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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft hydraulische Schaltvorrichtungen zum Steuern
eines Fahrzeugautomatikgetriebes, mit einer einen Metallabschnitt
umfassenden Ventilplatte, die hydraulische Steuerelemente aufweist,
und mit einer Kanalplatte aus Kunststoff, die fluidführende
Kanäle zum Zuführen von Fluid an die hydraulischen
Steuerelemente aufweist, wobei an dem Metallabschnitt ein elektrisches
Steuergerät zum betätigenden Ansteuern der hydraulischenSteuerelemente
anbringbar ist.
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Im
Stand der Technik werden Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen,
wie etwa für Personenkraftwagen (Pkw) über hydraulische
Steuerungen geschalten. Dabei werden hydraulische Steuerelemente,
wie elektromagnetisch betätigte Druckregler und Magnetventile,
sowie hydraulische Schieberventile zur Druckverstärkung
in sog. hydraulischen Schaltvorrichtungen untergebracht. Solche
hydraulischen Schaltvorrichtungen werden auch als hydraulische Schaltgeräte
(HSG) bezeichnet.
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Aus
der Druckschrift
DE
101 01 091 A1 ist eine hydraulische Steuervorrichtung bekannt,
die eine Ventilplatte und eine Kanalplatte mit dazwischenliegender
Dichtungsplatte aufweist. Die Dichtungsplatte ist dabei als Dichtungsblech
ausgeformt. Während bisher die Ventilplatte und die Kanalplatte aus
Metall, vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss, hergestellt sind, versucht
die
DE 101 01 091
A1 eine leichtere und kostengünstigere Variante
einer hydraulischen Steuervorrichtung zu präsentieren.
In der
DE 101 01 091
A1 ist die Kanalplatte zur Gänze aus Kunststoff
und die Ventilplatte überwiegend aus Kunststoff gefertigt.
Lediglich ein kleiner Metallabschnitt ist in die Ventilplatte eingearbeitet,
um ein elektronisches Steuergerät aufzunehmen.
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Zwar
ist die hydraulische Schaltvorrichtung der
DE 101 01 091 A1 kostengünstiger
und leichter als bisher bekannte hydraulische Schaltvorrichtungen,
doch steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit der Schaltvorrichtung
erheblich an, da die von dem elektronischen Steuergerät
abgegebene Wärme nicht ausreichend schnell abgeführt
werden kann.
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Unter
einer Ventilplatte wird im Rahmen dieser Druckschrift eine Vorrichtung
verstanden, die elektromagnetisch angesteuerte Magnetventile und/oder
Druckregler aufnimmt. Ferner nimmt eine solche Ventilplatte auch
die von den Magnetventilen und/oder Druckreglern angesteuerten hydraulischen Schieberventile
auf, die den von den Magnetventilen und/oder Druckreglern geschalteten
hydraulischen Drücke verstärken.
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Unter
einer Kanalplatte wird eine Vorrichtung verstanden, die Kanäle
zum Leiten von Fluiden, insbesondere Hydraulikflüssigkeiten,
aufweist. Um die Verteilerplatte und die Kanalplatte dicht miteinander zu
verbinden, werden die Platten mit einer zwischen ihnen angeordneten
Dichtplatte, die als Dichtblech ausgeführt ist, mittels
einer Vielzahl von Schrauben verschraubt. Dadurch sind die Kanäle
auch bezüglich des Querschnitts geschossen ausgeführt.
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Das
für die Ventilplatte und die Kanalplatte verwendete Material
weist dabei Materialeigenschaften auf, die für die Nutzung
von in automatischen Getrieben verwendeten Fluiden (ATF; Automatic
Transmission Fluids) geeignet sind, insbesondere in einem Temperaturbereich
von –40°C und +150°C in Getrieben verwendbar
sind.
