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Druckausgeglichenes Ventil - Dokument DE102007015410A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007015410A1 08.11.2007
Titel Druckausgeglichenes Ventil
Anmelder Eaton Corp., Cleveland, Ohio, US
Erfinder Beneker, Gerrit V., Lake Orion, Mich., US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 28.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007015410
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/06(2006.01)A, F, I, 20070328, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F15B 13/044(2006.01)A, L, I, 20070328, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) weist ein Element, das eine Bohrung (52) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält, einen Anker (14), der sich wenigstens teilweise in die Bohrung (52) hinein durch das erste Ende hindurch erstreckt, und ein Polstück (54) auf, das sich wenigstens teilweise in die Bohrung (52) hinein durch das zweite Ende hindurch erstreckt. Zwischen dem Anker (14) und dem Polstück (54) ist ein Einlassdruck (P1) bereitgestellt, um den Anker (14) von dem Polstück (54) weg vorzuspannen. Ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Steuerventils (10) ist ebenfalls beschrieben.

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemeine Steuerventile und insbesondere ein druckausgeglichenes Ventil.

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

Herkömmliche elektromagnetische Steuerventile sind im Allgemeinen nicht in Bezug auf das Verhalten, die Größe und Kosten optimiert. Als Beispiel ist ein herkömmliches, normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Motoröl-Steuerventil 100 allgemein in 7 veranschaulicht. Ein derartiges Ventil enthält gewöhnlich einen Öldruckversorgungskanal, einen Steuerungskanal und einen Ablasskanal, die jeweils mit SP, CP bzw. EP bezeichnet sind. Der Versorgungskanal (SP) stellt eine Quelle eines Hydraulikfluiddrucks, beispielsweise eines unter Druck stehenden Motoröls, für eine innere Ankerbohrung 101 bereit. Ein Kugelventil 103 überträgt den Öldruck von der Ankerbohrung zu einem oder mehreren ersten Seitendurchgängen 102, die einen Steuerungskanal (CP) bilden. Ein Rückschlagventil 105 überträgt eine Ölströmung von der Armaturbohrung zu einem oder mehreren zweiten Seitendurchgängen 104, die einen Ablasskanal (EP) bilden.

Im Betrieb steuert der Steuerungskanal (CP) die Aktivierung/Deaktivierung des Ventilhebe- bzw. -triebsystems, während das Rückschlagventil gemeinsam mit einer Anzapföffnung verhindert, dass der Öldruck des Systems zur Aktivierung/Deaktivierung des Ventiltriebs unter einen ausgewählten minimalen Öldruckwert fällt, wenn das System zur Aktivierung/Deaktivierung des Ventiltriebs erneut aktiviert wird. Um sicherzustellen, dass das Steuerventil 100 gegen den zugehörigen Einlassdruck gesperrt bleibt, ist gewöhnlich eine große schwere Feder 106 erforderlich, die einen großen schweren Ankerstab 108 vorspannt, der in einer Blechdose 110 positioniert ist.

