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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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Ein
Beispiel für
eine bekannte magnetische Betätigungseinheit
wird in
DE 10036905 gezeigt.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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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, wäh rend
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine magnetische Betätigungseinheit wie in Anspruch
1 beansprucht bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Mit
Bezug auf die als Beispiel dienenden Zeichnungen, in denen in mehreren
Figuren ähnliche Elemente
gleich nummeriert sind, gilt:
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Magnetventils nach dem Stand der
Technik, das eine Contraseal-Konfiguration besitzt.
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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.
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3 ist
eine Querschnittsansicht der Magnetventileinheit von 2,
die um 90 Grad gedreht ist, welche die Seitenauslassöffnungen,
die dazugehören,
illustriert.
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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.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 de finiert 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.
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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. End fläche 200 stößt gegen
den Auslassventilsitz 187, der in der Primärplatte
in der vollständig
offenen Position gebildet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Primär platte 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.