PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004006563T2 27.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001493953
Titel Magnetischer Betätiger
Anmelder Delphi Technologies, Inc., Troy, Mich., US
Erfinder Burrola, Santos, Juarez Chihuahua 32448, MX;
Moreno, Alejandro, El Paso, TX 79912, US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Aktenzeichen 602004006563
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.06.2004
EP-Aktenzeichen 040768269
EP-Offenlegungsdatum 05.01.2005
EP date of grant 23.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16K 11/048(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetschalterbetätigte Steuerventile und besonders solche Ventile, die für schmierfähige Hydraulikfluide in einer hydromechanischen Vorrichtung, wie zum Beispiel Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, Anwendung finden.

Ein Beispiel für eine bekannte magnetische Betätigungseinheit wird in DE 10036905 gezeigt.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Es ist zu erkennen, dass eine Elektromagneteinheit in verschiedenen Betätigungselementen zur Betätigung einer bestimmten Komponente verwendet werden kann und nicht auf Kraftfahrzeuge oder Verbrennungsmotoren beschränkt ist. Eine Verwendung für ein Betätigungselement, das einen Elektromagneten aufweist, beinhaltet ein Fahrzeugautomatikgetriebe. Elektromechanische elektromagnetbetätigte Steuerventile werden in großem Umfang im Bereich der elektronisch gesteuerten Automatikgetriebe verwendet. Zwei allgemeine Arten solcher Steuerventile umfassen die impulsbreitenmodulierten (PWM) und die linearen Steuerventile. Beide Arten reagieren auf eine Steuergröße, normalerweise zeitveränderliche Spannung oder Strom, zum Steuern des Leitungsdrucks, des Kupplungsgehäusedrucks oder Steuerdrucks in einem Kolbenventil. Es versteht sich im allgemeinen, dass PWM-Ventile einen Anker haben, der zwischen der ersten und zweiten Position, im Wesentlichen in Übersteinstimmung mit der Frequenz eines zeitveränderlichen Spannungssignals, pendelt, während ein lineares Steuerventil einen Anker hat, der eine Gleichgewichtslage gemäß der elektromagnetischen Kraft einnimmt, die durch den Durchschnittsstrom durch die Magnetspule und innere Federvorspannungs- und hydraulische Kräfte erzeugt wird.

Elektromagnete mit niedrigen Streuverlusten werden in Automatikgetrieben verwendet, um ein leichtes Schalten bei gleichzeitiger Verringerung der mechanischen Belastung der Ölpumpe als Vorteil zu erhalten. Mit einem Topfmagneten wird eine Drucksteuerung oder Flusssteuerung proportional zur impulsbreitenmodulierten Spannungs- oder Stromstärke gesorgt.

Es existieren zwei Primärbetätigerkonfigurationen, mit denen für eine Drucksteuerung oder Flusssteuerung proportional zu einem elektrischen Steuersignal gesorgt werden kann. Eine ProSeal-Konfiguration ermöglicht es, dass der Eingangsdruck eine hydraulische Kraft erzeugt, die eine Kugel oder ein Tellerventil gegen einen Ventilsitz drückt, um den Ventilsitz dicht zu verschließen, wobei ein erhöhter Eingangsdruck dabei hilft, die Kugel auf den Ventilsitz aufzusetzen. In einer Contraseal-Konfiguration bewirkt der Eingangsdruck das Öffnen der Dichtung zwischen einem Tellerventil und dem Ventilsitz, wobei der Druck, bei dem die Dichtung geöffnet wird, auf eine hohe Federvorspannung begrenzt ist, die axial auf das Tellerventil wirkt, um dem Eingangsdruck entgegenzuwirken und eine Dichtung zwischen dem Tellerventil und dem Ventilsitz aufrechtzuerhalten.

Beide oben genannten Konfigurationen erfordern eine Magneteinheit, die einen Magnetfluss erzeugt, der ausreichend stark ist, um die Federvorspannungen, die mit bekannten Proseal- und Contraseal-Konfigurationen verbunden sind, zu überwinden. Ferner erhöhen die hohen mechanischen Kräfte, die bei der Überwindung der hohen Federvorspannungen erzeugt werden, den Verschleiß zwischen den Komponenten. Weiterhin bewirken hohe mechanische Kräfte eine Fehlausrichtung zwischen Komponenten, weil große axiale Kräfte sich in größere radiale Kräfte übertragen. Aus den oben genannten Gründen ist eine Proseal-Konfiguration die bevorzugte Konstruktionswahl.

In einer Contraseal-Konfiguration, die in 1 illustriert wird, werden mehrere Komponenten montiert, die sich auf die Gesamtabmessungen auswirken und eine wesentliche Quelle von individuellen Abweichungen der Teile darstellen, welche zu einer Variation des Ventilhubs führen. Die Aufsummierung der Abmessungen führt auch zu potenziellen Problemen bei der Ausrichtung.

Die vorliegende Erfindung hat als solche die Nachteile des Standes der Technik erkannt und die unten offenbarten Lösungen für einen oder mehrere der Mängel des Standes der Technik bereitgestellt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Betätigungseinheit wie in Anspruch 1 beansprucht bereitgestellt.

