenoid-Spule 16 angeordnet. Der Ringmagnet 34 ist
aus einem Selten-Erden-Permanentmagnetmaterial
hergestellt, z.B. Sm-Co oder Nd2Fe14B, wodurch die Verwendung eines Magneten
mit kleineren Abmessungen möglich
wird, was in einem kompakten Solenoid resultiert. Der Ringmagnet 34 erzeugt
ein permanentes Magnetfeld, welches den Anker 22 auch in
Abwesenheit eines elektrischen Stroms zu der Spule 16 im Wesentlichen
sättigt.
Es ist also ein relativ kleineres magnetisches Feld erforderlich,
um den Anker 22 zwischen der axialen Position, die in 1 gezeigt
ist und zu einer Ventil-Geschlossenstellung korrespondiert (in der
das Kugelventil 38 auf dem Ventilsitz 21a sitzt),
und einer axialen Position, in 1 nach links, welche
zu einer Ventil-Offenstellung korrespondiert (in der das Kugelventil 38 von
dem Ventilsitz 21a getrennt ist), zu bewegen.
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Das
Kugelventil 38 ist in einem mit flachen Seiten versehenen
Rücksprung
oder Käfig,
der durch mechanische Bearbeitung oder sonstwie in dem Edelstahleinsatz 21 wie
gezeigt zwischen dem inneren Ende des Ankers 22 und dem
Ventilsitz 21a gebildet ist, aufgenommen und seitlich begrenzt.
Bei dieser Ventilanordnung ist das Kugelventil 38 durch eine
gewundene Feder 42 gegen das Ankerende 22b vorgespannt
und folgt der Bewegung des Ankers 22 in einer Richtung
zu dem Ventilsitz 21a hin bzw. von diesem weg infolge des
Fluiddrucks auf das Kugelventil und infolge seines Eingeschlossenseins
in dem Einsatz 21.
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Die
gewundene Kompressionsfeder 42 (Federvorspannungsmittel)
ist in einer zylindrischen Anker-Senkbohrung zwischen dem axialen
Ankerende 22a und einem zentralen, sich axial erstreckenden Vorsprung 46a der
Ventilgehäusekappe
oder -verschlusses 46 festgehalten. Der Vorsprung 46a nimmt die
gewundene Feder 42 mit dem Ende der Feder 42 an
der inneren Oberfläche
oder Wandung der Kappe 46 angreifend auf. Der Anker 22 ist
durch die gewundene Feder 42 in die Ventil-Geschlossenstellung
vorgespannt, wenn die Solenoidspule 16 energielos ist. Die
Kappe oder der Verschluss 46 umfasst eine zylindrische
Außenfläche, welche
in einer zylindrischen Senkbohrung des Spulenkörpers 18 aufgenommen ist,
um die Feder 24 festzuhalten, wie gezeigt.
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Ein
Kunststoffverbinderkörper 52 ist
an dem Spulenkörper 18 angeordnet
und tritt aus dem Solenoid-Gehäuse 19b durch
eine geeignete Öffnung 19f in
demselben aus. Elektrische Kontakte 54 (nur einer gezeigt)
erstrecken sich durch den Spulenkörper 18 und durch Öffnungen
in dem Verbinderkörper 52 hindurch.
Derartige elektrische Kontakte 54 sind in der vorstehend
erwähnten
Schrift US-A-4 988 074 gezeigt. 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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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Ankerdämpfungsglied 25 einen
im Wesentlichen scheibenförmigen
Abschnitt 25b, welcher an dem Schaftabschnitt 25a angeordnet
ist, der in dem inneren Ankerende 22b aufgenommen ist. Der
scheibenförmige
Abschnitt 25b weist einen zylindrischen Rücksprung
oder Höhlung
auf, um ein becherförmiges
Scheibenende an seinem kugelventilseitigen Ende zu bilden, um die
Masse zu reduzieren, und erstreckt sich radial von der Längsachse
des Ankers 22 und Schaftabschnitts 25a. Das Ankerdämpfungsglied
kann ein ferromagnetisches Material, z.B. Stahl, umfassen, um einen
verbesserten Magnetflussträger
bereitzustellen, um den magnetischen Fluss direkt in das Ankerende 22b zu
lenken und dabei gleichzeitig die Abmessungen der Solenoid-Einheit
zu reduzieren. Das Ankerdämpfungsglied 25 kann
alternativ ein Kunststoffmaterial, z.B. einen glasgefülltem thermoplastischen
Kunststoff, oder ein anderes magnetisch nichtpermeables Material
umfassen, da die vorliegende Erfindung nicht auf ein besonderes
Dämpfungsmaterial
begrenzt ist.
