DE102022203579A1

DE102022203579A1 - Vorsteuerbares Druckregelventil und Hydrauliksystem eines Automatgetriebes mit einem vorsteuerbaren Druckregelventil

Info

Publication number: DE102022203579A1
Application number: DE102022203579.8A
Authority: DE
Inventors: Rainer Novak; Florian Staetter; Florian Langenbacher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Es wird ein Druckregelventil (2) zur Einstellung eines Arbeitsdruckes (p_A) mit einem Ventilschieber (3) beschrieben, der in einer Bohrung (5A) eines Ventilgehäuses (5) längsverschieblich geführt ist. Außendurchmesser (D3A bis D3D) von Führungsabschnitte (3A bis 3D) sind jeweils größer als Außendurchmesser von Führungsabschnitten (3E, 3F), die in Längsrichtung (x) des Ventilschiebers (3) zwischen den Führungsabschnitten (3A bis 3D) angeordnet sind. Das Ventilgehäuse (5) ist mit wenigstens einer Hochdruck-Ventiltasche (2B), mit wenigstens einer Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und mit wenigstens einer Niederdruck-Ventiltasche (2D) hergestellt. Die Ventiltaschen (2B bis 2D) münden jeweils in die Bohrung. Gussschrägen der Ventiltaschen (2B bis 2D) schließen mit der Längsrichtung (x) des Ventilschiebers (3) einen spitzen Winkel ein. Die Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) ist in Längsrichtung (x) des Ventilschiebers 3 zwischen der Hochdruck-Ventiltasche (2B) und der Niederdruck-Ventiltasche (2D) im Ventilgehäuse (5) angeordnet und steht in Abhängigkeit einer Stellung des Ventilschiebers (3) entweder mit der Hochdruck-Ventiltasche (2B) oder mit der Niederdruck-Ventiltasche (2D) in Verbindung. Ein erster Verbindungsabschnitt (3E) des Ventilschiebers (3) ist über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers (3) mit der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Überdeckung. Zusätzlich wird ein Hydrauliksystem (1) eines Automatgetriebes mit einem vorsteuerbaren Druckregelventil (2) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein vorsteuerbares Druckregelventil zur Einstellung eines Arbeitsdruckes mit wenigstens einem Ventilschieber gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Hydrauliksystem eines Automatgetriebes, insbesondere eines Fahrzeug-Automatgetriebes mit einem solchen vorsteuerbaren Druckregelventil.
Zur Ansteuerung von Aktuatoren in Automatikgetrieben mit einem Arbeitsdruck werden üblicherweise vorsteuerbare Druckregelventile verwendet, mittels den jeweils der Arbeitsdruck in Abhängigkeit eines Versorgungsdruckes einstellbar ist. Dabei ist meist jeweils eine Vorsteuerstufe mindestens einem solchen vorsteuerbaren Druckregelventil zur Vorsteuerung zugeordnet. Die meisten Druckregelventile sind genau einer hydraulischen Schnittstelle zugeordnet, um diese mit einem Arbeitsdruck oder mit einem Volumenstrom zu versorgen. Vorsteuerbare Druckregelventile werden mit einem Vorsteuerdruck angesteuert, der im Bereich einer Vorsteuerstufe eingestellt wird. Alternativ werden vorsteuerbaren Druckregelventilen Vorsteuerstufen zugeordnet, die als elektromagnetische Aktuatoren ausgeführt sind. Der elektromagnetische Aktuator wirkt dann jeweils direkt auf einen Ventilschieber des vorsteuerbaren Druckregelventils, um den Arbeitsdruck zu variieren.
Ein Versorgungsdruck liegt an einer sogenannten Hochdruck-Ventiltasche eines vorsteuerbaren Druckregelventils an. Die Hochdruck-Ventiltasche ist zur Regelung des Arbeitsdruckes durch Betätigen des in einer Bohrung eines Ventilgehäuses längsverschieblichen Ventilschiebers mit einer Arbeitsdruck-Ventiltasche verbindbar oder von dieser entkoppelbar. Die Arbeitsdruck-Ventiltasche ist zwischen der Hochdruck-Ventiltasche und einer Niederdruck-Ventiltasche angeordnet, die auch als Tankdruck-Ventiltasche bezeichnet wird und in der meist der Umgebungsdruck bzw. der atmosphärische Druck anliegt. Bedarfsweise wird der Arbeitsdruck in der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche abgebaut, wenn der Ventilschieber entsprechend betätigt wird.
Der jeweils eingestellte Arbeitsdruck ist quasistationär ein Vielfaches des Vorsteuerdruckes bzw. der elektromagnetischen Vorsteuerstufe. Die Schaltung stellt eine hydraulische Druckverstärkerschaltung bzw. eine quasistationäre Abbildung der Eingangskraft des elektromagnetischen Aktuators auf das Druckniveau des Arbeitsdruckes dar.
