DE102009051231A1

DE102009051231A1 - Hydraulikventil einer Hydrauliksteuerung zur Ansteuerung einer Hybridkupplung und eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102009051231A1
Application number: DE102009051231A
Authority: DE
Inventors: Uwe Bastian; Eric MÜLLER
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil einer Hydrauliksteuerung zur Ansteuerung einer Hybridkupplung und eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, mit - einer Ventilbohrung, - einem in der Ventilbohrung verschieblich gelagerten Ventilschieber, - einer der Ventilbohrung zugeordneten und einer hydraulischen Pumpe zuordenbaren Eingangslamelle, - einer der Ventilbohrung zugeordneten und der Hybridkupplung zuordenbaren ersten Ausgangslamelle, - einer der Ventilbohrung zugeordneten und dem Getriebe zuordenbaren zweiten Ausgangslamelle, - einer Verstellvorrichtung zum Einleiten einer eine Verschiebung des Ventilschiebers bewirkenden Stellkraft in den Ventilschieber, wobei in einer Zwischenstellung des Ventilschiebers die Eingangslamelle der ersten und der zweiten Ausgangslamelle zugeordnet ist und ein an der Eingangslamelle anliegender Pumpendruck pp eine der Stellkraft entgegenwirkende Druckkraft in den Ventilschieber einleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil einer Hydrauliksteuerung zur Ansteuerung einer Hybridkupplung und eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges.
Es ist bekannt, ein Getriebe, beispielsweise ein Automatikgetriebe, sowie eine zugeordnete Hybridkupplung eines Kraftfahrzeuges mit einem Hydraulikmedium zu versorgen. Bei bestimmten Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges kann vorgesehen sein, mittels einer elektrischen Hydraulikpumpe eine Grundversorgung des Getriebes zu übernehmen, beispielsweise falls der Verbrennungsmotor stillsteht und eine diesem zugeordnete mechanisch angetriebene Hydraulikpumpe keinen Volumenstrom liefert. Zur Versorgung der Hybridkupplung und des Getriebes mit dem Hydraulikfluid ist es bekannt, die Versorgung mittels Hydraulikventilen zu steuern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Hydraulik zur Versorgung einer Hybridkupplung und eines Getriebes mit einem Hydraulikfluid bereitzustellen, die insbesondere einen einfacheren Aufbau aufweist.
Die Aufgabe ist durch ein Hydraulikventil einer Hydrauliksteuerung zur Ansteuerung einer Hybridkupplung und eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges gelöst, mit einer Ventilbohrung, einem in der Ventilbohrung verschieblich gelagerten Ventilschieber, einer der Ventilbohrung zugeordneten und einer hydraulischen Pumpe zuordenbaren Eingangslamelle, einer der Ventilbohrung zugeordneten und der Hybridkupplung zuordenbaren ersten Ausgangslamelle, einer der Ventilbohrung zugeordneten und dem Getriebe zuordenbaren zweiten Ausgangslamelle und einer Verstellvorrichtung zum Einleiten einer eine Verschiebung des Ventilschiebers in der Ventilbohrung bewirkenden Stellkraft in den Ventilschieber, wobei in einer Zwischenstellung des Ventilschiebers die Eingangslamelle der ersten und der zweiten Ausgangslamelle zugeordnet ist und ein an der Eingangslamelle anliegender Pumpendruck p_p eine der Stellkraft entgegenwirkende Druckkraft in den Ventilschieber einleitet. Vorteilhaft können mittels des Hydraulikventils die Hybridkupplung und das Getriebe mit einem von der hydraulischen Pumpe bereitgestellten Hydraulikmedium versorgt werden. Vorteilhaft ist es möglich, in der Zwischenstellung beide gleichermaßen mit dem Hydraulikmedium zu versorgen. Vorteilhaft ist es möglich, mittels der Verstellvorrichtung die Stellkraft so vorzugeben, dass sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Stellkraft und der Druckkraft an dem Ventilschieber einstellt, das zur Ansteuerung beziehungsweise Versorgung der Hybridkupplung und des Getriebes mit dem Hydraulikmedium entsprechend gewählt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass der Ventilschieber einen ersten Durchmesser d und einen zweiten größeren Durchmesser D aufweist und die Druckkraft sich aus dem Produkt des Pumpendrucks p_p mit einer Differenz (D² – d²) der Quadrate der Durchmesser und mit einem Viertel des Wertes Pi (π) berechnet. Der Pumpendruck p_p wirkt in Form der Druckkraft auf den Ventilschieber zurück, so dass bekannte Funktionen, wie beispielsweise eine Druckbegrenzung mittels des Kräftegleichgewichts erfüllbar sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass der Ventilschieber einen den ersten Durchmesser d aufweisenden ersten Abschnitt aufweist, der in der Zwischenstellung die Eingangslamelle zu der Ausgangslamelle