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Das
becherförmige
Scheibenende oder -abschnitt 25b umfasst eine zylindrische äußere periphere
Oberfläche 25c,
welche mit einer in dem Ventil- oder Düsengehäuse 19a angeordneten
zylindrischen Dämpfungskammer 80 zusammenwirkt,
um Druckschwingungen zu vermindern oder zu dämpfen, welche aus dem elektrischen,
mechanischen und/oder hydraulischen Geräusch in dem gesteuerten Fluidsystem
oder -schaltungsanordnung resultieren; d.h. dem/der Fluidsystem
oder -schaltungsanordnung, bei dem/der es sich z.B. um eine automatische
Getriebeschaltungsanordnung, gesteuert durch das Ventil 12,
handeln kann. Hierzu ist ein kontrollierter Zwischenraum zwischen
der äußeren zylindrischen peripheren
Oberfläche 25c des
Dämpfungsgliedes 25 und
der zylindrischen Kammerwandung 80a vorgesehen. Die Dämpfungskammer 80 ist
durch mechanische Bearbeitung oder sonstwie in dem Ventil- oder
Düsengehäuse 19a gebildet
und steht in Verbindung mit den Ablassöffnungen 74 (zwei
gezeigt, wobei sich zwei zusätzliche,
nicht gezeigte Ablassöffnungen
in die Zeichenebene hinein und aus ihr heraus erstrecken).
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Im
Einsatz in einer automatischen Getriebeanwendung, wobei das Steuerventil
in dem hydraulischen Getriebefluid voll eingetaucht ist, wird die Dämpfungskammer 80 typisch überwiegend
Hydraulikfluid enthalten, wobei jedoch auch etwas Luft in der Dämpfungskammer 80 vorhanden
sein kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Querschnittsfläche des Dämpfungsgliedes 25 und
der Zwischenraum zwischen der Oberfläche 25c und der zusammenwirkenden
Wand 80a der Dämpfungskammer 80 so
gewählt,
dass sie eine Verminderung oder Dämpfung von Druckschwingungen,
welche aus dem Geräusch
in dem gesteuerten Fluidsystem oder -schaltungsanordnung resultieren,
bewirken, welche Druckschwingungen zu einem nichtlinearen Ventilantwortverhalten
führen können. Eine
beispielhafte Querschnittsfläche des Scheibenabschnitts 25b (Querschnittsfläche berechnet
unter Verwendung des Außendurchmessers
des Dämpfungsgliedes 25)
kann 0,252 cm2 (0,039 Inch2) betragen
(Außendurchmesser
des Dämpfungsgliedscheibenabschnitts
1,37 cm (0,54 Inch)). Für
diese beispielhafte Querschnittsfläche des Dämpfungsgliedes 25 kann
ein beispielhafter radialer Zwischenraum von ca. 0,127 mm (0,005
Inch) zwischen der Scheibenoberfläche 25c und der Kammerwand 80a für das Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventil
mit veränderlicher
Kraft, welches in 1 gezeigt ist und zur Verwendung
in einer hydraulischen automatischen Getriebeanwendung zum Steuern
einer Gangschaltungs-Hydraulikschaltungsanordnung ausgebildet ist,
vorgesehen sein. Allgemeiner kann der vorstehend erwähnte radiale
Zwischenraum im Bereich von 0,1016 bis 0,1397 mm (0,004 bis 0,0055
Inch) liegen für
einen Scheibenabschnitt-Außendurchmesser
im Bereich von 1,37 bis 1,38 cm (0,540 bis 0,542 Inch) und eine
axiale Länge
der Oberfläche 25c im Bereich
von 0,178 bis 0,188 cm (0,070 bis 0,074 Inch) in einer Dämpfungskammer
mit einem Innendurchmesser von 1,397 bis 1,400 cm (0,550 bis 0,551
Inch), um eine Dämpfungsfläche im Bereich von
0,1935 bis 0,2581 mm2 (0,0003 bis 0,0004
Inch2) bereitzustellen, wenngleich die Erfindung
diesbezüglich
nicht begrenzt ist. In der Tat stellen die Dämpfungskammer 80 und
das Dämpfungsglied 25 ein
eingeschlossenes Fluidvolumen bereit, welches überwiegend Hydraulikfluid umfasst
und welches durch die begrenzte Zwischenraumfläche zwischen der Oberfläche 25c und
der Wand 80a hindurchbewegt werden muss und dabei die aus
dem elektrischen, mechanischen und/oder hydraulischen Geräusch in dem
gesteuerten Fluidsystem oder -schaltungsanordnung resultierenden
Druckschwingungen vermindert oder dämpft.
