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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Solenoid-betätigtes Proportionalventil mit
veränderlicher Kraft,
welches den Druck eines Fluids als Antwort auf einen an ein Ventil-Solenoid
angelegten elektrischen Strom steuert, und betrifft im Besonderen
ein druckregulierendes Solenoid-betätigtes Proportionalventil mit
veränderlicher
Kraft, welches mehrfache Öffnungen
aufweist, um eine präzisere
Niederdrucksteuerung über
einen weiten Bereich von Arbeitsfluiddrücken und -temperaturen bereitzustellen.
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Ein
Proportional-Solenoid-Steuerventil mit veränderlicher Kraft, welches relativ
kostengünstig herzustellen
ist und kompakte Abmessungen aufweist und dabei eine im Wesentlichen
lineare, proportionale Fluidsteuerung aufrechterhält, ist
in US-A-4 988 074 beschrieben. Dieses Proportional-Solenoid-Steuerventil
mit veränderlicher
Kraft umfasst ein äußeres Stahl-Solenoid-Gehäuse und eine
Aluminium-Ventilglieddüse,
welche mechanisch miteinander gefügt sind, z.B. durch Lappen
an dem Stahl-Solenoid-Gehäuse,
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 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
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
Proportional-Solenoid-Fluidsteuerventils mit veränderlicher Kraft 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 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 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 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 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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EP-A-0
849 514 zeigt in 2 eine Solenoid-betätigte Ventil-Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wobei ein Sekundärabzweigdurchlass
ungefähr
in der Mitte einer röhrenförmigen, in
dem Düsengehäuse angeordneten
Hülse angeordnet
ist, welche ein erstes Ende mit einem Solenoid-betätigten Ventil
in der Nähe
eines Solenoid-Gehäuses,
ein geschlossenes zweites Ende und eine zwischen dem ersten und
dem zweiten Ende in der Nähe
des Sekundärabzweigdurchlasses
angeordnete Steueröffnung
aufweist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer
Solenoid-Fluiddruckregulierventil-Vorrichtung mit veränderlicher
Kraft mit gegenüber
der Ventilvorrichtung nach EP-A-0 849 514 verbesserter Niederdrucksteuerung
(z.B. bei oder nahe Nullüberdruck) über einen
weiten Bereich von Arbeitsdrücken
und -temperaturen.
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Diese
Aufgabe wird durch Anspruch 1 erfüllt, und weitere Verbesserungen
der erfindungsgemäßen Ventil-Vorrichtung
sind in den Ansprüchen
2 bis 6 definiert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein druckregulierendes Solenoid-Fluidsteuerventil
mit veränderlicher
Kraft zum Regulieren des Drucks eines unter Druck stehenden Fluids
in einem Fluidsteuerungssystem im Verhältnis zum Strompegel eines
elektrischen Eingangssignals bereit. Das druckregulierende Solenoid-Fluidventil mit veränderlicher
Kraft umfasst ein Düsengehäuse mit
einem ersten Ende, welches mit einem Solenoid-Gehäuse verbunden
ist, und mit einer Zuführöffnung zum
Aufnehmen von unter Druck stehendem Fluid und zum Zuführen des
unter Druck stehenden Fluids zu einer festen inneren röhrenförmigen Fluidstromführungshülse. Die
innere Hülse
weist einen Primärdurchlass
auf, welcher mit einem Ventilsitz in der Nähe des ersten Endes des Düsengehäuses und
mit einer Steueröffnung
durch einen oder mehrere Fluiddurchgänge zwischen dem Düsengehäuse und
der Hülse
verbunden ist. Die innere Hülse
weist ferner einen Sekundärabzweigdurchlass
auf, der in der Nähe
eines zweiten Endes des Düsengehäuses und
in der Nähe
der Steueröffnung
angeordnet ist, um unter Druck stehendes Fluid direkt zu der Steueröffnung abzuzweigen,
so dass eine präzisere
Niederdruckfluidsteuerung, z.B. im Besonderen dann, wenn der Überdruck
an der Steueröffnung
gegen Null-Überdruck(-Steuerdruck)
geht, über
einen weiten Bereich von Fluiddrücken
und -temperaturen bereitgestellt wird. Die Steueröffnung ist
mit einer externen fluidbetätigten
Komponente verbunden, z.B. mit einer hydraulischen Fahrzeuggetriebekomponente,
um deren Betrieb zu steuern. Ein Solenoid-betätigtes Ventil mit veränderlicher
Kraft wirkt mit dem Ventilsitz zusammen, um einen Strom von unter
Druck stehendem Fluid zu einer oder mehreren Ablassöffnungen
einzustellen, als ein Mittel zum Regulieren des Drucks an der Steueröffnung in Abhängigkeit
vom elektrischen Stromfluss zu einer Spule des Solenoid-betätigten Ventils.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Düsengehäuse ein
zweites offenes Ende, welches von dem mit dem Solenoid-Gehäuse gefügten Ende
entfernt ist und eine oder mehrere Steueröffnungen definiert. Die eine
oder die mehreren Steueröffnungen
sind mit dem Primärdurchlass über die
Fluiddurchgänge
zwischen dem Düsengehäuse und
der inneren Hülse
verbunden.
