DE19949756B4

DE19949756B4 - Elektro-hydraulischer Aktuator

Info

Publication number: DE19949756B4
Application number: DE19949756A
Authority: DE
Inventors: Markus Eisele; Jochen Fischer; Walter Kill; Hubert Remmlinger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: DE19949756A1

Abstract

Elektro-hydraulischer Aktuator in Form eines Proportionalventils zur Druckregelung insbesondere in einem Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Anker (2), der in einem druckausgeglichenen Ankerraum (9) im Ventilgehäuse verschiebbar gelagert ist und der über eine Ankerstange (8) mit einem Ventilschieber (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– das Ventilgehäuse mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist, die in den Ankerraum (9) in Verlängerung der Ankerstange (8) gegenüber dem freien Ende des Ankers (2) mündet,
– in diese Öffnung in druckdichter Weise ein Drucksensor (5) formschlüssig eingesetzt ist, der elektrische Ausgangssignale als Funktion der gemessenen Druckwerte erzeugt und
– der Durchmesser der Mündung der durchgehenden Öffnung in den Ankerraum (9) größer ist als die Ausdehnung des Drucksensors (5) in radialer Richtung senkrecht zur Aktuatorlängsachse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Aktuator in Form eines Proportionalventils zur Druckregelung insbesondere in einem Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Anker, der in einem druckausgeglichenen Ankerraum im Ventilgehäuse verschiebbar gelagert ist und der über eine Ankerstange mit einem Ventilschieber verbunden ist.
Elektromagnetisch betätigte Proportionalventile als Druckregelventile werden oftmals in Steuerungen für Kraftfahrzeug-Automatgetriebe, Baumaschinen, Regelanlagen mit hydraulischen Stelleinrichtungen, etc. verwendet. Sie bestehen in der Regel aus einem Ventilgehäuse mit einem Druckmittelanschluß, Abflußbohrungen und einem Abströmquerschnitt, der mit einem Schließkörper zusammenwirkt und den abströmenden Druckmittelstrom regelt. Der Schließkörper ist mit einer Ankerstange verbunden, auf dem ein Anker eines Elektromagneten sitzt. Die Ankerstange ist auf beiden Seiten des Ankers im Ventilgehäuse oder in einem Kern des Elektromagneten gelagert. Als Druckmittel wird üblicherweise Hydrauliköl oder Schmieröl verwendet. Der Ankerraum, in dem sich der Anker in axialer Richtung bewegt, ist mit Öl gefüllt. Wird der Elektromagnet betätigt, findet über die Lagerspalte bzw. die Ankerlängsbohrung ein Ölaustausch des Ankerraums statt.
Um ein besseres Kennlinienverhalten über die Lebensdauer zu erhalten und eine größere Anzahl von Schaltspielen zu er möglichen, wurde bereits in der DE 197 16 185 der Anmelderin ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil mit einer Spule vorgeschlagen, die einen auf einer Ankerstange befestigten Anker umgibt, der über Druckfedern in einer Gleichgewichtslage gehalten und durch Magnetkräfte verstellt wird. Ein mit der Ankerstange verbundener Schließkörper steuert einen Abströmquerschnitt; die Ankerstange ist neben dem Anker in einem Magnetkern bzw. dem Ventilgehäuse gelagert. Zur Lagerung der Ankerstange werden Gleitlager aus Oxidkeramik verwendet.
Es sind ferner elektromechanische Druckregler mit Dämpfungskammer bekannt geworden, welche die axiale Bewegung eines Ankers dämpfen, der von einer Magnetspule und einem Kern umgeben ist, die bei Stromzuführung ein Magnetfeld erzeugen, welches die Kraft zur Bewegung des Ankers aufbringt.
Bei diesen Druckreglern übt eine Drucksäule von zuströmendem Öl Kraft auf einen mit dem Anker fest oder lose verbundenen Stößel aus, wobei der Anker mit der Kraft aus dem elektromagnetischen Feld der Druckkraft der Öldrucksäule entgegenwirkt. Um die durch den Öldruck auf den Stößel ausgeübte Kraft auszugleichen, befindet sich in der Regel an dem Ende des Ankers, welches dem Stößel entgegengesetzt liegt, eine ölbefüllte Dämpfungskammer mit einer Justiereinrichtung. Da andererseits bei Aufbringen eines Magentfeldes relativ hohe Kräfte auf den Anker bzw. den Stößel entgegen der Öldrucksäule ausgeübt werden, ist der Anker bei den aus der Praxis bekannten Ausführungen üblicherweise in einem mit Öl befüllten Ankerraum gelagert, der sich zwischen zwei radialen Lagerungen des Ankers bzw. des Stößels befindet. Bei seiner Axialbewegung verrichtet der Anker Hubarbeit und verdrängt die im Ankerraum befindliche Ölmenge. Das Öl entweicht innerhalb des Ankerraumes entlang eines Spaltes am Umfang des Ankers bzw. durch die Ankerlängsbohrung und der Anker übt somit eine Art Pumpwirkung auf das im Ankerraum befindliche Öl aus. Entlang dem Stößel, der üblicherweise in einer öldurchlässigen Radialführung gelagert ist, ist ein ständiger Austausch der Ölmenge im Ankerraum mit dem Getriebeöl möglich.