In typischen Betriebspunkten, wenn eine hydraulische Kapazität, die mit der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Verbindung steht, geladen ist, steht das vorsteuerbare Druckregelventil in Ventilüberdeckung und arbeitet als hydraulische Halbbrücke. Unter dem Begriff Ventilüberdeckung wird vorliegend der unterschiedliche Abstand zwischen Steuerkanten der Niederdruck-Ventiltasche und der Hochdruck-Ventiltasche im gießtechnisch hergestellten Ventilgehäuse und zwischen Steuerkanten des Ventilschiebers verstanden, die jeweils mit den Steuerkanten des Ventilgehäuses im Bereich der Niederdruck-Ventiltasche und der Hochdruck-Ventiltasche zusammenwirken.
Problematisch dabei ist jedoch, dass die Ventiltaschen jeweils als sogenannte Volltaschen auszuführen sind. Wenn die Ventiltaschen als Volltaschen ausgeführt sind, erstrecken sich die Ventiltaschen im Ventilgehäuse in Umfangsrichtung der Bohrung im Ventilgehäuse, in der der Ventilschieber des vorsteuerbaren Druckregelventils längsverschieblich angeordnet ist, über den gesamten Umfang der Bohrung und münden in die Bohrung. Beim gießtechnischen Herstellen der Ventiltaschen im Ventilgehäuse sind fertigungstechnische Schrägen im Bereich der seitlichen Begrenzungen bzw. der Flanken der Ventiltaschen unvermeidbar. Durch diese Gussschrägen treten speziell im Bereich des höchsten Druckniveaus eines vorsteuerbaren Druckregelventils, d.h. insbesondere im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche, Querkräfte auf. Diese Querkräfte greifen in Querrichtung am Ventilschieber an und pressen diesen zumindest bereichsweise gegen die Innenseite der Bohrung. Dann beeinflussen die Querkräfte das Reibungsverhalten im Bereich der Kontaktfläche zwischen der Außenseite des Ventilschiebers und der Innenseite der Bohrung im Ventilgehäuse.
Bei hohen Druckniveaus des Versorgungsdrucks resultieren aus dem ungünstigen Reibungsverhalten Reibungskräfte, die ein Bewegungsverhalten des Ventilschiebers im Ventilgehäuse unter Umstanden derart nachteilig beeinflussen, dass der Ventilschieber verklemmt und nicht mehr verschiebbar ist.
Zur Reduzierung der druckbedingten Querkräfte werden in der Außenseite des Ventilschiebers Rillen eingebracht. Die Rillen erstrecken sich in Umfangsrichtung des Ventilschiebers und ermöglichen in Umfangsrichtung einen Druckausgleich. Aufgrund des Druckausgleichs verringern sich die druckbedingten Querkräfte, die am Ventilschieber anliegen. Eine solche spezielle Berillung des Ventilschiebers wird bevorzugterweise im Bereich von gießtechnisch hergestellten Ventiltaschen vorgesehen, deren Flanken gegenüber einer Querrichtung des Druckregelventils eine starke Schräglage aufweisen.
Die Berillung eines Ventilschiebers ermöglicht zumindest eine teilweise Querkraftentlastung des Ventilschiebers. Ist diese nicht ausreichend, werden die schräg verlaufenden Flanken von Ventiltaschen bzw. deren Gussschrägen angespiegelt bzw. entfernt. Hierfür sind zusätzliche Fertigungsschritte während der Herstellung eines vorsteuerbaren Druckregelventils erforderlich, während welchen die schrägen Gussflanken der Ventiltaschen spanend bearbeitet werden. Ziel der spanenden Bearbeitung der Flanken der Ventiltaschen ist es, dass diese am Ende des Fertigungsprozesses senkrecht zur Längsrichtung des Ventilschiebers verlaufen und damit 90° zum Bohrungsverlauf stehen.
Sowohl die Berillung eines Ventilschiebers als auch das sogenannte Anspiegeln der Gussschrägen der Ventiltaschen erhöht die Herstellkosten von vorsteuerbaren Druckregelventilen in unerwünschtem Umfang. Des Weiteren sind die vorbeschriebenen vorsteuerbaren Druckregelventile insbesondere im Bereich der Volltaschen durch einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
Druckregelventile sind unter anderem aus der DE 10 2012 202 760 A1 , der DE 10 2014 207 801 A1 , der DE 10 2016 223 178 A1 und der DE 10 2018 208 755 A1 bekannt.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Erfindung, ein vorsteuerbares Druckregelventil, insbesondere ein vorsteuerbares Druckregelventil eines Hydrauliksystems eines Automatgetriebes bereitzustellen, das hinsichtlich mindestens einer der folgenden Faktoren verbessert ist bzw. sind: Herstellungszeit, Herstellkosten, Komplexität der Herstellung, Bauraumausnutzung, Betriebssicherheit, Nachhaltigkeit und/oder Bauteilzuverlässigkeit. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben.
Eine besonders bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein vorsteuerbares Druckregelventil, insbesondere ein vorsteuerbares Druckregelventil eines Hydrauliksystems eines Automatgetriebes anzugeben, das bauraumgünstig ist, eine möglichst hohe Robustheit gegenüber Gusstoleranzen aufweist und mit einem möglichst geringen Bearbeitungsaufwand nach einer gießtechnischen Herstellung eines Ventilgehäuse fertigbar ist.
