Золотниковый клапан с каналом
SLIDE VALVE WITH CHANNEL

Настоящее изобретение относится к золотниковому клапану, в частности для автоматической коробки передач транспортного средства, содержащему корпус клапана, вмещающий направляющий элемент, в котором размещен выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении золотник клапана, при этом корпус клапана содержит по меньшей мере один напорный соединительный элемент, отстоящий от него в осевом направлении питающий соединительный элемент и рабочий соединительный элемент, причем на направляющем элементе имеется по меньшей мере одно отверстие для напорного соединительного элемента, связанное с напорным соединительным элементом, отверстие для питающего соединительного элемента, отстоящее от указанного отверстия в осевом направлении и связанное с питающим соединительным элементом, и отверстие для рабочего соединительного элемента, расположенное в осевом направлении между отверстием для напорного соединительного элемента и отверстием для Питающего соединительного элемента и связанное с рабочим Соединительным элементом, причем в корпусе клапана имеется канал, проходящий на участках в осевом направлении, который связывает отверстие для рабочего соединительного элемента с рабочим соединительным элементом.
Золотниковый клапан этого вида известен, например, из WO 2015/055340. В указанном документе направляющий элемент - золотниковая втулка - полностью покрыт пластиком, образующим корпус клапана и нанесенным методом литья под давлением. Поэтому канал также ограничен со всех сторон пластиком. Применяемая для этого литьевая форма дорогостояща, что увеличивает стоимость изготовления такого золотникового клапана. В то же время живое сечение потока согласно этому документу относительно мало, что связано с относительно высокими потерями давления во время эксплуатации.
В японской заявке на изобретение JP-H07208634 также представлен золотниковый клапан, соответствующий уровню техники, направляющий элемент которого имеет сложную конструкцию, поскольку в нем размещено множество каналов, реализация которых затратна.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известных решений уровня техники.
На основе золотникового клапана, описанного вначале, согласно настоящему изобретению предлагается, чтобы канал был ограничен радиально внутри внешней стенкой направляющего элемента, а радиально снаружи внутренней стенкой корпуса клапана.
Направляющий элемент состоит, как правило, из материала, отличного от материала корпуса клапана. Таким образом, согласно настоящему изобретению канал ограничен элементами из разных материалов. Это имеет первое преимущество, согласно которому производство золотникового клапана по настоящему изобретению удешевляется, поскольку золотниковый клапан по настоящему изобретению может быть изготовлен с помощью более простых литьевых форм, не имеющих подвижных заслонок.
В вышеупомянутом уровне техники согласно WO 2015/055340 направляющий элемент на своей внешней стороне полностью покрыт нанесенным на него методом литья под давлением пластиковым материалом корпуса клапана. Из-за толщины стенки, нанесенной на внешней стороне направляющего элемента, в распоряжении имеется меньшая площадь сечения канала по сравнению с конструкцией по настоящему изобретению, при одинаковой в остальном форме и внешнем диаметре.
В соответствии с решением по настоящему изобретению используется меньше материала для литья под давлением, что снижает стоимость изготовления.
Кроме того, решение по настоящему изобретению приводит в итоге к увеличению площади сечения канала, что существенно улучшает гидравлические свойства золотникового клапана по настоящему изобретению.
При одинаковых внешних габаритах, с помощью золотникового клапана по настоящему изобретению реализуются меньшие падения давлений, что благоприятно отражается на энергопотреблении и КПД установки, в которой применяется такой золотниковый клапан. Это достигается за счет того, что золотниковый клапан по настоящему изобретению при одинаковых внешних габаритах обеспечивает большие живые сечения потока. Удачным образом предложение по настоящему изобретению использует ограничительную стенку элементов, так или иначе уже присутствующих в золотниковом клапане.
Таким образом, предложение по настоящему изобретению позволяет эксплуатировать такие золотниковые клапаны по настоящему изобретению при больших давлениях, или же реализовать конструкции меньшего размера при прочих неизменных рабочих параметрах. Область применения таких золотниковых клапанов по настоящему изобретению существенно расширяется.
Для специалиста будет одинаково эффективным, если внешняя стенка направляющего элемента будет иметь покрытие или защитный слой, то есть голый металл будет защищен подходящими средствами.