Um eine bessere Dämpfung des Ankers zu ermöglichen für einen Druckregler für elektrohydraulische Getriebesteuerungen und damit eine Verringerung der Pumpwirkung des Ankers und des Schmutzeintrages in den Bereich des Magnetkreises wurde bereits in der deutschen Patentanmeldung DE 196 06 318 der Anmelderin ein Druckregler für elektrohydraulische Getriebesteuerungen vorgeschlagen, der sich insbesondere für Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen und Baumaschinen eignet und der als Sitzdruckregler ausgestaltet ist, mit einer Magnetspule und einem Kern, die einen durch die Kraft eines Magnetfeldes axial verschieblichen Anker umgeben, wobei der Anker in einer vorderen und einer hinteren Lagerung gelagert ist; ein Stößel, der an einem Ende mit einer Stirnseite des Ankers im Bereich von dessen vorderem Lager fest verbindbar ist oder lose an dieses angrenzt, ist im Druckregler vorgesehen, wobei er an seinem anderen Ende in einem Schließteil für eine Öldurchflußbohrung gelagert ist. Der Stößel wird von einer Stößelführung umgeben und ist im ölbefüllten Ankerraum angeordnet, der von dem Anker in zwei Dämpfungsvolumina unterteilt ist, wobei eine ölbefüllte Dämpfungskammer zwischen einer Justiereinrichtung und der hinteren Lagerung des Ankers auf seiner dem Stößel abgewandten Seite ausgebildet ist. Das Schließteil weist einen größeren Durchmesser als der Stößel auf, wobei zwischen der vorderen Lagerung des Ankers und der Stößelführung ein mit Öl befüllter Dämpfungsraum ausgebildet ist, der über eine Entlastungsbohrung mit dem Ankerraum verbunden ist.
Bei all diesen bekannten Druckreglern für elektrohydraulische Getriebesteuerungen sowie bei anderen Steuer- und Regelungsanwendungen sind die Sensoren für die Messung der Druckwerte und die Erzeugung von Signalen als Funktion dieser Druckwerte sowie die Ventile baulich getrennte Komponenten.
In der DE 31 36 174 C3 ist ein Druckregelventil mit einem Anker, der in einem Ankerraum im Ventilgehäuse verschiebbar gelagert ist und der über eine Ankerstange mit einem Ventilschieber verbunden ist, angegeben. Das Druckventil weist dabei einen Drucksensor auf, der innerhalb einer Öffnung angeord net ist, die in den Ankerraum auf der dem Ventilschieber gegenüberliegenden Seite mündet, wobei der Durchmesser der Mündung entlang der Ventillängsachse kleiner als der Drucksensor ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektro-hydraulischen Aktuator in Form eines Proportionalventils anzugeben, bei welchem eine Verringerung des Bauaufwandes sowie des Bauraumes erzielbar ist.
Ausgehend von einem elektro-hydraulischen Aktuator in Form eines Proportionalventils zur Druckregelung insbesondere in einem Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung sieht also die Schaffung einer Mechatronik-Komponente vor, bei der in das Proportionalventil mit einem druckausgeglichenen Ankerraum ein Drucksensor in druckdichter Weise integriert ist, wobei das Ventilgehäuse mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist, die im Ankerraum in Verlängerung der Ankerstange gegenüber dem freien Ende des Ankers mündet und wobei in diese Öffnung der Drucksensor eingesetzt ist, der elektrische Ausgangssignale als Funktion der gemessenen Druckwerte erzeugt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Proportionalventils und
2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
Proportionalventile sind dem Fachmann bestens bekannt, sodass im folgenden nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile beschrieben sind. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines in herkömmlicher Weise aufgebauten Proportionalventils mit druckausgeglichenem Ankerraum 9 ist mit 1 eine Spule bezeichnet und mit 2 ein verschiebbarer Anker, der im druckausgeglichenen Ankerraum 9 im Ventilgehäuse gelagert ist. Erfindungsgemäß ist nun der druckausgeglichene Ankerraum 9 mit einer Bohrung 3 versehen, in welche ein Drucksensor 5 eingesetzt ist. Da bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel die Bohrung 3 größer als der Drucksensor 5 ist, wird ein passend gewählter Adapter 4 verwendet, um den Sensor 5 in druckdichter Weise in die Bohrung 3 einzusetzen. Die Bohrung 3 befindet sich gegenüber dem freien Ende des Ankers 2 und in Verlängerung der Ankerstange 8, die mit dem Ventilschieber 7 in Verbindung steht.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist wieder mit 1 eine Spule, mit 2 ein anders geformter Anker und mit 3 die Bohrung für den druckausgeglichenen Ankerraum 9 bezeichnet. Auch hierbei ist der Drucksensor 5 über einen passenden Adapter 4 in druckdichter Weise in die Bohrung 3 eingesetzt. Mit 6 ist schließlich ein Stößelrohr bezeichnet zur direkten Druckrückführung des Öls zum Sensor 5.
Das vom Sensor 5 abgegebene elektrische Drucksignal eignet sich zur Druckregelung, wobei anhand durchgeführter Messungen festgestellt werden konnte, dass das Drucksignal der Sensoren 5 dem Arbeitsdrucksignal direkt, d. h. ohne Zeitverzug und ohne Offset folgt. Es wurden die Drücke des Sensors, der Arbeitsleitung und von geschalteten Kupplungen gemessen und zwar einmal mit einer Orignalkupplung sowie auch mit dem Proportionalventil allein, welches hydraulisch steif eingespannt war. Zusätzlich wurde eine Messung ohne Kupplung in einem Temperaturbereich von –30°C durchgeführt, um das zeitliche Verhalten bei tiefen Temperaturen zu erfassen. Sofern bei den durchgeführten Messungen ein Offset auftritt, ist dieser durch den Befüllvorgang und die örtlich verteilten Druckaufnehmer bedingt. Ein Vergleich von Arbeitsdruck und Sensordruck in der geschlossenen Komponente, d. h. ohne Volumenstrom, ergab ein fast deckungsgleiches Signal. Bei einer Temperatur von –30°C wurde festge stellt, dass das Sensorsignal um ca. 50 ms nacheilend ist. Dies beruht hauptsächlich auf der hohen Viskosität des Öles.
Sofern die Bohrungen 3 in den druckausgeglichenen Ankerräumen exakt dem Außendurchmesser der Sensoren 5 entsprechen, kann selbstverständlich der Adapter 4 entfallen.
Die Position der Sensoren 5 in den Proportionalventilen schützt diese gegen Beschädigung bzw. Verschmutzung.