freigibt. Mittels des ersten Abschnitts des Ventilschiebers kann wahlweise die Eingangslamelle in Richtung beider Ausgangslamellen freigegeben oder abgesperrt werden, wobei im abgesperrten Zustand einer der Ausgangslamellen die jeweils andere geöffnet ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt eine erste Steuerkante aufweist, die in einer ersten Stellung des Ventilschiebers die Eingangslamelle von der ersten Ausgangslamelle abtrennt. Mittels der ersten Steuerkante kann die Eingangslamelle von der ersten Ausgangslamelle wahlweise abhängig von einer Stellung des Ventilschiebers in der Ventilbohrung abgetrennt oder dieser zugeordnet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt eine zweite Steuerkante aufweist, die in einer zweiten Stellung des Ventilschiebers die Eingangslamelle von der zweiten Ausgangslamelle abtrennt. Mittels der zweiten Steuerkante kann die Eingangslamelle in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilschiebers in der Ventilbohrung von der Ausgangslamelle abgetrennt oder dieser zugeordnet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass der Ventilschieber einen den zweiten Durchmesser D aufweisenden zweiten Abschnitt aufweist, der in einer Tankstellung des Ventilschiebers die erste Ausgangslamelle mit einer einem drucklosen Tank zuordenbaren Tanklamelle verbindet. Vorteilhaft kann mittels der Druckkraft, die auch an dem größeren zweiten Durchmesser D anliegt, im Falle eines erhöhten Drucks die Druckkraft so erhöht werden, dass sich der Ventilschieber von selbst in die Tankstellung bewegt und mittels der Zuordnung der ersten Ausgangslamelle zur Tanklamelle für einen Druckabbau sorgt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass die Ventilbohrung an die Abschnitte des Ventilschiebers angepasste unterschiedliche Innendurchmesser aufweist. Der Ventilschieber ist gleitend hin und her verschieblich innerhalb der Ventilbohrung gelagert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung einen Proportionalmagnet aufweist. Vorteilhaft kann mittels des Proportionalmagnets abhängig beziehungsweise proportional zu einer Bestromung die Stellkraft eingestellt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung eine mit einem Steuerdruck beaufschlagbare Vorsteuerdruckfläche zum Erzeugen der Stellkraft aufweist. Vorteilhaft kann die Stellkraft entsprechend beziehungsweise proportional zu dem Steuerdruck eingestellt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung ein der Vorsteuerdruckfläche vorgeschaltetes Vorsteuerventil zur Bereitstellung des Steuerdrucks aufweist. Vorteilhaft kann zum Einstellen des Stelldrucks ein vergleichsweise klein aufgebautes Hydraulikventil in Form des Vorsteuerventils verwendet werden. Das Vorsteuerventil kann ebenfalls mittels eines Proportionalmagneten angesteuert werden, wobei dieser jedoch im Vergleich zu einem zur direkten Ansteuerung des Ventilschiebers erforderlichen Proportionalmagneten deutlich kleiner dimensioniert werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist vorgesehen, dass die Eingangslamelle zwischen den Ausgangslamellen angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Eingangslamelle auf einfache Art und Weise wie vorab beschrieben den Ausgangslamellen zugeordnet oder von diesen abgetrennt werden.
Die Aufgabe ist außerdem bei einer Getriebeanordnung mit einem automatisierten Getriebe, einer Hybridkupplung und einer Hydrauliksteuerung, die ein vorab beschriebenes Hydraulikventil aufweist, gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Hydraulikventils mit einer Eingangslamelle und zwei Ausgangslamellen, wobei ein Ventilschieber in einer ersten Stellung dargestellt ist;
2 den in 1 dargestellten Längsschnitt des Hydraulikventils, wobei der Ventilschieber in einer zweiten Stellung dargestellt ist;
3 den in den 1 und 2 dargestellten Längsschnitt des Hydraulikventils, wobei der Ventilschieber in einer Zwischenstellung dargestellt ist;
4 den in den 1 bis 3 dargestellten Längsschnitt des Hydraulikventils, wobei der Ventilschieber in einer Tankstellung dargestellt ist;
5 einen Längsschnitt eines weiteren Hydraulikventils mit einer Eingangslamelle und zwei Ausgangslamellen, wobei im Unterschied eine Vorsteuerdruck-Eingangslamelle zum Beaufschlagen des Ventilschiebers mit einem Vorsteuerdruck vorgesehen ist;
6 einen Längsschnitt eines Vorsteuerventils zum Bereitstellen eines Vorsteuerdrucks, wobei ein Vorsteuerventilkolben in einer Offen-Stellung dargestellt ist und
7 den in 6 dargestellten Längsschnitt des Vorsteuerventils, wobei der Ventilschieber in einer Geschlossen-Stellung dargestellt ist.