Es wird ein Verfahren zum Reduzieren der Hubvariation in einer magnetischen Betätigungseinheit offenbart. Das Verfahren umfasst das Integrieren der entsprechenden Ventilsitze einer Zufuhröffnung und einer Ausströmöffnung in eine Ventilsitzeinheit und das Anordnen eines Steuerschlitzes in hydraulischer Verbindung mit einer Bohrung, die die Ventilsitze der Zufuhr- und Ausströmöffnungen verbindet.

Es wird ein Verfahren zum Reduzieren der radialen Kräfte, die aus den axialen Kräften projiziert werden, welche auf die magnetische Betätigungseinheit wirken, offenbart. Das Verfahren umfasst das lösbare Verbinden eines unmagnetischen Stabes mit einem magnetischen Tauchkolben, das Konfigurieren des Stabes, der einen ersten und zweiten Abschnitt hat, wobei die Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt abgestuft und durch einen Bund dazwischen definiert ist. Der erste Abschnitt ist so ausgelegt, dass er relativ zur Verbindung mit dem Tauchkolben ein Seitenspiel hat, während der zweite Abschnitt koaxial in Flucht zu einem entsprechenden Ventilsitz ausgerichtet ist. Weiterhin wirkt der zweite Abschnitt des Stabs betriebsfähig auf eine Kugel, die mit Vorspannung gegen den Ventilsitz drückt, wodurch die Flüssigkeitsverbindung durch denselben hindurch eingeschränkt wird.

Die oben diskutierten und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind von Fachleuten auf diesem Gebiet aus der folgenden Kurzbeschreibung der Zeichnungen zu erkennen und zu verstehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Mit Bezug auf die als Beispiel dienenden Zeichnungen, in denen in mehreren Figuren ähnliche Elemente gleich nummeriert sind, gilt:

1 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetventils nach dem Stand der Technik, das eine Contraseal-Konfiguration besitzt.

2 ist eine Querschnittsansicht einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Magnetventils, das eine Proseal-Konfiguration besitzt, die eine Kugel in einer normalerweise geschlossenen Position zeigt.

3 ist eine Querschnittsansicht der Magnetventileinheit von 2, die um 90 Grad gedreht ist, welche die Seitenauslassöffnungen, die dazugehören, illustriert.

4 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Magnetventils, das eine Proseal-Konfiguration besitzt, die eine Kugel in einer normalerweise geschlossenen Position vor einer Magnetventileinheit, unabhängig von einer Hauptplatte, zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung wird eine Magnetventileinheit in einer Proseal-Konfiguration bereitgestellt, die die Zahl der Komponenten reduziert und Funktionen in anderen Komponenten kombiniert, was zu einer Verringerung der Zahl der Kombination von Komponenten mit kritischen Abmessungen, der Hubvariation, Ausrichtungsprobleme und Herstellungsprozesse führt. Zum leichteren Vergleich wird zuerst ein Contraseal-Magnetventil nach dem Stand der Technik beschrieben.

1 illustriert ein Magnetventil 10 nach dem Stand der Technik, das häufig im Automobilbereich zur Steuerung des Drucks eines Fluids (z.B. Luft, Flüssigkeit oder Gas) verwendet wird. Ein äußeres Gehäuse 12, das in 1 gezeigt wird, umgibt eine Magnetventileinheit, die einen Anker 14, Stab 16 und eine Spuleneinheit umfasst. Die Spuleneinheit umfasst Hülse 17, Spule 18, die die Hülse umgibt, einen Spulenkörper 20 und elektrische Anschlüsse 22 innerhalb eines Anschlussteils 24, das mit den Leitungen 26 verbunden ist, die sich von Spule 18 aus erstrecken. Die Magnethülse 17 fungiert als Führung für Anker 14 und Stab 16, die aufeinander gepresst sind. Ein Ende von Stab 16 spannt eine Kugel 28 gegen einen Gehäuseeinsatz 30 vor, der eine Öffnung in Flüssigkeitsverbindung mit einer Zufuhröffnung 32 hat; der Stab ist in axialer Richtung am entgegengesetzten Ende mit einer Feder 34 vorgespannt, um der Kugel 28 in einer normalerweise geschlossenen Stellung eine Vorspannung zu verleihen, um so den Fluss von Systemfluid aus der Zufuhröffnung 32 zu verhindern. Die Innenseite der Tauchmagnethülse 17 ist während bestimmter Betriebsarten einem Systemdruck ausgesetzt und dient so als Druckkammer. Das Systemfluid wirkt gegen Kugel 28, die sich stromaufwärts vom offenen Ende der Hülse befindet. Kugel 28 wird (stromaufwärts) von Feder 34 nach rechts gedrückt, wie illustriert, um die Öffnung im Gehäuseeinsatz 30 zu schließen, der als Zufuhrventilsitz fungiert.