Erfindungsgemäß wird/werden diese Aufgabe/n ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Es wird ein vorsteuerbares Druckregelventil zur Einstellung eines Arbeitsdruckes mit wenigstens einem Ventilschieber vorgeschlagen, der in einer Bohrung eines Ventilgehäuses im Bereich von Führungsabschnitten längsverschieblich geführt ist. Die Außendurchmesser der Führungsabschnitte sind jeweils größer als die Außendurchmesser von Führungsabschnitten, die in Längsrichtung des Ventilschiebers zwischen den Verbindungsabschnitten des Ventilschiebers angeordnet sind.
Das Ventilgehäuse ist gießtechnisch mit wenigstens einer Hochdruck-Ventiltasche, mit wenigstens einer Arbeitsdruck-Ventiltasche und mit wenigstens einer Niederdruck-Ventiltasche hergestellt, die jeweils in die Bohrung münden.
Flanken der Hochdruck-Ventiltasche, der Arbeitsdruck-Ventiltasche und der Niederdruck-Ventiltasche weisen Gussschrägen auf und schließen nach dem Gießen des Ventilgehäuses mit der Längsrichtung des Ventilschiebers einen spitzen Winkel ein. Die Arbeitsdruck-Ventiltasche ist in Längsrichtung des Ventilschiebers zwischen der Hochdruck-Ventiltasche und der Niederdruck-Ventiltasche im Ventilgehäuse angeordnet. Des Weiteren steht die Arbeitsdruck-Ventiltasche in Abhängigkeit einer Stellung des Ventilschiebers entweder mit der Hochdruck-Ventiltasche oder mit der Niederdruck-Ventiltasche in Verbindung.
Erfindungsgemäß ist ein erster Verbindungsabschnitt des Ventilschiebers über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers mit der Hochdruck-Ventiltasche in Überdeckung.
Mit anderen Worten ist der Mündungsbereich der Hochdruck-Ventiltasche in die Bohrung des Ventilgehäuses über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers durch den ersten Verbindungsabschnitt freigegeben. Hierfür ist der Außendurchmesser der Außenseite des Ventilschiebers im Bereich des ersten Verbindungsabschnittes kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung des Ventilgehäuses im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche. Damit ist die Außenseite des ersten Verbindungsabschnittes des Ventilschiebers im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche unabhängig von der aktuellen Stellung des Ventilschiebers im Ventilgehäuse in radialer Richtung des Ventilschiebers von der Innenseite der Bohrung beabstandet. Der Versorgungsdruck in der Hochdruck-Ventiltasche liegt somit über den gesamten Umfang des Ventilschiebers über die definierte axiale Länge des Verbindungsabschnittes am Ventilschieber an.
Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass am Ventilschieber keine Querkräfte angreifen, die eine Funktionsweise des Druckregelventils beeinträchtigen und aus dem Hochdruck resultieren, der im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche am Ventilschieber des Druckregelventil anliegt. Deshalb sind die Flanken der Hochdruck-Ventiltasche des erfindungsgemäß ausgeführten Druckregelventils nach der gießtechnischen Herstellung des Ventilgehäuses nicht wie bei bekannten vorsteuerbaren Druckregelventilen anzuspiegeln, um unerwünschte Querkräfte, die am Ventilschieber angreifen, zu vermeiden.
Ein zweiter Verbindungsabschnitt des Ventilschiebers kann über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers mit der Niederdruck-Ventiltasche in Überdeckung sein. Dann werden auch im Bereich der Niederdruck-Ventiltasche auf konstruktiv einfache Art und Weise Querkräfte vermieden, die am Ventilschieber angreifen und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Druckregelventils beeinträchtigen.
Die Außendurchmesser der Führungsabschnitte, zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt angeordnet ist, sind bei einer einfach betätigbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorsteuerbaren Druckregelventils gleich. Dadurch wird erreicht, dass der Ventilschieber im Wesentlichen unabhängig vom jeweils anliegenden Hochdruck mit geringer Hysterese betätigbar ist.
Sind die Außendurchmesser der Führungsabschnitte, zwischen denen der zweite Verbindungsabschnitt angeordnet ist, gleich, ist der Ventilschieber des erfindungsgemäßen vorsteuerbaren Druckregelventils im Wesentlichen auch unabhängig vom Druck im Bereich der Niederdruck-Ventiltasche verschiebbar bzw. betätigbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorsteuerbaren Druckregelventils kann es vorgesehen sein, dass zwischen den ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt ein an den ersten Verbindungsabschnitt angrenzender Führungsabschnitt und ein an den zweiten Verbindungsabschnitt angrenzender Führungsabschnitt vorgesehen sind. Der Außendurchmesser des Führungsabschnittes, der an den ersten Verbindungsabschnitt angrenzt, kann größer sein als der Außendurchmesser des Führungsabschnittes, der an den zweiten Verbindungsabschnitt angrenzt. An der Differenzfläche zwischen den einander zugewandten Steuerflächen des Ventilschiebers, die jeweils von den Außendurchmessern der Führungsabschnitte und des zweiten Verbindungsabschnittes begrenzt sind, kann der Druck in der Arbeitsdruck-Ventiltasche anliegen. Der Arbeitsdruck greift dann vorteilhafterweise am Ventilschieber in eine Stellrichtung des Ventilschiebers an, die eine Reduzierung eines Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche und eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche bewirkt. Dann ist die Regelfunktion des Druckregelventils auf konstruktiv einfache Art und Weise umgesetzt.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Flanken der Arbeitsdruck-Ventiltasche des Ventilgehäuses nach dem Gießen des Ventilgehäuses spanend bearbeitet werden und nach der spanenden Bearbeitung mit der Längsrichtung des Ventilschiebers wenigstens annähernd einen rechten Winkel einschließen. Dann sind im Bereich der Arbeitsdruck-Ventiltasche auch unerwünschte Querkräfte, die am Ventilschieber angreifen und eine Funktionsweise des vorsteuerbaren Druckregelventils beeinträchtigen, auf einfache Art und Weise vermieden.