Die Anordnung der Feder 106 in dem Aufbau des Steuerventils 100 ist häufig erforderlich, um mit der Ungewissheit fertig zu werden, die mit einem weiten Bereich möglicher Drücke des Hydraulikfluids verbunden ist. Derartige Drücke, die von sich ändernden Betriebstemperaturen und Motordrehzahlen herrühren können, können beispielsweise in einem Bereich von 1,379 Bar (20 Psi) bis mehr als 6,895 Bar (100 Psi) variieren. Somit kann die durch die Ausführung der Feder 106 ausgeübte Vorspannkraft tatsächlich Bedingungen geringen Fluiddrucks überkompensieren und umgekehrt für Bedingungen hohen Fluiddrucks unzureichend eingestellt sein. Gewöhnlich ist mehr Kraft oder Energie notwendig, um eine große schwere Feder zu überwinden. Diese Notwendigkeit kann in der Tat den erforderlichen Magnetfluss erhöhen, der benötigt wird, um das elektromagnetische Steuerventil 100 zu betreiben, wozu mehr Material (z.B. Kupfer und Eisen) erforderlich sein kann. Noch weiter können, weil die Abmessung des Ankers 108 verhältnismäßig groß ist, ein Durchmesser D2 und eine Länge L2 der Blechdose 110 für das elektromagnetische Steuerventil 100 ebenfalls vergrößert sein, was die Anzahl von Anwendungen beschränken kann, für die das Steuerventil 100 eingesetzt oder in die es integriert werden kann. Obwohl herkömmliche Steuerventile 100, die Kugelventile 103 und/oder Rückschlagventile 105 zur Steuerung des Steuerungs- und Ablasskanals enthalten, kostengünstiger sein können, neigt darüber hinaus das zugehörige Ein-/Aus-Verhalten derartiger Steuerventile 100, in Abhängigkeit von verschiedenen Fluiddrücken, wie sie an dem Versorgungskanal empfangen werden, in unerwünschter Weise zu variieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil weist ein Element, das eine Bohrung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält, einen Anker, der sich durch das erste Ende hindurch wenigstens teilweise in die Bohrung hinein erstreckt, und ein Polstück auf, das sich durch das zweite Ende hindurch wenigstens teilweise in die Bohrung hinein erstreckt. Zwischen dem Anker und dem Polstück wird ein Einlassdruck bereitgestellt, um den Anker von dem Polstück weg vorzuspannen. Ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Steuerventils ist ebenfalls offenbart.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsformen der Erfindung sind nun zu Beispielszwecken mit Bezug auf die beigefügten beispielhaften Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 zeigt eine explodierte Perspektivansicht eines druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine Seitenansicht eines druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 zeigt eine Querschnittsansicht eines druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils, geschnitten entlang der Linie 3-3 nach 2;

4 veranschaulicht ein Beispiel eines „Einschaltantwort"-Diagramms für ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

5 veranschaulicht ein Beispiel eines „Ausschaltantwort"-Diagramms für ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

6 veranschaulicht ein Beispiel eines Ein-/Ausschaltantwort-Korrelationsdiagramms für ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

7 veranschaulicht eine im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines herkömmlichen elektromagnetischen Steuerventils.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist allgemein in den 13 veranschaulicht. Das dargestellte Steuerventil kann beispielsweise zur Aktivierung/Deaktivierung einer Funktion bzw. eines Merkmals, beispielsweise eines (nicht veranschaulichten) Ventiltrieb- bzw. -hubsystems, verwendet werden. Wie in 3 dargestellt, kann das Steuerventil 10 an einen Fluiddruckversorgungskanal SP und einen Steuerungskanal CP eines Motorblocks 75 angeschlossen sein, um beispielsweise ein Ventiltriebsystem zu steuern. Der Versorgungskanal SP stellt eine Quelle eines Hydraulikfluideinlassdruckes P1, beispielsweise eines unter Druck stehenden Motoröls, für das Steuerventil 10 zur Verfügung, während der Steuerungskanal CP eine Fluidübertragung für die Aktivierung/Deaktivierung eines Merkmals, beispielsweise für ein Ventiltriebsystem, mit einem Auslassdruck P2 ermöglicht.

Wie aus 1 ersichtlich, enthält das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 einen Vorderteil oder Kopfabschnitt 12, einen (z.B. aus Stahl ausgebildeten) Anker 14, der einen Scheibenabschnitt 16 und einen Halsabschnitt 18 enthält, und ein dem Anker gegenüberliegendes Polstück 54, das integral mit dem Gehäuse bzw. der Dose 30 ausgebildet sein kann, falls dies erwünscht ist. Das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 enthält ferner eine konische Ankerschraubenfeder 20 und einen Spulenkörper 22 mit einer ersten und einer zweiten Endplatte 24, 26. Das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 kann ferner ein Gehäuse oder eine Dose 30, einen Fluidablassdeckel 32 und/oder eine Blattfeder 34 enthalten, die zwischen dem Fluidablassdeckel 32 und einer (nicht veranschaulichten) Blattfederhalterung sowie einer optionalen Spulenhülse 28 eingefügt ist.

