B E S C H R E I B U N G
Titel: Stufenlos regelbares Druckregelventil
Die Erfindung betrifft ein Druckregeiventii mit einem Gehäuse, das eine auf einen Spulenträger gewickelte Spule, einen in einem Lager axial verschiebbaren Anker, einen Kern und eine Fiussieiteinrichtung aufweist, und das eine erste Anschiussbohrung zur Verbindung mit einem Tank und einen Anschlussstutzen besitzt, wobei der Anschiussstutzen einen Ventilsitz für ein Ventiigiied des Ankers aufweist.
Derartige Druckregelventile werden insbesondere bei hydraulischen Stelleinrichtungen, in Steuerungen für Kraftfahrzeugautomatikgetriebe oder auch in Kombination mit einer druck- bzw. durchsatzgesteuerten Motorölpumpe eingesetzt. Dabei kann es sich um sogenannte 0 n/Off - Ventile handein oder um sogenannte Modulatorventile, die den Vorteii haben, dass der Durchsatz stufenlos regelbar ist. Beispielhaft soll hier ein stufenios regelbares Druckregeiventii genannt werden, das aus der DE 44 02 523 C2 bekannt ist. Hierbei wirkt der Anker eines an sich bekannten nach dem Proportionalprinzip arbeitendes Druckregeiventii mit einem Ventilglied zusammen, das vereinfacht ausgedrückt, eine Verbindung zwischen einem Verbraucheranschluss und einem Tank öffnen und schließen kann. Die Anschiussbohrung zum Tank sowie die Verbindung zum Verbraucher sind in einem Anschlussstutzen ausgebildet. Um die Dämpfungseigenschaften eines derartigen Druckregelventils noch weiter zu verbessern, ist des Weiteren ein Abzweig mit einer Speicher- Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Es sollte deutlich sein, dass ein derartiges Druckregeiventii sehr aufwendig und damit teuer in der Herstellung sowie in der Montage ist. Darüberhinaus findet die stufeniose
Regelung ausschließlich durch den elektromagnetischen Antrieb statt, was zudem einen hohen steuerungstechnischen Aufwand erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckregeiventil zu schaffen, das bei einem geringen steuerungstechnischen Aufwand stufenlos regelbar ist und dabei gute Dämpfungseigenschaften besitzt. Darüberhinaus soll es möglichst kostengünstig und einfach herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine zweite Anschlussbohrung zur Verbindung mit einem Verbraucher vorgesehen ist und dass in dem vom Kern abgewandten Ende des Anschlussstutzens eine Regelbohrung mit einem darin gelagerten Regeiorgan vorgesehen ist, wobei der Anker und das Regeiorgan zumindest in Öffnungsrichtung des Druckregelventils in einer kraftübertragenen Wirkverbindung stehen. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, beispielsweise die Fördermenge bzw. den Öldruck einer Motorölpumpe zu steuern. Hierzu ist beispielsweise die erste Anschlussbohrung mit einem Tank zu verbinden und die zweite Anschlussbohrung mit dem zu steuernden Verbraucher. Am Regeiorgan liegt dann der Regeldruck an, der zusammen mit der Magnetkraft in Richtung und Summe gegen die Federkraft wirkt. Auf diese Weise ist eine einfache Öldruckregelung des Verbrauchers gewährleistet, wobei das Regeiorgan zudem noch als integrierte Dämpfungseinrichtung nutzbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem Unterteil und einem Oberteil aufgebaut, wobei das Unterteil den Anschlussstutzen und die Anschlussbohrungen aufweist und in dem Oberteil des Gehäuses kraft- oder formschlüssig angeordnet ist, wobei zum kerngerichteten Teil des Unterteils eine Lagerbuchse für den Anker vorgesehen ist und in der Regelbohrung des Anschlussstutzens eine Lagerbuchse für das Regeiorgan vorgesehen ist. Auf diese Weise wird ein
