DE102021214013A1

DE102021214013A1 - Wegeventil für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021214013A1
Application number: DE102021214013.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Herrmann; Thilo Schmidt; Hans-Jürgen Bader; Christian Popp; Robert Schanuel; Armin Haugg
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Das Wegeventil (1) umfasst ein Ventilgehäuse (2) und einen Ventilschieber (3), wobei das Ventilgehäuse (2) einen Zulauf-Anschluss (8.2) und einen Arbeits-Anschluss (8.3) bildet, und wobei der Ventilschieber (3) in seinem Inneren einen Hohlraum (19), eine erste Öffnung (20.1) und eine zweite Öffnung (20.2) bildet. Der Hohlraum (19) ist über die zweite Öffnung (20.2) mit dem Arbeits-Anschluss (8.3) verbunden. Der Ventilschieber (3) kann in eine erste Schaltstellung und in eine zweite Schaltstellung verstellt werden. Das Ventilgehäuse (2) verschließt eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (19) und dem Zulauf-Anschluss (8.2) über die erste Öffnung (20.1), wenn sich der Ventilschieber (3) in seiner ersten Schaltstellung befindet. Der Hohlraum (19) ist über die erste Öffnung (20.1) mit dem Zulauf-Anschluss (8.2) verbunden, wenn sich der Ventilschieber (3) in seiner zweiten Schaltstellung befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs.
Strömungskräfte an einem Ventilschieber eines Wegeventils können Regelabweichungen verursachen und für Regelinstabilitäten verantwortlich sein. Die genannten Strömungskräfte treten insbesondere bei Ventilschiebern mit hohen Volumenströmen und hohen Druckdifferenzen auf. Stark vereinfacht erzeugt dabei die Strömungskraft zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilschieber eine auf den Ventilschieber in Schließrichtung wirkende Kraft, welche zu Druckabweichungen führt, die abhängig von einem Volumenstrom sind, der durch das Wegeventil geleitet wird. Zudem muss der Volumenstrom im Wegeventil mehrfach umgelenkt werden, wodurch sich im instationären Zustand (Volumenstromänderung) Impulskräfte auf den Ventilschieber auswirken, was zu Instabilitäten in der Regelung führen kann. Aus dem Stand der Technik sind Geometrien an Ventilschiebern bekannt, die beispielsweise über definierte Winkel-Geometrien und Kegel-Geometrien den störenden Einfluss der Strömungskraft reduzieren sollen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, ein Wegeventil bereitzustellen, bei dem Reaktionskräfte, die durch den stationären und instationäre Anteil der Strömungskraft verursacht werden, auf alternative Weise neutralisiert bzw. reduziert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine optimierte Ventilgeometrie vor, die bewirkt, dass sich die Reaktionskräfte, die durch den stationären und instationäre Anteil der Strömungskraft verursacht werden, innerhalb der Ventilkolbengeometrie weitestgehend „neutralisieren“ und sich nicht nach „außen hin“ auf die Stellung des Ventilschiebers relativ zu dem Ventilgehäuse auswirken.
Umgesetzt wird dies insbesondere über Varianten verschiedener Hohlkörper-Geometrien des Ventilschiebers des Wegeventils. Der Ventilschieber formt dabei in seinem Inneren einen Hohlraum, durch den das Öl geleitet werden kann, das durch das Wegeventil fließt. Somit kann eine Strömungsumlenkung durch den Hohlraum des Ventilschiebers erfolgen. Durch die in den Hohlraum verlagerte Strömungsumlenkung wird ein Großteil der störenden Strömungskräfte nach „außen“ eliminiert, da sich die resultierenden Kräfte im Inneren des Ventilschiebers nur auf den Ventilschieber selbst auswirken, aber nicht in Bezug auf die Stellung des Ventilschiebers relativ zu dem Ventilgehäuse.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Wegeventil für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Wegeventil umfasst ein Ventilgehäuse und einen Ventilschieber.
Das Ventilgehäuse bildet einen Zulauf-Anschluss und einen Arbeits-Anschluss. Über den Zulauf-Anschluss kann dem Wegeventil Hydraulikflüssigkeit zugeführt werden, insbesondere Öl, wobei die Hydraulikflüssigkeit unter einem Systemdruck stehen kann, der durch eine Hydraulikpumpe des Automatikgetriebes erzeugt werden kann. Der Arbeits-Anschluss kann beispielsweise mit einer Kupplung eines Automatikgetriebes verbunden sein, innerhalb welchem das erfindungsgemäße Wegeventil verbaut sein kann, sodass im Bereich des Arbeits-Anschlusses ein geregelter Arbeitsdruck vorherrschen kann, welcher einem Kupplungsdruck entspricht.
Der Ventilschieber bildet in seinem Inneren einen Hohlraum, eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung erstrecken sich insbesondere in einer radialen Richtung des Ventilschiebers. Der Hohlraum ist über die zweite Öffnung mit dem Arbeits-Anschluss verbunden. Somit kann Hydraulikflüssigkeit einerseits aus dem Hohlraum des Ventilschiebers über die zweite Öffnung in den Arbeits-Anschluss gelangen. Andererseits kann Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeits-Anschluss und über die zweite Öffnung in den Hohlraum gelangen und diesen füllen. Unter dem Merkmal „verbunden“ ist insbesondere zu verstehen, dass die jeweils miteinander verbundenen Elemente hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt. Unter dem Merkmal „getrennt“ oder „nicht verbunden“ hingegen kann insbesondere verstanden werden, dass die jeweils voneinander getrennten Elemente nicht hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass kein Öl von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt.
Der Ventilschieber kann in eine erste Schaltstellung und in eine zweite Schaltstellung verstellt werden. Wenn sich der Ventilschieber in seiner ersten Schaltstellung befindet, dann verschließt das Ventilgehäuse eine Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem Zulauf-Anschluss über die erste Öffnung. In diesem Fall kann keine Hydraulikflüssigkeit aus dem Zulauf-Anschluss über die erste Öffnung, den Hohlraum und die zweite Öffnung in den Arbeits-Anschluss gelangen und über diesen aus dem Wegeventil abfließen. Allerdings bleibt der Arbeits-Anschluss - unabhängig davon, in welcher Schaltstellung sich der Ventilschieber befindet - stets über die zweite Öffnung mit dem Hohlraum verbunden, sodass ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Hohlraum und dem Arbeits-Anschluss gewährleistet ist.
Wenn sich der Ventilschieber hingegen in seiner zweiten Schaltstellung befindet, dann ist der Zulauf-Anschluss über die erste Öffnung mit dem Hohlraum verbunden. Weiterhin ist der Hohlraum auch in der zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers über die zweite Öffnung mit dem Arbeits-Anschluss verbunden. In diesem Fall kann Hydraulikflüssigkeit aus dem Zulauf-Anschluss ausschließlich über die erste Öffnung, den Hohlraum und die zweite Öffnung in den Arbeits-Anschluss gelangen und über den Arbeits-Anschluss aus dem Wegeventil abfließen, z.B. in Richtung der Kupplung. Wenn an dem Zulauf-Anschluss der Systemdruck anliegt, so kann dieser in der zweiten Schaltstellung beispielsweise zum Betätigen der Kupplung genutzt werden, die mit dem Arbeits-Anschluss verbunden sein kann. Somit kann eine Umlenkung der ÖIströmung ausschließlich über den Hohlraum und die Öffnungen des Ventilschiebers erfolgen. Eine Umlenkung der Ölströmung über entbehrliche Kolben des Ventilschiebers entfällt samt der damit verbundenen Regelungsprobleme.
In einer Ausführungsform bildet das Ventilgehäuse einen Vorbefüll-Anschluss und der Ventilschieber bildet in seinem Inneren eine dritte Öffnung. Der Ventilschieber kann dabei in eine dritte Schaltstellung verstellt werden. Die erste Schaltstellung befindet sich in der Längsrichtung des Ventilschiebers insbesondere zwischen der zweiten Schaltstellung und der dritten Schaltstellung. Der Ventilschieber kann somit aus der mittleren ersten Schaltstellung entweder in die eine Richtung verstellt werden, um in die zweite Schaltstellung zu gelangen, oder in die entgegengesetzte Richtung, um in die dritte Schaltstellung zu gelangen.