Bezugnehmend auf 3 kann der Kopfabschnitt 12 ein erstes und ein zweites Dichtungselement 36, 38 enthalten, die in Axialrichtung zu einer zentralen Achse A (betrachtet entlang A-A) des Versorgungskanals SP ausgerichtet ist. Der Kopfabschnitt 12 kann ferner eine axiale Fluidversorgungsbohrung 40 enthalten, die mit einem oder mehreren radialen Fluiddurchgängen 42 und radialen Anzapföffnungen 44 in Strömungsverbindung steht, um eine Fluidübertragung von dem Kopfabschnitt 12 beispielsweise zu einer Motorblockbohrung 77 zu ermöglichen, die mit einem oder mehreren Steuerungskanälen CP in Fluidverbindung stehen kann.

Die Ankerscheibe 16 kann einen oder mehrere axiale Fluiddurchgänge 46 enthalten und kann in einer Aufnahmebohrung 48 aufgenommen sein (siehe z.B. 1), die in dem Kopfabschnitt 12 ausgebildet ist. Der Ankerhals 18 kann eine axiale Druckausgleichsöffnung 50 enthalten, die zur Fluidverbindung mit einem ersten axialen Magnetluftspalt MG1 zu der zentralen Achse A axial ausgerichtet sein kann (siehe z.B. 3). Der erste axiale Magnetluftspalt MG1 kann zwischen dem Ankerhals 18 und einem Polstück 54 in einer Bohrung 52 angeordnet sein, die in dem Spulenkörper 22 ausgebildet ist, der zu der zentralen Achse A axial ausgerichtet ist. Wenn der Spulenkörper 22 und die Dose 30 über der zentralen Achse A zu dem Anker 14 axial ausgerichtet angeordnet sind, kann ein zweiter axialer Magnetluftspalt MG2 zwischen der Ankerscheibe 16 und der Dose 30 ausgebildet sein. Dieser liefert eine auf den Anker einwirkende zusätzliche Zugkraft, die im Gegensatz hierzu durch einen standardgemäßen radialen Luftspalt gewöhnlich verschwendet oder nicht genutzt wird (siehe z.B. das Element 101 in 7 ohne Zugeffekt in der Bewegungsrichtung). Wenn sie eingebaut wird, ist die optionale Spulenhülse 28 über einer Außenfläche des Ankerhalses 18 und des Polstücks 54 in der Spulenkörperbohrung 52 aufgenommen.

Um in einem unerregten Zustand während des Betriebs des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 unter Aufrechterhaltung eines Restauslassdrucks P2 eine Fluidabführung zu ermöglichen, können der Fluidablassdeckel 32 und die Blattfeder 34 als ein Ablassregler funktionieren. Beispielsweise kann eine Fluidabführung an der Anzapföffnung 44 beginnen und durch die erste Endplatte 24 des Spulenkörpers 22 über in Axialrichtung ausgebildete Entlastungs- oder Abzweigausnehmungen 56a (siehe z.B. 1), die eine Fluidströmung (in der im Wesentlichen durch den Pfeil A1 dargestellten Richtung) ermöglichen, zwischen einer inneren Dosenwand 58 und einer Spule 60 zu einem Fluiddurchgang 62 führen, der zwischen der zweiten Endplatte 26 und einer Endwand 64 der Dose 30 im Wesentlichen an oder in der Nähe eines Polstückendes 66 ausgebildet ist. Das zwischen der inneren Dosenwand 58 und der Spule 60 strömende Fluid kann auf diese Weise helfen, die Spule 60 während eines Betriebs des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 zu kühlen. Eine Fluidströmung zu dem Polstückende 66 kann beispielsweise unter Verwendung in Axialrichtung ausgebildeter Entlastungs- oder Abzweigausnehmungen 56b (siehe z.B. 1) ermöglicht sein, die in ähnlicher Weise in der zweiten Endplatte 26 ausgebildet sind.