1 zeigt einen Längsschnitt eines Hydraulikventils 1 mit einem in einer Ventilbohrung 3 hin und her verschieblich gelagerten Ventilschieber 5. Der Ventilschieber 5 ist mittels einer Verstellvorrichtung 7, die einen Proportionalmagnet 9 aufweist, mit einer Stellkraft beaufschlagbar. Die Stellkraft, die in 1 mittels eines Pfeils 11 angedeutet ist, und in Ausrichtung der 1 gesehen rechts wirkt, ist proportional zu einer Bestromung des Proportionalmagnets 9.
Der Ventilschieber 5 weist einen ersten Abschnitt 13, der zwischen einem zweiten Abschnitt 15 und einem dritten Abschnitt 17 angeordnet ist, auf. Die Abschnitte 13, 15, 17 sind jeweils mittels durchmesserkleineren Verbindungsstücken 19 miteinander verbunden. Zwischen dem zweiten Abschnitt 15 und dem Proportionalmagnet 9 ist ebenfalls ein Verbindungsstück 19 zum Einleiten der Stellkraft vorgesehen. Der dritte Abschnitt 17 weist, in Ausrichtung der 1 gesehen, rechts ein Anschlagstück 23 auf, das an einem Gehäuse 21 des Hydraulikventils 1 anschlagen kann. Das Anschlagstück 23 weist ebenfalls einen verringerten Durchmesser auf.
Der erste Abschnitt 13 weist einen ersten Durchmesser d 25 auf, wobei im Bereich des ersten Abschnitts 13 die Ventilbohrung 3 einen an den ersten Durchmesser d 25 angepassten Innendurchmesser aufweist. Der dritte Abschnitt 17 weist ebenfalls den ersten Durchmesser d 25 auf. Der zweite Abschnitt 15 weist einen zweiten Durchmesser D 27 auf, der größer ist als der erste Durchmesser d 25.
Das Hydraulikventil 1 ist Teil einer nur teilweise dargestellten Hydrauliksteuerung 29. Die Hydrauliksteuerung 29 weist einen Tank 31 auf, der üblicherweise drucklos ist. Das Hydraulikventil 1 weist zwei dem Tank 31 zugeordnete beziehungsweise zuordenbare Tanklamellen 33 auf, die wiederum dem zweiten Abschnitt 15 und dem dritten Abschnitt 17 zugeordnet sind. Die Zuordnung erfolgt jeweils auf einer dem mittig angeordneten ersten Abschnitt 13 abgewandten Seite der Abschnitte 15, 17. Vorteilhaft kann so vermieden werden, dass ein zwischen dem dritten Abschnitt 17 und dem ersten Abschnitt 13 beziehungsweise dem zweiten Abschnitt 15 und dem ersten Abschnitt 13 vorhandener Hydraulikdruck einen zwischen der Ventilbohrung 3 und den Abschnitten 15, 17 verbleibenden Spalt durchkriecht und so einen unerwünschten Druck auf der gegenüberliegenden Seite aufbaut. Vorteilhaft kann ein etwa auftretender Leckagestrom, ohne dass sich dabei ein Druck aufbaut, mittels der Tanklamellen 33 an den Tank 31 abgeleitet werden.
Das Hydraulikventil 1 ist einer hydraulischen Energiequelle, beispielsweise einer elektrisch angetriebenen Pumpe 35, zugeordnet. Die Zuordnung kann über ein Rückschlagventil 37 erfolgen, das so angeordnet ist, dass ein Rückfluss von dem Hydraulikventil 1 zur Pumpe 35 verhindert werden kann. Vorteilhaft kann ein mittels der Pumpe 35 aufgebauter Druck in dem Hydraulikventil 1 gehalten werden, falls der Ventilschieber 5 so steht, dass ein Druckabbau über die übrigen Lamellen und/oder diesen zugeordnete Verbraucher nicht erfolgt. Außerdem weist das Hydraulikventil 1 eine erste Ausgangslamelle 39 und eine zweite Ausgangslamelle 41 auf. Die erste Ausgangslamelle 39 kann einer Hybridkupplung 43 und die zweite Ausgangslamelle 41 einem Getriebe 45 zugeordnet werden. Bei dem Getriebe 45 kann es sich beispielsweise um ein Automatikgetriebe eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor handeln, wobei das Getriebe 45 ebenfalls mittels der nicht näher dargestellten Hydrauliksteuerung 29 ansteuerbar sein kann.