Während des Betriebs tritt ein Systemfluid aus einer Fluidquelle (nicht gezeigt) in den Gehäuseeinsatz 30 ein und übt Druck auf Kugel 28 aus. Inzwischen ist Spule 18 durch eine Spannung, die an die Anschlüsse 22 angelegt ist, aktiviert worden, und Spule 18 erzeugt eine Magnetkraft, die durch Anker 14 auf Stab 16 ausgeübt wird. Die nach links gerichtete, axial angewendete Magnetkraft bewirkt, dass Anker 14 und Stab 16 sich zu einer Hauptplatte 36 hin verschieben und Feder 34 zusammendrücken, die wiederum der Kugel 28 ermöglicht, sich durch Fluiddruck aus der Zufuhröffnung 32 nach links zu verschieben. Diese Bewegung zerstört die Dichtung zwischen Kugel 28 und dem Sitz von Gehäuseeinsatz 30 und öffnet die Öffnung desselben. Das Fluid tritt dann in den Ventilkörper 38 ein, der in Flüssigkeitsverbindung mit den Steueröffnungen 40 steht; es strömt um Stab 16, durch einen Auslassventilsitz 42 und weiter um Stab 16 und durch die Auslassöffnungen 44. Wenn der Anker sich unter der angelegten Spannung in axialer Richtung verschiebt, drückt die Kugel 28 gegen den Auslassventilsitz 42 und unterbricht so den Durchgang von Fluid zu den Auslassöffnungen 44. Wenn die Spannung von Spule 18 entfernt wird, wird die nach links gerichtete Kraft von Stab 16 genommen, und der Stab bewegt sich als Folge davon, dass Feder 34 die Kugel 32 gegen den Sitz von Gehäuseeinsatz 30 drückt und die Öffnung von Gehäuseeinsatz 30 abdichtet, zurück nach rechts, wodurch der Fluss des Fluids in die Tauchmagneteinheit 10 unterbrochen und der Druck innerhalb derselben reduziert wird.

Wendet man sich nun den 2 und 3 zu, so wird eine Ventileinheit 100 illustriert. Ventileinheit 100 umfasst einen elektromagnetischen Abschnitt, der allgemein mit dem Zahlensymbol 114 bezeichnet wird, und einen hydraulischen Abschnitt, der allgemein durch das Zahlensymbol 116 bezeichnet wird. Der hydraulische Abschnitt 116 umfasst das Fluiddurchgangsgehäuse 112, welches eine Zufuhröffnung 132 in Flüssigkeitsverbindung mit einem Zufuhrfluidsystem, Kammer 126, Ventilsitz 128, der für eine Flüssigkeitsverbindung mit den Steueröffnungen 140 sorgt, und Fluidauslassöffnungen 144 umfasst. Eine Kugel 184, die zwischen einer geschlossenen Stellung im Ventilsitz 128, wie dargestellt, und einer vollkommen geöffneten Stellung verschiebbar ist, sorgt für eine variable Fluidableitung aus der Zufuhröffnung 132 zur Steueröffnung 140, wenn die Kugel in der vollständig geöffneten Position derart ist, dass die Stababstufung den Auslass aus der Zufuhröffnung schließt. Erscheinungsformen des Flüssigkeitsbetriebs sind im Allgemeinen gut bei den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt, und eine weitere Diskussion derselben ist für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.

Der elektromechanische Abschnitt 114 der Ventileinheit 100 umfasst einen Rahmen oder eine Ummantelung 146, die betriebsfähig an Gehäuse 112 des hydraulischen Abschnitts 116 befestigt ist. Tauchkolben 156 und Stab 180 sind so aufgebaut, dass sie ein Ventilende 150 und ein Anschlagsende 152 haben. Ventilende 150 ist so ausgelegt, dass es ein Mittel bereitstellt, mit dem bewirkt wird, dass Kugel 128 aus einer normalerweise geschlossenen Position Fluid aus der Zufuhröffnung 132 zu den Auslassöffnurgen 144 und Steueröffnungen 140 über Kammer 126 strömen lässt. Anschlagsende 150 ist so ausgelegt, dass es Kontakt mit einer Feder 154 herstellt. Wie unten detailliert diskutiert wird, wird Feder 154 dazu eingesetzt, für eine Vorspannung auf Tauchkolben 156 zu sorgen, indem eine Vorspannkraft zum Halten der Tauchkolbeneinheit 156 in einer ersten Position bereitgestellt wird.

In einer als Beispiel dienenden Ausführungsform wird eine Ventileinheit 100 an einem Rohr befestigt, das eine Hydraulikflüssigkeit zur Verwendung in Automobilanwendungen, wie zum Beispiel ein Automatikgetriebe, zuführt. Die Ventileinheit 100 kann natürlich, wie gemäß der aktuellen Anwendung betrachtet, an einer beliebigen Art von Rohr oder Leitung befestigt werden, die eine Flüssigkeit, ein Gas oder Druckgas von einer Versorgungseinrichtung an einen gewünschten Ort liefert.

Ventileinheit 100 ist so konstruiert, dass ein Tauchkolben 156 zwischen einer geschlossenen Position (siehe 2 und 3), einer teilweise offenen Position und einer vollständig offenen Position (nicht gezeigt) verschoben werden kann.