Das Polstückende 66 kann gestaltet sein, um mehrere axiale Entlastungs- oder Abzweigdurchgänge 68 zu enthalten (siehe z.B. 1), die wenigstens teilweise von einem flachen Hohlraum 70 umgeben sind, der an einer ersten Fläche 72 des Fluidablassdeckels 32 auf der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf eine zweite Fläche 74 des Fluidablassdeckels 32 ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausführungsform kann einem Fluid ermöglicht sein, durch das Polstückende 66, durch die mehreren axialen Abzweigdurchgänge 68 hindurch auszuströmen. Demgemäß kann unter der Vorspannkraft der Blattfeder 34 ermöglicht sein, dass eine Regulierung des Fluidaustritts in der allgemeinen Richtung des Pfeils E zwischen dem Fluidablassdeckel 32 und dem Polstück 54/der Dose 30 zu einem (nicht veranschaulichten) Fluidbad stattfindet. Gemäß einer Ausführungsform sind die axialen Abzweigdurchgänge 68 in der Ausführung des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 enthalten, wenn das Polstück 54 mit der Dose 30 integral ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform kann die Blattfeder 34 einen Axialdurchgang 76 enthalten (siehe z.B. 1), der mit der zentralen Achse A ausgerichtet ist, so dass die Blattfeder 34 an einem vorstehenden, bolzenartigen Abschnitt 78 aufgenommen und abgestützt sein kann, der sich von der zweiten Fläche 74 des Fluidablassdeckels 32 aus erstreckt. Die Blattfeder 34 kann ferner Positionierdurchgänge, beispielsweise die drei Positionierdurchgänge 80 (siehe z.B. 1), enthalten, die zugehörige Pfosten 82 aufnehmen, die sich von der zweiten Endplatte 26 aus erstrecken können. Um einen Durchtritt der Pfosten 82 zu bewerkstelligen, kann die Dose 30 Pfostenbohrungen 84 enthalten (siehe z.B. 1). Falls gewünscht, können die Pfosten 82 ferner eine Leitungsaufnahmebohrung 86 enthalten, um eine Hindurchführung von (nicht veranschaulichten) Kabeln bzw. Leitungen zur Lieferung von Strom zu der Spule 60 zu ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf 46 ist ein Fluiddruck am Zutritt zu dem Versorgungskanal SP allgemein als ein Einlassdruck P1 definiert, während ein Fluiddruck am Auslass des Steuerungskanals CP zur Aktivierung/Deaktivierung einer Funktion oder eines Merkmals, wie beispielsweise eines Ventiltriebsystems, allgemein als ein Auslassdruck P2 definiert ist. Die in den 4 und 5 veranschaulichten Diagramme stellen eine „Einschaltantwort" bzw. eine „Ausschaltantwort" des druckausgeglichenen Ventils 10 für eine bestimmte Ausführungsform allgemein dar. Jedes Diagramm ist mit einem Verweis auf einen Fluideinlassdruck P1 von 4,826 Bar (70 Psi) bei 22°C versehen und auf eine Spule bezogen, die durch eine 9-Volt-Versorgung gespeist ist. Die Einheiten der horizontalen Achse kennzeichnen die Zeit anhand von Sekunden. Die Einheiten auf der linken vertikalen Achse des Diagramms kennzeichnen den Druck in Psi (Pfund pro Quadratzoll) bzw. Bar, während die Einheiten auf der rechten vertikalen Achse des Diagramms eine Stromeinheit in Strom/Ampere („i") kennzeichnen.