Bei der Pumpe 35 kann es sich beispielsweise um eine zusätzliche elektrische Pumpe handeln, die eine weitere Hydraulikpumpe, beispielsweise mittels des Verbrennungsmotors mechanisch angetrieben, unterstützt. Insbesondere bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors oder bei niedrigen Drehzahlen kann es vorkommen, dass die mechanische Pumpe nicht genügend oder keinen Volumenstrom liefert, wobei vorteilhaft die elektrisch betriebene Pumpe 35 einspringen kann. Mittels des Hydraulikventils 1 kann ein von der Pumpe 35 gelieferter Volumenstrom der Hybridkupplung 43 und/oder dem Getriebe 45 zugeführt werden. Im Folgenden wird anhand der 1 bis 4 beispielhaft näher erläutert, wie die Versorgung der Hybridkupplung 43 und des Getriebes 45 mittels des Hydraulikventils 1 steuerbar und/oder regelbar ist.
1 zeigt den Ventilschieber 5 in einer ersten Stellung. 2 zeigt den Ventilschieber 5 in einer zweiten Stellung. In 3 ist eine zwischen den in den 1 und 2 gezeigten Stellungen einnehmbare Zwischenstellung dargestellt. 4 zeigt den Ventilschieber 5 in einer Tankstellung. Die in 2 gezeigte Stellung entspricht einer, in Ausrichtung der Figuren gesehen rechts liegenden Endstellung des Ventilschiebers 5. Die in 4 gezeigte Tankstellung entspricht einer, in Ausrichtung der Figuren gesehen links liegenden Endstellung des Ventilschiebers 5.
Aufgrund des ersten Durchmessers d 25 und des zweiten Durchmessers D 27 der Abschnitte 13, 15, 17 ergibt sich eine auf den Ventilschieber 5 wirkende resultierende Druckkraft, die sich nach der Formel p × (D² – d²) × π/4 berechnen lässt. Dabei gibt p den an den entsprechenden Abschnitten 13, 15, 17 anliegenden Druck an. Dies ist beispielsweise in der in 3 gezeigten Zwischenstellung möglich. Diese Zwischenstellung wird eingenommen, falls der mittels der Pumpe 35 gelieferte Pumpendruck p_p eine Druckkraft ergibt, die der mittels des Proportionalmagneten 9 eingestellten Stellkraft entspricht.
Der Pumpendruck p_p kann mittels dieses Kräftegleichgewichts auf einen an der Hybridkupplung anliegenden Arbeitsdruck p_HK abgeregelt werden, wobei gilt: p_p ≥ p_HK. Dieses Abregeln kann mittels einer ersten Steuerkante 47 des ersten Abschnitts 13 erfolgen. Ein entsprechender Öldruck, der maßgebend ist für das Gleichgewicht, entsteht durch die erste Steuerkante 47, die den Pumpendruck p_p je nach Öffnungsquerschnitt, der zwischen der ersten Steuerkante 47 und der Ventilbohrung 3 verbleibt, mehr oder weniger stark auf den Arbeitsdruck p_HK abregelt. Es gilt p_p ≥ p_HK, abhängig von dem Öffnungsquerschnitt und einem Förderstrom q, der mittels der Pumpe 35 erzeugbar ist, und der über die erste Steuerkante 47 fließt, wobei eine konstante Öltemperatur vorausgesetzt werden kann. Diese Funktion, die der Funktion eines Proportionalventils entspricht, kann mittels des Hydraulikventils 1, wie in 3 dargestellt, in der Zwischenstellung des Ventilschiebers 5 mit einer entsprechenden Bestromung des Proportionalmagnets 9 erfüllt werden. Als Voraussetzung wird die erste Steuerkante 47 nur wirksam, falls ein Versorgungsdruck p_AT größer ist als der Arbeitsdruck p_HK, wobei der Versorgungsdruck p_AT an der zweiten Ausgangslamelle 41 beziehungsweise an dem Getriebe 45 anliegt. Zum Einstellen des Versorgungsdrucks p_AT und zum Verhindern eines Rückflusses von dem Getriebe 45 in Richtung des Hydraulikventils 1 kann der zweiten Ausgangslamelle 41 ein weiteres Rückschlagventil 49 nachgeschaltet sein.
