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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen amerikanischen
Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/474,774 vom 30. Mai 2003
und der nichtprovisorischen amerikanischen Patentanmeldung mit der
Serienummer 10/823,466 vom 13. April 2204. Die gesamte Offenarung
dieser beiden Anmeldungen wird hiermit durch Bezugahme in die vorliegende
Anmeldung eingearbeitet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Solenoidsteuerventile, genauer
gesagt ein pulsbreitenmoduliertes Solenoidsteuerventil zum Steuern
der hydraulischen Funktionen eines Getriebes für ein Fahrzeug.
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In
der Automobilindustrie finden diverse Solenoidkonstruktionen Verwendung,
einschließlich
solche Konstruktionen, die in Verbindung mit Automatikgetrieben
eingesetzt werden. Beispielsweise finden in den Steuersystemen von
Automatikgetrieben generell Solenoide Verwendung, um den Druck und
den Durchfluss des Getriebeströmungsmittels
zu steuern. Auf diese Weise kann man die Steuerung des Getriebeströmungs mitteldrucks
dazu einsetzen, um eine Getriebekupplung in Abhängigkeit von einem elektrischen
Eingangssignal, das dem Solenoid zugeführt wird, einzurücken und
auszurücken,
oder die Steuerung des Getriebeströmungsmitteldrucks kann dazu eingesetzt
werden, um den Getriebeleitungsdruck aufrechtzuerhalten.
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Generell
findet in Solenoiden ein Solenoidsteuerventil Verwendung, um die
vom Solenoid durchgeführte
Regulierung des Strömungsmitteldurchflusses
zu unterstützen.
Ein Beispiel eines Solenoidsteuerventils ist in der
US-PS 4 998 559 beschrieben, wobei
die gesamte Offenbarung dieser Veröffentlichung durch Bezugnahme
in die vorliegende Anmeldung eingearbeitet wird. In neuerer Zeit
ist in bestimmten Anwendungsfällen
bei Kraftfahrzeugen die Verwendung von pulsbreitenmodulierten Solenoiden
vorherrschend geworden.
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Obwohl
herkömmlich
ausgebildete pulsbreitenmodulierte Solenoidsteuerventile gewisse
Erfolge erzielt haben, um den Anforderungen der Automobilindustrie
gerecht zu werden, können
diese pulsbreitenmodulierten Solenoidsteuerventile immer noch weiter
verbessert werden, beispielsweise im Bereich der Kosten, Qualität, des Verhaltens
u.ä.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach neuartigen und verbesserten pulsbreitenmodulierten
Solenoidsteuerventilen.
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Gemäß der generellen
Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbessertes
Solenoidsteuerventil zur Verfügung
gestellt. Genauer gesagt, es wird ein neues und verbessertes pulsbreitenmoduliertes
Solenoidsteuerventil gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geschaffen.