Der elektromechanische Abschnitt 114 der Magnetventileinheit 100 ist im Allgemeinen mit einer elektrischen Mehrwindungsspule 158 aufgebaut, die einen Anker oder Tauchkolben 156 umgibt, der aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist. Spule 158 ist normalerweise um einen unmagnetischen Spulenkörper 160 gewickelt, wie dargestellt. Spulenkörper 160 wird zum Ausrichten zu einem ferromagnetischen sekundären Polschuh oder einer sekundären Platte 162, die daran stößt, vorzugsweise mit einem Ausrichtungsmerkmal 161 ausgestattet, wie zum Beispiel einem Schlitz oder Lappen. Diese mit Schlitz/Lappen ausgestattete Grenzfläche steuert die konzentrische Ausrichtung des angrenzenden Spulenkörpers 160 und der sekundären Platte 162 dazwischen, während ein sekundärer Luftspalt 164 zwischen Tauchkolben 156 und der sekundären Platte 162 reduziert sein kann, um die sich ergebende Magnetkraft zwischen denselben zu verbessern. Spulenkörper 160 umfasst ferner Anschlüsse 166, die sich von demselben aus erstrecken, welche elektrisch mit Enddrähten verbunden sind, die die Spule 158 bilden. Die Anschlüsse 166 werden vorzugsweise während der Herstellung von Spulenkörper 160 einsatzgeformt. Auf diese Weise wird ein Anschlusskasten beseitigt, um eine Schnittstelle Spulendraht-Spulenanschluss bereitzustellen.

Ein ferromagnetischer primärer Polschuh oder eine Primärplatte, die allgemein mit 168 bezeichnet wird, befindet sich an einem entgegengesetzten axialen Ende von Spulenkörper 160. Jede Platte 162 und 168 besitzt einen jeweiligen im Wesentlichen ringförmigen Abschnitt, 172 und 178, der eine jeweilige Bohrung desselben definiert. Der ringförmige Abschnitt 172 der Sekundärplatte 162 wird durch eine innere Seitenwand definiert, die zur Aufnahme von Tauchkolben 156 durch dieselbe ausgelegt ist, während eine Innenwand, die einen ringförmigen Abschnitt von Spulenkörper 160 definiert, analog zum Führen bei der Verschiebung von Tauchkolben 156 durch denselben ausgelegt ist.

Der ringförmige Abschnitt 178 der Primärplatte 168 wird durch eine innere Seitenwand definiert, die so ausgelegt ist, dass sie eine Flüssigkeitsverbindung durch dieselbe hindurch von der Zufuhröffnung 132 aus ermöglicht, während sie eine Verschiebung eines Stabes 180 ermöglicht, der betriebsfähig mit Tauchkolben 156 verbunden ist. Ein Ende von Primärplatte 168 umfasst eine erste Öffnung, die durch den Zufuhrventilsitz 128 definiert ist, zur Flüssigkeitsverbindung mit der Zufuhröffnung 132, während ein entgegengesetztes Ende eine zweite Öffnung 185 umfasst, die einen Auslassventilsitz 187 in Flüssigkeitsverbindung mit den Auslassöffnungen 144 definiert, wie am besten bei Betrachtung von 3 zu erkennen ist.

Tauchkolben 156 ist mit einem Hohlraum 182 zur Aufnahme von Stab 180 in betriebsfähiger Verbindung mit einer Kugel 184 aufgebaut, die gegen Ventilsitz 128, welcher in der Primärplatte 168 gebildet wird, über den Fluiddruck von der Zufuhröffnung 132 und eine Linearfeder 186 gedrückt wird. Ein Ende der Linearfeder 186 sitzt auf einem Ende der definierenden Kammer 126, während ein weiteres entgegengesetztes Ende von Feder 186 Kugel 184 gegen Sitz 128 drückt. Stab 180 ist so ausgelegt, dass er axial in Hohlraum 182 aufgenommen wird und axial zum ringförmigen Abschnitt 178 eines Anschlags 180 ausgerichtet ist. Der ringförmige Abschnitt 178 der Primärplatte 168 erstreckt sich so, dass damit eine abgestufte Bohrung 188, die größer als der ringförmige Abschnitt 178 ist, definiert wird. Eine die Innenwand definierende Bohrung 188 ist ähnlich ausgelegt und stößt bündig gegen den die Innenwand definierenden Spulenkörper 160. Ein Anschlag 190 ist innerhalb der Bohrung 188 angeordnet und ist mit einer Lippe 192 zum Ausrichten mit einem Ergänzungskanal 194 ausgelegt, der in einem Bund angeordnet ist, welcher die Grenzfläche zwischen dem ringförmigen Abschnitt 178 und Bohrung 188 der Primärplatte definiert. Anschlag 190 wird ferner mit einer Öffnung 196 definiert, um die Verschiebung von Stab 180 durch dieselbe zu ermöglichen. Spezieller gesagt, ist Öffnung 196 so bemessen, dass die Verschiebung eines größeren zylindrischen Abschnitts 198 von Stab 180 durch dieselbe ermöglicht wird, während eine Endfläche 200, die ein Ende des größeren zylindrischen Abschnitts 198 definiert, so ausgelegt ist, dass sie gegen den Auslassventilsitz 187 drückt, der in der Primärplatte 168 gebildet ist. Endfläche 200 stößt gegen den Auslassventilsitz 187, der in der Primärplatte in der vollständig offenen Position gebildet ist.