Wenn sich der Ventilschieber in seiner dritten Schaltstellung befindet, dann ist der Hohlraum über die dritte Öffnung mit dem Vorbefüll-Anschluss verbunden. Weiterhin ist der Arbeitsanschluss über die zweite Öffnung des Ventilschiebers mit dem Hohlraum verbunden, wenn sich der Ventilschieber in seiner dritten Schaltstellung befindet. Somit kann Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeits-Anschluss, der mit der Kupplung verbunden sein kann, ausschließlich über die zweite Öffnung, den Hohlraum und die dritte Öffnung in den Vorbefüll-Anschluss gelangen und über diesen aus dem Wegeventil abfließen. Die zweite Schaltstellung des Ventilschiebers kann eine Ausgangsstellung des Ventilschiebers darstellen. Der Kupplungsdruck kann dabei mit dem Vorbefülldruck verbunden werden, wobei die Druckzuführung über den Ventilschieber abgedichtet wird. Der Vorbefülldruck, der am Vorbefüll-Anschluss anliegt, kann beispielsweise 0,4 bar betragen und ausreichen, um ein Leerlaufen von Leitungen des Getriebes und der Kupplung zu vermeiden. Wenn sich der Ventilschieber hingegen in der ersten Schaltstellung oder in der zweiten Schaltstellung befindet, dann verschließt das Ventilgehäuse eine Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem Vorbefüll-Anschluss über die dritte Öffnung. Somit kann keine Hydraulikflüssigkeit aus dem Hohlraum über die zweite dritte Öffnung in den Vorbefüll-Anschluss gelangen und über diesen aus dem Wegeventil abfließen.
Das Wegeventil kann weiterhin ein Rückstellelement umfassen, wobei das Rückstellelement eine Vorspannkraft erzeugt, welche den Ventilschieber in der dritten Schaltstellung vorspannt. Durch die Vorspannkraft tendiert der Ventilschieber dazu, sich in die dritte Schaltstellung zu bewegen oder in seiner Schließstellung zu verbleiben. Insbesondere kann durch die Vorspannkraft der Ventilschieber in seiner dritten Schaltstellung verbleiben, solange eine Stellkraft unterhalb der Vorspannkraft liegt. Auf diese Weise kann eine sichere Vorbefüllung von Leitungen und Kupplung(en) des Getriebes gewährleistet werden.
Das Wegeventil kann ferner ein elektromechanisches Regelelement umfassen. Das elektromechanische Regelelement (z.B. ein linear verstellbarer Stößel des elektromechanischen Regelelements), kann eine Stellkraft auf den Ventilschieber ausüben, wobei die Stellkraft des elektromechanischen Regelelements der Vorspannkraft des Rückstellelements entgegenwirkt. Der Ventilschieber kann mittels der Stellkraft des elektromechanischen Regelelements entgegen der Vorspannkraft des Rückstellelements aus der dritten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt werden, in welcher sich das Wegeventil in seinem Regelzustand befindet. Weiterhin kann der Ventilschieber mittels der Stellkraft des elektromechanischen Regelelements entgegen der Vorspannkraft des Rückstellelements aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt werden, in welcher der Zulauf-Anschluss mit dem Arbeitsanschluss verbunden ist.
In einer Ausführungsform ist der Ventilschieber gestuft ausgeführt, sodass eine Druckrückführung über eine Differenzfläche möglich ist. Auf eine der Stirnflächen des Ventilschiebers wirkt die Stellkraft auf den Ventilschieber, erzeugt beispielsweise durch das elektromechanische Regelelement. Für eine Regelfunktion muss dieser Stellkraft eine rückmeldende Kraft entgegenwirken, was über eine Stufe am Ventilschieber umgesetzt wird. Die Stufe befindet sich insbesondere in einer Ventiltasche des geregelten Arbeitsdrucks, insbesondere der Kupplungsdruck. Die Vorspannkraft des Rückstellelements ist lediglich ein „Offset“-Wert und liefert keinen Beitrag zur Druckregelung. In diesem Sinne weist der Ventilschieber in einer weiteren Ausführungsform an seinem äußeren Umfang eine in radialer Richtung verlaufende Stufe auf, wobei die Stufe im Bereich des Arbeits-Anschlusses angeordnet ist, sodass der an dem Arbeitsanschluss anliegende Druck im Sinne einer Druckrückführung eine Rückstellkraft auf die Stufe ausübt, wobei die Rückstellkraft dem Stelldruck des elektromechanischen Regelelements entgegenwirkt.
Beispielsweise kann das Rückstellelement auf einen hohl ausgestalteten Stopfen wirken, der in den Ventilschieber eingepresst ist. Der Stopfen kann einen Innenraum und eine innere Fläche, z.B. eine kreisförmige Fläche bilden. Die innere Fläche kann senkrecht zu einer möglichen Verstellrichtung des Ventilschiebers verlaufen. Das Rückstellelement kann beispielsweise eine Feder umfassen. Die Feder kann z.B. innerhalb des Innenraums des Stopfens angeordnet sein und eine Rückstellkraft in Form einer Federkraft erzeugen, die axial in Richtung der Anschlüsse auf die innere Fläche wirkt. In diesem Sinne umfasst der Ventilschieber in einer weiteren Ausführungsform einen Stopfen. Der Stopfen ist unbeweglich innerhalb des Ventilschiebers angeordnet, wobei der Stopfen eine in der Längsrichtung des Ventilschiebers verlaufende Stopfen-Längsbohrung aufweist, welche einen Teil des Rückstellelements aufnimmt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Rückstellkraft im Inneren des Ventilschiebers über einen Druck gebildet werden, der auf eine innere Differenzfläche des Ventilschiebers wirkt. Die Differenzfläche entsteht dadurch, dass sich die Druckkraft innerhalb des Hohlraums nach allen Seiten gleich ausbreitet. Eine Stirnfläche auf der Seite des elektromagnetischen Regelelements wird dabei teilweise, jedoch nicht komplett durch eine Ringfläche kompensiert, die sich auf der dem elektromechanischen Regelelement abgewandten Seite befindet. Somit entsteht die Differenzfläche, die insbesondere der Querschnittsfläche eines innerhalb des Ventilschiebers aufgenommenen, beweglichen Stößels entspricht und eine Rückstellkraft erzeugt, die in der gleichen Richtung wirkt wie die Vorspannkraft des Rückstellelements. In diesem Sinne ist in einer weiteren Ausführungsform ein Stößel des Wegeventils in einer axialen Richtung des Ventilschiebers beweglich innerhalb des Ventilschiebers aufgenommen, wobei der an dem Arbeitsanschluss anliegende Druck im Sinne einer Druckrückführung eine Rückstellkraft in dem Hohlraum des Ventilschiebers erzeugt. Diese Rückstellkraft wirkt auf eine innere Differenzfläche des Ventilschiebers und dem Stelldruck des elektromechanischen Regelelements entgegen.
In diesem Zusammenhang kann auf eine radiale Stufe an dem äußeren Umfang verzichtet werden, sodass der äußere Umfang des Ventilschiebers im Bereich des Arbeits-Anschlusses zylindrisch ausgeführt sein kann, was beispielsweise den Fertigungsaufwand für den Ventilschieber mindert. Das Rückstellelement kann in dieser Ausführungsform innerhalb des Hohlraums angeordnet sein und sich einerseits an dem beweglichen Stößel und andererseits an einem Stopfen abstützen. Der Stopfen kann dabei den Hohlraum auf einer dem beweglichen Stößel abgewandten Seite verschließen und in der axialen Richtung unbeweglich innerhalb des Ventilschiebers aufgenommen sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Getriebe umfasst ein Wegeventil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Getriebe umfasst weiterhin insbesondere eine Kupplung, wobei an dem ersten Anschluss des Wegeventils ein Systemdruck des Getriebes anliegt, und wobei der zweite Anschluss des Wegeventils mit der Kupplung des Getriebes verbunden ist. Bei dem Getriebe handelt es sich insbesondere um ein Automatikgetriebe.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine Längsschnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wegeventils,
2 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wegeventils und
3 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe, in dem ein Wegeventil nach 1 oder 2 verbaut ist.