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Bevorzugt
sind das Düsengehäuse und
die innere Fluidstromführungshülse sowie
optional der Ventilsitz durch Formgebung in formgebenden Werkzeugen,
durch Gießen
oder auf andere Weise als eine einstückige Komponente ausgebildet,
um die Konstruktion des Ventils zu vereinfachen. Die einstückige Komponente,
welche das Düsengehäuse, die feste
innere Fluidstromführungshülse und
optional den Ventilsitz umfasst, ist mit dem Solenoid-Gehäuse, im
Besonderen einem magnetisch impermeablen Solenoid-Gehäuse verbunden.
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügte
zeichnerische Darstellung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
ein Längsschnitt
eines einstufigen druckregulierenden Solenoid-Proportional-Fluidventils mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine Endansicht des Ventils von 1.
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3 ist
ein Längsschnitt
eines einstufigen druckregulierenden Solenoid-Proportional-Fluidventils
mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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4 ist
eine Endansicht des Ventils von 3.
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5 ist
ein Graph, worin der Steuerdruck in Abhängigkeit vom elektrischen Stromfluss
zu der Solenoidspule für
ein einstufiges druckregulierendes Solenoid-Proportional-Fluidventil
mit veränderlicher Kraft
in Einklang mit einer Ausführungsform
der Erfindung aufgetragen ist.
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6 ist
eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei
der Permanentringmagnet durch ein Paar bogenförmige segmentierte Permanentmagnete
ersetzt ist.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird nun auf die 1 bis 2 Bezug genommen,
gemäß welchen
ein Solenoid-Proportional-Fluidsteuerventil 10 mit veränderlicher
Kraft eine Solenoid-Hülle
oder -Gehäuse 12 und
ein Düsengehäuse 19 mit
einem ersten Ende 19a, welches mit dem Solenoid-Gehäuse 12 verbunden
ist, aufweist. Das Solenoid-Gehäuse 12 umschließt Solenoid-Komponenten
zum Betätigen
eines Ventilmechanismus, wie im Folgenden näher beschrieben werden wird.
Das Solenoid-Gehäuse 12 umfasst
bevorzugt ein im Wesentlichen nichtmagnetisches Material mit wenig
oder gar keiner magnetischen Permeabilität, z.B. im Vergleich zu der
magnetischen Permeabilität
eines ferromagnetischen Werkstoffs, so etwa Stahl. Ein Material,
welches sich besonders gut für das
Sole noid-Gehäuse 12 eignet,
umfasst Aluminium und seine Legierungen oder ein thermoplastisches Material,
durch Gießen
oder Spritzgießen
in die erforderliche Form zum Aufnehmen der Solenoid-betätigten Ventilkomponenten,
wie noch zu beschreiben, überführt.
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Das
Solenoid-betätigte
Fluidsteuerventil 10 umfasst ein Solenoid 14 mit
einer elektromagnetischen Spule 16, welche um einen Spulenkörper 18 aus
geformtem 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 durch eine dünne Feder 24 mit
niedriger Federrate und ein innerstes Ankerende 22a gehalten.