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Das
Solenoidsteuerventil umfasst vorzugsweise einen Steuerventilkörper aus
Kunststoff, der vorzugsweise eine segmentierte Strömungsbahn
besitzt, die die Festigkeit des Beschickungsrohrabschnittes erhöht. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein abgestufter Spulenabschnitt
vorgesehen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist vorzugsweise eine Betätigungsstange vorgesehen, die
sich benachbart zum Anker verjüngt
und diesen kontaktiert, um das Fluss-Kurzschließen zu verringern und die Betriebseigenschaften
zu verbessern. Das Solenoidsteuerventil der vorliegenden Erfindung
sieht daher vorzugsweise eine charakteristische Verhaltenskurve
vor.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Solenoidströmungsmittelsteuerventil geschaffen,
das umfasst: (1) einen Strömungsmittelsteuerkörper, der
in einem Strömungsmittelgehäuse anordbar
ist, einen zentralen Hohlraum besitzt und einen Druckbeaufschlagungskanal
an einem ersten Ende sowie einen radial verlaufenden Drucksteuerkanal
aufweist; (2) ein Beschickungsrohr, das im zentralen Hohlraum angeordnet ist,
einen Außenumfang
in Verbindung mit dem Drucksteuerkanal aufweist und eine Innenbohrung besitzt,
die mit dem Druckbeaufschlagungskanal in Verbindung steht, wobei
das Beschickungsrohr im zentralen Hohlraum des Strömungsmittelsteuerkörpers mit
Hilfe einer radial und axial verlaufenden Wand gelagert ist, welche
in eine Vielzahl von in Längsrichtung
verlaufen den Strömungskammern segmentiert
ist, und wobei das Beschickungsrohr einen Ventilaufnahmekammerbereich
aufweist; (3) einen Ventilsitzabschnitt, der aus einem metallischen Material
hergestellt und mittels Presspassung im Strömungsmittelsteuerkörper angeordnet
ist, wobei der Ventilsitzabschnitt einen Ventilsitz und einen Kanal,
der mit dem Ventilsitz und dem Drucksteuerkanal in Verbindung steht,
aufweist; (4) ein Ventil, das in der Ventilaufnahmekammer enthalten
ist und wahlweise die Verbindung zwischen dem Druckbeaufschlagungskanal
und dem Drucksteuerkanal schließen kann;
und (5) ein Solenoid zum Öffnen
des Ventils in Abhängigkeit
von einem Signal.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Solenoidströmungsmittelsteuerventil geschaffen,
das umfasst: (1) einen Strömungsmittelsteuerkörper, der
in einem Strömungsmittelgehäuse anordbar
ist, einen zentralen Hohlraum aufweist und einen Druckbeaufschlagungskanal
an einem ersten Ende sowie einen radial verlaufenden Drucksteuerkanal
aufweist; (2) ein Beschickungsrohr, das im zentralen Hohlraum angeordnet
ist und einen Außenumfang
in Verbindung mit dem Drucksteuerkanal sowie eine Innenbohrung,
die mit dem Druckbeaufschlagungskanal in Verbindung steht, aufweist,
wobei das Beschickungsrohr im zentralen Hohlraum des Strömungsmittelsteuerkörpers mit
Hilfe einer radial und axial verlaufenden Wand gelagert ist, welche
in eine Vielzahl von in Längsrichtung
verlaufenden Strömungskammern
segmentiert ist, und wobei das Beschickungsrohr einen Ventilaufnahmekammerbereich
aufweist; (3) einen Ventilsitzabschnitt, der aus einem metallischen
Material hergestellt und mittels Presspassung im Strömungsmittel steuerkörper angeordnet
ist, wobei der Ventilsitzabschnitt einen Ventilsitz und einen Kanal,
der mit dem Ventilsitz und dem Drucksteuerkanal in Verbindung steht,
aufweist; (4) ein Ventil, das in der Ventilaufnahmekammer enthalten
ist und wahlweise die Verbindung zwischen dem Druckbeaufschlagungskanal
und dem Drucksteuerkanal schließen
kann; (5) ein Solenoid zum Öffnen
des Ventils in Abhängigkeit von
einem Signal, wobei das Solenoid eine Mittelachse und eine um einen
Spulenträger,
der im Abstand von der Mittelachse und um dieselbe angeordnet ist, gewickelte
Spule aufweist, die radial abgestufte radiale Innenumfänge besitzt;
(6) ein Gehäuseelement zum
Befestigen des Solenoids am Strömungsmittelsteuerkörper, wobei
sich ein Abschnitt des Gehäuseelementes
in den abgestufen Abschnitt der Spule zur Ausbildung eines Flussrohres
darin erstreckt; und (7) einen Anker, der axial im Spulenträger beweglich ist.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Solenoidströmungsmittelsteuerventil geschaffen,