Wenn die Hochdruck-Ventiltasche sich in Umfangsrichtung der Bohrung nur über einen Teil des Umfangs der Bohrung im Ventilgehäuse erstreckt und in die Bohrung mündet, ist das vorsteuerbare Druckregelventil gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
Bei einer weiteren bauraumgünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorsteuerbaren Druckregelventils erstreckt die Niederdruck-Ventiltasche sich in Umfangsrichtung der Bohrung nur über einen Teil des Umfangs der Bohrung im Ventilgehäuse und mündet in die Bohrung.
Die Arbeitsdruck-Ventiltasche kann sich in Umfangsrichtung der Bohrung über den gesamten Umfang der Bohrung im Ventilgehäuse erstrecken und in die Bohrung münden.
Über eine Vorsteuerdruck-Ventiltasche des erfindungsgemäßen Druckregelventils kann ein Vorsteuerdruck im Bereich einer Steuerfläche des Ventilschiebers des Druckregelventils anlegbar sein, der am Ventilschieber jeweils in eine Stellrichtung des Ventilschiebers wirkend angreift. Wird durch eine Stellbewegung des Ventilschiebers in diese Stellrichtung eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche und eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche bewirkt, ist das Druckregelventil mit geringem Aufwand vorsteuerbar.
Am Ventilschieber kann eine Stellkraft eines elektromagnetischen Aktuators anlegbar sein. Dabei kann die Stellkraft zur Vorsteuerung des erfindungsgemäßen Druckregelventils an dem Ventilschieber in eine Stellrichtung des Ventilschiebers angreifen, die eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche und eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche bewirkt.
Das Druckregelventil kann eine Federeinheit umfassen, deren Federkraft am Ventilschieber in eine Stellrichtung des Ventilschiebers wirkend angreift, die eine Erhöhung eines Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche und eine Reduzierung eines Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche in Richtung der Hochdruck-Ventiltasche bewirkt. Dadurch ist gewährleistet, dass das erfindungsgemäße Druckregelventil in drucklosem Zustand bzw. unterhalb eines definierten Druckniveaus des Druckes in der Hochdruck-Ventiltasche in eine vordefinierte Stellung bzw. in einen vordefinierten Betriebszustand übergeht. Dann ist das Druckregelventil jeweils ausgehend von einem definierten Betriebszustand in gewünschtem Umfang betätigbar.
Die Arbeitsdruck-Ventiltasche des Druckregelventils, die im Ventilgehäuse vorgesehen ist, kann jeweils einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als der Außendurchmesser des Ventilschiebers.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Innendurchmesser der Hochdruck-Ventiltasche und der Niederdruck-Ventiltasche des erfindungsgemäßen Druckregelventils jeweils größer als die Außendurchmesser des Ventilschiebers sind.
Des Weiteren wird ein Hydrauliksystem eines Automatgetriebes, insbesondere eines Fahrzeug-Automatgetriebes mit einem vorstehend näher beschriebenen vorsteuerbaren Druckregelventil vorgeschlagen.
Das vorliegend beschriebene vorsteuerbare Druckregelventil und dessen Ventilschieber bilden einen mechanischen Regler, der mit einer Hochdruck-Leitung, mit einer Arbeitsdruck-Leitung, mit einer Niederdruck-Leitung bzw. einer Tankdruck-Leitung und vorzugsweise mit einer Vorsteuerdruck-Leitung des Hydrauliksystems in Verbindung stehen.
Über Arbeitsdruck-Leitungen werden üblicherweise kapazitive hydraulische Lasten wie Kupplungen oder Bremsen mit Hydraulikfluid versorgt. Der am Vorsteuerdruckanschluss anliegende Vorsteuerdruck einer Vorsteuerstufe wird durch das Kräftegleichgewicht am Ventilschieber in ein höheres Druckniveau in der Arbeitsdruck-Leitung verstärkt. Gleiches erfolgt, wenn der Ventilschieber direkt von einem elektromagnetischen Aktuator anstatt über einen Vorsteuerdruck betätigt wird bzw. vorgesteuert wird. Die Verstärkung ist im Fall einer druckseitigen Vorsteuerung durch die Ventilgeometrie des Druckregelventiles vorgegeben, wobei die Verstärkung jeweils mittels eines Durchmessersprungs im Bereich des Ventilschiebers zwischen der Arbeitsdruck-Ventiltasche und der Hochdruck-Ventiltasche konstruktiv umsetzbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruches oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnung durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Teilansicht eines Schaltplans eines Hydrauliksystems eines Automatgetriebes mit einem vorsteuerbaren Druckregelventil zur Einstellung eines Arbeitsdruckes mit wenigstens einem Ventilschieber.