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Das
Ventil- oder Düsengehäuse 19a weist
einen longitudinalen Durchgang 66 auf mit einer im Wesentlichen
zylindrischen Konfiguration zur Aufnahme eines Steuerschiebers 67 aus
einer Aluminiumlegierung (z.B. Al-Legierung 6262), der in dem Durchgang 66 in
satt anliegender, gleitbeweglicher Weise an Steuerschieberendbereichen
axial hin- und herbeweglich angeordnet ist.
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Das
Gehäuse 19a ist
in einer Bohrung oder Kammer (nicht gezeigt) in einem Aluminiumguss-Getriebekörper (nicht
gezeigt) oder anderen Fluidsteuerungssystem angeordnet. Äußere O-Ringdichtungen S1,
S2 an dem Ventilgehäuse 19a dichten
an dem Getriebegehäuse
und trennen die Versorgungs- und Steuerleitungen oder -kanäle (nicht
gezeigt) der Getriebehydraulikschaltungsanordnung.
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Das
Ventilgehäuse 19a weist
eine Druckfluid-Zulauf- oder Einlassöffnung 72, eine Mehrzahl
von Steueröffnungen 83,
eine Mehrzahl von ersten Ablassöffnungen 81,
welche den Steueröffnungen 83 zugeordnet
sind, und eine Mehrzahl von zweiten Ablassöffnungen 74, welche
dem Kugelventil 38 zugeordnet sind, auf. Das Ventilgehäuse 19a umfasst
die Dämpfungskammer 80,
welche mit dem Kugelventil 38 in Verbindung steht und damit
auch mit den entsprechenden Ablassöffnungen 74. Diese Öffnungen können durch
Gießen,
mechanisches Bearbeiten oder sonstwie in dem Ventilgehäuse 19a gebildet sein.
Die Steueröffnungen 83,
die Ablassöffnungen 81 und
die Ablassöffnungen 74 sind
auf dem Umfang des Düsengehäuses 19a im
Abstand voneinander angeordnet. Typisch weist das Ventilgehäuse 19a zwei
Steueröffnungen 83,
vier Ablassöffnungen 81 und
vier Ablassöffnungen 74 auf.
Eine röhrenförmige Fluidfiltersiebanordnung
FSA ist an dem Düsengehäuse 19a mittels
eines Halters 75 gehalten und durch einen O-Ring 77 an
demselben gedichtet. Die Anordnung umfasst Filtersiebe F, welche
die Einlass- und Steueröffnungen 72, 83 überlagern,
wie gezeigt, um einen Fluidfluss durch darüberliegende Öffnungen
OP in dem Filterstützring
R zu erlauben und den Zutritt von schädlichen Schmutz- oder Abriebteilchen,
die in dem Fluid vorhanden sein können, zu verhindern. Die Filtersiebe
F werden von dem Stützring
R getragen.
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Die
Einlassöffnung 72 steht
in Verbindung mit einer ringförmigen
Kammer 73, die ihrerseits mit einem radialen Fluiddurchgang 67a des
Steuerschiebers 67 in Verbindung steht. Der Durchgang 67a steht
in Verbindung mit einem longitudinalen zentralen Durchgang 67b des
Steuerschiebers 67, der einen mit Presssitz darin gefügten Öffnungsstopfen 67h aufweist.
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Das
verschiebliche Steuerschieberventil 67 ist in dem Ventilgehäuse 19a angeordnet,
um eine Zweistufen-Operation bereitzustellen, wobei in der ersten
Stufe unter Druck stehendes Fluid der Einlass- oder Zulauföffnung 72 zugeführt wird,
wobei das innere Ende 67c des Steuerschieberventils gegen
eine Gehäusestopendwand
(nahe Einsatz 21) anliegt, wie in 1 gezeigt,
wie von einer Feder 68 vorgespannt, und wobei das Kugelventil 38 gegen
den Ventilsitz 21a anliegt, ohne elektrischen Stromfluss zu
der Spule 16. Die Feder 68 liegt an einem Endverschluss 69 an.
