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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Druckregelventil zur Regelung eines Drucks
in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein
Verfahren zum Herstellen eines Druckregelventils für ein
Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des
entsprechenden nebengeordneten Patentanspruchs.
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Bei
modernen PKW-Automatikgetrieben werden zur Betätigung von
hydraulischen Kupplungen zum Wechseln der Gänge Druckregelventile
benötigt. Die bekannten Druckregelventile werden elektromagnetisch
betätigt und umfassen deshalb im Allgemeinen zwei Grundkomponenten,
einen Magnetteil und einen Hydraulikteil. Der Magnetteil setzt sich im
Wesentlichen aus einem Anker, einem Polrohr und einer Magnetspule,
der Hydraulikteil aus einem Flansch, einem Betätigungselement,
mindestens einem Ventilsitz, einem Filterelement und O-Ringen zusammen.
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Aus
der
DE 10 2006
046 825 A1 ist ein Druckregelventil bekannt, bei dem ein
magnetischer Eisenkreis des Druckregelventils lediglich durch maximal
drei Bauteile gebildet wird. Diese Teile des magnetischen Eisenkreises
sind durch einfache Fügeprozesse miteinander verbunden,
ohne dass weitere Zusatzteile benötigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Druckregelventil der eingangs genannten
Art weiterzuentwickeln, bei dem das Druckregelventil zuverlässig, schnell
und noch kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruch
1 gelöst, sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines
Druckregelventils mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner
in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die
Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen
Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können,
ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte
Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Um
ein Verkanten bei einem Einlegen des Ventilsitzes und ein dadurch
hervorgerufenes eventuelles Beschädigen des Spritzwerkzeugs
zu vermeiden, wird der erfindungsgemäße Ventilsitz
in einem separaten Herstellungsprozess hergestellt und anschließend
während einer Montage mit einfachen Handgriffen (auch maschinell
mit Roboterarmen möglich) in einen vorgespritzen Aufnahmeabschnitt des
Flansches unlösbar eingesetzt. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess
des Druckregelventils und verringert das Risiko der Beschädigung
des Spritzwerkzeugs. Außerdem können die Spritzzyklen
entsprechend erhöht werden, da das zeitaufwändige Einsetzen
des Ventilsitzes während des Spritzverfahrens entfällt.
Die Herstellung des Druckregelventils wird also kostengünstiger.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Flachsitz an seinem äußeren
Umfang Widerhaken und/oder Rastmittel aufweist, die mit dem Aufnahmeabschnitt
zusammenwirken, und/oder in den Aufnahmeabschnitt eingepresst ist.
Der Flachsitz wird bspw. als Klemmteil während der Montage
mit einer definierten Kraft in den Aufnahmeabschnitt eingedrückt, bis
er bspw. an einer Bodenfläche des Aufnahmeabschnitts aufsitzt.
Die Widerhaken bzw. Rastmittel fahren dabei an einer Innenwand des
Aufnahmeabschnitts entlang und stellen sicher, dass eine Bewegung
des Flachsitzes in den Aufnahmeabschnitt nur in Richtung zur Bodenfläche
hin, nicht jedoch in Gegenrichtung, möglich ist. Ist die
Bodenfläche erreicht, ist eine weitere Bewegung ausgeschlossen.
Dies ermöglicht bei Anwendung dieses kostengünstigen
Fügeprozesses eine zuverlässige Positionierung
des Flachsitzes.
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Eine
ideale Ausgestaltung des Flachsitzes wird erreicht, wenn der Flachsitz
als eine Krallscheibe ausgebildet ist, deren Krallarme in einer
Umfangswand des Aufnahmeabschnitts verkrallt sind. Die Krallscheibe
kann einfach und kostengünstig (bspw. in einem Spritzgussverfahren
oder als Blechstanzteil) hergestellt werden. Die Krallarme verhindern
auf einfache Weise ein Zurückbewegen des Flachsitzes dadurch,
dass sich die Krallarme bei dem Einpressvorgang in der Innenwand
des Aufnahmeabschnitts entgegen der Einpressrichtung verkrallen.
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Idealerweise
sind die Krallarme gleichmäßig über den
Umfang des Flachsitzes verteilt. In einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Krallscheibe z. B. vier Krallarme aufweisen. Dies ist einfach
und kostengünstig herzustellen.
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Um
die Zuverlässigkeit der Krallscheibe weiter zu erhöhen,
weisen die Krallarme einen Umbug mit einer Krallkante auf. Hierdurch
wird die Krallfunktion weiter verbessert, und der Flachsitz ist
in einem Spritzgussverfahren oder als Blechstanzteil problemlos
herstellbar.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass ein Bodenabschnitt der Aufnahmeöffnung
einen axialen Dichtabschnitt, bspw. einen kreisförmigen
Dichtwulst aufweist, der am Flachsitz plastisch und/oder elastisch verformt
anliegt. Die Krallscheibe wird in die vorgespritzte Aufnahmebohrung
im Flansch eingedrückt bis die Krallscheibe am Boden der
Aufnahmeöffnung auf dem Dichtabschnitt aufsitzt. Ein separates
Dichtteil kann insoweit entfallen.