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Die
hydraulische Schaltvorrichtung der
DE 101 01 091 A1 weist auch weitere Nachteile
auf. So weist diese Offenlegung den Nachteil auf, dass die hydraulische
Schaltvorrichtung komplett mit einem elektronischen Steuergerät
versehen durch Montagelinien und somit auch damit zusammenhängenden Prüfprozessen
geführt werden muss. Die während des Prüfprozesses
vorliegenden Hochtemperaturen sind für die Elektronik nachteilig.
Die Ausfallwahrscheinlichkeit der hydraulischen Schaltvorrichtung wird
somit weiter erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Angesichts
des skizzierten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird gattungsgemäß dadurch erreicht, dass
der Metallabschnitt eine Wärmeübertragungsfläche
zum direkten Wärmeübertragen auf eine Getriebemontageflache
aufweist. Eine solche Lösung ist in Anspruch 1 beansprucht.
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Durch
eine derartige Ausgestaltung einer hydraulischen Schaltvorrichtung
wird es möglich, dass die durch das elektronische Steuergerät
abgegebene Wärme besonders schnell an eine Wärmesenke, nämlich
ein Gehäuse eines Getriebes, das im Regelfall aus Metall
gefertigt ist, abgegeben wird. Da das Steuergerät direkt
auf dem Metallabschnitt der Ventilplatte angebunden ist und über
den Metallabschnitt direkt in wärmeübertragender
Verbindung mit dem Getriebe steht, wird eine so ausreichende Wärmeabfuhr
gewährleistet, dass die hydraulische Schaltvorrichtung
dauerhaft über einen langen Zeitraum als Minderung der
Ausfallwahrscheinlichkeit nutzbar ist. Ferner wird eine kostengünstigere
Herstellung möglich. Zusätzlich wird eine Gewichtsreduzierung
der hydraulischen Schaltvorrichtung erzielt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsformen werden nachfolgend näher beschrieben
und in den Unteransprüchen beansprucht.
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Es
ist von besonderem Vorteil, wenn der Abstand zwischen dem Metallabschnitt
und der Montagefläche möglichst gering ist, vorzugsweise
gleich Null ist, insbesondere dann, wenn die Ventilplatte zur Gänze
aus metallischem Material besteht. Die Ventilplatte ist dann einfacher
herstellbar, da sie nur aus einem Material, nämlich Metall,
besteht. Die Montagefreiheit der Ventilplatte relativ zum Getriebe
wird erhöht. Egal an welcher Stelle die Ventilplatte in
Kontakt mit dem Getriebe gerät, wird eine Wärmebrücke zwischen
dem elektronischen Steuergerät einerseits und dem Getriebe
andererseits hergestellt. Eine effiziente Wärmeabfuhr ist
die Folge. Je geringer der Abstand zwischen dem Metallabschnitt
und der Montagefläche ist, desto schneller ist die durch
das elektronische Steuergerät verursachte Wärme
abführbar.
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Wenn
zwischen der Kanalplatte und der Ventilplatte eine Dichtungsplatte
befindlich ist, so lässt sich Leckage aus den fluidführenden
Kanälen wirkungsvoll verhindern.
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Um
möglichst kostengünstige Dichtungen verwenden
zu können, ist es von Vorteil, wenn die Dichtungsplatte
in einer weiteren Ausführungsform aus Metall besteht. Es
lassen sich dann Dichtungsplatten in Form von Dichtungsblechen verwenden, was
zur Minimierung der Vorratshaltung an Einzelbauteilen führt.