Falls der Versorgungsdruck p_AT unter den Arbeitsdruck p_HK abfällt, also für p_AT < p_HK kann sich vorteilhaft der Pumpendruck p_p auf den Wert von p_HK einstellen, wobei der Versorgungsdruck p_AT durch ein Abregeln mittels einer zweiten Steuerkante 51 des ersten Abschnitts 13 eingestellt werden kann. Die zweite Steuerkante 51 kann bei einer entsprechenden Verschie bung des Ventilschiebers 5, in Ausrichtung der 3 gesehen nach rechts, eine der Pumpe 35 zugeordnete Eingangslamelle 53 in Richtung der zweiten Ausgangslamelle 41 abregeln. Dies kann zur Versorgung des Getriebes 45 erfolgen, wobei hierzu das Hydraulikventil 1 als Druckbegrenzungsventil arbeitet. Diese Funktion kann vorteilhaft je nach Fahrzustand zeitweise verwendet werden. Sollte diese Funktion nicht benötigt werden, kann vorteilhaft über den Proportionalmagneten 9 die Verbindung der Eingangslamelle 53 zur zweiten Ausgangslamelle 41 mittels der zweiten Steuerkante 51 geschlossen werden. Hierzu kann der Proportionalmagnet 9 entsprechend mehr bestromt werden, so dass der Ventilschieber 5 die in 2 gezeigte zweite Stellung einnimmt. Die Pumpe 35 muss in dieser, in 2 gezeigten zweiten Stellung, nur den Arbeitsdruck p_HK bereitstellen und eine möglicherweise auftretende Leckage, beispielsweise an der Hybridkupplung 43, ausgleichen. Vorteilhaft kann dazu die Pumpe 35 intermittierend, also nur zeitweise betrieben werden, wobei vorteilhaft ein bereits aufgebauter Druck mittels des Rückschlagventils 37 aufgebaut bleibt. Es ist denkbar, auf das Rückschlagventil 37 zu verzichten und dafür die Pumpe 35 unterbrechungsfrei zu betreiben.
Die in 2 gezeigte zweite Stellung des Ventilschiebers 5 entsteht, wenn der Proportionalmagnet 9 den Ventilschieber 5 bis zu einem rechten Anschlag, wenn das Anschlagstück 23 an dem Gehäuse 21 anschlägt, verschiebt. Dabei ist die Verbindung zwischen der Pumpe 35 zur Hybridkupplung 43, also die erste Steuerkante 47, voll geöffnet. Die zweite Steuerkante 51 ist geschlossen, so dass kein Volumenstrom von der Eingangslamelle 53 zur zweiten Ausgangslamelle 41 stattfindet. Vorteilhaft nehmen die Tanklamellen 33 eine etwaige Leckage auf, die über Schieberspalte entstehen kann, so dass sich in dahinter liegenden Räumen kein Druck aufbauen kann. Die in 2 gezeigte zweite Stellung des Ventilschiebers 51 kann nur eintreten, wenn die Stellkraft des Proportionalmagneten 9 größer ist als die Druckkraft, die durch den Arbeitsdruck p_HK und den Durchmesserunterschied D–d der Durchmesser 25 und 27 entsteht. Es gilt: F_Magnet > p_HK × (D² – d²) × π/4, wobei F_Magnet die mittels des Proportionalmagneten 9 erzeugbare Stellkraft ist.
In der in 2 gezeigten zweiten Stellung wird die Hybridkupplung 43 dauerhaft mittels der Pumpe 35 mit dem Hydraulikmedium, beispielsweise Öl, versorgt. Die Pumpe 35, die in dieser Situation nur den Druck p_HK für die Hybridkupplung bereitstellen muss, zum Beispiel zum Öffnen der Hybridkupplung 43 beziehungsweise um in geöffnetem Zustand die Leckage auszugleichen, läuft dann entweder dauerhaft, bis die Kupplung geöffnet ist beziehungsweise nur bei Bedarf intermittierend, um die Leckage auszugleichen. Für den intermittierenden Betrieb kann vorteilhaft das Rückschlagventil 37 zwischen die Pumpe 35 und die Eingangslamelle 53 geschaltet sein, um bei geöffneter erster Steuerkante 47 den Arbeitsdruck p_HK aufrecht zu erhalten. Alternativ kann die Pumpe 35 im Dauerbetrieb den benötigten Druck p_HK bereitstellen.
Die in 4 gezeigte Tankstellung des Ventilschiebers 5 entsteht, wenn der Arbeitsdruck p_HK den Ventilschieber 5 zu einem linken Anschlag 55 verschiebt. Die Verbindung zwischen der Pumpe 35 und der Hybridkupplung 43, also die erste Steuerkante 47, wird dabei verschlossen, wobei die Verbindung zwischen der Pumpe 35 und dem Getriebe 45, also die zweite Steuerkante 51 voll geöffnet ist. Außerdem ist eine dritte Steuerkante 57 des zweiten Abschnitts 15 ebenfalls voll geöffnet. Die dritte Steuerkante 57 gibt, in der in 4 gezeigten Tankstellung, die erste Ausgangslamelle 39 in Richtung der links davon angeordneten Tanklamelle 33 frei. Die in 4 gezeigte Tankstellung des Ventilschiebers 5 kann nur eintreten, wenn die Stellkraft des Proportionalmagneten 9 kleiner ist als die Druckkraft, die durch den Arbeitsdruck p_HK und den Durchmesserunterschied (D–d) entsteht. Es gilt: F_Magnet < p_HK × (D² – d²) × π/4. Dies ist beispielsweise möglich, wenn der Proportionalmagnet 9 nicht bestromt ist, wobei in der in 4 gezeigten Tankstellung die erste Ausgangslamelle 39 mit der Tanklamelle 33 verbunden ist. Diese in 4 gezeigte Tankstellung kann vorteilhaft einerseits dazu dienen, beispielsweise eine Grundversorgung des Getriebes 45, beispielsweise ausgelegt als automatisches Getriebe, zu übernehmen und andererseits die Hybridkupplung 43, die beispielsweise als ”normally closed” ausgelegt sein kann, zu schließen, beziehungsweise geschlossen zu halten, indem die Hybridkupplung 43 mit dem Tank 31 verbunden wird. Vorteilhaft passt sich dann auch der Pumpendruck p_p automatisch dem erforderlichen Arbeitsdruck p_AT des Getriebes 45 an.