In der Figur ist ein Teil eines Schaltplans eines Hydrauliksystems 1 gezeigt, das ein vorsteuerbares Druckregelventil 2 mit definierter Ventilüberdeckung Udk umfasst. Das Druckregelventil 2 ist zur Einstellung eines Arbeitsdruckes p_A vorgesehen, der in einer Arbeitsdruck-Leitung 4 vorliegt. Die Arbeitsdruck-Leitung 4 zweigt vom Druckregelventil 2 in Richtung einer Aktuatorik eines nicht näher dargestellten Automatikgetriebes ab. Die Aktuatorik kann eine Kupplung, eine Bremse, ein Parksperrenzylinder oder dergleichen umfassen. Das Druckregelventil 2 weist einen Ventilschieber 3 auf, der in einer Bohrung 5A eines Ventilgehäuses 5 längsbeweglich geführt ist.
Das Hydrauliksystem 1 ist zudem mit einer Hochdruck-Leitung 6 ausgeführt, die eine sogenannte Versorgungsdruck-Leitung darstellt und in der ein sogenannter Systemdruck p_sys anliegt. Zusätzlich umfasst das Hydrauliksystem 1 eine Niederdruck-Leitung 7, die auch als Tankdruck-Leitung bezeichnet wird und in der im Wesentlichen der Umgebungsdruck bzw. der atmosphärische Umgebungsdruck p_∞ vorliegt.
Die Hochdruck-Leitung 6 ist mit einer Hochdruck-Ventiltasche 2B verbunden, während die Arbeitsdruck-Leitung 4 mit einer sogenannten Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C des Druckregelventiles 2 gekoppelt ist. Die Niederdruck-Leitung 7 zweigt von einer sogenannten Niederdruck-Ventiltasche 2D des Druckregelventiles 2 in Richtung eines nicht näher dargestellten Hydraulikfluidreservoirs bzw. eines Ölsumpfes des Automatikgetriebes ab. Die Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C ist vorliegend in axialer Richtung x zwischen der Hochdruck-Ventiltasche 2B und der Niederdruck-Ventiltasche 2C angeordnet.
Zur Vorsteuerung umfasst das Druckregelventil 2 eine Vorsteuerdruck-Ventiltasche 2A, an der eine Vorsteuerdruck-Leitung 8 anliegt. Über die Vorsteuerdruck-Leitung 8 ist an einer Steuerfläche 9 des Ventilschiebers 3 unmittelbar ein Vorsteuerdruck p_EDS anlegbar, der im Bereich eines nicht näher dargestellten elektrohydraulischen Druckstellers einstellbar ist.
Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu besteht auch die Möglichkeit, dass der Ventilschieber 3 im Bereich der Steuerfläche 9, die gleich einer Stirnfläche des Ventilschiebers 3 ist, direkt von einem elektromagnetischen Aktuator mit einer Stellkraft beaufschlagt wird und im Ventilgehäuse 5 anforderungsgemäß zur Einstellung des Arbeitsdruckes p_A in axialer Richtung x translatorisch verstellt wird.
Der Vorsteuerdruck p_EDS bzw. die Stellkraft des elektromagnetischen Aktors liegt jeweils am Ventilschieber 3 in eine Stellrichtung des Ventilschiebers 3 wirkend an, die eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche 2B in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C und eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche 2D bewirkt.
Darüber hinaus umfasst das Druckregelventil 2 eine Federeinheit 10, die den Ventilschieber 3 mit einer Stellkraft beaufschlagt. Die Stellkraft der Federeinheit 10 betätigt den Ventilschieber 3 in eine Stellrichtung, die eine Erhöhung eines Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche 2D und eine Reduzierung des Volumenstromes von der Hochdruck-Ventiltasche 2B in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C bewirkt.
Der Ventilschieber 3 des Druckregelventiles 2 ist mit vier Ventilschieberabschnitten 3A bis 3D ausgeführt, die jeweils Führungsabschnitte des Ventilschiebers 3 darstellen. Über die Führungsabschnitte 3A bis 3D ist der Ventilschieber 3 längsverschieblich in der Bohrung 5A des gießtechnisch hergestellten Ventilgehäuse 5 geführt. Zwischen den Führungsabschnitten 3A und 3B sowie 3C und 3D sind jeweils in axialer Richtung x des Ventilschiebers 3 weitere Ventilschieberabschnitte 3E, 3F vorgesehen, die nachfolgend auch als Verbindungsabschnitte bezeichnet werden. Die Außendurchmesser D3A bis D3D der Führungsabschnitte 3A bis 3D sind größer als die Außendurchmesser D3E und D3F der Verbindungsabschnitte 3E und 3F.