das umfasst: (1) einen Strömungsmittelsteuerkörper, der
in einem Strömungsmittelgehäuse anordbar
ist, einen zentralen Hohlraum aufweist und einen Druckbeaufschlagungskanal
an einem ersten Ende sowie einen radial verlaufenden Drucksteuerkanal
aufweist; (2) ein Beschickungsrohr, das im zentralen Hohlraum angeordnet
ist, einen Außenumfang
in Verbindung mit dem Drucksteuerkanal und eine Innenbohrung, die
in Verbindung mit dem Druckbeaufschlagungskanal steht, aufweist,
wobei das Beschickungsrohr im zentralen Hohlraum des Strömungsmittelsteuerkörpers mit
Hilfe einer radial und axial verlaufenden Wand gelagert ist, die
in eine Vielzahl von in Längsrichtung
verlaufenden Strömungskammern
segmentiert ist, und wobei das Beschickungsrohr einen Ventilaufnahmekammerbereich
aufweist; (3) einen Ventilsitzabschnitt, der aus einem metallischen
Material hergestellt und mittels Presspassung im Strömungsmittelsteuerkörper angeordnet
ist, wobei der Ventilsitzabschnitt einen Ventilsitz und einen Kanal,
der mit dem Ventilsitz und dem Drucksteuerkanal in Verbindung steht,
aufweist; (4) ein Ventil, das in der Ventilaufnahmekammer enthalten
ist und wahlweise die Verbindung zwischen dem Druckbeaufschlagungskanal und
dem Drucksteuerkanal schließen
kann; (5) ein Solenoid zum Öffnen
des Ventils in Abhängigkeit
von einem Signal, wobei das Solenoid eine Mittelachse und eine um
einen Spulenträger,
der im Abstand von der Mittelachse und um diese herum angeordnet
ist, gewickelte Spule aufweist, die radial abgestufte radiale Innenumfänge besitzt;
(6) ein Gehäuseelement zum
Befestigen des Solenoids an dem Strömungsmittelsteuerkörper, wobei
sich ein Abschnitt des Gehäuseelementes
in den abgestuften Abschnitt der Spule zur Ausbildung eines Flussrohres
darin erstreckt; (7) einen Anker, der axial beweglich im Spulenträger ist;
(8) eine Polschuheinheit benachbart zum Anker, die zwischen dem
Spulenträger
und dem Strömungsmittelsteuerkörper angeordnet
ist; und (9) eine Steuerstange, die sich entlang der Mittelachse und
durch die Polschuheinheit zum Öffnen
des Ventils erstreckt und ein sich verjüngendes Ende aufweist.
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Weitere
Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung derselben hervor. Es versteht sich, dass
diese detaillierte Beschreibung und die speziellen Ausführungsbeispiele
eine bevor zugte Ausführungsform
der Erfindung kennzeichnen und lediglich beispielhaft sind und den
Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
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Die
vorliegende Erfindung wird deutlicher verständlich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine Schnittansicht des
Solenoidsteuerventils der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Seitenansicht des
Steuerventilkörpers
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Draufsicht des Steuerventilkörpers der
vorliegenden Erfindung;
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4 eine Schnittansicht entlang
Linie 4-4 in 2;
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5 eine Schnittansicht entlang
Linie 5-5 in 2;
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6 eine Schnittansicht entlang
Linie 6-6 in 2;
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7 eine Schnittansicht entlang
Linie 7-7 in 2;
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8 eine zweite, teilweise
weggebrochene Schnittansicht des Ventilkörpers der vorliegenden Erfindung;
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9 eine Kurve, die die Betriebseigenschaften
der vorliegenden Erfindung bei 2,756 bar (40 psi) zeigt;
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10 eine Kurve, die die Betriebseigenschaften
der vorliegenden Erfindung bei 8,268 bar (120 psi) zeigt; und
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11 eine Kurve, die die Betriebseigenschaften
der vorliegenden Erfindung bei 14,814 bar (215 psi) zeigt.
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Die
vorliegende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich
beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, deren Anwendung oder
deren Einsatzgebiete einschränken.