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Ergänzend
dazu wird vorgeschlagen, dass der Dichtabschnitt das gleiche Material
umfasst wie das Gehäuse. Das Gehäuse ist vorzugsweise
aus Kunststoff hergestellt. Dabei kann ein geeigneter Kunststoff
ausgewählt werden, dessen Beschaffenheit neben einer ausreichenden
Gehäusestabilität auch gute Dichtungseigenschaften
gewährleistet. Die Herstellungskosten des Druckregelventils
sind dadurch besonders günstig.
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Alternativ
dazu wird vorgeschlagen, dass der Dichtabschnitt ein spezielles
Dichtmaterial umfasst, um die Abdichtungseigenschaften zu erhöhen.
Dazu kann ein verformbarer Kunststoff oder Gummi gewählt
werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus Kunststoff in
einem Spritzgussverfahren hergestellt ist und dass der Flachsitz
aus Metall hergestellt ist. Damit wird jeder Funktion das optimale Material
zugeordnet.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Nachfolgend
wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Druckregelventils im Längsschnitt;
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2 eine
schematische Darstellung eines Hydraulikteils des Druckregelventils
aus 1 im Längsschnitt;
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3 eine
Zeichnung eines Ventilsitzes des Hydraulikteils von 1 oder 2 in
einer Draufsicht; und
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4 eine
Detailansicht IV von 2.
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Detaillierte Beschreibung
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Das
in 1 dargestellte Druckregelventil ist als ein Dreiwege-Druckregelventil
ausgestaltet und ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Es umfasst in 1 auf der rechten Seite einen
Magnetteil 12 und auf der linken Seite einen Hydraulikteil 14.
Der Magnetteil 12 umfasst im Wesentlichen eine Magnetspule 16,
einen Magnetanker 18 und ein stabförmiges Betätigungselement 20,
das von einem Federelement 22 in 1 nach links
beaufschlagt ist. Der Magnetanker ist in einem Polrohr 24 geführt.
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Der
Hydraulikteil 14 umfasst drei axial benachbarte Bereiche
für ein Druckmedium, einen Einlassbereich 26,
einen Auslassbereich 28 und einen Arbeitsbereich 30,
wobei der Arbeitsbereich 30 zwischen Einlassbereich 26 und
Auslassbereich 28 angeordnet ist. Ein kugelförmiges,
erstes Schließelement 32 (”Schließabschnitt”)
arbeitet mit einem ersten Ventilsitz 33 zusammen und kann
den Einlassbereich 26 zum Arbeitsbereich 30 hin
verschließen. Der Arbeitsbereich 30 kann ferner
durch ein scheibenförmiges, zweites Schließelement 34 zum
Auslassbereich 28 hin verschlossen werden. Das Schließelement 34 wirkt
mit einem zweiten Ventilsitz 36 zusammen, der als ringförmiger
Flachsitz ausgebildet ist und in einer Aufnahmebohrung 38 (”Aufnahmeabschnitt”)
eines Flansches 39 eingesetzt ist. Eine detaillierte Beschreibung
des Ventilsitzes 36 folgt weiter hinten. Das erste Schließelement 32 ist
eine lose Kugel, die in vier Führungsstegen (nicht dargestellt)
axial geführt und über den Druck im Einlassbereich 26 gegen
das Betätigungselement 20 gedrückt wird. Das
Schließelement 34 ist mit dem Betätigungselement 20 fest
verbunden. Das Betätigungselement 20 ist derart
ausgestaltet, dass in jeder Endstellung des Betätigungselements 20 immer
eines der beiden Schließelemente 32 und 34 geöffnet
und das andere geschlossen ist. Zur Abdichtung der drei Bereiche gegeneinander
ist der Arbeitsbereich 30 bei einem eingebauten Druckregelventil 10 zum
Einlassbereich 26 durch einen ersten O-Ring 40 und
zum Auslassbereich 28 durch einen zweiten O-Ring 42 abgedichtet.
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Das
Druckregelventil 10 regelt den Druck im Arbeitsbereich 30 und
funktioniert im Wesentlichen folgendermaßen:
Wenn
ein Druckabfall im Arbeitsbereich 30 registriert wird,
wird eine Steuerinformation an den Magnetteil 12 gesendet.
Die Magnetspule 16 bewegt den Magnetanker 18 und
damit auch das Betätigungselement 20 in der Weise,
dass der Einlassbereich 26 entsprechend geöffnet
wird (Schließelement 32 hebt vom Ventilsitz 33 ab).