Die Hochdruck-Ventiltasche 2B und die Niederdruck-Ventiltasche 2D erstrecken sich in Umfangsrichtung der Bohrung 5A des Ventilgehäuses 5 nur über einen Teil des Umfangs der Bohrung 5A im Ventilgehäuse 5 und münden jeweils in die Bohrung 5A. Damit bilden die Hochdruck-Ventiltasche 2B und die Niederdruck-Ventiltasche 2D sogenannte Teiltaschen bzw. sogenannte einseitige Ventiltaschen, und das Druckregelventil 2 ist im Umfangsbereich der Bohrung 5A, in dem die Hochdruck-Ventiltasche 2B und die Niederdruck-Ventiltasche 2D vorgesehen sind, mit einem geringen Bauraumbedarf ausgeführt. Im Unterschied dazu ist die Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C als sogenannte Volltasche ausgeführt und erstreckt sich in Umfangsrichtung der Bohrung 5A über den gesamten Umfang der Bohrung 5A im Ventilgehäuse 5 und mündet in diese.
Die Ventilüberdeckung Udk des Druckregelventils 2 entspricht der Differenz zwischen einem axialen Abstand X3 und einem axialen Abstand X5. Dabei entspricht der axiale Abstand X3 einem Abstand zwischen einer Steuerkante 3B1 des Führungsabschnittes 3B, die dem Führungsabschnitt 3C abgewandt ist, und einer weiteren Steuerkante 3C1 des Führungsabschnittes 3C, die dem Führungsabschnitt 3B abgewandt ist. Darüber hinaus ist der axiale Abstand X5 gleich der axialen Breite der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C, die durch die beiden Steuerkanten 2C1 und 2C2 in axialer Richtung x begrenzt ist.
Das Ventilgehäuse 5 ist gießtechnisch hergestellt, weshalb die Vorsteuerdruck-Ventiltasche 2A, die Hochdruck-Ventiltasche 2B, die Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C, die Niederdruck-Ventiltasche 2D und eine Entlüftungs-Ventiltasche 2E nach dem gießtechnischen Herstellprozess jeweils sogenannte Gussschrägen aufweisen. Mit anderen Worten sind seitliche Flanken 2BF1, 2BF2 der Ventiltaschen 2A bis 2E aufgrund des gießtechnischen Herstellprozesses jeweils schräg verlaufend ausgeführt und schließen mit der Längsrichtung x des Druckregelventils 2 bzw. des Ventilschiebers 3 jeweils einen spitzen Winkel ein.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel des Druckregelventils 2 sind die Flanken 2CF1, 2CF2 der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C nach dem gießtechnischen Herstellprozess spanend nachbearbeitet und schließen mit der Längsrichtung x des Ventilschiebers 3 einen rechten Winkel ein. Dadurch werden im Bereich der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C unerwünschte Querkräfte, die aus dem am äußeren Umfang des Ventilschiebers 3 anliegenden Arbeitsdruck p_A resultieren, mit möglichst geringem Fertigungsaufwand vermieden.
Um auch im Bereich der Hochdruck-Ventiltasche 2B am Ventilschieber 3 angreifende Querkräfte zu vermeiden, die aus dem Hochdruck bzw. Systemdruck p_sys resultieren, der am Ventilschieber 3 und an den Gussschrägen der Flanken 2BF1, 2BF2 der Hochdruck-Ventiltasche 2B anliegt, erstreckt sich der Verbindungsabschnitt 3E des Ventilschiebers 3 in axialer Richtung x über eine definierte axiale Länge. Dabei ist die axiale Länge des Verbindungsabschnittes 3E so ausgelegt, dass der erste Verbindungsabschnitt 3E des Ventilschiebers 3 über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers 3 mit der Hochdruck-Ventiltasche 2B in Überdeckung ist und seine Außenseite in radialer Richtung R von der Innenseite der Bohrung 5A beabstandet ist.
Diese Ausführung des Ventilschiebers 3 bietet die Möglichkeit, die Hochdruck-Ventiltasche 2B nach dem gießtechnischen Herstellprozess des Ventilgehäuses 5 fertigungstechnisch nicht nachbearbeiten zu müssen, um die Gussschrägen der Flanken 2BF1, 2BF2 der Hochdruck-Ventiltasche 2B zu eliminieren und in diesem Bereich des Ventilschiebers angreifende Querkräfte zu vermeiden. Das Eliminieren von Gussschrägen von Ventiltaschen von Druckregelventilen wird im Allgemeinen auch als Anspiegeln bezeichnet, während dem schräg verlaufende Flanken von Ventiltaschen vorzugsweise mittels speziellen Fräsern spanend nachbearbeitet werden, damit diese dann 90° zum Verlauf der Bohrung 5A stehen bzw. verlaufen.
Zusätzlich werden unerwünschte am Ventilschieber 3 angreifende Querkräfte im Bereich der Niederdruck-Ventiltasche 2D dadurch vermieden, dass der Führungsabschnitt 3F des Ventilschiebers 3 sich über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers 3 mit der Niederdruck-Ventiltasche 2D in Überdeckung befindet und die Außenseite des zweiten Verbindungsabschnitte 3F von der Innenseite der Bohrung 5A in radialer Richtung beabstandet ist. Aus diesem Grund sind auch die Flanken 2DF1, 2DF2 der Niederdruck-Ventiltasche 2D nach wie vor gegenüber der axialen Richtung x des Druckregelventils 2 schräg verlaufend ausgeführt und schließen jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsrichtung x des Ventilschiebers 3 ein.