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Die
Plattenfeder 24 ist von der Art, wie sie in der US-A-4
988 074 beschrieben wird. Das heißt, die Federplatte ist 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 des vorgenannten Patents Nr. 4 988 074 gezeigte
Federkonfiguration ergibt. Die äußere Peripherie
der Plattenfeder 24 ist zwischen einer Endfläche des
Spulenkörpers 18 und
einer Endkappe oder Verschluss 46 angeordnet. Die innere
Peripherie der Plattenfeder 24 ist in einer Nut eines Kragens 27 angeordnet,
welcher mit dem Anker 22 mit Presssitz gefügt ist und aus
Messing hergestellt ist. Durch die Verwendung der Federplatte 24 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, welche eine gewundene Kompressionsfeder 42 zum
Vorspannen des Ankers 22 nach rechts, bezogen auf 1,
aufnimmt. Die gewundene Kompressionsfeder 42 (Federvorspannmittel)
ist zwischen dem axialen Ankerende und einer zentralen Nabe 46a der Ventilgehäusekappe
oder -verschlusses 46 festgehalten. Die zentrale Nabe 46a umfasst
einen einwärts gerichteten,
sich in Axialrichtung erstreckenden, zylinderförmigen Federpositionierungsvorsprung
oder -nase 46b, welche in der gewundenen Feder 42 mit dem
Ende der Feder 42 an der inneren Oberfläche oder Wandung der zentralen
Nabe 46a angreifend aufgenommen ist, wie in 1 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 -verschluss 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 an dem Kugelventil 38 vorbei oder Teilöffnungsdruck des
Kugelventils 38 bereitzustellen, um eine gewünschte Fluiddruck-gegen-Solenoidstrom-Antwort bereitzustellen.
Der Gehäuseverschluss 46 umfasst einen
peripheren Bereich 46c. An dem peripheren Bereich 46c greift
ein über
den Bereich 46c gelegter Endschulterbereich der Solenoid-Hülle oder
-Gehäuses 12 an,
so dass die zentrale Nabe 46a an der Feder 42 angreift.
Der Verschluss 46 umfasst eine maschinell bearbeitete Aluminiumlegierung.
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Der
Verschluss 46 ist in einer zentralen Nabe 46a gegenüber der
Feder 42 verformbar. Ein rückspringender oder genuteter
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, 1. Die zentrale
Nabe 46a erfährt
typisch den Primär- oder Hauptanteil
der bleibenden Verformung durch Angreifen des Einstellwerkzeugs,
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 gewisse 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 Ring magnet 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, z.B. als ein Nd2Fe14B-Permanentmagnet,
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 Stroms zu der Spule 16 im
Wesentlichen sättigt.
Es ist ein relativ kleines 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-Zuführüberdruck an
Steueröffnungen
CP bereitstellt und der "AUS"-Zustand unter vollem
Druck stehendes Fluid an Steueröffnungen
CP bereitstellt.
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Das
beschriebene Solenoid-Proportional-Steuerventil mit veränderlicher
Kraft, welches einen Ringmagnet in Kombination mit einer elektromagnetischen
Spule verwendet, ist in US-A-4 988 074 und US-A-5 611 370 beschrieben.
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Ein
Kunststoffverbinderkörper 52,
welcher in 1 dargestellt ist, ist an dem
Spulenkörper 18 angeordnet
und tritt seitlich aus der Solenoid-Hülle oder -Gehäuse 12 aus.
Der Verbinderkörper 52 umfasst elektrische
Kontakte 54 (einer gezeigt), 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 der obengenannten US-A-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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Wie
in 1 gezeigt, greift das innerste Ankerende 22a des
Ankers 22 an einem elastomeren oder metallischen Kugelventil 38 an,
welches mit einem Ventilsitz 17a zusammenwirkt, der an
einem in dem Düsengehäuse 19 untergebrachten
Ventilsitzeinsatz 17 ausgebildet ist. Das Kugelventil 38 und der
Ventilsitz 17a definieren ein Fluidableitungs- oder -ablassventil
zum Ableiten oder Ablassen von Fluid zu einer oder mehreren Ablassöffnungen
EP wie im Folgenden noch zu beschreiben, welche mit einem Fluidsumpf
oder -rücklauf
(nicht gezeigt) verbunden sein können.