Кроме того, согласно настоящему изобретению выгодным образом предусмотрено, что направляющий элемент выполнен в виде золотниковой втулки преимущественно из металла, в которой выполнены отверстие для напорного соединительного элемента, отверстие для питающего соединительного элемента и отверстие для рабочего соединительного элемента.
Подразумевается, что подлежащая регулировке жидкая или газообразная среда, преимущественно гидравлическое масло автоматической коробки передач транспортного средства, втекает в золотниковый клапан через напорный соединительный элемент и вытекает из золотникового клапана через питающий соединительный элемент или, соответственно, рабочий соединительный элемент. Также подразумевается, что регулируемая среда втекает в направляющий элемент через отверстие для напорного соединительного элемента и снова вытекает из направляющего элемента через отверстие для питающего соединительного элемента или, соответственно, отверстие для рабочего соединительного элемента.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации предложения предусмотрено, что канал на высоте отверстия напорного соединительного элемента ограничен радиально внутри внешней стенкой направляющего элемента, а радиально снаружи ограничен внутренней стенкой корпуса клапана.
Согласно предпочтительному варианту реализации золотникового клапана по настоящему изобретению порядок следования (в осевом направлении относительно направления перемещения золотника клапана) соединительных элементов на корпусе клапана отличается от порядка следования соответствующих отверстий на направляющем элементе, связанных с этими соединительными элементами.
Так, например, предусмотрен следующий порядок следования соединительных элементов: рабочий соединительный элемент - напорный соединительный элемент - питающий соединительный элемент. На направляющем элементе предусмотрен, например, следующий порядок следования отверстий: отверстие для напорного соединительного элемента - отверстие для рабочего соединительного элемента - отверстие для питающего соединительного элемента.
При этом специальном наборе соединительных элементов в конечном итоге пересекаются связующие магистрали между соответствующими соединительными элементами и отверстиями для напорного соединительного элемента и рабочего соединительного элемента. Согласно предлагаемому здесь конструктивному решению канал на высоте отверстия для напорного соединительного элемента ограничен радиально внутри внешней стенкой направляющего элемента, а радиально снаружи внутренней стенкой корпуса клапана, благодаря чему значительно экономится место и вместе с тем создается достаточно большое сечение для прохождения регулируемой среды.
Согласно предпочтительному варианту реализации предложения предусмотрено, что направляющий элемент выполнен в виде конструктивного элемента, отделенного от корпуса клапана.
Кроме того, предусмотрено, что внешняя стенка направляющего элемента состоит из металла.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения предусмотрено, что корпус клапана, а также его внутренняя стенка, состоят из пластика и в частности из пластика, отлитого под давлением, который окружает направляющий элемент.
Специалисту хорошо известны пластики, поддающиеся литью под давлением. При этом часто речь идет о термопластах. Пластики, используемые в данном случае, могут быть также усилены (стеклянными или углеродными) волокнами или гранулами.
Выгодным образом предусмотрено, что на корпусе клапана на его конце в осевом направлении расположена фильтрующая корзина, в которую открыт также рабочий соединительный элемент, а фильтрующая корзина имеет первое пропускное отверстие для рабочего соединительного элемента.
В качестве альтернативы возможно также, чтобы фильтрующая корзина была встроена в корпус клапана за одно целое с ним.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения предусмотрено, что фильтрующая корзина имеет радиально расположенное второе пропускное отверстие для напорного соединительного элемента.
Далее, выгодным образом предусмотрено, что золотник клапана имеет проточный канал, который ограничен первой и второй управляющими кромками.
Проточный канал образован буртиком на золотнике клапана, через сужение. Получается компактная конструкция.
Выгодным образом предусмотрено, что конец направляющего элемента, обращенный к фильтрующей корзине, свободен от пластикового материала корпуса клапана, и на этом конце расположен опорный наконечник, на который опирается возвратная пружина, действующая на золотник клапана.
Опорный наконечник напрессован или насажен на направляющий элемент. Этот наконечник задает определенное положение для возвратной пружины, даже при изменениях температуры. Предусмотрено по меньшей мере одно пропускное отверстие (предпочтительно в основании шляпочного опорного наконечника) для выравнивания давлений между внутренней полостью втулки и рабочим соединительным элементом, благодаря чему поддерживается быстрое движение переключения золотника клапана.