besonders einfach herzustellendes und zu montierendes Druckregefventii geschaffen,
Dadurch, dass das Regeiorgan als Kolbenelement ausgeführt ist, ist es auf einfache Weise möglich, die Verbindung zum Verbraucher gegenüber der Verbindung zur Regelgröße abzudichten. Dadurch, dass das Ventüglied kegelförmig ausgebildet ist, ist im geschlossenen Zustand des Druckregelventils eine dichte, linsenförmige Anlage zwischen Ventüglied und Ventilsitz gewährleistet. Ein besonders einfach zu montierendes Druckregelventil wird dadurch geschaffen, dass der Anker und das Regelorgan einteilig ausgeführt sind, wobei das Ventilgiied und das Regeiorgan durch einen im Durchmesser verringerten Verbindungskörper, der als Verbindungsstange ausgeführt ist, verbunden sind. Die Differenz der Durchmesser der Bohrung des Ventilsitzes und der Verbindungsstange ergeben dann die Strömungsfläche vor dem Ventilsitz, wobei sich im geschlossenen Zustand die auf den Ventilsitz und das Regeiorgan wirkenden Kräfte aus dem Steuerdruck ausgleichen.
Auf einfache Weise ist der Innenraum mit Atmosphärendruck dadurch zu beaufschlagen, dass die erste Anschlussbohrung oberhalb des Ventilsitzes ausgebildet ist und die zweite Anschlussbohrung zwischen Ventilglied und Regeiorgan ausgebildet ist. Wenn die Lagerbuchse für den Anker hinsichtlich der ersten Anschiussbohrung zurückversetzt angeordnet ist, ergibt sich eine störungsfreie Strömung zwischen einem Verbraucher und dem Tank. Dadurch, dass der Anker eine Quernut im Falle eines separaten Ankers oder als Querbohrung im Falle eines einteiligen Anker-Regeforgan- Verbundes und eine Längsbohrung aufweist, derart, dass im Innenraum des Druckregelventiis oberhalb des Ankers Atmosphärendruck herrscht, ist die Gefahr für Ölaustritte zur Umgebung bzw. die Gefahr einer Beschädigung des elektromagnetischen Antriebs aufgrund von Druckschwankungen sehr gering.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Unterteil zweiteilig aufgebaut, wobei im ersten Teil der Anker gelagert ist und die erste Anschlussbohrung ausgebildet ist und wobei im zweiten Teil der Ventilsitz und die zweite Anschlussbohrung sowie der Anschlussstutzen mit dem Regelorgan ausgebildet sind. Dadurch, dass die Eindringtiefe des zweiten Teils in den ersten Teil einstellbar ist, derart, das der Hubweg des Ankers einsteilbar ist, ist während der Montage eine Feinjustierung des Druckregelventils möglich. Dies Ist auf besondere Art und Weise möglich, wenn das zweite Teil in das erste Teil eingepresst ist.
Auch kann der Kern einen Zapfen aus einem unmagnetislerbaren Werkstoff aufweisen, der als Anschlagelement für den Anker und als Federsitz für eine Feder wirkt, die den Anker federnd gegenüber dem Kern abstützt.
Eine weitere Feinjustierung wird dadurch ermöglicht, dass der Zapfen einstellbar im Kern angeordnet ist.