Gemäß der in 3 gezeigten Zwischenstellung gilt: F_Magnet = p_HK × (D² – d²) × π/4. In diesem Fall stehen also die Druckkraft und die Stellkraft im Gleichgewicht. Grundsätzlich sind für diesen Fall zwei unterschiedliche Druckverhältnisse denkbar, beispielsweise für den Fall p_AT < p_HK und p_AT > p_HK.
Die exakte Stellung des Ventilschiebers 5 hängt also von den Druckverhältnissen und der eingestellten Stellkraft des Proportionalmagneten 9 ab.
Wie in 3 dargestellt, sind die erste Steuerkante 47 und die zweite Steuerkante 51 gleichermaßen geöffnet, wobei die Pumpe 35 mit der Hybridkupplung 43 und dem Getriebe 45 verbunden ist. Vorteilhaft kann die in 3 gezeigte Zwischenstellung dazu genutzt werden, die Hybridkupplung 43 offen zu halten und dabei einen Leckageausgleich zu übernehmen und gleichzeitig die hydraulische Grundversorgung des Getriebes 45, beispielsweise einer entsprechenden Steuerung des Getriebes 45 zu übernehmen beziehungsweise sicherzustellen. Dabei kann einerseits über die eingestellte Stromstärke die Stellkraft vorgegeben werden, die zusammen mit dem Durchmesserunterschied (D – d) der Durchmesser 25, 27 einen bestimmten Arbeitsdruck p_HK vorgibt, so dass gilt: F_Magnet = p_HK × (D² – d²) × π/4 und andererseits ein bestimmter Arbeitsdruck p_AT erzeugt wird. Der Ventilschieber 5 kann vorteilhaft entweder über die erste Steuerkante 47 den erforderlichen Arbeitsdruck p_HK einregeln oder über die zweite Steuerkante 51 einen erforderlichen Versorgungsdruck p_AT einstellen. Der Pumpendruck p_p kann sich vorteilhaft jeweils den Erfordernissen anpassen, je nachdem, welcher Druck an dem Getriebe 45 oder an der Hybridkupplung 43 benötigt wird.
Bei einem beispielhaften Betriebszustand, der der beidseitig geöffneten Zwischenstellung der 3 entspricht, bei dem p_AT < p_HK, beispielsweise p_HK = 4,6 bar und p_AT = 4 bar gilt, kann über den Proportionalmagnet 9 eine Kraft vorgegeben werden, die zusammen mit dem Durchmesserunterschied (D – d) dem Druck von p_HK = 4,6 bar entspricht, der von der Hybridkupplung 43 benötigt wird. Vorteilhaft kann die Pumpe 35 in Grundstellung den Pumpendruck p_p bereitstellen, der abgeregelt über die zweite Steuerkante 51 den Versorgungsdruck p_AT von 4 bar ergibt, der beim Getriebe 45 benötigt wird. Für den Fall, dass der Druck in der ersten Ausgangslamelle 39, also an der Hybridkupplung 43 absinkt, bewegt sich der Ventilschieber 5 durch das veränderte Kräftegleichgewicht, in Ausrichtung der 3 gesehen, nach rechts und öffnet dabei die erste Steuerkante 47, wobei sich automatisch der Arbeitsdruck p_HK erhöht. Gleichzeitig wird ein Querschnitt zwischen der Ventilbohrung 3 und der zweiten Steuerkante 51 verringert. Vorteilhaft wird die Pumpe 35 dabei automatisch den Pumpendruck p_p erhöhen, um die benötigten 4 bar über die zweite Steuerkante 51 bereitzustellen und um den Arbeitsdruck p_HK von 4,6 bar in der ersten Ausgangslamelle 39 aufzubauen, bis das Hydraulikventil 1 an der ersten Steuerkante 47 wieder schließt. Vorteilhaft wird dadurch der Querschnitt an der zweiten Steuerkante 51 wieder größer und der Pumpendruck p_p kann entsprechend wieder absinken. Diese Vorgänge sind abhängig von einem Volumenstrom, der entsprechend gewählt werden kann.