Im Ergebnis wird der eintretende Fluidstrom veranlasst, die Steueröffnungen 83 zu
umgehen, und stattdessen so gerichtet, dass er durch die Steuerschieberdurchgänge 67a, 67b und
den Öffnungsstopfen 67h zu
dem axialen Fluiddurchgang des Ventileinsatzes 21 strömt. Das
Kugelventil 38 sitzt zunächst – infolge der Kraft der gewundenen
Feder 42 – auf
dem Ventilsitz 21a. Die Position des Steuerschieberventils 67,
welche zu einer Minimalfluidfluss-Steuerschieberventilposition relativ
zu den Steueröffnungen 83 korrespondiert,
tritt auf, wenn die ringförmige
Steuerschieber-Steuerfläche 67e mit
der Einlassöffnung 72 nicht
in Verbindung steht. Sobald jedoch das Fluid den Ventilsitz 21 erreicht,
steigt der Fluiddruck auf ein solches Maß, dass das Steuerschieberventil 67 entgegen
der Feder 68 ausreichend nach rechts in 1 bewegt
wird, um die ringförmige
Steuerfläche 67e mit
der Einlassöffnung 72 in
Verbindung zu bringen, wobei die Ablassöffnungen 81 geschlossen
werden. Diese Stellung des Steuerschieberventils 67 korrespondiert
zu einer Maximalfluidfluss-Steuerschieberventilposition relativ
zu den Steueröffnungen 83,
wobei die ringförmige
Steuerschieber-Steuerkammer mit der Einlassöffnung 72 in Verbindung
steht. Durch die Verbindung der Steuerschieber-Steuerfläche 67e mit
der Einlassöffnung 72 wird
auch das Ende 67d des Steuerschieberventils 67 via
Durchgang 67g mit der Steuerdrucköffnung 83 verbunden.
Wenn also die stationären
Strömungszustände verwirklicht
sind, sind die einander gegenüberliegenden
Enden des Steuerschieberventils 67 dem gleichen Fluiddruck
ausgesetzt.
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Anschließend umfasst
eine zweite Operationsstufe das Steuern des Fluidflusses durch die Steueröffnungen 83 durch
die Steuerschieberventilbewegung zwischen der vorstehend erwähnten Minimum-
und Maximumfluss-Steuerschieberposition. Die Bewegung des Steuerschieberventils
wird durch Ableiten von Fluid von dem Ventilsitz 21a durch
die Ablassöffnungen 74 gesteuert,
um den Fluiddruck auf lineare proportionale Weise zu verändern. Beispielsweise
wird der Spule 16 über
die Kontakte 54 ein elektrischer Strom zugeführt, um
ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches – zusätzlich zu der
Kraft des Fluiddrucks auf das Kugelventil 38 – die gewundene
Feder 42 und die geringe Kraft der Federplatte 24 überwindet,
um den Anker 22 linear proportional zu dem an die Spule 16 angelegten
Strompegel zu bewegen. Weil das Kugelventil 38 sich mit dem
Anker 22 bewegt, öffnet
sich das Kugelventil 38 linear proportional zu dem an die
Spule 16 angelegten Strom und leitet Fluid aus den Ablassöffnungen 74 ab,
um den Fluiddruck an den Steuerschieberventilgliedenden außer Gleichgewicht
zu setzen, um die Steuerschieberventilposition linear proportional
zwischen der vorstehend erwähnten
Minimal- und Maximalfluidfluss-Steuerschieberposition relativ zu
den Steueröffnungen 83 und
Ablassöffnungen 81 des Ventilgehäuses 19a zu
steuern. Dies sorgt für
einen kontrollierten Fluidfluss aus den Steueröffnungen 83 heraus
im direkten Verhältnis
zur Öffnung
des Kugelventils 38 gemäß der linearen
Bewegung des Ankers 22, die ihrerseits direkt proportional
zu dem Betrag des elektrischen Stromes ist, der der Spule 16 des Solenoid 14 zugeführt wird.
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Eine
derartige axiale Steuerschieberbewegung, wie im Vorstehenden beschrieben,
liefert einen Negativverstärkungsmodus
der Fluidflusssteuerung, wobei ein linearer Rückgang des Fluiddrucks an den Steueröffnungen 83 im
Verhältnis
zu einem Anstieg des elektrischen Stromflusses zu der Spule 16 steht. Es
kann aber auch ein Positivverstärkungsmodus
der Fluidflusssteuerung durch das beschriebene Proportional-Fluidsteuerventil 10 mit
veränderlicher
Kraft erhalten werden durch Umkehrung des elektrischen Stromflusses
in der Spule 16 und durch Zuführen von Zulaufdruck durch
die Einlassöffnung 72 bei
vollgeöffnetem
Kugelventil 38, wie durch die Stellung des Ankers 22 bei stromdurchflossener
Spule 16 bestimmt, wie in dem vorstehend erwähnten US-Patent Nr.
5 611 370 beschrieben.