1 zeigt ein Wegeventil 1, welches ein Ventilgehäuse 2 und einen Ventilschieber 3 umfasst. Der Ventilschieber 3 kann innerhalb des Ventilgehäuses 2 entlang einer Längsachse L des Wegeventils 1 in einander entgegengesetzten axialen Richtungen x1 (erste Richtung) und x2 (zweite Richtung) hin und her verstellt werden. Der Ventilschieber 3 wird mittels einer Federkraft, die von einem Federelement 4 (Rückstellelement) erzeugt wird, in die zweite Richtung x2 gedrückt. Das Federelement 4 ist im Bereich einer ersten Stirnseite S1 des Wegeventils 1 angeordnet und als Druckfeder ausgeführt.
Der Ventilschieber 3 weist fünf entlang der Längsachse L angeordnete Ventilbünde 5.1 bis 5.5 auf. Die Ventilbünde 5.1 bis 5.5 sind damit axial - d.h. bezüglich der Längsachse L - aneinander anschließende, zumindest teilweise axial beabstandete Abschnitte des Ventilschiebers 3. Unter einer axialen Anordnung ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung in Richtung der Längsachse L zu verstehen.
In dem Ventilgehäuse 2 sind zwei zur Längsachse L konzentrische, abgestufte Längsbohrungen 7.1 und 7.2 ausgebildet. Diese werden radial von mehreren, als Hohlräumen im Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Ventiltaschen 6.1 bis 6.5 durchdrungen. Die Ventiltaschen 6.1 bis 6.5 sind axial voneinander beabstandet sind und erstrecken sich in einer radialen Richtung r des Wegeventils 1 weiter nach außen als die Längsbohrungen 71. und 7.2. Die Ventilbünde 5.1 bis 5.5 trennen je nach axialer Stellung des Ventilschiebers 3 die im Ventilgehäuse 2 ausgebildeten und axial hintereinander angeordneten Ventiltaschen 6.1 bis 6.5 voneinander ab. Das Ventilgehäuse 2 weist weiterhin im Bereich jeder der Ventiltaschen 6.1 bis 6.5 jeweils einen Anschluss 8.1 bis 8.5 auf, welcher jeweils in eine der betreffenden Ventiltaschen 6.1 bis 6.5 mündet und damit mit der jeweils betreffenden Ventiltasche 6.1 bis 6.5 verbunden ist.
Im Bereich der ersten Stirnseite S1 sind der erste Ventilbund 5.1, die erste Ventiltasche 6.1 und der erste Anschluss 8.1 angeordnet. Der erste Anschluss 8.1 kann beispielsweise mit einem drucklosen Öltank verbunden werden, sodass im Bereich des Federelements 4 ein Umgebungsdruck herrscht. Unter dem Merkmal „verbunden“ ist insbesondere zu verstehen, dass die jeweils miteinander verbundenen Elemente hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass Öl von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt. Unter dem Merkmal „getrennt“ oder „nicht verbunden“ hingegen kann insbesondere verstanden werden, dass die jeweils voneinander getrennten Elemente nicht hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass kein Öl von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt.
Benachbart zu der ersten Ventiltasche 6.1 und dem ersten Anschluss 8.1 und mit Abstand zu den genannten Elementen 6.1 und 8.1 in der zweiten Richtung x2 sind die zweite Ventiltasche 6.2 und der zweite Anschluss 8.2 (Zulauf-Anschluss) angeordnet. An dem zweiten Anschluss 8.2 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein geregelter Zulaufdruck an, welcher einem Systemdruck des Getriebes entspricht, innerhalb welchem das Wegeventil 1 verbaut ist.
Benachbart zu der zweiten Ventiltasche 6.2 und dem zweiten Anschluss 8.2 und mit Abstand zu den genannten Elementen 6.2 und 8.2 in der zweiten Richtung x2 sind der zweite und dritte Ventilbund 5.2 und 5.3, die dritte Ventiltasche 6.3 und der dritte Anschluss 8.3 (Arbeits-Anschluss) angeordnet. In der dritten Ventiltasche 6.3 und im Bereich des dritten Anschlusses 8. 3 herrscht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein geregelter Arbeitsdruck vor, welcher dem Druck einer Kupplung des Getriebes entspricht.
Benachbart zu dem dritten Ventilbund 5.3, der dritten Ventiltasche 6.3 und dem dritten Anschluss 8.3 und mit Abstand zu den genannten Elementen 5.3, 6.3, 8.3 in der zweiten Richtung x2 sind der vierte Ventilbund 5.4, die vierte Ventiltasche 6.4 und der vierte Anschluss 8.4 (Vorbefüll-Anschluss) angeordnet. In der vierten Ventiltasche 6.4 und am vierten Anschluss 8.4 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Vorbefülldruck an (z.B. 0,4 bar), welcher der Vermeidung eines Leerlaufens von Leitungen und der Kupplung des Getriebes dient, innerhalb welchem das Wegeventil 1 verbaut ist. Schließlich sind im Bereich einer zweiten Stirnseite S2 des Wegeventils 1 benachbart zu dem vierten Ventilbund 5.4, der vierten Ventiltasche 6.4 und dem vierten Anschluss 8.4 und mit Abstand zu den genannten Elementen 5.4, 6.4, 8.4 in der zweiten Richtung x2 der fünfte Ventilbund 5.5, die fünfte Ventiltasche 6.5 und der fünfte Anschluss 8.5 angeordnet.
Über den fünften Anschluss 8.5 kann Hydraulikflüssigkeit in die fünfte Ventiltasche 6.5 gelangen, die fünfte Ventiltasche 6.5 ausfüllen und in der ersten axialen Richtung x1 auf ein stirnseitiges Ende 9 des Ventilschiebers 3 wirken, um den Ventilschieber 3 entgegen der Federkraft des Federelements 4 in die erste axiale Richtung x1 zu bewegen. Alternativ kann ein Stößel eines elektromagnetischen Regelelements eine Stellkraft erzeugen, die auf das stirnseitige Ende 9 des Ventilschiebers 3 wirkt, um den Ventilschieber 3 entgegen der Federkraft (Vorspannkraft) des Federelements 4 in die erste axiale Richtung x1 zu bewegen (vgl. 2).
Für eine Regelfunktion kann dieser Stellkraft eine rückmeldende Kraft entgegenwirken, was über eine Stufe 21 am Ventilschieber 3 umgesetzt wird. Die Stufe 21 befindet sich in dem durch 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der dritten Ventiltasche 6.3, innerhalb welcher der geregelte Arbeitsdruck herrscht, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Kupplungsdruck. Die durch das Federelement 4 erzeugte Federkraft stellt lediglich ein „Offset“-Wert dar und liefert keinen Beitrag zur Druckregelung.
Der strömungsleitende Ventilschieber 3 weist keine strömungsleitenden Kolben auf, die in der radialen Richtung r von dem Ventilschieber 3 abstehen. Verbindungen zwischen den Anschlüssen 8.2 bis 8.4 werden nicht durch Zwischenräume einander benachbarter Kolben und Ventiltaschen bzw. Anschlüssen hergestellt. Abgesehen von etwaigen Leckageströmen zwischen der Außenfläche des Ventilschiebers 3 und der durch die Längsbohrungen 7.1, 7.2 definierten Ventilschieber-Lauffläche des Ventilgehäuses 2 wird kein Öl über die Außenfläche des Ventilschiebers 3 umgelenkt. Stattdessen ist der Ventilschieber 3 hohl ausgestaltet, sodass Verbindungen zwischen den Anschlüssen 8.2 bis 8.4 ausschließlich über eine im Folgenden näher beschriebene Hohlkörpergeometrie des Ventilschiebers 3 hergestellt werden können.