Somit kann das Druckmedium aus dem Einlassbereich 26 in
den Arbeitsbereich 30 strömen. Da der Einlassbereich 26 mit
erheblich höherem Druck als dem Regeldruck beaufschlagt
wird, führt dies zu einer Druckerhöhung bei der
Befüllung des Arbeitsbereichs 30, da der Auslassbereich 28 geschlossen
ist (Schließelement 34 liegt am Ventilsitz 36 an).
Das Betätigungselement 20 kann jetzt durch eine
weitere Steuerinformation zurückbewegt werden, sodass der
Einlassbereich 26 gegenüber dem Arbeitsbereich 30 geschlossen
wird (Schließelement 32 liegt am Ventilsitz 33 an).
Der Ausgangsbereich 28 wird dabei mit dem Arbeitsbereich 30 verbunden,
indem das Schließelement 34 vom Ventilsitz 36 abhebt.
Dadurch kann das Druckmedium aus dem Arbeitsbereich 30 in
den Auslassbereich 28 abströmen und somit den
zuvor erhöhten Druck im Arbeitsbereich 30 wieder
senken. Dieser Vorgang kann sich in Bruchteilen von Sekunden wiederholen.
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Eine
detaillierte Darstellung des Hydraulikteils 14 des Druckregelventils 10 zeigt 2.
Der ringförmige Ventilsitz 36 weist an seinem
radial äußeren Umfangsbereich 43 radial
abragende Krallarme 46 auf, die an ihrem abragenden Ende
in entgegengesetzter Richtung zu einer Bodenfläche 44 der
Aufnahmebohrung 38 abgebogen sind. Dazu umfassen die Krallarme 46 an
den freien Enden einen Umbug 47 mit einer Krallkante 49 und
krallen damit an einer inneren Umfangswand 51 der Aufnahmebohrung 38 (vgl. 4).
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Die
Krallarme 46 fahren bei einer Montage an einer Innenwand
des Aufnahmeabschnitts 38 entlang und stellen sicher, dass
eine Bewegung des Ventilsitzes 36 in dem Aufnahmeabschnitt 38 nur
in Richtung der Bodenfläche 44 möglich
ist. Ist die Bodenfläche 44 erreicht, ist eine
weitere Bewegung ausgeschlossen.
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3 zeigt
eine Zeichnung des Ventilsitzes 36 in einer Draufsicht.
Der Ventilsitz 36 besteht im Wesentlichen aus einem Ring 48,
der an einem Außenumfang 43 jeweils abwechselnd
vier kürzere Laschen 50 und vier die o. g. Krallarme 46 bildende
Laschen 52 angeordnet hat. Der Durchmesser D des Rings 48 inklusive
der Länge der kürzeren Laschen 50 entspricht
mit geringem Spiel dem Durchmesser der Aufnahmebohrung 38.
Der Durchmesser DD des Rings 48 inklusive der Krallarme 46 ist
größer als der Durchmesser D.
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4 zeigt
den Seitenbereich 43 des Ventilsitzes 36 im Detail.
Der Ventilsitz 36 ist in die Aufnahmebohrung 38 eingepresst.
Der Flansch 39 weist an der Bodenfläche 44 der
Aufnahmebohrung 38 – von deren Umfangswand 51 etwas
nach innen versetzt – einen Dichtwulst 54 auf,
der den Arbeitsbereich 30 gegenüber dem Auslassbereich 28 abdichtet.
Der Dichtwulst 54 ist in 4 gestrichelt
angedeutet. Der Dichtwulst 54 kann aus dem gleichen Material
des Flansches 39 (z. B. Kunststoff) hergestellt sein, wenn das
Material dichtende Eigenschaften aufweist. Er kann aber auch aus
einem speziellen, verformbaren Dichtmaterial hergestellt sein, der
in den Flansch 39 eingelassen ist.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen
Druckregelventils umfasst folgende Schritte:
- – Ein
Druckregelventilgehäuse wird durch ein Spritzgussverfahren
derart hergestellt, dass es im Flansch 39 den Aufnahmeabschnitt 38 für
den Ventilsitz 36 aufweist.
- – Der Dichtwulst 54 wird hergestellt und an
der Bodenfläche 44 des Aufnahmeabschnitts 38 eingebracht
(alternativer Verfahrensschritt).
- – Der Ventilsitz 36 wird in einem separaten
Verfahren hergestellt.
- – Der Ventilsitz 36 wird in den Aufnahmeabschnitt 38 während
der Montage eingepresst. Dabei gewährleisten die Laschen 50 des
Ventilsitzes 36 eine genaue Zentrierung des Ventilsitzes 36 in
der Aufnahmebohrung 38.
- – Der Dichtwulst 54 kann beim Einpressen des Ventilsitzes 36 in
den Aufnahmeabschnitt 38 verformt werden (alternativer
Verfahrensschritt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006046825
A1 [0003]