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Besonders
vorteilhaft ist es in einer weiteren Ausführungsform, wenn
die Kanalplatte einen Dichtungsabschnitt aufweist, der direkt in
Kontakt mit der Ventilplatte steht. Bei einer solchen Ausführungsform lässt
sich die Verwendung einer separaten Dichtungsplatte vermeiden. Die
Teilevielfalt wird dadurch reduziert, was zu einer Kosteneinsparung
führt. Um die Dichtigkeit bei Wegfall einer Dichtungsplatte
zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Dichtungsabschnitt
ein integraler Bestandteil der Kanalplatte ist. Auf diese Art lässt
sich in einer solchen Ausführungsform auch die Montage
vereinfachen, da kein zusätzliches Einfügen einer
Dichtungsplatte notwendig wird. Es wird sogar die Ventilplatte direkt
auf die Kanalplatte aufgesetzt, was dann schon zu einer Abdichtung
der fluidführenden Kanäle führt. Da im
Allgemeinen Hochdruckfluide in den Kanälen geführt werden,
ist es in einer weiteren Ausführungsform von Vorteil, wenn
der Dichtungsabschnitt eine in die Kanalplatte eingefügte
Dichtung umfasst, da sich dann gezielt auf die entsprechenden chemischen
Voraussetzungen des in den Kanälen geführten Fluids
eingehen lässt.
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Um
die Dichtigkeit auch bei hohen Drücken in den Kanälen
zu gewährleisten, insbesondere bei der Verwendung von aggressiven
Hochdruckflüssigkeiten, ist es in einer weiteren Ausführungsform
von Vorteil, wenn die Dichtung in die Kanalplatte eingespritzt ist.
Eine Unverrutschbarkeit der Dichtung relativ zur Kanalplatte bei
Montage mit der Ventilplatte, wird dadurch zusätzlich gewährleistet.
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Es
ist von besonderem Vorteil, wenn in einer weiteren Ausführungsform
die Kanalplatte und die Ventilplatte zusammengepresst miteinander
in Verbindung stehen. Eine solche Zusammenpressung kann dann kostengünstig über
herkömmliche Verbindungsmittel, wie etwa Schrauben, Niete
oder Bördelungen erreichen.
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Wenn
die Kanalplatte auf der der Ventilplatte abgewandten Seite gewichtsreduzierende
Aussparungen aufweist und/oder die Kanalplatte ein mit einer Buchse
verstärktes Durchgangsloch zum Aufnehmen einer Befestigungsschraube
aufweist, so lässt sich das Gesamtgewicht der hydraulischen Schaltvorrichtung
verringern, was zu einer Verminderung von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug
führt, so die hydraulische Schaltvorrichtung dort verwendet wird
und/oder eine Beschädigung der Kanalplatte bei der Montage
verhindert wird. Durch die in die Kanalplatte eingearbeiteten Buchsen
werden die Kräfte schadensfrei in die Kunststoffkanalplatte
eingeleitet. Da ein Relaxieren des kunststoffs über die
Lebenszeit auftritt, lässt sich die Vorspannung mit einer
vorzugsweise aus Metall gefertigten Buchse dauerhaft gewährleisten.
Brüche oder Sprünge der Kanalplatte beim Anziehen
einer Schraube, während des Zusammenpressens der Ventilplatte
und der Kanalplatte, werden ferner wirkungsvoll verhindert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht auf eine hydraulische Schaltvorrichtung
mit montiertem elektronischem Steuergerät, wobei die Schaltvorrichtung
an einem Getriebe befestigt ist,
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2 eine
Ausführungsvariante der hydraulischen Schaltvorrichtung
ohne der aus
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1 zu
sehenden Dichtungsplatte, welche durch an der Kanalplatte vorhandene
eingespritzte Dichtungen ersetzt ist und
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3 eine
zweite Ausführungsvariante der hydraulischen Schaltvorrichtung
aus 1, unter Verzicht einer Dichtungsplatte, wegen
Verwendung von Pressverbindungen zwischen der metallischen Ventilplatte
und der aus Kunststoff gefertigten Kanalplatte.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine hydraulische Schaltvorrichtung 1. Die hydraulische
Schaltvorrichtung 1 umfasst eine Ventilplatte 2 mit
einem Metallabschnitt 3.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die
Ventilplatte 2 zur Gänze aus Metall gefertigt.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, Aluminiumguss hierfür
zu verwenden. In der Ventilplatte 2 sind Ausnehmungen zum
Aufnehmen von hydraulischen Steuerelementen 4 vorhanden.