Der Ventilschieber 3 weist eine Längsbohrung 10 auf. Die Längsbohrung 10 erstreckt sich in der Längsrichtung L des Wegeventils 1 von einer äußeren Stirnfläche 11 des Ventilschiebers 3 auf der ersten Stirnseite S1 bis zu einer inneren Stirnfläche 12, die sich im Inneren des Ventilschiebers 3 befindet.
Ein Stopfen 13 verschließt die Längsbohrung 10 in Richtung der äußeren Stirnfläche 11. Der Stopfen 13 ist unbeweglich innerhalb der Längsbohrung 10 aufgenommen, z.B. verpresst. Der Stopfen 13 ist ebenfalls hohl ausgestaltet und weist eine Stopfen-Längsbohrung 14 auf. Die Stopfen-Längsbohrung 14 erstreckt sich in der Längsrichtung L von einer ersten äußeren Stirnfläche 15 des Stopfens 13 auf der ersten Stirnseite S1 bis zu einer inneren Stirnfläche 16, die sich im Inneren des Stopfens 13 befindet. Die erste äußere Stirnfläche 15 des Stopfens 13 verläuft dabei bündig und in einer Ebene mit der äußeren Stirnfläche 11 des Ventilschiebers 3.
Das Federelement 4 ragt in die Längsbohrung 14 des Stopfens 13 hinein. Ein erstes Ende des Federelements 4 stützt sich an einer Wand 17 ab, die durch das Ventilgehäuse 2 im Bereich des ersten Kanals 8.1 gebildet wird. Ein entgegengesetztes zweites Ende des Federelements 4 stützt sich an der inneren Stirnfläche 16 des Stopfens 13 ab. Das Federelement 4 übt eine Druckkraft senkrecht auf die innere Stirnfläche 16 des Stopfens 13 aus. Der Stopfen 13 tendiert dadurch, sich in die zweite axiale Richtung x2 zu bewegen. Weil der Ventilschieber 3 fest mit dem Stopfen 13 verbunden ist, tendiert auch der Ventilschieber 3 dazu, sich in die zweite axiale Richtung x2 zu bewegen, wenn das Federelement 4 die Druckkraft senkrecht auf die innere Stirnfläche 16 des Stopfens 13 ausübt.
Der Stopfen 13 weist eine zweite äußere Stirnfläche 18 auf, die in Richtung der zweiten Stirnseite S2 orientiert ist. Die zweite äußere Stirnfläche 18 begrenzt und verschließt die Längsbohrung 10 des Ventilschiebers 3 in Richtung der ersten Stirnseite S 1. In Richtung der zweiten Stirnseite S2 wird die Längsbohrung 10 des Ventilschiebers 3 durch die innere Stirnfläche 12 des Ventilschiebers 3 begrenzt und verschlossen. Auf diese Weise begrenzen die Längsbohrung 10, die innere Stirnfläche 12 des Ventilschiebers 3 und die zweite äußere Stirnfläche 18 des Stopfens 13 einen Hohlraum 19 innerhalb des Ventilschiebers 3.
Wie bereits erwähnt, wird dieser Hohlraum 19 in der Längsrichtung L durch die innere Stirnfläche 12 des Ventilschiebers 3 und die zweite äußere Stirnfläche 18 des Stopfens 13 verschlossen. In der radialen Richtung r hingegen kann der Hohlraum 19 über drei in der radialen Richtung r verlaufende Öffnungen 20.1 bis 20.3 mit der äußeren Umgebung des Ventilschiebers 3 verbunden werden. Eine erste radiale Öffnung 20.1 ist dabei am meisten in Richtung der ersten Stirnseite S1 orientiert. Benachbart zu der ersten radialen Öffnung 20.1 und in der zweiten Richtung x2 beabstandet zu der ersten radialen Öffnung 20.1 ist eine zweite radiale Öffnung 20.2 angeordnet. Benachbart zu der zweiten radialen Öffnung 20.2 und in der zweiten Richtung x2 beabstandet zu der zweiten radialen Öffnung 20.2 ist eine dritte radiale Öffnung 20.3 angeordnet, die am meisten in Richtung der zweiten Stirnseite S2 orientiert ist.
Lediglich die dritte Ventiltasche 6.3 und der dritte Anschluss 8.3 sind in der durch 1 gezeigten Schaltstellung (Regelstellung) des Ventilschiebers 3 über die zweite radiale Öffnung 20.2 mit dem Innenraum 19 des Ventilschiebers 3 verbunden. Ansonsten besteht keine Verbindung zwischen dem Innenraum 19 des Ventilschiebers 3 und einer der anderen Ventiltaschen 6.2 oder 6.4 bzw. einem der Anschlüsse 8.2 oder 8.4. Der Grund dafür ist, dass das Ventilgehäuse 2 in der durch 2 gezeigten Regelstellung des Ventilschiebers 3 die erste radiale Öffnung 20.1 und die dritte radiale Öffnung 20.3 des Ventilschiebers 3 in der radialen Richtung r verschließt.
Der Ventilschieber 3 kann aus der durch 1 gezeigten Regelstellung entgegen der Federkraft des Federelements 4 in die erste axiale Richtung x1 verschoben werden. Dies kann insbesondere erfolgen, indem mittels eines Stößels eines elektromagnetischen Regelelements (vgl. 2) eine Stellkraft erzeugt wird, die auf das stirnseitige Ende 9 des Ventilschiebers 3 wirkt. Die Verschiebung des Ventilschiebers 3 in die erste axiale Richtung x1 kann dabei so weit erfolgen, dass die erste radiale Öffnung 20.1 des Ventilschiebers 3 mit der zweiten Ventiltasche 6.2 und mit dem zweiten Anschluss 8.2 des Ventilgehäuses 2 verbunden ist. Die dritte Ventiltasche 6.3 und der dritte Anschluss 8.3 bleiben dabei über die zweite radiale Öffnung 20.2 mit dem Innenraum 19 des Ventilschiebers 3 verbunden. Auf diese Weise wird insbesondere der zweite Anschluss 8.2 des Ventilgehäuses 2 über die erste radiale Öffnung 20.1, den Hohlraum 19 sowie die zweite radiale Öffnung 20.2 des Ventilschiebers 3 mit dem dritten Anschluss 8.3 des Ventilgehäuses 2 verbunden. In dieser Schaltstellung des Ventilschiebers 3 verschließt das Ventilgehäuse 2 die dritte radiale Öffnung 20.3 des Ventilschiebers 3, sodass die dritte radiale Öffnung 20.3 insbesondere nicht mit dem in der Nähe befindlichen vierten Anschluss 8.4 des Ventilgehäuses 2 verbunden ist.
Diese Schaltstellung („rechter Anschlag“) entspricht einer maximalen Zulauföffnung, in welcher der genannte Stößel des elektromagnetischen Regelelements insbesondere komplett ausgefahren ist. In dieser Schaltstellung ist das Wegeventil sozusagen „übersteuert“, d.h. die durch den Stößel aufgebrachte Stellkraft ist höher als die Rückstellkraft und das Ventil gibt den maximalen Querschnitt des zweiten Anschlusses 8.2 (Zulaufdruck) zum dritten Anschluss 8.3 (Arbeitsdruck) hin frei.