Кроме того, в предложении выгодным образом предусмотрено, что канал вмещает по меньшей мере один проходящий в осевом направлении частичный канал, который смещен на 90° в окружном направлении относительно напорного соединительного элемента и/или питающего соединительного элемента.
Под термином «в окружном направлении» следует понимать в направлении периметра относительно средней оси золотника клапана (которая параллельна линии его продольного перемещения).
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации предложения предусмотрено, что осевой частичный канал имеет по меньшей мере на участках поперечное сечение приблизительно в форме кругового сегмента или серпа.
Кроме того, может быть предусмотрен электромагнитный блок, сердечник которого воздействует на золотник клапана против усилия возвратной пружины.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения предусмотрено, что направляющий элемент имеет уплощение или выемку, которые являются составной частью канала или по меньшей мере одного из осевых частичных каналов.
Кроме того, предусмотрено, что на корпусе клапана предусмотрен радиальный напорный соединительный элемент. Возможности размещения различных соединительных элементов очень вариативны. Соединительные элементы могут быть предусмотрены, например, по одному или также группами на торцевой стороне корпуса клапана, на открытой стороне направляющего элемента. Часть соединительных элементов или все элементы могут быть размещены также на корпусе клапана радиально относительно направления перемещения золотника клапана.
Так, например, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения может быть также предусмотрено, что на корпусе клапана имеется радиальный питающий соединительный элемент.
Поэтому выгодным образом может быть также предусмотрено, что на корпусе клапана имеется торцевой рабочий соединительный элемент.
Кроме того, в предложении выгодным образом предусмотрено, что проходящий в осевом направлении канал открыт непосредственно в рабочий соединительный элемент, предусмотренный на торце. Это позволяет получить очень компактную конструкцию.
Далее, настоящее изобретение включает в себя также автоматическую коробку передач с таким золотниковым клапаном.
Настоящее изобретение схематично проиллюстрировано на чертежах, в частности, на одном примере его реализации. На чертежах показаны:
На фиг. 1а и 1с - золотниковый клапан по настоящему изобретению в продольных разрезах, при этом плоскости разрезов смещены на 90° друг относительно друга.
На фиг. 1b - поперечный разрез золотникового клапана по настоящему изобретению по фиг. 1а и 1с, с соответствующими линиями разреза Iа - Iа и Iс - Iс.
На фиг. 1а и 1с изображен золотниковый клапан 1 по настоящему изобретению в двух различных разрезах, повернутых на 90° друг относительно друга. Поскольку предложение по настоящему изобретению особенно понятно представлено на фиг. 1с, золотниковый клапан 1 описан прежде всего на основе этой фигуры.
Золотниковый клапан 1 размещен в корпусе 2 клапана. Корпус 2 клапана соединен с приводным блоком, в данном случае, например, электромагнитным блоком (не показан), который в показанной ситуации присоединен к корпусу 2 клапана с правой стороны. Корпус 2 клапана имеет напорный соединительный элемент 20 и питающий соединительный элемент 21, которые размещены на корпусе 2 клапана радиально относительно продольной протяженности корпуса 2 клапана или направления перемещения золотника 4 клапана (причем радиально означает под прямым углом). Направление протекания текучей среды показано стрелкой. Текучая среда, например гидравлическое масло, втекает через напорный соединительный элемент 20 в золотниковый клапан 2 и покидает его, в зависимости от регулировочного положения золотника 4 клапана, через рабочий соединительный элемент 22, расположенный на торце, или течет через питающий соединительный элемент 21 обратно к накопительному резервуару.
Компоновка выбрана таким образом, что напорный соединительный элемент 20 размещен на корпусе 2 клапана между питающим соединительным элементом 21 и рабочим соединительным элементом 22, причем рабочий соединительный элемент 22 на торце 2 корпуса расположен таким образом, чтобы направление протекания вытекающей текучей среды было здесь перпендикулярно направлению протекания текучей среды, втекающей на напорном соединительном элементе 20.