Vor einer Erregung der Spule 60, d.h. bevor die „Einschaltantwort" aufgezeichnet wird, wie sie in 4 veranschaulicht ist, liegt ein Einlassdruck P1 in der axialen Versorgungsbohrung 40 des Kopfabschnitts 12 und infolge der axialen Druckausgleichsöffnung 50 an dem ersten axialen Magnetluftspalt MG1 vor. An sich liegt der Einlassdruck P1 auf jeder Seite des Ankers 14 (d.h. an einem ersten Ende 88 des Ankers 14 in unmittelbarer Nähe zu der Scheibe 16 und an einem zweiten Ende 90 des Ankers 14 in unmittelbarer Nähe des Halses 18) vor. Weil der Anker 14 an seinem zweiten Ende 90 dem Einlassdruck P1 ausgesetzt ist, wird der Anker 14 folglich gegen eine innere Wand 92 des Kopfabschnitts 12 gedrückt bzw. vorgespannt, wenn sich das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 in einem „Aus"-Zustand befindet. Der in dem Magnetluftspalt MG1 vorhandene Fluideinlassdruck P1 als solcher wird dazu verwendet, wenigstens teilweise das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil vorzuspannen, wenn sich dieses in einem „Aus"-Zustand befindet. Eine derartige Vorspannung kann ohne Verwendung einer herkömmlichen großen, schweren Feder und eines herkömmlichen großen, schweren Ankers bewerkstelligt werden, die die Größe und Kosten steigern können, während sie auch die Effizienz des elektromagnetischen Steuerventils 10 reduzieren.

Wenn die Spule 60 erregt wird, kann eine „Ein-Antwort" oder „Einschaltantwort" (siehe z.B. 4) des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 erfolgen. Bei einer derartigen Antwort kann der Anker 14 in der im Wesentlichen durch den Pfeil A1 angezeigten Richtung zu der Dose 30 hin geschleppt oder gezogen werden, wodurch die Länge der magnetischen Luftspalte MG1, MG2 verringert und der Einlassdruck P1 des Fluids in der im Wesentlichen durch einen Pfeil A2 angezeigten Richtung durch den einen oder die mehreren radialen Fluiddurchgänge 42 und die radialen Abzapföffnungen 44 hindurch und zu dem Steuerkanal CP nach außen getrieben wird.

Mit Bezug auf 4 wird demgemäß, wenn das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 aktiviert ist, ein Druckwert, der gleich dem Einlassdruck P1 ist, an dem Steuerungskanal CP für den Auslassdruck P2 zur Aktivierung eines Merkmals, wie beispielsweise eines Ventiltriebsystems, bereitgestellt. Zusätzlich ist die Fluidablassregelung, wie sie durch den Fluidablassdeckel 32 und die Blattfeder 34 vorgenommen wird, im Wesentlichen abgeschaltet, was darauf zurückzuführen ist, dass der Ablassdeckel 32 mit einer Kraft in der zu der Richtung, die im Wesentlichen durch den Pfeil A1 angezeigt ist, entgegengesetzten Richtung gezogen wird, so dass der Fluidablassdeckel 32 dicht an der Dose 30 gehalten wird. Somit haben die Eigenschaften des Ankers 14, der in einer im Wesentlichen durch den Pfeil A1 bezeichneten Richtung angezogen wird, und des Fluidablassdeckels 32, der in einer zu dem Pfeil A1 entgegengesetzten Richtung geschleppt oder gezogen wird, zur Folge, dass sich das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 gemäß einer „klatschenden" Bewegung verhält, so dass in einem aktivierten Zustand der Anker 14 und der Fluidablassdeckel 32 im Wesentlichen zueinander hin gezogen werden.

Wenn die Spule 60 entregt wird, kann eine „Aus-Antwort" oder „Ausschaltantwort" (siehe z.B. 5) des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 erfolgen. In dieser Aus-Zustandsantwort wird der Einlassdruck P1 in dem magnetischen Luftspalt MG1 an dem zweiten Ende 90 des Ankers 14 empfangen und spannt den Anker 14 von dem Polstück 54 weg und gegen eine innere Wand 92 des Kopfabschnitts 12 in einer Richtung vor, die zu der durch den Pfeil A1 bezeichneten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt gerichtet ist. An sich unterstützt der Einlassdruck P1 in dem ersten magnetischen Luftspalt MG1 die konische Ankerschraubenfeder 20 bei der Aufrechterhaltung der Aus-Zustandsantwort beispielsweise eines Ventiltriebsystems, wodurch die Zufuhr des Einlassdrucks P1 zu dem Steuerungskanal CP unterbrochen bzw. beendet und der Auslassdruck P2 reduziert wird.