Die Außendurchmesser D3A und D3B der Führungsabschnitte 3A und 3B des Ventilschiebers 3, zwischen denen der Verbindungsabschnitt 3E angeordnet ist, sind gleich. Zudem sind auch die Durchmesser D3C und D3D der Führungsabschnitte 3C und 3D des Ventilschiebers 3, zwischen denen der Verbindungsabschnitt 3F angeordnet ist, gleich groß. Damit wird erreicht, dass der Ventilschieber 3 unabhängig von dem jeweils anliegenden Systemdruck p_sys und dem Umgebungsdruck p_∞ betätigbar ist.
Des Weiteren ist der Außendurchmesser D3B des Führungsabschnittes 3B größer als der Außendurchmesser D3C des Führungsabschnittes 3C. Damit weist der Ventilschieber 3 am Übergang zwischen dem Führungsabschnitt 3B und dem Führungsabschnitt 3C des Ventilschiebers 3 eine Differenzfläche bzw. eine Steuerfläche 11 auf, an der der Arbeitsdruck p_A in Längsrichtung x anliegt und den Ventilschieber 3 mit einer Stellkraft beaufschlagt.
Dabei greift die Stellkraft an der Steuerfläche 11 in eine Stellrichtung des Ventilschiebers 3 an, die eine Reduzierung eines Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche 2B in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C und eine Erhöhung eines Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche 2C in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche 2D bewirkt. Damit greift die Federkraft der Federeinheit 10 gleichwirkend zum Arbeitsdruck p_A an der Differenzfläche 11 zwischen den Führungsabschnitten 3B und 3C am Ventilschieber 3 an.
Das Druckregelventil 2 stellt einen mechanischen Regler dar, der in Abhängigkeit des Systemdrucks p_sys, des Umgebungsdruckes p_∞ und des Vorsteuerdruckes p_EDS und/oder der jeweils angreifenden elektromagnetischen Stellkraft eines elektromagnetischen Aktuators den Arbeitsdruck p_A regelt.
Bezugszeichen

1: Hydrauliksystem
2: Druckregelventil
2A: Vorsteuerdruck-Ventiltasche
2B: Hochdruck-Ventiltasche
2BF1, 2BF2: Flanke der Hochdruck-Ventiltasche
2C: Arbeitsdruck-Ventiltasche
2C1, 2C2: Steuerkante der Arbeitsdruck-Ventiltasche
2CF1, 2CF2: Flanke Arbeitsdruck-Ventiltasche
2D: Niederdruck-Ventiltasche
2DF1, 2DF2: Flanke der Niederdruck-Ventiltasche
2E: Entlüftungs-Ventiltasche
3: Ventilschieber
3A bis 3D: Führungsabschnitt des Ventilschiebers
3B1: Steuerkante des Ventilschiebers 3
3C1: Steuerkante des Ventilschiebers 3
3E, 3F: Verbindungsabschnitt des Ventilschiebers
4: Arbeitsdruck-Leitung
5: Ventilgehäuse
5A: Bohrung des Ventilgehäuses
6: Hochdruck-Leitung
7: Tankdruck-Leitung
8: Vorsteuerdruck-Leitung
9: Steuerfläche des Ventilschiebers 3
10: Federeinheit
11: Steuerfläche
D3A: Außendurchmesser des Führungsabschnittes 3A
D3B: Außendurchmesser des Führungsabschnittes 3B
D3C: Außendurchmesser des Führungsabschnittes 3C
D3D: Außendurchmesser des Führungsabschnittes 3D
D3E: Außendurchmesser des Verbindungsabschnittes 3E
D3F: Außendurchmesser des Verbindungsabschnittes 3F
p_A: Arbeitsdruck
p_EDS: Vorsteuerdruck
p_sys: Systemdruck
p_∞: Umgebungsdruck
R: radiale Richtung des Druckregelventils
Udk: Ventilüberdeckung des Druckregelventils
X3: axialer Abstand zwischen den Steuerkanten 3B1 und 3C1 des Ventilschiebers 3
X5: axialer Abstand zwischen den Steuerkanten 2C1 und 2C2 des Ventilgehäuses 5
x: axiale Richtung, Längsrichtung des Ventilschiebers 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012202760 A1 [0011]
DE 102014207801 A1 [0011]
DE 102016223178 A1 [0011]
DE 102018208755 A1 [0011]

Claims

Vorsteuerbares Druckregelventil (2) zur Einstellung eines Arbeitsdruckes (p_A) mit wenigstens einem Ventilschieber (3), der in einer Bohrung (5A) eines Ventilgehäuses (5) im Bereich von Führungsabschnitten (3A bis 3D) längsverschieblich geführt ist, wobei die Außendurchmesser (D3A bis D3D) der Führungsabschnitte (3A bis 3D) jeweils größer sind als die Außendurchmesser (D3E, D3F) von in Längsrichtung des Ventilschiebers (3) zwischen den Führungsabschnitten (3A bis 3D) angeordneten Verbindungsabschnitten (3E, 3F) des Ventilschiebers (3), wobei das Ventilgehäuse (5) gießtechnisch mit wenigstens einer Hochdruck-Ventiltasche (2B), mit wenigstens einer Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und mit wenigstens einer Niederdruck-Ventiltasche (2D) hergestellt ist, die jeweils in die Bohrung (5A) münden, wobei Flanken (2BF1 bis 2DF2) der Hochdruck-Ventiltasche (2C), der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und der Niederdruck-Ventiltasche (2D) nach dem Gießen des Ventilgehäuses (5) mit der Längsrichtung (x) des Ventilschiebers (3) einen spitzen Winkel einschließen, wobei die Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Längsrichtung (x) des Ventilschiebers (3) zwischen der Hochdruck-Ventiltasche (2B) und der Niederdruck-Ventiltasche (2D) im Ventilgehäuse (5) angeordnet ist, und wobei die Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Abhängigkeit einer Stellung des Ventilschiebers (3) entweder mit der Hochdruck-Ventiltasche (2B) oder mit der Niederdruck-Ventiltasche (2D) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Verbindungsabschnitt (3E) des Ventilschiebers (3) über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers (3) mit der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Überdeckung ist.