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Die 1 bis 8 zeigen ein Solenoidsteuerventil, das
generell mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist, gemäß den allgemeinen
Lehren der vorliegenden Erfindung. Dieses Solenoidsteuerventil besitzt
einen Strömungsmittelsteuerkörper, der
mit 12 bezeichnet ist, und einen Solenoidabschnitt, der
mit 14 bezeichnet ist. Beispielsweise kann der Strömungsmittelsteuerkörper 12 vorzugsweise
in einem Strömungsmittelverteilergehäuse in einem
Ventilkörper
eines Getriebes angeordnet sein.
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Der
Strömungsmittelsteuerkörper 12 besitzt vorzugsweise
einen zentralen Hohlraum 16, der vorzugsweise einen Strömungsmittelversorgungskanal 18 und
einen Strömungsmittelsteuerkanal 20 aufweist.
Diese Kanäle
stehen vorzugsweise entweder mit einer Versorgungsleitung im Verteiler
oder mit einer Steuerleitung in Verbindung, wie dies bekannt ist. Ein
Beschickungsrohr 22 ist vorzugsweise einstückig mit
dem Strömungsmittelsteuerkörper 12 geformt. Das
Beschickungsrohr 22 besitzt vorzugsweise einen Außenumfang 24,
der mit dem Steuerkanal 20 in Verbindung steht, und vorzugsweise
eine Innenbohrung 26, die über eine sich seitlich erstreckende Öffnung 28 mit
dem Versorgungskanal 18 in Verbindung steht. Das Beschickungsrohr 22 ist
vorzugsweise im Hohlraum 16 über mindestens einen oder mehrere segmentierte
Bereiche 30 gelagert, wie am besten in 6 gezeigt. Vorzugsweise sind drei segmentierte Strömungskanäle auf jeder
Seite des Beschickungsrohres 22 vorhanden, wie in 6 gezeigt. Das Beschickungsrohr 22 besitzt
vorzugsweise einen Ventilaufnahmebereich 32.
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Ein
Ventilsitzausbildungsabschnitt 34 ist vorzugsweise aus
einem metallischen Material hergestellt und mittels Presspassung
im Beschickungsrohr 22 angeordnet. Der Außenumfang
des Ventilsitzbildungsabschnittes 34 ist vorzugsweise mittels
Presspassung im Ventilaufnahmebereich 32 angeordnet. Durch
diese Anordnung kann sich der Strömungsmittelkanal axial durch
den segmentierten Bereich 30 erstrecken, wobei die Stege,
die den segmentierten Bereich bilden, Pressbelastungen auf das Ventilsitzelement 34 absorbieren.
Ein Ausrichtungssockel 36 ist vorzugsweise am Steuerkörper vorgesehen,
um für die
geeignete Ausrichtungstiefe des Ventilsitzelementes 34 zu
sorgen. Ein Kugelventil 38 wird vorzugsweise zwischen dem
Ventilsitz 40 und dem Ventilhalteabschnitt 32 gehalten.
Eine Rückzugsfeder 35 spannt
das Kugelventil 38 vorzugsweise gegen den Ventilsitz 40 vor.
Das Ventilsitzelement 34 bildet vorzugsweise einen Kanal 42 zum
Steuerkanal 20. Das Ventil 40 ist vorzugsweise
betätigbar,
um wahlweise die Strömungsmittelzufuhr
vom Versorgungskanal 18 zum Steuerkanal 20 abzusperren.
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Das
Ventilsitzelement 34 ist vorzugsweise mittels Presspassung
in der Fluss-Scheibe 62 angeordnet, die eine Polschuheinheit 64 bildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei der Fluss-Scheibe 62 um ein gestanztes
Element, während
das Ventilsitzelement 34 vorzugsweise ein schraubengedrehtes
Element ist. Durch die Montage dieser Teile werden die Montagekosten
verringert.
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Der
Solenoidabschnitt 14 ist vorzugsweise am Strömungsmittelsteuerkörper 12 befestigt.
Ein O-Ring 44 ist vorzugsweise zwischen dem Strömungsmittelsteuerkörper 12 und
der Polschuheinheit 64 angeordnet. Das Solenoid 14 besitzt
vorzugsweise eine Mittelachse A-A und eine Spule 46, die
um einen nichtmagnetischen Spulenträger 48 gewickelt ist.