Alternativ kann der Ventilschieber 3 aus der durch 1 gezeigten Stellung in die zweite axiale Richtung x2 verschoben werden. Dies kann beispielsweise durch die Federkraft des Federelements 4 erfolgen. Die Verschiebung des Ventilschiebers 3 in die zweite axiale Richtung x2 kann dabei so weit erfolgen, dass die dritte radiale Öffnung 20.3 des Ventilschiebers 3 mit der vierten Ventiltasche 6.4 und mit dem vierten Anschluss 8.2 des Ventilgehäuses 2 verbunden ist. Die dritte Ventiltasche 6.3 und der dritte Anschluss 8.3 bleiben dabei über die zweite radiale Öffnung 20.2 mit dem Innenraum 19 des Ventilschiebers 3 verbunden. Auf diese Weise wird insbesondere der vierte Anschluss 8.4 des Ventilgehäuses 2 über die dritte radiale Öffnung 20.3, den Hohlraum 19 sowie die zweite radiale Öffnung 20.2 des Ventilschiebers 3 mit dem dritten Anschluss 8.3 des Ventilgehäuses 2 verbunden. In dieser Schaltstellung des Ventilschiebers 3 verschließt das Ventilgehäuse 2 die erste radiale Öffnung 20.1 des Ventilschiebers 3, sodass die erste radiale Öffnung 20.1 insbesondere nicht mit dem in der Nähe befindlichen zweiten Anschluss 8.2 des Ventilgehäuses 2 verbunden ist.
Diese Schaltstellung („linker Anschlag“) kann einer Ausgangsstellung des Ventilschiebers 3 entsprechen. Ein Regelmagnet des elektromagnetischen Regelelements kann dabei unbestromt sein, sodass der Stößel keine Kraft auf den Ventilschieber 3 ausübt. Das Federelement 4 drückt den Ventilschieber 3 dabei an den gemäß 1 linksseitigen Anschlag gegen den Stößel des Regelmagneten. Der Kupplungsdruck (dritter Anschluss 8.3) ist mit dem Vorbefülldruck (vierter Anschluss 8.4) verbunden, die Druckzuführung (zweiter Anschluss 8.2) wird über den Ventilschieber 3 abgedichtet.
2 zeigt ein Wegeventil 101, welches ein Ventilgehäuse 102 und einen Ventilschieber 103 umfasst. Der Ventilschieber 103 kann innerhalb des Ventilgehäuses 102 entlang einer Längsachse L des Wegeventils 101 in einander entgegengesetzten axialen Richtungen x1 (erste Richtung) und x2 (zweite Richtung) hin und her verstellt werden. Der Ventilschieber 103 wird mittels einer Federkraft, die von einem Federelement 104 (Rückstellelement) erzeugt wird, in die zweite Richtung x2 gedrückt. Das Federelement 104 ist bezogen auf die Längsachse L in etwa mittig innerhalb des Ventilschiebers 103 angeordnet und als Druckfeder ausgeführt.
Der Ventilschieber 103 weist fünf entlang der Längsachse L angeordnete Ventilbünde 105.1 bis 105.5 auf. Die Ventilbünde 105.1 bis 105.5 sind damit axial aneinander sich anschließende, zumindest teilweise axial beabstandete Abschnitte des Ventilschiebers 103. Unter einer axialen Anordnung ist in diesem Zusammenhang, wie bereits unter 1 beschrieben, eine Anordnung in Richtung der Längsachse L zu verstehen. In dem Ventilgehäuse 102 ist eine zur Längsachse L konzentrische Längsbohrung 107 ausgebildet. Diese wird radial von mehreren, als Hohlräumen im Ventilgehäuse 102 ausgebildeten Ventiltaschen 106.1 bis 106.5 durchdrungen. Die Ventiltaschen 106.1 bis 106.5 sind axial voneinander beabstandet sind und erstrecken sich in einer radialen Richtung r des Wegeventils 101 weiter nach außen als die Längsbohrung 107. Die Ventilbünde 105.1 bis 105.5 trennen je nach axialer Stellung des Ventilschiebers 103 die im Ventilgehäuse 102 ausgebildeten und axial hintereinander angeordneten Ventiltaschen 106.1 bis 106.5 voneinander ab.
Das Ventilgehäuse 102 weist weiterhin im Bereich jeder der Ventiltaschen 106.1 bis 106.5 jeweils einen Anschluss 108.1 bis 108.5 auf, welcher jeweils in eine der betreffenden Ventiltaschen 106.1 bis 106.5 mündet und damit mit der jeweils betreffenden Ventiltasche 106.1 bis 106.5 verbunden ist.
Im Bereich der ersten Stirnseite S1 sind der erste Ventilbund 105.1, die erste Ventiltasche 106.1 und der erste Anschluss 108.1 angeordnet. Der erste Anschluss 108.1 kann beispielsweise mit einem drucklosen Öltank verbunden werden, sodass im Bereich des Federelements 104 ein Umgebungsdruck herrscht. Unter dem Merkmal „verbunden“ ist insbesondere zu verstehen, dass die jeweils miteinander verbundenen Elemente hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass Öl von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt. Unter dem Merkmal „getrennt“ oder „nicht verbunden“ hingegen kann insbesondere verstanden werden, dass die jeweils voneinander getrennten Elemente nicht hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, d.h. dass kein Öl von dem einen Element zu dem anderen Element fließen kann und ggfs. umgekehrt.
Benachbart zu der ersten Ventiltasche 106.1 und dem ersten Anschluss 108.1 und mit Abstand zu den genannten Elementen 106.1 und 108.1 in der zweiten Richtung x2 sind die zweite Ventiltasche 106.2 und der zweite Anschluss 108.2 (Zulauf-Anschluss) angeordnet. An dem zweiten Anschluss 108.2 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein geregelter Zulaufdruck an, welcher einem Systemdruck des Getriebes (vgl. 3) entspricht, innerhalb welchem das Wegeventil 101 verbaut ist.
Benachbart zu der zweiten Ventiltasche 106.2 und dem zweiten Anschluss 108.2 und mit Abstand zu den genannten Elementen 106.2 und 108.2 in der zweiten Richtung x2 sind der zweite und dritte Ventilbund 105.2 und 105.3, die dritte Ventiltasche 106.3 und der dritte Anschluss 108.3 (Arbeits-Anschluss) angeordnet. In der dritten Ventiltasche 106.3 und im Bereich des dritten Anschlusses 108.3 herrscht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein geregelter Arbeitsdruck vor, welcher dem Druck einer Kupplung des Getriebes entspricht (vgl. 3), innerhalb welchem das Wegeventil 101 verbaut ist.
Benachbart zu dem dritten Ventilbund 105.3, der dritten Ventiltasche 106.3 und dem dritten Anschluss 108.3 und mit Abstand zu den genannten Elementen 105.3, 106.3, 108.3 in der zweiten Richtung x2 sind der vierte Ventilbund 105.4, die vierte Ventiltasche 106.4 und der vierte Anschluss 108.4 (Vorbefüll-Anschluss) angeordnet. In der vierten Ventiltasche 106.4 und am vierten Anschluss 108.4 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Vorbefülldruck an (z.B. 0,4 bar), welcher der Vermeidung eines Leerlaufens von Leitungen und der Kupplung des Getriebes dient, innerhalb welchem das Wegeventil 101 verbaut ist.
Schließlich sind im Bereich einer zweiten Stirnseite S2 des Wegeventils 101 benachbart zu dem vierten Ventilbund 105.4, der vierten Ventiltasche 106.4 und dem vierten Anschluss 108.4 und mit Abstand zu den genannten Elementen 105.4, 106.4, 108.4 in der zweiten Richtung x2 der fünfte Ventilbund 105.5, die fünfte Ventiltasche 106.5 und der fünfte Anschluss 108.5 angeordnet. Ein Stößel 121 eines nicht weiter dargestellten elektromagnetischen Regelelements erzeugt eine Stellkraft, die auf der zweiten Stirnseite des Ventilschiebers 103 auf ein stirnseitiges Ende 109 des Ventilschiebers 103 wirkt, um den Ventilschieber 103 entgegen der Federkraft (Vorspannkraft) des Federelements 104 in die erste axiale Richtung x1 zu bewegen.