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verbindungsabschnitt (3F) des Ventilschiebers (3) über den gesamten Stellweg des Ventilschiebers (3) mit der Niederdruck-Ventiltasche (2D) in Überdeckung ist.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser (D3A, D3B) der Führungsabschnitte (3A, 3B), zwischen den der erste Verbindungsabschnitt (3E) angeordnet ist, gleich sind.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser (D3C, D3D) der Führungsabschnitte (3C, 3D), zwischen den der zweite Verbindungsabschnitt (3F) angeordnet ist, gleich sind.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt (3E) und dem zweiten Verbindungsabschnitt (3F) ein an den ersten Verbindungsabschnitt (3E) angrenzender Führungsabschnitt (3B) und ein an den zweiten Verbindungsabschnitt (3F) angrenzender Führungsabschnitt (3C) vorgesehen sind, wobei der Außendurchmesser (D3B) des Führungsabschnittes (3B), der an den ersten Verbindungsabschnitt (3E) angrenzt, größer ist als der Außendurchmesser (D3C) des Führungsabschnittes (3C), der an den zweiten Verbindungsabschnitt (3F) angrenzt, wobei an der Differenzfläche (11) zwischen den einander zugewandten Steuerflächen des Ventilschiebers (3), die jeweils von den Außendurchmessern (D3B, D3C) der Führungsabschnitte (3B, 3C) und des zweiten Verbindungsabschnittes (3F) begrenzt sind, der Arbeitsdruck (p_A) in der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) anliegt und am Ventilschieber (3) in eine Stellrichtung des Ventilschiebers (3) angreift, die eine Reduzierung eines Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche (2D) bewirkt.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (2CF1, 2CF2) der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) des Ventilgehäuses (5) nach dem Gießen des Ventilgehäuses (5) spanend bearbeitet werden und mit der Längsrichtung (x) des Ventilschiebers (3) wenigstens annähernd einen rechten Winkel einschließen.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruck-Ventiltasche (2B) sich in Umfangsrichtung der Bohrung (5A) nur über einen Teil des Umfangs der Bohrung (5A) im Ventilgehäuse (5) erstreckt und in die Bohrung (5A) mündet.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Ventiltasche (2D) sich in Umfangsrichtung der Bohrung (5A) nur über einen Teil des Umfangs der Bohrung (5A) im Ventilgehäuse (5) erstreckt und in die Bohrung (5A) mündet.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) sich in Umfangsrichtung der Bohrung (5A) über den gesamten Umfang der Bohrung (5A) im Ventilgehäuse (5) erstreckt und in die Bohrung (5A) mündet.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Vorsteuerdruck-Ventiltasche (2A) ein Vorsteuerdruck (p_EDS) an einer Steuerfläche (9) des Ventilschiebers (3) anlegbar ist, der an dem Ventilschieber (3) in eine Stellrichtung des Ventilschiebers (3) angreift, die eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche (2D) bewirkt.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilschieber (3) eine Stellkraft eines elektromagnetischen Aktuators anlegbar ist, die an dem Ventilschieber (3) in eine Stellrichtung des Ventilschiebers (3) wirkend angreift, die eine Erhöhung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche (2D) bewirkt.
Vorsteuerbares Druckregelventil nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinheit (10) vorgesehen ist, deren Federkraft am Ventilschieber (3) in eine Stellrichtung des Ventilschiebers (3) wirkend angreift, die eine Reduzierung des Volumenstromes ausgehend von der Hochdruck-Ventiltasche (2B) in Richtung der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) und eine Erhöhung eines Volumenstromes ausgehend von der Arbeitsdruck-Ventiltasche (2C) in Richtung der Niederdruck-Ventiltasche (2D) bewirkt.
Hydrauliksystem (1) eines Automatgetriebes, insbesondere eines Fahrzeug-Automatgetriebes mit einem vorsteuerbaren Druckregelventil (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.