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Auf
der einen Seite der Ventilplatte
2 sind die hydraulischen
Steuerelemente
4 als Verstärkerschieber
5 ausgebildet.
Die Verstärkerschieber
5 sind vorteilhafterweise
aus Metall gefertigt. Dadurch, dass die aus Metall gefertigten Verstärkerschieber
in Ausnehmungen der metallenen Ventilplatte
2 bewegbar angeordnet
sind, werden Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Materialeigenschaften
verhindert. Während bei der
DE 101 01 091 A1 metallische Verstärkerschieber
in Ausnehmungen der aus Kunststoff gefertigten Ventilplatte bewegbar
sind, wodurch dann entweder Leckage oder Schwergängigkeit
nachteiligerweise auftritt, wird dies bei der erfindungsgemäßen
hydraulischen Schaltvorrichtung
1 vermieden.
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Auf
der dem Verstärkerschieber 5 gegenüberliegenden
Seite der Ventilplatte 2 ist das hydraulische Steuerelement 4 als
Schieberventil oder Druckregler 6 ausgebildet. Auf der
Ventilplatte 2, insbesondere im Bereich des Metallabschnitts 3,
ist ein elektronisches Steuergerät 7 angeordnet.
Das elektronische Steuergerät 7 wird auch als
Transmission Control Unit (TCU) oder als elektronische Schaltung
bezeichnet. Das elektronische Steuergerät 7 ist
im direkten Wärmekontakt mit dem Metallabschnitt 3.
Das elektronische Steuergerät 7 gibt über
eine Kontaktierungseinheit 8 Steueranweisungen an das Schieberventil/den
Druckregler 6.
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Das
elektronische Steuergerät 7 ist von einem Schaltungsmodul 9 umgeben,
mittels dessen die steuerungsrelevanten Informationen an die Kontaktierungseinheit 8 und
nachfolgend an das Schaltungsmodul 9 weitergegeben werden.
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Auf
der dem elektronischen Steuergerät 7 gegenüberliegenden
Seite der Ventilplatte 2 ist eine Kanalplatte 10 angeordnet.
Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen
der Kanalplätte 10 und der Ventilplatte 2 noch
eine optionale Dichtungsplatte 11 angeordnet. Die Dichtungsplatte 11 ist
aus Metall gefertigt und ist vorzugsweise als Dichtungsblech ausgebildet.
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Die
Kanalplatte 10 ist aus Kunststoff gefertigt. Lediglich
im Bereich von Ausnehmungen 12 sind metallische Einsätze
in Form von Buchsen 13 eingebracht. Durch die Buchsen,
und damit auch durch die Ausnehmungen 12, ragen Befestigungselemente, die
vorzugsweise als Schrauben 14 ausgebildet sind. Auch andere
Befestigungsmittel, wie etwa Niete oder Bolzen lassen sich verwenden.
Zusätzlich zu den Ausnehmungen 12 sind auch gewichtsreduzierende Aussparungen 15 in
der Kanalplatte 10 vorhanden. Die Aussparungen 15 ragen
jedoch nicht bis in den Bereich von Kanälen 16.
In den Kanälen 16 ist Hochdruckfluid vorhanden.
Das Hochdruckfluid gelangt über entsprechende Fluidleitungen
zu den hydraulischen Steuerelementen 4.
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Das
elektronische Steuergerät 7 produziert beim Betrieb
Wärme. Die Wärme wird über den mit Pfeilen
dargestellten Wärmestrom Q über die Ventilplatte 2,
und insbesondere über den Metallabschnitt 3 an
ein Getriebe 17 abgeleitet. Das Getriebe 17 weist
einen Vorsprung 18 auf, der in direktem Kontakt mit dem
Metallabschnitt 3 der Ventilplatte 2 steht, und somit
eine einfache Wärmeableitung ermöglicht.