Stab 180 wird mit Ventilsitz 128 mit Hilfe der Ausrichtung von Anschlag 190 zur Primärplatte 168 ausgerichtet, die einen Ventilsitz 128 hat, der darin realisiert ist. Ferner ist Stab 180 nicht fest an Tauchkolben 156 befestigt, was eine lose Ausrichtung zwischen Ventilsitz 128 und Stab 180 ermöglicht. Stab 180 ist aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt, um es daran zu hindern, an der Öffnung 196 von Anschlag 190 hängen zu bleiben und die radialen Kräfte zu reduzieren, die Reibung erzeugen und Verschleiß zwischen aneinandergrenzenden Komponenten erzeugen. Endfläche 200, die den großen zylindrischen Abschnitt 198 von Stab 180 definiert, ist vorzugsweise einsatzgehärtet, um den Verschleiß an der Auslasssitzfläche von Primärplatte 168 zu begrenzen. Wenn Spule 158 durch ausreichenden Strom aktiviert wird, bewirkt Tauchkolben 156 eine Verschiebung des Stabs, um Kugel 184 vorzuspannen, so dass sie sich gegen eine entgegengesetzte Vorspannung der linearen Feder 186 und des hydraulischen Drucks von der Zufuhröffnung 132 gegen Kugel 184 öffnet. Wenn ein ausreichender Strom vorhanden ist, drückt Tauchkolben 156 die Endfläche von Stab 180 gegen den Auslassventilsitz 184, um ein weiteres Ausströmen von Fluid aus den Auslassöffnungen 144 zu verhindern.

Aus der obigen Beschreibung ist zu erkennen, dass die Auslassöffnungen 144 Fluid aus Kammer 126 auf kurzem Weg weg vom Weg des magnetischen Flusses des elektromechanischen Abschnitts 114 an die Atmosphäre übertragen. Auf diese Weise liegt der Auslassweg des Fluids bei offenem Auslassventilsitz abseits vom Weg des magnetischen Flusses, wodurch eine robustere Struktur der Seitenauslassöffnung bereitgestellt wird, was zu einer Sicherung vor Kontaminationsausfällen als Folge einer Ansammlung von metallischen Verunreinigungen führt, die im Fluid vorhanden sein können, wie zum Beispiel Metallspäne von Zahnrädern in der Getriebeflüssigkeit.

Es sollte bemerkt werden, dass das Hinzufügen von Anschlag 190, der zur Primärplatte 168 ausgerichtet ist, bei der Steuerung eines Luftspalts hilft, indem ein mechanischer Kontakt von Tauchkolben 156 und Anschlag 190 vermieden wird und indem reduzierte Magnetkräfte gesteuert werden, wenn Auslassöffnung 144 als Folge dessen, dass Endfläche 200 von Stab 180 gegen den Auslassventilsitz 187 der Primärplatte 168 stößt, geschlossen ist. Das Fehlen eines besonders kleinen Luftspalts, der dem Tauchkolben ermöglicht, in Kontakt mit der Anschlagfläche beim primären Luftspalt zu kommen, bewirkt, dass diese zwei Komponenten magnetisch verriegelt werden, wenn das Betätigungselement deaktiviert wird. Die magnetische Verriegelung tritt auf, wenn Fremdstrom oder Reststrom in der Spule eine ausreichende Magnetkraft auf den Tauchkolben erzeugt, so dass dieser daran gehindert wird, in seine deaktivierte Position zurückzukehren.

Am axialen Ende des Abstandsringkolbens 156, dicht bei der sekundären Platte 162, befindet sich eine Bohrung, die durch eine Wand 202 definiert wird. Innerhalb der Bohrung und in Verbindung mit der Basis derselben befindet sich die Kontaktfeder 154. Die Wand ist vorzugsweise konisch, um zu verhindern, dass Feder 154 in der Bohrung stecken bleibt. Das entgegengesetzte Ende von Feder 154 drückt gegen den inneren Mantel 146, der den Innenboden definiert.

Wendet man sich nun 4 zu, so stellt eine weitere als Beispiel dienende Ausführungsform einen zerlegbaren ferromagnetischen Polschuh oder eine Primärplatte dar, die allgemein mit 368 bezeichnet wird und sich am entgegengesetzten axialen Ende von Spulenkörper 160 befindet. Die Primärplatte 368 hat einen im Wesentlichen ringförmigen abgestuften Abschnitt, 378, der eine jeweilige abgestufte Bohrung desselben definiert. Die abgestufte Bohrung ist so ausgelegt, dass sie einen Anschlag 390 darin aufnimmt. Anschlag 390 definiert eine erste Bohrung 392 an einem Ende, die so ausgelegt ist, dass sie ein Ventilende von Tauchkolben 180 durch dieselbe aufnimmt. Anschlag 390 definiert ferner eine zweite Bohrung 394 an einem entgegengesetzten Ende, die so ausgelegt ist, dass sie eine Ventilsitzeinheit 400 darin aufnimmt. Ventilsitzeinheit 400 ist so ausgelegt, dass sie in Bohrung 394 eingepresst wird, während Anschlag 390 vorzugsweise innerhalb des abgestuften Abschnitts 378 verkörnt wird, jedoch sind andere Kopplungsmittel ebenfalls denkbar.