Eine Beeinflussung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien wird dadurch ermöglicht, dass der Kern an dem von dem Anker abgewandten Ende eine Justierbohrung aufweist, in der eine Justierschraube angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kern im Bereich der Justierbohrung auf der zur Spule gerichteten Seite eine im Wesentlichen umlaufende Aussparung aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Druckregelventils, wobei die Einbindung in einen
Ölkreislauf zur Verdeutlichung der Funktionsweise schematisch dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Druckregeiventäl 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das im Wesentlichen aus einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 aufgebaut ist. Das Oberteil 3 weist eine elektromagnetische Antriebseinheit 5 auf, die auf einen in einem Lager 6 axial verschiebbar angeordneten Anker 7 einwirkt. Der elektromagnetische Antrieb 5 besteht im Wesentlichen aus einer Spule 8, einem Kern 9 und aus einer Flussleiteinrichtung 10, die aus einem Rückschlussblech 11 und einem Joch 12 besteht. Das in Kunststoff ausgeführte Gehäuse 2 weist zudem noch einen Stecker 13 zur Verbindung mit einem an sich bekannten und nicht dargestellten Steuerungsmodui auf. Der elektromagnetische Antrieb 5 wirkt auf den Anker 7 ein der an seinem dem Kern 9 abgewandten Ende ein Ventiigfied 14 aufweist. Das Ventilglied 14 ist im vorliegenden Fall über eine Verbindungsstange 15 mit einem Regelorgan 16 verbunden und kegelförmig ausgebildet, um eine ünienförmige Anlage zu gewährleisten. Der Anker 7, das Ventilglied 14, die Verbindungsstange 15 und das Regeiorgan 16 sind im vorliegenden Fall einteilig ausgeführt. Der Anker 7 ist dabei durch eine Feder 17 gegenüber dem Kern 9 in einer Schließstellung vorgespannt. Die Feder 17 ist durch einen Zapfen 18 geführt, der während der Montage verstellbar im Kern 9 anzuordnen ist. Gleichzeitig dient dieser Zapfen 18 als oberes Anschlagelement für den Anker 7. Des Weiteren ist eine Justierschraube 19 vorgesehen, die in einer Justierbohrung 20 angeordnet ist und über die eine Feinjustierung des elektromagnetischen Antriebes 5 dahingehend möglich ist, dass der Verlauf der magnetischen Feldlinien beeinfiusst werden kann. Um im Bereich des Übergangs zum Anker 7 auf einfache Weise die Anzahl der Magnetfeldlinien direkt zu beeinflussen, ist des Weiteren eine Aussparung 21 vorgesehen, die eine Streuung der Magnetfeldlinien im Bereich der Justierschraube 19 verhindern soll und dementsprechend eine lineare Feinjustierung während der Montage ermöglicht.
Das Unterteil 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiteilig aufgebaut, wobei im ersten Teil 23 die Lagerbuchse 6 für den Anker 7 zurückversetzt in Bezug auf eine Anschlussbohrung 24 angeordnet ist. Es sollte deutlich sein, dass mit dem Begriff Anschlussbohrung auch eine Reihe von Bohrungen im Unterteil 4 beinhaltet sein kann. Die Anschlussbohrung 24 führt zu einem nicht weiter dargestellten Tank der einen Atmosphärendruck p0 aufweist. Unterhalb der Anschlussbohrung 24 ist ein Ventilsitz 25 vorgesehen, der mit dem Ventilglied 14 zusammenwirkt. Anstatt der kegelförmigen Ausbiidung des Ventilgliedes 14 kann auch der Ventilsitz 25 entsprechend ausgeführt sein. Dadurch, dass das Lager 6 für den Anker 7 in Bezug auf die Anschlussbohrung 24 zurückversetzt im Teil 23 des Unterteils 4 angeordnet ist, wird eine störungsfreie Strömung bei Öffnung des Druckregelventils 1 zum Tank gewährleistet. Der Ventilsitz 25 wird im vorliegenden Fall durch das zweite Teil 26, das auch den Anschlussstutzen 38 aufweist, des Unterteils 4 gebildet. Das zweite Teil 26 ist in das erste Teil 23 eingepresst, wodurch der Hubweg des Ankers 7 während der Montage einstellbar ist. Des Wetteren weist das zweite Teil 26 eine zweite Anschlussbohrung 27 auf, die im vorliegenden Fall mit einem Verbraucher 28 verbunden ist. An der zweiten Anschiussbohrung liegt der Steuerdruck p2 des Verbrauchers 28 an, der beispielsweise eine regelbare Öfpumpe ist. Im Anschlussstutzen 38 ist eine Regelbohrung 39 vorgesehen, die eine zweite Lagerbuchse 29 aufweist, in der das Regelorgan 16, das im vorliegenden Fall als Kolben ausgebildet ist reibungsarm gelagert ist. An diesem Regeiorgan 16 liegt wie in der Zeichnung schematisch dargestellt der Regeldruck p1 an, der im vorliegenden Fall den Motoröldruck darstellt.