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Im
vorliegenden Ausführungsfall ist die gesamte Ventilplatte 2 aus
Metall gefertigt. Allerdings ist es ausreichend, dass nur der Metallabschnitt 3 der Ventilplatte 2 unabhängig
vom Rest der Ventilplatte 2 aus Metall gefertigt ist. Der
Rest der Ventilplatte 2 kann dann auch aus Kunststoff gefertigt
sein. Allerdings muss in einem solchen Fall, der Metallabschnitt 3 ebenfalls
die Ausnehmungen für die hydraulischen Steuerelemente 4 stellen.
Auch muss die Wärmeleitung des elektrischen Steuergeräts 7 über
den Metallabschnitt 3 direkt auf den Vorsprung 18 des
Getriebes 17 sichergestellt sein. Um Verklemmungen oder
Leckage der ca. 60 bis 80 mm langen Verstärkerschieber
zu vermeiden, muss entsprechend in den Metallabschnitt 3 ein
ausreichend tiefes Loch vorgesehen sein. Das Loch kann dann als
Bohrung, Fräsung oder nachbearbeitetes Loch ausgebildet
sein.
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Um
auf die Dichtungsplatte 11 verzichten zu können,
was zu einer weiteren Gewichtseinsparung, Kostenreduzierung und
einfachere Montage der hydraulischen Schaltvorrichtung führt,
sind in den Ausführungsvarianten, wie sie in 2 und 3 dargestellt
sind, Dichtungsabschnitte 19 in die Kanalplatte 10 eingebracht.
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In 2 ist
ein schematischer Ausschnitt um einen der Kanäle 16 der
Kanalplatte 10 im zusammengebauten Zustand mit der Ventilplatte 2 dargestellt.
Der zwischen der Ventilplatte 2 und der Kanalplatte 10 vorhandene
Spalt 20 ist übertrieben groß dargestellt.
In der dargestellten Ausführungsform, der ersten Variante,
ist der Dichtungsabschnitt 19 als in die Flanken des Kanals 16 eingesetzte
separate Dichtung 21 dargestellt. Die Dichtung 21 ist
in die Kanalplatte 10, welche aus Kunststoff besteht, eingespritzt.
Die Dichtung 21 ist dabei bezüglich der Materialwahl
für die Abdichtung der Kanäle 16 besonders abgestimmt.
Die Materialwahl der Dichtung 21 ist besonders gegen den
Ausfluss von Hochdruckfluiden resistent und gut abdichtend.
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Während
in 2 in einer ersten Variante separate Dichtungen 21 in
die Kanalplatte 10 eingearbeitet sind, verzichtet die zweite
Variante, wie sie in 3 dargestellt ist, auf solche
separaten Dichtungen 21 und behilft sich mit der integralen
Ausgestaltung des Dichtungsabschnittes 19 als Teil der
Kanalplatte 10. Allerdings ist der für die Herstellung
der Kanalplatte 10 gewählte Kunststoff besonders
zum Abdichten der hochdruckfluidführenden Kanäle 16 geeignet.
Ferner wird die Kanalplatte 10 dazu mit hohem Druck auf
die Ventilplatte 2 gepresst.
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Die
zwei Varianten aus 2 und 3 sind,
abgesehen vom Dichtungsaspekt, baugleich zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform. In 1 ist mittels
des Bezugszeichens 22 eine Wärmeübertragungsfläche
gekennzeichnet, die eine Montagefläche zum Befestigen des
Getriebes 17 mit seinem Gehäuse, insbesondere
des Vorsprungs 18, bildet. Dabei ist die Wärmeübertragungsfläche
als Getriebemontagefläche ausgebildet.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Steuervorrichtung
1 muss
keine zusätzliche Ölkühlung des Steuergerätes
7 vorgesehen
werden, wie etwa bei der
DE
10 101 091 A1 , bei der Hydraulikflüssigkeit in
Kanälen unterhalb des Steuergerätes für
die Wärmeabfuhr zuständig ist. Es ist aber möglich,
diese Kühlmöglichkeit als Variante mit zu integrieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10101091
A1 [0003, 0003, 0003, 0004, 0008, 0027, 0038]