Der umgekehrte Fall, für den gilt p_AT > p_HK, zum Beispiel für p_HK = 4,6 bar und p_AT = 5 bar kann durch eine entsprechende Bestromung des Proportionalmagnets 9 analog erzeugt werden. Im Unterschied muss die Pumpe 35 lediglich den höheren Versorgungsdruck p_AT = 5 bar für das Getriebe 45 bereitstellen. Die Regelvorgänge and den Steuerkanten 47 und 51 verlaufen dann analog.
5 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren Hydraulikventils 1, wobei im Unterschied die Verstellvorrichtung 7 eine Vorsteuerdruckfläche 59 aufweist, mittels der die Stellkraft erzeugbar ist. Ein entsprechender Vorsteuerdruck kann mittels einer Vorsteuerdrucklamelle 61 der Vorsteuerdruckfläche 59 zugeführt werden. Die Vorsteuerdrucklamelle 61 kann dazu einem in den 6 und 7 als Längsschnitt dargestellten Vorsteuerdruckventil 63 zugeordnet sein.
Das Vorsteuerdruckventil 63 weist einen Vorsteuerventilschieber 65 auf, der den Vorsteuerdruck entsprechend einer Bestromung eines Proportionalmagneten 67 einstellt.
6 zeigt den Vorsteuerventilschieber 65 des Vorsteuerventils 63 in einer Offenstellung. In der Offenstellung ist eine Eingangslamelle 69 einer Ausgangslamelle 71 des Vorsteuerventils 63 zugeordnet. Hierzu weist der Vorsteuerventilschieber 65 eine vierte Steuerkante 73 auf, mittels der abhängig von einer Stellung des Vorsteuerventilschiebers 65 die Eingangslamelle 69 wahlweise mit der Ausgangslamelle 71 verbunden oder von dieser abgetrennt werden kann. Das Vorsteuerventil 63 ist als Proportionalventil ausgelegt und weist dazu den Proportionalmagnet 67 auf, der eine in Richtung eines Pfeils 75 wirkende Vorsteuerstellkraft proportional zu einer Bestromung auf den Vorsteuerventilschieber 65 ausüben kann.
7 zeigt den Vorsteuerventilschieber 65 des Vorsteuerventils 63 in einer Absperrstellung, wobei die Eingangslamelle 69 mittels der vierten Steuerkante 73 des Vorsteuerventilschiebers 65 von der Ausgangslamelle 71 abgetrennt ist. Es ist zu erkennen, dass in der in 7 gezeigten Absperrstellung eine fünfte Steuerkante 77 die Ausgangslamelle 71 mit einer Tanklamelle 79 verbindet. Um einen Druckaufbau durch ein Hinterkriechen der fünften Steuerkante 77 zu verhindern, weist das Vorsteuerventil 63 eine weitere Tanklamelle 79 auf. Die Tanklamellen 79 können dem Tank 31 zugeordnet werden. Die Eingangslamelle 69 ist der Pumpe 35 zuordenbar.
Außerdem weist das Vorsteuerventil 63 eine Rückführungslamelle 81 auf, die mittels einer Druckrückführung 83 mit der Ausgangslamelle 71 verbunden ist. Die Druckrückführung 83 beziehungsweise die Rückführungslamelle 81 sowie die Ausgangslamelle 71 sind dem in 5 dargestellten Hydraulikventil 1 beziehungsweise mittels der Vorsteuerdrucklamelle 61 der Vorsteuerdruckfläche 59 des Ventilschiebers 5 zuordenbar.
Die Rückführungslamelle 81 ist einer Rückführfläche 85 des Vorsteuerventilschiebers 65 zugeordnet. Auf die Rückführfläche 85 wirkt eine mittels eines Pfeils 87 angedeutete Rückführdruckkraft entsprechend einem mittels des Vorsteuerventils 63 einstellbaren Vorsteuerdrucks, der auch an der Vorsteuerdruckfläche 59 des Hydraulikventils 1 anliegt. Vorteilhaft kann mittels des Proportionalmagnets 67 ein zu einer Bestromung proportionaler Vorsteuerdruck zur Ansteuerung des in 5 gezeigten Ventilschiebers 5 des Hydraulikventils 1 eingestellt werden. Mittels Pfeilen 89 sind in den 6 und 7 auftretende Volumenströme in den dargestellten Stellungen des Vorsteuerventilschiebers 65 angedeutet.