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Das
innerste Ankerende 22a umfasst ein Dämpfungsglied oder -scheibe
mit einer zylindrischen äußeren Peripherie
oder Oberfläche 25,
welche mit einer zylindrischen Dämpfungskammer 80 zusammenwirkt,
die definiert ist durch einen zylindrischen, röhrenförmigen Spulenkörperflansch 18d,
der sich axial in das Düsen-Gehäuse 12 hinein
erstreckt, um Druckschwingungen, welche aus dem elektrischen, mechanischen
und/oder hydraulischen Geräusch
in dem gesteuerten Fluidsystem oder -schaltung, z.B. eine Automatikgetriebeschaltung,
resultieren, zu vermindern oder zu dämpfen. Der Flansch 18d umfasst
Fluidablassöffnungen 18e,
welche mit Ablassöffnungen
EP in dem Düsengehäuse 19 übereinstimmen.
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Im
Besonderen ist ein kontrollierter Zwischenraum zwischen der äußeren zylindrischen
peripheren Oberfläche 25 der
Ankerdämpfungsendscheibe 22a und
der Kammerwand 80a vorgesehen. Die Dämpfungskammer 80 ist
als Teil des Spulenkörpers 18 geformt
oder gegossen und steht via Öffnungen 18e mit
den Ablassöffnungen
EP (zwei gezeigt, wobei sich zwei zusätzliche, nicht gezeigte Ablassöffnungen
in die Zeichenebene hinein und aus ihr heraus erstrecken) in Verbindung.
Die Querschnittsfläche
der Dämpfungsscheibe 22a und
der Zwischenraum zwischen der Oberfläche 25 und der zusammenwirkenden
Wand 80a sind so gewählt,
dass sie eine Verminderung oder Dämpfung von aus dem Geräusch in
der gesteuerten Schaltung resultierenden Druckschwingungen bewirken,
welche Druckschwingungen zu einem nichtlinearen Ventilantwortverhalten
führen
können.
In der Tat stellen die Dämpfungskammer 80 und
die Ankerdämpfungsendscheibe 22a ein
eingeschlossenes, überwiegend
Hydraulikfluid umfassendes Fluidvolumen bereit, welches durch die begrenzte
Zwischenraumfläche
zwischen der Oberfläche 25 und
der Wand 80a hindurchbewegt werden muss und dabei die aus
dem elektrischen, mechanischen und/oder hydraulischen Geräusch in
dem gesteuerten System oder Schaltung resultierenden Druckschwingungen
vermindert oder dämpft.
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Das
Kugelventil 38 ist in einem mit flachen Seiten versehenen
Käfig 17b des
Ventilsitzeinsatzes 17 zwischen dem innersten Ankerende 22a und
dem Ventilsitz 17a aufgenommen und seitlich begrenzt. Der
Ventilsitzeinsatz 17 ist durch eine O-Ringdichtung 18f fluiddicht
in dem Ende 19a des Düsengehäuses 19 angeordnet.
Bei dieser Ventilanordnung ist das Kugelventil 38 gegen
das innerste Ankerende 22a vorgespannt und folgt der Bewegung
des Ankers 22 in einer Richtung zu dem Ventilsitz 17a hin
bzw. von diesem weg aufgrund des auf das Kugelventil wirkenden Fluiddrucks
und aufgrund des Aufgenommenseins in dem Rücksprung 17b. Der
Einsatz 17 kann durch Formgebung in formgebenden Werkzeugen
oder Gießen
als Metall- oder thermoplastische Komponente hergestellt sein.
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Das
erste Ende 19a des Düsengehäuses 19 ist
mit der Solenoid-Hülle
oder -gehäuse 12 durch über einen
sich radial erstreckenden Flansch 19c des Düsengehäuses 19 gelegte
Lappen oder Schultern 23 des Solenoid-Gehäuses verbunden.
Das Düsengehäuse 19 umfasst
O-Ringdichtungen 21a, 21b zum Abdichten gegen
die Komponenten des dazugehörigen
Fluidsteuerungssystems, z.B. gegen den Automatikgetriebe-Ventilkörper (nicht
gezeigt). Die Dichtungen 21a, 21b dienen der dichten
Trennung einer Zuführleitung
oder -kammer SL von der Steuerleitung oder -kammer CL, wie schematisch
in 1 dargestellt. Die Steuerleitung oder -kammer
CL steht typisch mit einer (nicht gezeigten) stromabwärtigen Komponente
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 Zuführleitung
oder -kammer SL ist mit einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid
verbunden, zum Beispiel mit einer Hydraulikfluidpumpe (nicht gezeigt).