Wie allgemein in 5 dargestellt, versteht es sich, dass der Auslassdruck P2 bei einem minimalen Druckwert von beispielsweise ungefähr 0,689 Bar (10 Psi) mittels eines Fluids aufrechterhalten wird, der von dem Versorgungskanal SP durch die radiale Abzapföffnung 44 des Kopfabschnitts 12 übertragen wird. Zusätzlich kann die Fluidablassregelung, wie sie durch den Fluidablassdeckel 32 und die Blattfeder 34 bereitgestellt wird, in der Aus-Zustandsantwort infolge eines Abbaus einer Kraft, die in der zu der Richtung des Pfeils A1 im Wesentlichen entgegengesetzten Richtung auf den Ablassdeckel 32 ausgeübt wird, ermöglicht sein, so dass der Fluidablassdeckel 32 durch die Blattfeder 34 in einer lockeren, jedoch vorgespannten bzw. angedrückten Verbindung gegen die Dose 30 gehalten wird.

Wie allgemein in 4 veranschaulicht, wird folglich, wenn die Spule erregt ist, ein Pegel des Auslassdrucks P2, der zur Auslösung einer Funktion bzw. eines Merkmals (z.B. eines Mechanismus zur Aktivierung/Deaktivierung eines Ventiltriebs) bei beispielsweise 1,862 Bar (27 Psi) festgesetzt, was bei einem Betriebsstrom von ungefähr 0,7 Ampere nach ungefähr 6 Millisekunden auftreten kann. Wie allgemein in 5 dargestellt, ist, wenn die Spule entregt ist, ein Pegel des Auslassdrucks P2, der beispielsweise ungefähr gleich 0,827 Bar (12 Psi) beträgt, zur Aktivierung einer Funktion bzw. eines Merkmals (z.B. eines Ventiltriebs) ausreichend und kann beispielsweise bei ungefähr 11 Millisekunden auftreten.

6 veranschaulicht ein mögliches Ein-/Aus-Antwort-Korrelationsdiagramm für ein musterhaftes druckausgeglichenes Ventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wenn dieses durch einen Fluideinlassdruck P1 von etwa 2,068 Bar (30 Psi), 2,758 Bar (40 Psi), 3,447 Bar (50 Psi) und 4,826 Bar (70 Psi) jeweils bei 22°C betrieben wird. Jede beispielhafte Grafik repräsentiert im wesentlichen bei 2,068 Bar (30 Psi), 2,758 Bar (40 Psi), 3,447 Bar (50 Psi) und 4,826 Bar (70 Psi) die Zeit, wenn ein zur Auslösung einer Funktion bzw. eines Merkmals (z.B. eines Systems zur Aktivierung/Deaktivierung eines Ventiltriebs) ausreichender Auslassdruck P2 auftritt. An sich kennzeichnen die Kurven 501, 502 eine hinreichende Stärke des Auslassdrucks P2 für eine „Einschaltantwort" bzw. eine „Ausschaltantwort", wenn der Einlassdruck P1 bei ungefähr 2,068 Bar (30 Psi), 2,758 Bar (40 Psi), 3,447 Bar (50 Psi) und 4,826 Bar (70 Psi) liegt. Ein Bezugspunkt 504 auf der Kurve 501 betrifft allgemein die Hinlänglichkeit des Auslassdrucks P2 der „Ein-Antwort", wie sie allgemein in 4 veranschaulicht ist, bei ungefähr 6 Millisekunden, wenn der Einlassdruck P1 4,826 Bar (70 Psi) beträgt. Ein Bezugspunkt 505 auf der Kurve 202 betrifft allgemein die hinreichende Stärke des Auslassdrucks P2 der „Aus-Antwort", wie sie allgemein in 5 veranschaulicht ist, bei ungefähr 11 Millisekunden, wenn der Einlassdruck P1 4,826 Bar (70 Psi) beträgt.