В корпусе 2 клапана установлен направляющий элемент 3. Направляющий элемент 3 выполнен в общем случае в виде золотниковой втулки 38, которая состоит из металла. Корпус 2 клапана состоит из пластика, который отлит вокруг направляющего элемента 3 методом литья под давлением, при этом направляющий элемент 3 имеет множество отверстий, которые не перекрываются пластиковым материалом корпуса 2 клапана. Кроме того, направляющий элемент 3 также не полностью покрыт пластиковым материалом корпуса 2, нанесенным методом литья под давлением, и его внешняя стенка 39 служит ограничительной стенкой 29 канала 5.
Втульчатый направляющий элемент 3 открыт на обоих концах и содержит на своей боковой поверхности множество радиально расположенных отверстий, которые проходят сквозь всю толщину материала втулки. На задней, обращенной к электромагнитному блоку, стороне направляющего элемента 3 / золотниковой втулки 38 расположено отверстие 31 для питающего соединительного элемента, которое связано гидравлически с питающим соединительным элементом 21. Соединительная часть между отверстием 31 для питающего соединительного элемента и питающим соединительным элементом 21 проходит по существу радиально относительно направления продольного перемещения золотника 4 клапана. На большем удалении в осевом направлении от электромагнитного блока относительно продольного перемещения золотника 4 клапана, практически на другом конце (в последней трети) направляющего элемента 3 / золотниковой втулки 38, на направляющем элементе 3 / золотниковой втулке 38 расположено отверстие 30 напорного соединительного элемента, которое связано гидравлически с напорным соединительным элементом 20. Соединительная часть между отверстием 30 для напорного соединительного элемента и напорным соединительным элементом 20 также ориентирована по существу радиально относительно продольного перемещения золотника 4 клапана.
Между отверстием 30 для напорного соединительного элемента и отверстием 31 для питающего соединительного элемента, почти посередине направляющего элемента 3 / золотниковой втулки 38 предусмотрено отверстие 32 для рабочего соединительного элемента. Отверстие 32 для рабочего соединительного элемента связано с рабочим соединительным элементом 22, расположенным спереди на торце на стороне корпуса 2 клапана, обращенной от электромагнитного блока, через канал 5, проходящий в осевом направлении (относительно продольного перемещения золотника 4 клапана).
Для того чтобы канал 5 не пересекался с проходящей радиально соединительной частью между напорным соединительным элементом 20 и отверстием 30 для напорного соединительного элемента, канал 5 расположен не по всему кольцу, а только по сегменту кольца, как это показано, например, на фиг. 1b.
В направляющем элементе 3 / золотниковой втулке 38 золотник 4 установлен с возможностью продольного перемещения. На задней, обращенной от рабочего соединительного элемента 22 стороне золотник 4 клапана взаимодействует с непоказанным сердечником электромагнитного блока. На переднем конце, противоположном заднему, золотник 4 клапана выполнен в виде конуса, и на этот конус опирается возвратная пружина 44. На цилиндрическом золотнике 4 клапана выгодным образом предусмотрено сужение, которое задает проточный канал 40, который в направлении рабочего соединительного элемента 22 ограничен первой управляющей кромкой 41, а на обратной стороне - второй управляющей кромкой 42. Такое очень компактное конструктивное исполнение позволяет сэкономить место, поскольку необходимый проточный канал 40 между различными отверстиями - отверстием 30 для напорного соединительного элемента, отверстием 31 для питающего соединительного элемента и отверстием для рабочего соединительного элемента - расположен не в стенке направляющего элемента 3 / золотниковой втулки 38. Такое решение позволяет получить компактную конструкцию.
Уже указывалось на то, что направляющий элемент 3 / золотниковая втулка 38 не полностью покрыт пластиковым материалом корпуса 2 клапана, нанесенным методом литья под давлением, а, в частности, передний участок направляющего элемента 3, обращенный к рабочему соединительному элементу 22, свободен или не покрыт.