Ventilsitzeinheit 400 umfasst einen ringförmigen Abschnitt 478, der durch eine innere Seitenwand definiert ist, die so ausgelegt ist, dass sie eine Fluidübertragung durch dieselbe hindurch von der Zufuhröffnung 132 aus ermöglicht, während gleichzeitig die Verschiebung eines Stabs 180 möglich ist, der betriebsfähig mit dem Tauchkolben 156 verbunden ist. Ein Ende der Ventilsitzeinheit 400 umfasst eine erste Öffnung 482, die durch Zufuhrventilsitz 428 für den Fluidaustausch mit der Zufuhröffnung 132 definiert wird, während ein entgegengesetztes Ende eine zweite Öffnung 484 umfasst, die einen Auslassventilsitz 486 im Fluidaustausch mit den Auslassöffnungen (nicht gezeigt) definiert.

Anschlag 390 ist innerhalb der Bohrung 188 angeordnet, die durch Spulenkörper 160 definiert wird. Anschlag 390, der mit Bohrung 392 definiert ist, ermöglicht die Verschiebung von Stab 180 durch dieselbe. Spezieller gesagt, ist Bohrung 396 so in ihrer Größe bemessen, dass sie die Verschiebung eines größeren zylindrischen Abschnitts 198 von Stab 180 durch dieselbe hindurch ermöglicht, während eine Endfläche 200, die ein Ende des größeren zylindrischen Abschnitts 198 definiert, so ausgelegt ist, dass es gegen den Auslassventilsitz 486, der in der Ventilsitzeinheit 400 gebildet ist, drückt. Endfläche 200 stößt gegen den Auslassventilsitz 486, der in der Ventilsitzeinheit 400 in der vollständig offenen Position gebildet ist.

Stab 180 wird zum Ventilsitz 428 ausgerichtet, indem der Ausrichtungsanschlag 390 zur Ventilsitzeinheit 400 ausgerichtet wird, in der der Ventilsitz 428 angeordnet ist. Ferner ist Stab 180 nicht starr an Tauchkolben 156 befestigt, was eine lose Ausrichtung zwischen Ventilsitz 428 und Stab 180 ermöglicht. Stab 180 ist aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt, um ein Festklemmen von Anschlag 390 in der Bohrung 392 zu verhindern und radiale Kräfte zu reduzieren, die zu Reibung führen und Verschleiß zwischen den aneinandergrenzenden Komponenten bewirken. Endfläche 200, die den größeren zylindrischen Abschnitt 198 von Stab 180 definiert, ist vorzugsweise einsatzgehärtet, um den Verschleiß an der Auslasssitzfläche der Ventilsitzeinheit 400 einzuschränken. Wenn Spule 158 mit ausreichend Strom aktiviert wird, bewirkt Tauchkolben 156 die Verschiebung des Stabs, so dass Kugel 184 gegen eine entgegengesetzte Vorspannung der Linearfeder 186 und den hydraulischen Druck von Zufuhröffnung 132 auf Kugel 184 öffnet. Wenn ausreichend Strom fließt, spannt Tauchkolben 156 die Endfläche von Stab 180 gegen den Auslassventilsitz 484 vor, um weiteres Ausströmen des Fluids aus den Auslassöffnungen zu verhindern.

Tauchkolben 156 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der durch einen magnetischen Fluss bewegt wird, welcher durch die Spuleneinheit der Ventileinheit erzeugt wird. Dementsprechend und gemäß der vorliegenden Offenbarung wird Tauchkolben 156 magnetisch in eine Richtung bewegt, die durch den Pfeil 210 festgelegt ist. Tauchkolben 156 und Stab 180 sind von zylindrischer Form; Tauchkolben 156 und Stab 180 können jedoch jeden Aufbau besitzen, der zur Bewegung innerhalb der sekundären und primären Platte 162 bzw. 168 geeignet ist.

Der Öffnungspunkt für das Ventil ist kritisch, da die Kraft in den Magnetkreisen in der Größe beschränkt ist und sie in der Lage sein muss, die Reibung zwischen unbeweglichen und beweglichen Teilen zu überwinden. Um die obigen Probleme zu lösen, wird eine Doppelfederventileinheit unter Verwendung der Federn 154 und 186 auf entgegengesetzten Seiten der Kugel 184 in betriebsfähiger Verbindung mit Tauchkolben 156 und Stab 180 eingesetzt. Feder 186 sorgt für eine Vorbelastung, um die Vorspannung der Kugel gegen die Zufuhröffnung zu unterstützen, um den Öffnungssitz zu steuern. Feder 154 hilft dem Magnetkreis, eine Vorbelastung in Richtung der Magnetkraft zu erzeugen, während gleichzeitig der Kontakt zwischen den drei beweglichen Komponenten, d.h. Tauchkolben 156, Stab 180 und Kugel 184, aufrechterhalten wird.

Gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet die Ventileinheit 100 wie folgt. Es fließt ein erster elektrischer Strom durch Spule 158, der einen magnetischen Fluss erzeugt, welcher bewirkt, dass Tauchkolben 156 sich zum Ventilsitz 128 hin bewegt und Feder 186 zusammendrückt, nachdem eine Nettokraft zwischen der hydraulischen Kraft und den Vorbelastungen der Federn 154 und 186 erreicht ist.