Der Ventilschieber 103 weist keine strömungsleitenden Kolben auf, die in der radialen Richtung r von dem Ventilschieber 103 abstehen. Verbindungen zwischen den Anschlüssen 108.2 bis 108.4 werden nicht durch Zwischenräume einander benachbarter Kolben und Ventiltaschen bzw. Anschlüssen hergestellt. Abgesehen von etwaigen Leckageströmen zwischen der äußeren Oberfläche des Ventilschiebers 103 und der durch die Längsbohrung 107 definierten Ventilschieber-Lauffläche des Ventilgehäuses 102 wird kein Öl über die äußere Oberfläche des Ventilschiebers 103 umgelenkt. Stattdessen ist der Ventilschieber 103 hohl ausgestaltet, sodass Verbindungen zwischen den Anschlüssen 108.2 bis 108.4 ausschließlich über eine im Folgenden näher beschriebene Hohlkörpergeometrie des Ventilschiebers 103 hergestellt werden können.
Der Ventilschieber 103 weist eine Längsbohrung 110.1, 110.2 auf, die durch einen ersten Bohrungsabschnitt 110.1 mit einem kleineren erste Durchmesser d1 sowie einen zweiten Bohrungsabschnitt 110.2 mit einem größeren zweiten Durchmesser d2 gebildet wird. Der erste Bohrungsabschnitt 110.1 der Längsbohrung erstreckt sich in der Längsrichtung L des Wegeventils 101 von einer stirnseitigen ersten Ringfläche 111.1 des Ventilschiebers 103 auf der ersten Stirnseite S1 bis zu einer inneren Ringfläche 112, die sich im Inneren des Ventilschiebers 103 befindet und der zweiten Stirnseite S2 zugewandt ist. Der zweite Bohrungsabschnitt 110.2 der Längsbohrung schließt sich unmittelbar an den ersten Bohrungsabschnitt 110.1 an. Der zweite Bohrungsabschnitt 110.2 der Längsbohrung erstreckt sich in der Längsrichtung L des Wegeventils 101 von der ersten inneren Ringfläche 112.1 des Ventilschiebers 103 bis zu einer zweiten äußeren Ringfläche 111.2 des Ventilschiebers 103 auf der zweiten Stirnseite S2.
Ein Stößel 113 ist beweglich innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts 110.1 aufgenommen. Der kleinere erste Durchmesser d1 des ersten Bohrungsabschnitts 110.1 ist derart bemessen, dass der Stößel 113 in der ersten axialen Richtung x1 und in der zweiten axialen Richtung x2 verschoben werden kann. Der Stößel 113 füllt den gesamten ersten Bohrungsabschnitt 110.1 aus. Ein erstes Ende 114 des Stößels 113 ragt aus dem ersten Bohrungsabschnitt 110.1 in Richtung der ersten Stirnseite S1 heraus. Ein zweites Ende 115 des Stößels 112 ragt aus dem ersten Bohrungsabschnitt 110.1 in Richtung der zweiten Stirnseite S2 heraus und erstreckt sich in den zweiten Bohrungsabschnitt 110.2 hinein. An dem zweiten Ende 115 des Stößels 113 ist eine Anschlagscheibe 116 befestigt, der in der radialen Richtung r von der äußeren Oberfläche des Stößels 113 absteht.
In Richtung der zweiten Stirnseite S2 verschließt ein Stopfen 117 den zweiten Bohrungsabschnitt 110.2 der Längsbohrung des Ventilschiebers 103. Dazu bildet der Stopfen 117 eine erste äußere Stirnfläche 118.1, die innerhalb des zweiten Bohrungsabschnitts 110.2 näher an der zweiten Stirnseite S2 angeordnet ist als die erste innere Stirnfläche 112.1 des Ventilschiebers 103 und die der ersten Stirnseite S1 zugewandt ist. Der Stopfen 117 ist unbeweglich innerhalb des zweiten Bohrungsabschnitts 110.2 der Längsbohrung aufgenommen, z.B. verpresst. Der Stopfen 117 bildet eine zweite äußere Stirnfläche 118.2, die bündig mit der zweiten äußeren Stirnfläche 111.2 des Ventilschiebers 3 verläuft.
Somit begrenzt und verschließt die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 den ersten Bohrungsabschnitt 110.2 der Längsbohrung des Ventilschiebers 103 in Richtung der zweiten Stirnseite S2. In Richtung der ersten Stirnseite S1 wird der zweite Bohrungsabschnitt 110.2 der Längsbohrung des Ventilschiebers 3 durch die innere Ringfläche 112 des Ventilschiebers 103 sowie durch den Stößel 113 begrenzt und verschlossen. Auf diese Weise begrenzen der zweite Bohrungsabschnitt 110.2, die innere Ringfläche 112 des Ventilschiebers 103, die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 und der Stößel 113 einen Hohlraum 119 innerhalb des Ventilschiebers 103.
Das Federelement 104 ist innerhalb des Hohlraums 119 angeordnet. In Richtung der ersten Stirnseite S1 stützt sich ein erstes Ende des Federelements 114 an der Anschlagscheibe 116 des beweglichen Stößels 113 ab. In Richtung der zweiten Stirnseite S2 stützt sich ein zweites Ende des Federelements 114 an der ersten äußeren Stirnfläche 118.1 des unbeweglichen Stopfens 117 ab. Das Federelement 114 übt eine Druckkraft senkrecht auf die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 aus. Der Stopfen 117 tendiert dadurch, sich in die zweite axiale Richtung x2 zu bewegen. Weil der Ventilschieber 103 lose mit dem Stößel 113 und fest mit dem Stopfen 117 verbunden ist, tendiert auch der Ventilschieber 103 durch die Federkraft dazu, sich in die zweite axiale Richtung x2 zu bewegen, wenn das Federelement 104 die Druckkraft senkrecht auf die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 ausübt.
Wie bereits erwähnt wird dieser Hohlraum 119 in der Längsrichtung L durch die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 einerseits und die innere Ringfläche 112 des Ventilschiebers 103 verschlossen. In der radialen Richtung r hingegen kann der Hohlraum 119 über drei in der radialen Richtung r verlaufende Öffnungen 120.1 bis 120.3 mit der äußeren Umgebung des Ventilschiebers 103 verbunden werden. Eine erste radiale Öffnung 120.1 ist dabei am meisten in Richtung der ersten Stirnseite S1 orientiert. Benachbart zu der ersten radialen Öffnung 120.1 und in der zweiten Richtung x2 beabstandet zu der ersten radialen Öffnung 120.1 ist eine zweite radiale Öffnung 120.2 angeordnet. Benachbart zu der zweiten radialen Öffnung 120.2 und in der zweiten Richtung x2 beabstandet zu der zweiten radialen Öffnung 120.2 ist eine dritte radiale Öffnung 120.3 angeordnet, die am meisten in Richtung der zweiten Stirnseite S2 orientiert ist.
Lediglich die dritte Ventiltasche 106.3 und der dritte Anschluss 108.3 sind in der durch 2 gezeigten Schaltstellung (Regelstellung) des Ventilschiebers 103 über die zweite radiale Öffnung 120.2 mit dem Innenraum 119 des Ventilschiebers 103 verbunden. Ansonsten besteht keine Verbindung zwischen dem Innenraum 119 des Ventilschiebers 103 und einer der anderen Ventiltaschen 106.2 oder 106.4 bzw. einem der Anschlüsse 108.2 oder 108.4. Der Grund dafür ist, dass das Ventilgehäuse 102 in der durch 2 gezeigten Regelstellung des Ventilschiebers 103 die erste radiale Öffnung 120.1 und die dritte radiale Öffnung 120.3 des Ventilschiebers 103 in der radialen Richtung r verschließt.