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Das
Düsengehäuse 19 ist
bevorzugt aus Metall oder Kunststoff, z.B. aus einem thermoplastischen
Material, geformt, gegossen oder sonstwie als eine einstückige Komponente
geformt, so dass es einen longitudinalen Durchgang 66 mit
einer zylindrischen Konfiguration und eine integral geformt ausgebildete,
feste, sich axial erstreckende, röhrenförmige Fluidstromführungshülse 68 aufweist,
um die Konstruktion des Ventils zu vereinfachen. Die Hülse ist
in dem Durch gang 66 durch integral geformt oder gegossen
ausgebildete Stege 68w des Düsengehäuses 19 gehalten,
wie am besten in 2 gezeigt. Das Material des
Düsengehäuses 19 kann
in Abhängigkeit
von den zu anzutreffenden Einsatzbedingungen gewählt sein. So kann zum Beispiel
ein glasgefülltes Nylon
6/6-Material für
den Einsatz in Niedertemperatur- und -druck-Anwendungen verwendet
werden, während
ein 6262 T8-Aluminium-Material für
den Einsatz in Hochtemperatur- und -druck-Anwendungen verwendet
werden kann. Es können
federbelastete Halteclips CS1, CS2, welche nicht Teil der Erfindung
bilden, verwendet werden, um das Düsengehäuse 19 in einer Bohrung
eines Fahrzeuggetriebegehäuses
zu sichern.
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Das
Düsengehäuse 19 ist
so geformt oder gegossen, dass es eine Zuführöffnung SP aufweist, welche
mit einem ersten Zuführdurchlass 01 in
Verbindung steht, welcher im Durchmesser so bemessen ist, dass eine
anfängliche
Einstellung des in den Durchgang 66 eintretenden Zuführdrucks
bereitgestellt ist. Die Zuführöffnung SP
ist mit der Zuführleitung
oder -kammer SL durch ein geeignetes Fitting verbunden. Die Zuführöffnung SP
kann für
den Einsatz in nicht-kritischen Regulierungsanwendungen im Zustand
wie geformt bleiben und je nach Bedarf – für den Einsatz in kritischeren
Anwendungen – fertiggerieben
werden.
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Das
Düsengehäuse 19 weist
ein zweites offenes Ende 19e auf, welches von dem ersten
Ende 19a entfernt ist. Ein Paar bogenförmiger Steueröffnungen
CP sind an dem zweiten offenen Ende definiert und stehen mit der
Steuerleitung oder -kanal CL über
eine Steueröffnungskammer
C1 in Verbindung. Die Steueröffnungen
CP sind durch die geformten oder gegossenen Wände 19g der Hülse 68 und
die Wand 19h des Düsengehäuses definiert.
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Die
Steueröffnungen
CP stehen durch die longitudinalen Fluiddurchgänge 71, welche als
Teil des Düsengehäuses 19 zwischen
dem Düsengehäuse und
der Hülse 68 geformt
oder gegossen sind, mit einem Primärdurchlass 02 in Verbindung.
Dicht abgeschlossen aufgenommen in dem zweiten offenen Ende 19e befindet
sich ein konventionelles Fluidfilter F.
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Die
feste innere Fluidstromführungshülse 68 umfasst
ein äußerstes
axiales Ende 68a, welches einen Einsatz 69 mit
einem Sekundärabzweigdurchlass 03 und
einem longitudinalen inneren Durchgang 68b, der an einem
innersten axialen Ende in dem Primärdurchlass 02 mündet, der
gegenüber
und in der Nähe
des Ventilsitzeinsatzes 17 in einer Kammer C angeordnet
ist, aufweist. Der Primärdurchlass 02 steht
mit dem Ventilsitz 17a über
einen sich axial erstreckenden Fluidablassdurchgang 17e in
dem Einsatz 17 in Verbindung. Der Primärdurchlass 02 ist axial
beabstandet von dem Ventilsitz 17a angeordnet, wodurch
unter Druck stehendes Fluid zu Ablassöffnungen EP abgeleitet wird,
um den Fluiddruck an der Steueröffnung
CP zu regulieren. Die Ablassöffnungen
EP sind an dem Düsengehäuse 19 in
der Nähe
des Kugelventils 38 angeordnet, wie in 1 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.