Es kann eine impulsbreitenmodulierte Quelle oder eine Quelle von treppenförmigem Strom oder Spannung oder eine der anderen bekannten elektrischen Steuerungen eingesetzt werden, um Spule 158 zu aktivieren. Wenn Spule 158 aktiviert ist, wird ein Magnetfeld aufgebaut, das einen Kraftlinienweg durch die Sekundär- und Primärplatte 162 bzw. 168 und Spulenkörper 160 induziert. Dies erzeugt Magnetkräfte, die zusammen den Tauchkolben 156 und Stab 180 gegen Kugel 184 nach oben drücken, wie in 3 zu erkennen ist, wobei sie in dieselbe Richtung 210 wirken, wie eine Vorspannung von der Feder 154.

Die als Beispiel dienende Ausführungsform, die oben beschrieben wird, weist im Wesentlichen proportionales Verhalten auf, was bedeutet, dass die Ausgabe durch die Steuerung der Verschiebung oder Position des Tauchkolbens mit einem Eingangssteuersignal gesteuert wird. Das Eingangssteuersignal wird vorzugsweise von einem PWM-Spannungstreiber erzeugt. Fachleute auf dem zugehörigen Gebiet werden erkennen, dass bei Einsatz eines PWM-Spannungstreibers der Übergangspunkt zwischen geringer Strömung und starker Strömung mit Bezug auf 2 und 3 als Funktion von Temperatur und Spannungsänderungseffekt variiert.

Durch Verringern der Zahl der Komponenten in der oben beschriebenen Proseal-Konfiguration werden die Kombination von kritischen Abmessungen, Ausrichtung von Komponenten und der Herstellungsprozess verbessert. Das oben offenbarte Betätigungselement beseitigt das Ausrichtungsproblem, das durch die Befestigung des Stabs am Tauchkolben entsteht, und die Federkalibrierung für einen gewünschten Ausgabedruck. Durch Integrieren der Zufuhr- und Auslassventilsitze in die Primärplatte werden Stapeltoleranzen und Schwankungen bei Hub und Ausrichtung reduziert, während ein loser unmagnetischer Stab bei der Ausrichtung hilft. Eine solche Integration in die Primärplatte sorgt auch für einen Auslassweg des Fluids abseits vom Magnetflussweg. Die Verwendung von zwei Federn (eine an jedem Ende der Einheit) zur Aufrechterhaltung des Kontakts der drei beweglichen Komponenten: Tauchkolben, Stab und Ball, beseitigt auch die Federkalibrierung während der Herstellung des Betätigungselementes, und verbessert so die Herstellungsgestaltung und Taktzeit, was zu einem schlankeren Herstellungsprozess führt. Ferner reduziert die Verwendung von zwei entgegengesetzten Federn die Federvorbelastung, wodurch die Haltbarkeit des Betätigungselementes erhöht wird.

Außerdem wird die obige Spulenkörperkonstruktion mit Anschlüssen ausgeführt, die formbar eingesetzt werden, was ein Anschlussgehäuse erübrigt. Ferner werden die Sekundärplatte und die Spulenkörpergrenzfläche vorzugsweise geschlitzt/gelappt, um die konzentrische Anordnung derselben zu steuern, während der sekundäre Magnetluftspalt reduziert wird, um die sich ergebende Magnetkraft zu verbessern.

Obwohl die Erfindung unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, verstehen die Fachleute auf dem Gebiet, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente Elemente derselben ersetzen können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, zu verlassen. Außerdem können viele Änderungen an den Lehren der Erfindung zur Anpassung an eine besondere Situation oder ein spezielles Material vorgenommen werden, ohne den Geltungsbereich derselben zu verlassen. Es ist daher Absicht, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform, die als beste Ausführungsform offenbart wird, zur Ausführung dieser Erfindung beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche fallen.


Anspruch[de]
Magnetische Betätigungseinheit, umfassend:

einen Spulenkörper (160), der von einer Spule (158) umgeben ist;

eine Primärplatte (168, 368), die an einem ersten Ende des Spulenkörpers (160) angeordnet ist;

eine Sekundärplatte (162), die an einem zweiten Ende entgegengesetzt zum ersten Ende angeordnet ist;

einen Tauchkolben (156), der verschiebbar innerhalb jeweiliger ringförmiger Abschnitte (172) angeordnet ist, die durch den Spulenkörper (160) und die Sekundärplatte (162) definiert sind, und von der Spule (158) umgeben ist, welche aktivierbar ist, so dass der Tauchkolben (156) gegen die Primärplatte (168, 368) gedrückt wird;

eine erste Feder (186), die eine Kugel (184) gegen einen Zufuhrventilsitz (128, 428), der in der Primärplatte (168, 368) angeordnet ist, und eine Ventilsitzeinheit (400) vorspannt;