Der Anker besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine Querbohrung 30 und eine Längsbohrung 31 die eine Verbindung eines Innenraums 32 mit dem Atmosphärendruck Po gewährleisten. Hierdurch wird insbesondere die Sicherheit hinsichtlich eines ungewollten Öfaustrittes
zur Umgebung aus dem Druckregelventil 1 wesentlich erhöht. Auch ist der elektromagnetische Antrieb 5 nicht unterschiedlichen Drücken ausgesetzt, was auch eine exakte Ansteuerung des Ankers 7 gewährleistet.
Die resultierenden Kräfte, die sich aus dem Anliegen des Steuerdruckes p2 im geschlossenen Zustand des Druckregelventils 1 am Regelorgan 16 und am Ventiiglied 14 ergeben, sind durch die besondere Ausführung der das Ventilglied 14 mit dem Regelorgan 16 verbindenden Ventilstange 15 ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Druckregelventäl 1 funktioniert nun wie folgt. Im vorliegenden Fall soll eine an sich bekannte Motoröipumpe 28 die als regelbare Ffügeizellenpumpe ausgebildet ist gesteuert werden. Die an sich bekannte Flügelzellenpumpe 28 fördert das Motoröl zum Motor 33 wobei das überschüssige Öl zum Tank mit dem Atmosphärendruck pO zurückgeführt wird. Das geförderte Motoröl besitzt den Druck pi. Ein maximales Fördervolumen wird bei maximaler Exzentrizität der Drehachse der Flügeizellenpumpe 28 erreicht, wobei die Exzentrizität durch eine Verschiebung eines Schiebers 34 in der Flügeizellenpumpe 28 bewerkstelligt wird. Ein minimales Fördervolumen wird bei zentrischer Anordnung der Drehachse erreicht. Der Schieber 34 wirkt mit 2 Steuerräumen 35, 36 zusammen, wobei in beiden Steuerräumen 35, 36 der Druck pi anliegt. Im Steuerraum 36 ist die Anlagefläche des Schiebers 34 jedoch größer ausgelegt, sodass bei ausgeschaltetem Druckregelventil 1 der Schieber 34 die größte Exzentrizität und damit das höchste Fördervolumen bewirkt (Faii - Safe - Funktion). Wird nun eine Verringerung der Exzentrizität und damit eine Verringerung des Fördervolumens der Flügeizellenpumpe 28 gewünscht, wird das Druckregelventii 1 betätigt und der Druck im Steuerraum 36 entsprechend verringert. Dementsprechend liegt das Öl mit dem Druck p2 an der zweiten Anschlussbohrung 27 an. Ist nun eine Erhöhung des Fördervolumens gewünscht, kann das Druckregelventil 1 geschlossen werden; damit ist
durch eine Düse 37 und das unterschiedliche Flächenverhältnis der Anlageflächen des Schiebers 34 gewährleistet, dass eine schnelle Verschiebung der Drehachse der Flügelzeilenpumpe 28 zur exzentrischen Lage stattfindet. Am Regelorgan 16 liegt der Motoröldruck pi an, wodurch auch bei nicht eingeschaltetem Druckregelventil 1 der Motoröldruck geregelt wird, wenn er zu hoch ist. Desweiteren wird das Druckregelventil 1 genutzt, um bei einem hohen Fördervolumen das aufgrund von Undichtigkeiten und Bewegungsspalten anfallende Lecköl abzuführen.