Der Spulenträger 48 ist
vorzugsweise radial abgestuft und besitzt eine radial äußere Wand 52 sowie eine
radial innere Wand 54. Ein einstückiges Gehäuseelement 50 weist
vorzugsweise ein radial verlaufendes Flussrohr auf, das einen ringförmigen Abschnitt 56 bildet.
Das Gehäuse 50 sorgt
ferner vorzugsweise für
eine Bördelbefestigung
des Solenoids 14 am Körper 12 mit
Hilfe des gebördelten
Abschnittes 58. Ein Anker 60 ist vorzugsweise
vorgesehen, der innerhalb der Wand 54 angeordnet und in
Abhängigkeit
von einem Stromfluss in der Spule axial beweglich ist. Die Polschuheinheit 64 ist
vorzugsweise zwischen dem unteren Abschnitt des Spulenträgers 48 und
dem Steuerkörper 12 befestigt.
Sie besitzt vorzugsweise eine Mittelöffnung 64, die eine
Presspassung des Ventilsitzelementes 34 darin ermöglicht.
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Die
Steuerstange 66 hat vorzugsweise ein sich verjüngendes
oberes Ende 67 und ist im Element 34 beweglich.
Der Anker 60 bewegt vorzugsweise die Steuerstange 66.
Der sich verjüngende Stift
reduziert vorzugsweise das Kurzschließen des Magnetflusses und verbessert
auf diese Weise das Verhalten des Solenoids, ohne dabei die Festigkeit zu
opfern.
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Vorzugsweise
sind Montagehilfen 69 vorgesehen. Diese Montagehilfen sind
vorzugsweise axial verlaufende Rippenelemente. Die Rippenelemente sorgen
vorzugsweise für
eine genaue Positionierung des Gehäuses 50 im fertigen
Solenoidsteuerventil der vorliegenden Erfindung. Speziell ist vorzugsweise
eine Haltenut 76 vorgesehen, mit der ein Klemmenelement
(nicht gezeigt) in Eingriff tritt, wenn das Steuerventil 10 beispielsweise
in einem Strömungsmittelverteiler
befestigt wird, der in einem Ventilkörper eines Getriebes angeordnet
ist. In der Vergangenheit war es problematisch, eine genaue axiale Positionierung
des Strömungsmittelsteuerkörpers 12 im
Verteilergehäuse
zur Ausrichtung der Klemme mit dem Schlitz 76 zu erzielen.
Diese Rippen sichern eine genaue Ausrichtung während der Montage, damit die
Klemme mit dem Schlitz 76 in Eingriff treten kann. Eine
bevorzugte Ausführungsform
besitzt zwei Rippen 76, die im Abstand von 180° angeordnet
sind, und eine breitere Rippe 76a, die im Abstand von 90° zwischen
diesen Rippen 76 angeordnet ist.
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Die
Spule 46, der Spulenträger 48 und
die Spulenkontakte 70 sind vorzugsweise übergeformt, um
einen Verbinder 72 zu bilden. Auf diese Weise wird eine
einstückige
Einheit gebildet, die ferner vorzugsweise einen Ankerkäfigeinheitsabschnitt 72A umfasst,
der vorzugsweise den Anker 60 und dessen Vorspannfeder 74 bei
der Befestigung des Gehäuses 50 am
Strömungsmittelsteuerkörper 12 an
Ort und Stelle hält.
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Die 9 bis 11 zeigen den Transferfunktionsverlauf
des Tastverhältnisses
der Pulsbreitenmodulation des Solenoids der vorliegenden Erfindung, wenn
mit einem am Versorgungskanal auftretenden Strömungsmitteldruck von 2,756
bar, 8,268 bar und 14,814 bar (40, 120 und 215 psi) gearbeitet wird.
Wie gezeigt, findet bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung
eine Eigenschaftsoptimierung statt.