Beim Vergleich der Betriebsantworten der Einlassdrücke P1 von 2,068 Bar (30 Psi), 2,758 Bar (40 Psi), 3,447 Bar (50 Psi) und 4,826 Bar (70 Psi) kann ersehen werden, dass die „Ein-Antwort" unabhängig von dem Einlassdruck P1 bei ungefähr 6 Millisekunden im Wesentlichen die gleiche ist oder abflacht, während die „Aus-Antwort" unabhängig von dem Einlassdruck P1 bei ungefähr 10,5 Millisekunden ungefähr gleich oder flach wird. Demgemäß kann die Ausführung des druckausgeglichenen elektromagnetischen Steuerventils 10 ungeachtet des Einlassdrucks P1 im Wesentlichen eine einheitliche Ein-/Aus-Antwortzeit des Auslassdrucks P2 erzielen.

Zusätzlich zu der möglichen Erzielung eines verbesserten, beispielsweise abgeflachten, Ansprechverhaltens (wie es z.B. in 6 allgemein veranschaulicht ist) kann ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen elektromagnetischen Steuerventilen kostengünstiger sein, was wenigstens zum Teil auf die Vermeidung bzw. Beseitigung von Kugelventilen, Rückschlagventilen, eines großen schweren Ankers und/oder einer großen schweren Feder (beispielsweise der Feder 106) zurückzuführen ist. Ferner kann die Beseitigung eines großen schweren Ankers und einer großen, schweren Feder die erforderliche Materialmenge reduzieren, so dass infolgedessen ein kleinerer Magnetfluss erforderlich sein kann, um das Ventil zu betätigen. Somit ist ohne weiteres verständlich, dass zusätzlich zu einem verbesserten Verhalten das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 im Vergleich zu einem herkömmlichen elektromagnetischen Steuerventil wesentlich kleiner und effizienter sein und als solches einen größeren Anwendungsbereich für sonstige Funktionen/Systeme, insbesondere diejenigen, die ein Solenoidventil mit einer kleineren Packungsgröße/mit kleineren Dimensionen erfordern, aufweisen kann.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden, die lediglich die beste Ausführungsform oder die besten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen sollen. Es sollte für einen Fachmann auf dem Fachgebiet verständlich sein, dass verschiedene Alternativen in Bezug auf die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, ohne von dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen. Es besteht die Absicht, dass die folgenden Ansprüche den Schutzumfang der Erfindung definieren und dass das Verfahren und die Vorrichtung innerhalb des Schutzumfangs dieser Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen durch diese mit umfasst sind. Diese Beschreibung der Erfindung sollte derart verstanden werden, dass sie sämtliche neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen von hier beschriebenen Elementen enthält, so dass Ansprüche in dieser oder einer späteren Anmeldung auf eine beliebige neue und nicht naheliegende Kombination dieser Elemente gerichtet werden können. Außerdem dienen die vorstehenden Ausführungsformen lediglich den Veranschaulichungszwecken, so dass kein einzelnes Merkmal oder Element für sämtliche möglichen Kombinationen, die in dieser oder einer späteren Anmeldung beansprucht werden können, unerlässlich ist.

Ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil 10 weist ein Element, das eine Bohrung 52 mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält, einen Anker 14, der sich wenigstens teilweise in die Bohrung 52 hinein durch das erste Ende hindurch erstreckt, und ein Polstück 54 auf, das sich wenigstens teilweise in die Bohrung 52 hinein durch das zweite Ende hindurch erstreckt. Zwischen dem Anker 14 von dem Polstück 54 ist ein Einlassdruck P1 bereitgestellt, um den Anker 14 zu dem Polstück 54 weg vorzuspannen. Ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Steuerventils 10 ist ebenfalls beschreiben.