Это конструктивное исполнение обеспечивает, прежде всего, то, что для канала 5 имеется в распоряжении большое живое сечение потока, поскольку канал 5 ограничен внешней стенкой 39 направляющего элемента 3/золотниковой втулки 38. Дополнительный пластиковый материал на этом месте был бы невыгоден, поскольку лишь сузит живое сечение потока, а это увеличит падение давления или, соответственно, потерю напора. Кроме того, на металлическом конце направляющего элемента 3/золотниковой втулки 38 смонтирован, напрессован или насажен, но в любом случае - прочно установлен - опорный наконечник 43, в основание которого упирается возвратная пружина 44, насаженная на конический участок золотника 4 клапана.
Поскольку в данном случае опорный наконечник 43, состоящий из металла, например стали, насажен/напрессован на направляющий элемент 3, предпочтительно выполненный из металла, например стали, температурные свойства хорошо известны, и высокая эксплуатационная надежность достигается за счет того, что в эти элементы упирается возвратная пружина 44, которая отвечает в значительной степени за положение золотника 4 клапана относительно различных отверстий при подаче соответствующего потока.
На стороне корпуса 2 клапана, обращенной от электромагнитного блока, на стороне конца насажена или, соответственно, напрессована фильтрующая корзина 6. В направлении электромагнитного блока фильтрующая корзина заканчивается между питающим соединительным элементом 21 и напорным соединительным элементом 20. Фильтрующая корзина 6 содержит пропускные отверстия 60, 62, которые затянуты фильтровальной тканью и выполняют, таким образом, функцию фильтра, препятствуя проникновению металлической стружки в уязвимое внутреннее пространство корпуса 2 клапана. При этом пропускное отверстие 60 относится к напорному соединительному элементу 20, а в основании чашеобразной фильтрующей корзины 6 расположено пропускное отверстие 62, также затянутое фильтровальной тканью, которая закрывает рабочий соединительный элемент 22. Кроме того, фильтрующая корзина 6 имеет на внешней стороне два уплотнительных кольца, обеспечивающих уплотнение в установочном положении.
На фигурах чертежей одинаковые или соответствующие друг другу элементы обозначены в каждом случае аналогичными ссылочными позициями и поэтому повторно не описаны, если это нецелесообразно. Раскрытия, содержащиеся во всем описании, применимы по смыслу к одинаковым частям с аналогичными ссылочными позициями или, соответственно, аналогичными обозначениями деталей. Также, выбранные в описании обозначения положений, например, вверху, внизу, сбоку и т.д., относятся к непосредственно описанной, а также изображенной фигуре, и при изменении положения переносятся в соответствии со здравым смыслом на новое положение. Кроме того, отдельные признаки или их комбинации из различных проиллюстрированных и описанных примеров реализации настоящего изобретения могут сами по себе представлять независимые изобретательские решения или решения, соответствующие изобретению.
Формула изобретения, представленная вместе с настоящей заявкой, а также впоследствии, предназначена для получения последующей защиты.
Если при ближайшем рассмотрении, в том числе соответствующего уровня техники, окажется, что тот или иной признак, являющийся благоприятным, не является принципиально важным для цели настоящего изобретения, то, разумеется, уже сейчас желательна формулировка, которая больше не содержит такого признака, особенно в независимом пункте формулы изобретения. Такая частичная комбинация также покрывается раскрытием настоящей заявки.
Далее, следует учесть, что формы и варианты настоящего изобретения, описанные в различных вариантах его реализации и проиллюстрированные на фигурах, могут быть произвольно скомбинированы между собой. При этом отдельные или множественные признаки могут быть произвольно заменены друг на друга. Эти комбинации признаков раскрыты таким же образом.
Ссылки, приведенные в зависимых пунктах формулы настоящего изобретения, указывают на дополнительное развитие предмета независимого пункта формулы через признаки соответствующего зависимого пункта формулы. Тем не менее, эти ссылки не следует понимать как отказ от получения самостоятельной защиты предмета изобретения для признаков зависимых пунктов формулы настоящего изобретения, на которые они ссылаются.
Признаки, которые были раскрыты только в описании, или же отдельные признаки из формулы изобретения, охватывающие множество признаков, могут быть в любое время перенесены в независимый пункт/пункты формулы как имеющие существенное изобретательское значение для ограничения относительно уровня техники, а именно также в случае, если такие признаки были упомянуты в контексте других признаков или, соответственно, обеспечивают особо благоприятные результаты совместно с другими признаками.