1: Spule
2: Anker
3: Bohrung
4: Adapter
5: Sensor
6: Rohr
7: Ventilschieber
8: Ankerstange
9: Ankerraum

Claims

Elektro-hydraulischer Aktuator in Form eines Proportionalventils zur Druckregelung insbesondere in einem Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Anker (2), der in einem druckausgeglichenen Ankerraum (9) im Ventilgehäuse verschiebbar gelagert ist und der über eine Ankerstange (8) mit einem Ventilschieber (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Ventilgehäuse mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist, die in den Ankerraum (9) in Verlängerung der Ankerstange (8) gegenüber dem freien Ende des Ankers (2) mündet, – in diese Öffnung in druckdichter Weise ein Drucksensor (5) formschlüssig eingesetzt ist, der elektrische Ausgangssignale als Funktion der gemessenen Druckwerte erzeugt und – der Durchmesser der Mündung der durchgehenden Öffnung in den Ankerraum (9) größer ist als die Ausdehnung des Drucksensors (5) in radialer Richtung senkrecht zur Aktuatorlängsachse.
Elektro-hydraulischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) zusammen mit einem Adapter (4) in die Öffnung eingesetzt ist.
Elektro-hydraulischer Aktuator nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) mit dem elektronischen Getrie besteuergerät und/oder dem Hydrauliksteuergerät verbunden ist.