An dem Kugelventil 38 ist laminare Fluidströmung bereitgestellt.
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Es
ist erkennbar, dass der Primärdurchlass 02 durch
den einen oder die mehreren sich axial erstreckenden Fluiddurchgänge 71,
welche als Teil des Düsengehäuses 19 zwischen
dem Düsengehäuse und
der Hülse 68 geformt
oder gegossen sind, fluidflussbeziehungsmäßig mit den Steueröffnungen
CP in Verbindung steht. Der Abzweigdurchlass 03 steht mit
den Steueröffnungen
CP in direkter Verbindung, dadurch, dass er in derselben Ebene am
Ende der Hülse 68 angeordnet
ist. Die Steueröffnungen
CP stehen mit dem Primärdurchlass 02 über die
Fluiddurchgänge 71 in
Verbindung.
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Die
Druckregulierung wird erzielt durch Bewegen des Ankers 22 als
Antwort auf den elektrischen Stromfluss zu der 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 17a schließt ("AUS"-Zustand). Die Steueröffnungen
CP erhalten den Druck, der zu dieser Zeit am Ventilsitz 17a herrscht, über die
Fluiddurchgänge 71 zwischen
dem Düsengehäuse 19 und
der Hülse 68.
Wenn die Spule 16 mit einem maximalen gewählten elektrischen Strom
beaufschlagt wird, bewegt sich der Anker 22 um das maximale
Maß von
dem Ventilsitz 17a weg ("EIN"-Zustand),
so dass das Kugelventil 38 voll öffnen kann und ein Fluidüberdruck
bei Null oder nahe Null an Steueröffnungen CP bereitgestellt
wird. Eine Bewegung des Ankers 22 zwischen diesen Positionen
wird durch Variation des Stromflusses zu der Spule 16 bewirkt,
um so die Kugelventilstellung relativ zu dem Ventilsitz 17a 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. Ein Sekundärabzweigdurchlass 03 ist in
einer Position zwischen der Zuführöffnung SP
und der Steueröffnung
CP von dem Ventilsitz 17a entfernt und nahe der Steueröffnung CP
bereitgestellt, um unter Druck stehendes Fluid zu der Steueröffnungskammer
C1 abzuzweigen, derart, dass eine präzisere Niederdruckfluidsteuerung
erhalten wird, z.B. wenn der Druck an der Steueröffnung gegen Null-Überdruck(-Steuerdruck) geht.
Diese verbesserte Niederdrucksteuerung wird über einen weiten Bereich von
Fluiddrücken
und -temperaturen bereitgestellt und vermindert negative Drücke, welche
in der Nähe
des Ventilsitzes 17a in der Kammer C entstehen können, wenn
das Ventil geöffnet
wird. In 1 ist der Sekundärabzweigdurchlass 03 bevorzugt
direkt axial gegenüber
der Steueröffnungskammer
C1 angeordnet, um Fluid direkt zu derselben abzuleiten.
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Der
Sekundärabzweigdurchlass 03 ist
im Durchmesser so bemessen, dass unter Druck stehendes Fluid zu
der Steueröffnungskammer
C1 abgezweigt wird, wenn das Kugelventil 38 als Antwort auf
die Bewegung des Ankers 22 infolge Strombeaufschlagung
der Spule 16 geöffnet
wird. Das von dem Durchlass 03 abgezweigte Fluid kann einem
leicht negativen Druck 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 eine präzisere
Niederdrucksteuerung über
einen weiten Bereich von Arbeitsfluiddrücken und -temperaturen bereitstellen.