Für eine Regelfunktion muss der durch den Stößel 121 erzeugten Stellkraft eine rückmeldende Kraft entgegenwirken. Eine solche Rückstellkraft wird im inneren des Ventilschiebers 103 über einen Druck gebildet, der auf einen Teil (Differenzfläche 112) der ersten äußeren Stirnfläche 118.1 des unbeweglichen Stopfens 117 wirkt. Die Differenzfläche 122 entsteht dadurch, dass sich die Druckkraft innerhalb des Hohlraums 119 nach allen Seiten gleich ausbreitet. Die erste äußere Stirnfläche 118.1 des Stopfens 117 wird dabei jedoch nicht komplett über die erste innere Ringfläche 112.1 des Ventilschiebers 103 kompensiert. Somit entsteht die Differenzfläche 122, die der Querschnittsfläche des beweglichen Stößels 113 entspricht und eine Rückstellkraft erzeugt, die in der gleichen Richtung wirkt wie die Vorspannkraft des Federelements 104. Mit anderen Worten ergibt sich die Größe der Differenzfläche 122 aus der Querschnittsfläche des linken Stopfens 117 (mit dem Durchmesser d₂) abzüglich der ersten inneren Ringfläche 112.1 des Ventilschiebers 103 (Durchmesser d₂ - d₁). Diese Fläche entspricht der Querschnittsfläche des beweglichen Stößels 114 (mit dem Durchmesser d₁).
Der Ventilschieber 103 kann aus der durch 2 gezeigten Regelstellung entgegen der Federkraft des Federelements 104 in die erste axiale Richtung x1 verschoben werden. Dies kann erfolgen, indem über den Stößel 121 eine Kraft auf das stirnseitige Ende 9 des Ventilschiebers 103 ausgeübt wird. Die Verschiebung des Ventilschiebers 103 in die erste axiale Richtung x1 kann dabei so weit erfolgen, dass die erste radiale Öffnung 120.1 des Ventilschiebers 103 mit der zweiten Ventiltasche 106.2 und mit dem zweiten Anschluss 108.2 des Ventilgehäuses 102 verbunden ist.
Die dritte Ventiltasche 106.3 und der dritte Anschluss 108.3 bleiben dabei über die zweite radiale Öffnung 120.2 mit dem Innenraum 119 des Ventilschiebers 3 verbunden. Auf diese Weise wird insbesondere der zweite Anschluss 18.2 des Ventilgehäuses 102 über die erste radiale Öffnung 120.1, den Hohlraum 119 sowie die zweite radiale Öffnung 120.2 des Ventilschiebers 103 mit dem dritten Anschluss 108.3 des Ventilgehäuses 102 verbunden. In dieser Schaltstellung des Ventilschiebers 103 verschließt das Ventilgehäuse 102 die dritte radiale Öffnung 120.3 des Ventilschiebers 103, sodass die dritte radiale Öffnung 120.3 insbesondere nicht mit dem in der Nähe befindlichen vierten Anschluss 108.4 des Ventilgehäuses 102 verbunden ist. Wenn die erste radiale Öffnung 120.1 vollständig geöffnet ist, dann hat der Ventilschieber eine Schaltstellung eingenommen, die einer maximalen Zulauföffnung entspricht, in welcher der Stößel 121 des elektromagnetischen Regelelements insbesondere komplett ausgefahren ist. In dieser Schaltstellung („rechter Anschlag“) ist das Wegeventil 101 sozusagen „übersteuert“, d.h. die durch den Stößel 121 aufgebrachte Stellkraft ist höher als die Rückstellkraft und das Wegeventil 101 gibt den maximalen Querschnitt des zweiten Anschlusses 108.2 (Zulaufdruck) zum dritten Anschluss 108.3 (Arbeitsdruck) hin frei.
Alternativ kann der Ventilschieber 103 aus der durch 2 gezeigten Regelstellung in die zweite axiale Richtung x2 verschoben werden. Dies kann beispielsweise durch die Federkraft des Federelements 104 erfolgen. Die Verschiebung des Ventilschiebers 103 in die zweite axiale Richtung x2 kann dabei so weit erfolgen, dass die dritte radiale Öffnung 120.3 des Ventilschiebers 103 mit der vierten Ventiltasche 106.4 und mit dem vierten Anschluss 108.4 des Ventilgehäuses 102 verbunden ist. Die dritte Ventiltasche 106.3 und der dritte Anschluss 108.3 bleiben dabei über die zweite radiale Öffnung 120.2 mit dem Innenraum 119 des Ventilschiebers 103 verbunden. Auf diese Weise wird insbesondere der vierte Anschluss 108.4 des Ventilgehäuses 102 über die dritte radiale Öffnung 120.3, den Hohlraum 119 sowie die zweite radiale Öffnung 120.2 des Ventilschiebers 103 mit dem dritten Anschluss 108.3 des Ventilgehäuses 102 verbunden. In dieser Schaltstellung des Ventilschiebers 103 verschließt das Ventilgehäuse 102 die erste radiale Öffnung 120.1 des Ventilschiebers 103, sodass die erste radiale Öffnung 120.1 insbesondere nicht mit dem in der Nähe befindlichen zweiten Anschluss 108.2 des Ventilgehäuses 102 verbunden ist.
Diese Schaltstellung („linker Anschlag“) kann einer Ausgangsstellung des Ventilschiebers 103 entsprechen. Ein Regelmagnet des elektromagnetischen Regelelements kann dabei unbestromt sein, sodass der Stößel 121 keine Kraft auf den Ventilschieber 103 ausübt. Das Federelement 104 drückt den Ventilschieber 103 dabei an den gemäß 2 linksseitigen Anschlag gegen den Stößel 121 des Regelmagneten. Der Kupplungsdruck (dritter Anschluss 108.3) ist mit dem Vorbefülldruck (vierter Anschluss 108.4) verbunden, die Druckzuführung (zweiter Anschluss 108.2) wird über den Ventilschieber 103 abgedichtet.
3 zeigt schließlich ein Kraftfahrzeug 301. Das Kraftfahrzeug 301 wird von einem Motor 302 über ein Getriebe 303 angetrieben, bei dem es sich insbesondere um ein Automatikgetriebe handelt. Das Getriebe 303 umfasst eine Kupplung 304 und ein Wegeventil 305. Bei dem Wegeventil 305 kann es sich insbesondere um das Wegeventil 1 nach 1 oder um das Wegeventil 101 nach 2 handeln. Dabei ist der Arbeitsanschluss 8.3 des ersten Wegeventils 1 bzw. der Arbeitsanschluss 108.3 des zweiten Wegeventils 101 jeweils mit der Kupplung 304 verbunden. An dem Zulauf-Anschluss 8.2/108.2 des jeweiligen Wegeventils 1/101 liegt dabei ein Systemdruck des Getriebes 303 an.