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Unabhängig davon,
ob das Proportional-Solenoid-Steuerventil 10 mit veränderlicher
Kraft in einem Positiv- oder Negativverstärkungsmodus betrieben wird,
werden die Ankerscheibe 25 und Dämpfungskammer 80 zusammenwirken,
um Fluiddruckschwingungen zu vermindern oder zu dämpfen, welche
aus dem elektrischen, mechanischen und/oder hydraulischen Geräusch in
dem gesteuerten Fluidsystem oder -schaltungsanordnung resultieren,
welche Druckschwingungen ihrerseits zu einem nichtlinearen Ventilantwortverhalten
führen
können.
In einer elektronisch gesteuerten Fahrzeuggetriebeanwendung kann
elektromechanisches Geräusch
in dem gesteuerten System oder Schaltungsanordnung seinen Ursprung
in dem Getriebesteuermodul (z.B. ein zerhacktes Pulsbreitensteuersignal)
und Schwingungen der Kupplungs- oder Gangschaltungsventile in dem
Getriebekörper
haben und Fluiddruckschwingungen und eine nichtlineare Ventilantwort
erzeugen.
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, die eine weitere
Ausführungsform
der Erfindung illustriert, wobei gleiche Bezugsziffern, durch den
Index ' gekennzeichnet,
gleiche Elemente wie in 1 bezeichnen. Die Ausführungsform
von 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
darin, dass der Scheibenabschnitt 25b' des Dämpfungsgliedes 25' nicht becherförmig ist,
sondern wie gezeigt mehr mit einer flachen Scheibenkonfiguration
ausgebildet ist mit einer zylindrischen Außenfläche 25c', welche mit einer zylindrischen
Wand 80a' einer
Kammer 80' zusammenwirkt,
wie oben beschrieben. Die Plattenfeder 26 von 1 ist
in 2 nicht vorhanden. Das Ankerdämpfungsglied 25' ist in der
Kammer 80' in der
Weise aufgenommen, wie im Vorstehenden für 1 beschrieben,
um mit der Kammer 80' zusammenzuwirken,
um Fluiddruckschwingungen, welche aus dem Geräusch in dem gesteuerten Fluidsystem oder
-schaltungsanordnung resultieren, zu vermindern oder zu dämpfen.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, die eine weitere
Ausführungsform
der Erfindung illustriert, wobei gleiche Bezugsziffern, durch den
Index '' gekennzeichnet,
gleiche Elemente wie in 1 bezeichnen. Die Ausführungsform
von 3 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
darin, dass das Dämpfungsglied 25'' von dem Anker 22'' gesondert und nicht mit diesem
verbunden ist. Vielmehr greift an dem gesonderten becherförmigen,
in einer zylindrischen Dämpfungskammer 80'' aufgenommenen Dämpfungsglied
oder -scheibe 25'' ein zylindrischer
Pfropfen 27'' an, der durch
Presssitz fest in das innere Ende 22'' des
Ankers gefügt
ist, wie gezeigt. Hierzu umfasst der Pfropfen 27'' eine gerundete Nase 27a'' zum Bereitstellen eines Näherungspunktkontaktes
mit dem Dämpfungsglied
oder -scheibe 25''. Das Ankerdämpfungsglied
oder -scheibe 25'' ist in einer
Kammer 80' in
der Weise aufgenommen, wie im Vorstehenden für 1 beschrieben,
so dass seine zylindrische Außenfläche 25c'' mit der zylindrischen Kammer 80'' zusammenwirkt, um Fluiddruckschwingungen,
welche aus dem Geräusch
in dem gesteuerten Fluidsystem oder -schaltungsanordnung resultieren,
zu vermindern oder zu dämpfen.
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Die
Ausführungsformen
von 2 und 3 funktionieren ähnlich wie
die Ausführungsform von 1,
um den Fluiddruck zu steuern und die Stabilität der Ventilantwort auf Druckschwingungen
in dem gesteuerten Fluidsystem zu verbessern durch das Zusammenwirken
zwischen dem Dämpfungsglied 25', 25'' und der jeweiligen Dämpfungskammer 80', 80''.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Steuerschieberfeder 68, 68', 68'' weggelassen und Fluiddruck verwendet werden,
um den Steuerschieber vorzuspannen, wie in der vorstehend erwähnten Schrift
US-A-5 611 370 beschrieben.
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Es
wurden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
des Proportional-Solenoid-Ventils mit veränderlicher Kraft und der Fluidsteuervorrichtung für ein elektronisches
Getriebe gemäß der Erfindung aufgezeigt
und im Detail beschrieben; es versteht sich jedoch, dass Variationen
oder Modifikationen möglich
sind, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert ist, zu verlassen.