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Das
Flächenverhältnis von
Zuführdurchlass 01,
Primärdurchlass 02 und
Sekundärabzweigdurchlass 03 wird
zu diesem Zweck so eingestellt, dass Variationen im "AUS"-Druck (d.h. Fluiddruck
an der Steueröffnungskammer
C1 gegen Null-Überdruck gehend)
an der Steueröffnungskammer
C1, die aus einem solchen negativen Druck in der Kammer C resultieren,
und Variationen im Zu führleitungsdruck
minimiert werden. Exemplarisch, ohne hierauf begrenzt zu sein, kann
das Verhältnis
der Querschnittsflächen des
zylinderförmigen
Zuführdurchlasses 01,
Primärdurchlasses 02 und
Sekundärabzweigdurchlasses 03 auf
1,25:1,25:1,00 eingestellt werden für einen Betrieb unter Fluidzuführdrücken im
Bereich von 2,8 bis 17,6 kg/cm2 (40 bis
250 psi), wobei der Fluidablassdurchgang 17e eine Fläche von
0,0226 cm2 (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,
wenngleich die Bemessung des Ablassdurchgangs 17e von dem
erforderlichen Steuerdruckniveau abhängig ist.
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5 zeigt
einen Graphen des Steuerdrucks über
dem elektrischen Stromfluss zu der Solenoid-Spule für ein einstufiges
druckregulierendes Solenoid-Proportional-Fluiddruckregulierventil
mit veränderlicher
Kraft in Einklang mit der im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung. Es ist erkennbar, dass eine präzise Niederdrucksteuerung bei
oder nahe Nullüberdruck
an der Steueröffnung
CP bei verschiedenen Zuführleitungsdrücken von
3,52, 4,57, 7,03 und 17,6 kg/cm2 (50, 65,
100 und 250 psi) bereitgestellt wird.
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Die 3 bis 4 zeigen
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, wobei das Düsengehäuse 19' integral geformt
oder gegossen ausgebildet ist, so dass es die röhrenförmige Fluidstromführungshülse 68' und den Ventilsitz 17a' umfasst. Das
heißt, der
Ventilsitz 17a' ist
integral geformt oder gegossen mit dem Düsengehäuse 19' und der inneren Hülse 68' ausgebildet
und nicht als gesonderte Komponente wie in 1 gezeigt,
um so die Konstruktion des Ventils noch weiter zu vereinfachen.
In den 3 bis 4 sind Merkmale, die denen der 1 bis 2 gleichen,
mit den gleichen Bezugsziffern, durch den Index ' gekennzeichnet, bezeichnet.
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Ferner
ist gemäß den 3 bis 4 eine Einstellschraube 47' bereitgestellt
zum Einstellen der Kompression der Feder 42' und damit der Ventilantwort auf
den Solenoid-Strom. Ein geformter, ultraschallgeschweißter Gleitstopfen 49' ist in 3 gezeigt,
der den Fluiddurchgang, der aus dem Formgebungsprozess resultiert
(z.B. mit Kern versehener Durchgang), abdichtet. Der Fluid durchgang
kann jedoch auch durch Warmverstemmen verschlossen sein, um die
Konstruktion zu vereinfachen.
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Das
Kugelventil 38' funktioniert
auf dieselbe Weise wie das Kugelventil 38 der Ausführungsform gemäß den 1 bis 2,
um unter Druck stehendes Fluid aus der Kammer C' über
Ablassöffnungen EP' als Antwort auf
die Bewegung des Ankers 22' abzuleiten,
wie durch den der elektromagnetischen Spule 16' zugeführten Strom
bestimmt. Der Sekundärabzweigdurchlass 03' an dem äußersten
Ende der inneren Hülse 68' funktioniert
wie für
den Sekundärabzweigdurchlass 03 gemäß den 1 bis 2 beschrieben,
um unter Druck stehendes Fluid zu der Steueröffnungskammer C1' abzuleiten, um "AUS"-Druckschwankungen
an der Steueröffnungskammer
C1', die aus einem
derartigen negativen Druck in der Kammer C' resultieren, und Schwankungen im Zuführleitungsdruck
auf ein Minimum zu reduzieren.
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An
Stelle eines Ringmagneten 41 (41') gemäß den obigen Ausführungsformen
kann alternativ die Umsetzung der Erfindung so realisiert werden, dass
ein Paar (oder eine andere Anzahl) von bogenförmigen segmentierten Permanentmagneten 141 verwendet
werden, 6. Die bogenförmigen segmentierten
Permanentmagnete 141 sind in Taschen 118a aufgenommen,
welche als Teil des Spulenkörpers 118 ausgebildet
sind. 6 zeigt eine Feder 142, die in dem axialen
Ende eines Ankers 122 untergebracht ist, und den Spulenkörper, der
in einem Gehäuse 112 aufgenommen
ist.