Bezugszeichenliste

d1: kleinerer erster Durchmesser Längsbohrung Ventilschieber
d2: größerer zweiter Durchmesser Längsbohrung Ventilschieber
L: Längsrichtung Wegeventil
r: radiale Richtung
S1: erste Stirnseite Wegeventil
S2: zweite Stirnseite Wegeventil
x1: erste axiale Richtung
x2: zweite axiale Richtung
1: Wegeventil
2: Ventilgehäuse
3: Ventilschieber
4: Federelement
5.1: erster Ventilbund
5.2: zweiter Ventilbund
5.3: dritter Ventilbund
5.4: vierter Ventilbund
5.5: fünfter Ventilbund
6.1: erste Ventiltasche
6.2: zweite Ventiltasche
6.3: dritte Ventiltasche
6.4: vierte Ventiltasche
6.5: fünfte Ventiltasche
7.1: erste Längsbohrung (kleinerer Durchmesser)
7.2: zweite Längsbohrung (größerer Durchmesser)
8.1: erster Anschluss
8.2: zweiter Anschluss (Zulauf-Anschluss)
8.3: dritter Anschluss (Arbeits-Anschluss)
8.4: vierter Anschluss (Vorbefüll-Anschluss)
8.5: fünfter Anschluss
9: stirnseitiges Ende Ventilschieber
10: Längsbohrung Ventilschieber
11: äußere Stirnfläche Ventilschieber
12: innere Stirnfläche Ventilschieber
13: Stopfen
14: Stopfen-Längsbohrung
15: erste äußere Stirnfläche Stopfen
16: innere Stirnfläche Stopfen
17: Wand
18: zweite äußere Stirnfläche Stopfen
19: Hohlraum Ventilschieber
20.1: erste radiale Öffnung
20.2: zweite radiale Öffnung
20.3: dritte radiale Öffnung
21: Stufe
101: Wegeventil
102: Ventilgehäuse
103: Ventilschieber
104: Federelement
105.1: erster Ventilbund
105.2: zweiter Ventilbund
105.3: dritter Ventilbund
105.4: vierter Ventilbund
105.5: fünfter Ventilbund
106.1: erste Ventiltasche
106.2: zweite Ventiltasche
106.3: dritte Ventiltasche
106.4: vierte Ventiltasche
106.5: fünfte Ventiltasche
107.1: erste Längsbohrung (kleinerer Durchmesser)
107.2: zweite Längsbohrung (größerer Durchmesser)
108.1: erster Anschluss
108.2: zweiter Anschluss (Zulauf-Anschluss)
108.3: dritter Anschluss (Arbeits-Anschluss)
108.4: vierter Anschluss (Vorbefüll-Anschluss)
108.5: fünfter Anschluss
109: stirnseitiges Ende Ventilschieber
110.1: erster Bohrungsabschnitt Längsbohrung Ventilschieber
110.2: zweiter Bohrungsabschnitt Längsbohrung Ventilschieber
111.1: erste äußere Ringfläche Ventilschieber
111.2: zweite äußere Ringfläche Ventilschieber
112: innere Ringfläche Ventilschieber
113: Stößel
114: erstes Ende Stößel
115: zweites Ende Stößel
116: Anschlagscheibe
117: Stopfen
118.1: erste Stirnfläche Stopfen
118.2: zweite Stirnfläche Stopfen
119: Hohlraum Ventilschieber
120.1: erste radiale Öffnung
120.2: zweite radiale Öffnung
120.3: dritte radiale Öffnung
121: Stößel
122: Differenzfläche
301: Kraftfahrzeug
302: Motor
303: Getriebe
304: Kupplung
305: Wegeventil

Claims

Wegeventil (1; 101) für ein Getriebe (303) eines Kraftfahrzeugs (301), das Wegeventil (1; 101) umfassend - ein Ventilgehäuse (2; 102) und - einen Ventilschieber (3; 103), wobei - das Ventilgehäuse (2; 102) einen Zulauf-Anschluss (8.2; 108.2) und einen Arbeits-Anschluss (8.3; 108.3) bildet, - der Ventilschieber (3; 103) in seinem Inneren einen Hohlraum (19; 119), eine erste Öffnung (20.1; 120.1) und eine zweite Öffnung (20.2; 120.2) bildet, - der Hohlraum (19; 119) über die zweite Öffnung (20.2; 120.2) mit dem Arbeits-Anschluss (8.3; 108.3) verbunden ist, - der Ventilschieber (3; 103) in eine erste Schaltstellung und in eine zweite Schaltstellung verstellt werden kann, - das Ventilgehäuse (2, 102) eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (19; 119) und dem Zulauf-Anschluss (8.2; 108.2) über die erste Öffnung (20.1; 120.1) verschließt, wenn sich der Ventilschieber (3; 103) in seiner ersten Schaltstellung befindet, und - der Hohlraum (19; 119) über die erste Öffnung (20.1; 120.1) mit dem Zulauf-Anschluss (8.2; 108.2) verbunden ist, wenn sich der Ventilschieber (3; 103) in seiner zweiten Schaltstellung befindet.
Wegeventil (1; 101) nach Anspruch 1, wobei - das Ventilgehäuse (2; 102) einen Vorbefüll-Anschluss (8.4; 108.4) bildet, - der Ventilschieber (3; 103) in seinem Inneren eine dritte Öffnung (20.3; 120.3) bildet, - der Ventilschieber (3; 103) in eine dritte Schaltstellung verstellt werden kann, - der Hohlraum (19; 119) über die dritte Öffnung (20.3; 120.3) mit dem Vorbefüll-Anschluss (8.4; 108.4) verbunden ist, wenn sich der Ventilschieber (3; 103) in seiner dritten Schaltstellung befindet, und - das Ventilgehäuse (2; 102) eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (19; 119) und dem Vorbefüll-Anschluss (8.4; 108.4) über die dritte Öffnung (20.3; 120.3) verschließt, wenn sich der Ventilschieber (3; 103) in der ersten Schaltstellung oder in der zweiten Schaltstellung befindet.
Wegeventil (1; 101) nach Anspruch 2, das Wegeventil (1; 101) weiterhin umfassend ein Rückstellelement (4, 104), wobei das Rückstellelement (4; 104) eine Vorspannkraft erzeugt, welche den Ventilschieber (3; 103) in der dritten Schaltstellung vorspannt.
Wegeventil (1; 101) nach Anspruch 3, das Wegeventil (1; 101) weiterhin umfassend ein elektromechanisches Regelelement (121), wobei - das elektromechanische Regelelement (121) eine Stellkraft auf den Ventilschieber (3; 103) ausübt, und - die Stellkraft des elektromechanischen Regelelements (121) der Vorspannkraft des Rückstellelements (4; 104) entgegenwirkt.
Wegeventil (1) nach Anspruch 4, wobei - der Ventilschieber (3) an seinem äußeren Umfang eine in radialer Richtung (r) verlaufende Stufe (21) aufweist, - die Stufe (21) im Bereich des Arbeits-Anschlusses (8.3) angeordnet ist, sodass der an dem Arbeitsanschluss (8.3) anliegende Druck im Sinne einer Druckrückführung eine Rückstellkraft auf die Stufe (21) ausübt, wobei die Rückstellkraft dem Stelldruck des elektromechanischen Regelelements (121) entgegenwirkt.
Wegeventil (1) nach Anspruch 5, wobei - der Ventilschieber (3) einen Stopfen (13) umfasst, - der Stopfen (13) unbeweglich innerhalb des Ventilschiebers (3) angeordnet ist, - der Stopfen (13) eine in der Längsrichtung (L) des Ventilschiebers (3) verlaufende Stopfen-Längsbohrung (14) aufweist, welche einen Teil des Rückstellelements (4) aufnimmt.
Wegeventil (101) nach Anspruch 4, das Wegeventil (101) umfassend einen beweglichen Stößel (113), wobei - der bewegliche Stößel (113) in einer axialen Richtung (x1, x2) des Ventilschiebers (103) beweglich innerhalb des Ventilschiebers (103) aufgenommen ist, - der an dem Arbeits-Anschluss (108.3) anliegende Druck im Sinne einer Druckrückführung eine Rückstellkraft im Hohlraum (119) des Ventilschiebers (103) erzeugt, - die Rückstellkraft auf eine innere Differenzfläche (122) des Ventilschiebers (103) wirkt, und - die Rückstellkraft dem Stelldruck des elektromechanischen Regelelements (121) entgegenwirkt.
Wegeventil (101) nach Anspruch 7, wobei - der äußere Umfang des Ventilschiebers (103) im Bereich des Arbeits-Anschlusses (108.3) zylindrisch ausgeführt ist, - das Rückstellelement (104) innerhalb des Hohlraums (119) angeordnet ist, - das Rückstellelement (104) sich einerseits an dem beweglichen Stößel (113) und andererseits an einem Stopfen (117) abstützt, und - der Stopfen (117) den Hohlraum (119) auf einer dem beweglichen Stößel (113) abgewandten Seite verschließt und in der axialen Richtung (x1, x2) unbeweglich innerhalb des Ventilschiebers (103) aufgenommen ist.
Getriebe (303) für ein Kraftfahrzeug (301), das Getriebe (303) umfassend ein Wegeventil (1; 101) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Getriebe (303) nach Anspruch 9, das Getriebe (303) weiterhin umfassend eine Kupplung (304), wobei - an dem Zulauf-Anschluss (8.2;108.2) des Wegeventils (1; 101) ein Systemdruck des Getriebes (303) anliegt, und - der Arbeits-Anschluss (8.3; 108.3) des Wegeventils (1; 101) mit der Kupplung (304) des Getriebes (303) verbunden ist.