Anspruch[de]
Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10), das aufweist:

ein Element, das eine Bohrung (52) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält;

einen Anker (14), der sich wenigstens teilweise durch das erste Ende hindurch in die Bohrung hinein erstreckt; und

ein Polstück (54), das sich durch das zweite Ende hindurch wenigstens teilweise in die Bohrung (52) hinein erstreckt,

wobei ein Einlassdruck (P1) zwischen dem Anker (14) und dem Polstück (54) bereitgestellt wird, um den Anker (14) von dem Polstück (54) weg vorzuspannen.
Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei der Einlassdruck P1 durch eine Öffnung (50) in dem Anker (14) übertragen wird. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, das ferner eine Auslassregelungseinrichtung aufweist, die neben einem Ende (66) des Polstücks (54) in der Nähe des zweiten Endes der Bohrung (52) angeordnet ist. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 3, wobei die Auslassregelungseinrichtung einen Ablassdeckel (32) enthält, wobei der Ablassdeckel neben dem Ende (66) des Polstücks (54) angeordnet ist. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuerventil (10) eine Spule (60) enthält, die rund um das oder über dem Element ausgebildet ist, und wobei das Polstück (54) und der Anker (14) in Richtung aufeinander zu angezogen werden, wenn die Spule (60) erregt ist. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 5, wobei die Erregung der Spule (60) wenigstens zum Teil ermöglicht, dass ein Auslassfluiddruck (P2) zu einem Steuerungskanal (CP) hin strömt. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Element einen Spulenkörper (22) aufweist. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 7, das ferner eine Feder (20) aufweist, die zwischen einer Endplatte (24, 26) des Spulenkörpers (22) und einem Scheibenabschnitt (16) des Ankers (14) angeordnet ist. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei der Einlassdruck (P1) von einem Versorgungskanal (SP) aus übertragen wird. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Anker (14) und dem Polstück (54) ein magnetischer Luftspalt (MG1) ausgebildet ist, wenn zwischen dem Anker (14) und dem Polstück (54) ein Einlassdruck (P1) zugeführt wird. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 1, wobei der Einlassdruck (P1) einen Hydraulikfluiddruck enthält. Druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil (10) nach Anspruch 11, wobei der Hydraulikfluiddruck ein unter Druck stehendes Motoröl enthält. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Steuerventils (10), das aufweist:

Bereitstellung eines Elementes, das eine Bohrung (52) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende enthält, eines Ankers (14), der sich durch das erste Ende hindurch wenigstens teilweise in die Bohrung (52) hinein erstreckt, und eines Polstücks (54), der sich durch das zweite Ende hindurch wenigstens teilweise in die Bohrung (52) hinein erstreckt;

Bereitstellung eines Einlassdrucks P1 zwischen dem Anker (14) und dem Polstück (54), um den Anker (14) von dem Polstück (54) weg vorzuspannen.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner aufweist:

Aktivierung einer Spule (60), die dem Element zugeordnet ist, um den Anker (14) zu dem Polstück (54) hin anzuziehen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Anziehen des Ankers (14) in Richtung auf das Polstück (54) einem Auslassfluiddruck (P2) wenigstens teilweise ermöglicht, zu einem Steuerungskanal (CP) hin fortzuschreiten. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner aufweist:

Ablassen des Einlassdrucks (P1) unter Verwendung einer Ablassregelungseinrichtung, die benachbart zu einem Ende (66) des Polstücks (54) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Bereitstellung eines Einlassdrucks (P1) eine Bereitstellung eines Hydraulikfluiddrucks von einem Versorgungskanal (SP) aus durch eine Öffnung 50 hindurch enthält, die sich durch den Anker (14) hindurch erstreckt. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zwischen einer Endplatte (24, 26) eines Spulenkörpers (22) und einem Scheibenabschnitt (16) des Ankers (14) eine Feder (20) angeordnet ist, um den Einlassdruck (P1) beim Vorspannen des Ankers (14) in einer von dem Polstück (54) weg weisenden Richtung zu unterstützen.






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