einen Stab (180), der einen ersten Abschnitt in funktionsfähiger Verbindung mit dem Tauchkolben (156) und einen zweiten Abschnitt in Kontakt mit der Kugel (184) entgegengesetzt zur ersten Feder aufweist, wobei der Stab (180) abgestuft ist und durch einen Bund (200) definiert ist, der eine Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Stabes (180) definiert, wobei der zweite Abschnitt so ausgelegt ist, dass er innerhalb einer Bohrung (178) verschiebbar ist, während gleichzeitig eine Flüssigkeitsübertragung zwischen den Zufuhr- (128, 428) und den Auslasssitzen (187, 486) ermöglicht wird, wobei der erste Abschnitt so ausgelegt ist, dass er den Auslassventilsitz (187, 486) abdichtet, wenn der Bund (200) gegen den Auslassventilsitz (187, 486) stößt, wobei der Stab (180) aus einem unmagnetischen Material gebildet ist; und

eine zweite Feder (154), die den Tauchkolben (156) und den Stab (180) in Richtung auf den Auslassventilsitz (187, 486) vorspannt, welche in dem einen von Primärplatte (168, 368) und Ventilsitzeinheit (400) entgegengesetzt zum Zufuhrventilsitz (128, 428) konfiguriert ist,

wobei der Zufuhrventilsitz (128, 428) und der Auslassventilsitz (186, 486) in Flüssigkeitsverbindung miteinander über die Bohrung (178) in der einen von Primärplatte (168, 368) und Ventilsitzeinheit (400) stehen, die den Zufuhrventilsitz (128, 428) und den Auslassventilsitz (186, 486) verbindet, wobei die Bohrung (178) eine Steueröffnung (140) aufweist, die zwischen dem Zufuhrventilsitz (128, 428) und dem Auslassventilsitz (186, 486) angeordnet ist; und

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des Stabes (180) lösbar mit dem Tauchkolben (156) über einen Hohlraum (182) gekoppelt ist, der im Tauchkolben (156) konfiguriert ist, wobei der Hohlraum (182) ermöglicht, dass der erste Abschnitt des Stabes (180) darin Spiel hat, wodurch der zweite Abschnitt des Stabes (180) sich zumindest nach einem aus Bohrung (178) und Zufuhrventilsitz (128, 428) ausrichten kann.
Baugruppe nach Anspruch 1, die ferner einen Anschlag (190, 390) umfasst, der innerhalb eines abgestuften ringförmigen Abschnitts angeordnet ist, welcher durch die Primärplatte (168, 368) definiert ist, wobei der Anschlag (190, 390) eine Öffnung (196) aufweist, die einer äußeren Begrenzung entspricht, welche einen ersten Abschnitt des Stabes (180) definiert, wobei der Anschlag (190, 390) so ausgelegt ist, dass er eine Einstellung eines Luftspaltes (164) des Tauchkolbens (156) steuert. Baugruppe nach Anspruch 2, wobei der Anschlag (190, 390) einen Kontakt zwischen dem Tauchkolben (156) und der Primärplatte (168, 368) verhindert, wenn der Tauchkolben (156) vollständig zur Primärplatte (168, 368) hin verschoben ist, und den Magnetfluss reduziert, der auf ein Fluid in der Bohrung (178) einwirkt, wenn der Auslassventilsitz (186, 486) geschlossen ist. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Auslassventilsitz (186, 486) sich in Flüssigkeitsverbindung mit einer Auslassöffnung (144) befindet, was einen Auslassweg für das Fluid dazwischen entfernt von einem Magnetflussweg erzeugt, wenn die Spule (158) aktiviert ist. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper (160) Anschlüsse (166) umfasst, die sich von demselben aus zur Verbindung mit einer erregenden Stromquelle erstrecken. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper (160) und die Sekundärplatte (162) eine geschlitzte oder mit Lasche versehene Verbindungsstelle umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie die konzentrische Anordnung dazwischen steuert und gleichzeitig einen sekundären Magnetluftspalt (164) zwischen der Sekundärplatte (162) und dem Tauchkolben (156) reduziert. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Feder (154, 186) den Kontakt zwischen dem Tauchkolben (156), Stab (180) und der Kugel (184) aufrechterhalten. Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die zweite Feder (154) eine zweite Vorbelastung besitzt, die geringer als die erste Vorbelastung der ersten Feder (186) ist, wobei die zweite Vorbelastung so ausgelegt ist, dass sie einstellbar ist, um so den Betrag des Magnetflusses zu steuern, der benötigt wird, um eine Gesamtnettovorbelastung der ersten und zweiten Feder (154, 186), die dem Magnetfluss entgegenwirkt, zu überwinden. Baugruppe nach Anspruch 8, wobei der Tauchkolben (156), der durch die Gesamtnettovorbelastung der ersten Feder (186) und der zweiten Feder (154) in Serienverknüpfung betätigt wird, wenn der Tauchkolben (156) die Gesamtnettovorbelastung erreicht. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe eine Proseal-Konfiguration ist, wobei die erste und zweite Feder (154), die entgegengesetzt wirken, reduzierte Axialkräfte zwischen Komponenten der Baugruppe ermöglichen, wodurch geringere Radialkräfte projiziert werden. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Integration des Zufuhrventilsitzes (128, 428), des Auslassventilsitzes (186, 486) und der Steueröffnung (140) in der Primärplatte (168, 368) oder der Ventileinheit (100) eine benutzerdefinierte deaktivierte Hubeinstellung ermöglicht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com