Vorteilhaft kann das Vorsteuerventil 63 wesentlich kleiner ausgeführt werden, also ein Schieberdurchmesser des Vorsteuerventilschiebers 65 sowie Ölquerschnitte können wesentlich kleiner werden, da durch das Vorsteuerventil 63 nur eine vergleichsweise geringe Menge des Hydraulikfluids beziehungsweise Ölmenge fließt. Die geringe Ölmenge wird lediglich für eine Vorsteueraufgabe zur Ansteuerung des Ventilschiebers 5 des Hydraulikventils 1 benötigt. Die vergleichsweise größeren Volumenströme zur Betätigung der Hybridkupplung 43 und zur Versorgung des Getriebes 45 fließen über das Hydraulikventil 1 selbst. Vorteilhaft kann der Proportionalmagnet 67 kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden, insbesondere ist ein kleinerer Hub und es sind kleinere Stellkräfte erforderlich. Vorteilhaft kann auch eine auftretende Leckage mittels des kleineren Schieberdurchmessers verringert werden. Beispielsweise können die Durchmesser 25 und 27 des Ventilschiebers 5 eine Größenordnung von ungefähr 15 mm und ein Hub des Ventilschiebers 5 ungefähr 2,5 mm betragen. Im Vergleich dazu kann ein Durchmesser d_v des Vorsteuerventilschiebers 65 in einer Größenordnung von circa 6 mm liegen, wobei ein Hub des Vorsteuerventilschiebers circa 1,5 mm beträgt.
Das Vorsteuerventil 63 kann vorteilhaft zum Einstellen des Vorsteuerdrucks als Druckminderventil betrieben werden, wobei vorteilhaft die in 7 mittels der Pfeile 75 und 87 angedeuteten an dem Vorsteuerventilschieber 65 angreifenden Kräfte miteinander verglichen werden, wobei automatisch ein entsprechender Vorsteuerdruck eingestellt beziehungsweise eingeregelt wird.

1: Hydraulikventil
3: Ventilbohrung
5: Ventilschieber
7: Verstellvorrichtung
9: Proportionalmagnet
11: Pfeil
13: erster Abschnitt
15: zweiter Abschnitt
17: dritter Abschnitt
19: Verbindungsstücke
21: Gehäuse
23: Anschlagstück
25: erster Durchmesser d
27: zweiter Durchmesser D
29: Hydrauliksteuerung
31: Tank
33: Tanklamelle
35: Pumpe
37: Rückschlagventil
39: erste Ausgangslamelle
41: zweite Ausgangslamelle
43: Hybridkupplung
45: Getriebe
47: erste Steuerkante
49: Rückschlagventil
51: zweite Steuerkante
53: Eingangslamelle
55: linker Anschlag
57: dritte Steuerkante
59: Vorsteuerdruckfläche
61: Vorsteuerdrucklamelle
63: Vorsteuerdruckventil
65: Vorsteuerventilschieber
67: Proportionalmagnet
69: Eingangslamelle
71: Ausgangslamelle
73: vierte Steuerkante
75: Pfeil
77: fünfte Steuerkante
79: Tanklamelle
81: Rückführungslamelle
83: Druckrückführung
85: Rückführfläche
87: Pfeil
89: Pfeil

Claims

Hydraulikventil (1) einer Hydrauliksteuerung (29) zur Ansteuerung einer Hybridkupplung (43) und eines Getriebes (45) eines Kraftfahrzeuges, mit – einer Ventilbohrung (3), – einem in der Ventilbohrung (3) verschieblich gelagerten Ventilschieber (5), – einer der Ventilbohrung (3) zugeordneten und einer hydraulischen Pumpe (35) zuordenbaren Eingangslamelle (53), – einer der Ventilbohrung (3) zugeordneten und der Hybridkupplung (43) zuordenbaren ersten Ausgangslamelle (39), – einer der Ventilbohrung (3) zugeordneten und dem Getriebe (45) zuordenbaren zweiten Ausgangslamelle (41), – einer Verstellvorrichtung (7) zum Einleiten einer eine Verschiebung des Ventilschiebers (5) bewirkenden Stellkraft in den Ventilschieber (5), wobei in einer Zwischenstellung des Ventilschiebers (5) die Eingangslamelle (53) der ersten und der zweiten Ausgangslamelle (39, 41) zugeordnet ist und ein an der Eingangslamelle (53) anliegender Pumpendruck p_p eine der Stellkraft entgegenwirkende Druckkraft in den Ventilschieber (5) einleitet.
Hydraulikventil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ventilschieber (5) einen ersten Durchmesser d (25) und einen zweiten größeren Durchmesser D (27) aufweist und sich die Druckkraft aus dem Produkt des Pumpendrucks p_p mit einer Differenz (D² – d²) der Durchmesser (25, 27) jeweils im Quadrat und mit einem Viertel des Wertes Pi (π) ergibt.
Hydraulikventil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ventilschieber (5) einen den ersten Durchmesser d (25) aufweisenden ersten Abschnitt (13) aufweist, der in der Zwischenstellung die Eingangslamelle (53) zu den Ausgangslamellen (39, 41) freigibt.
Hydraulikventil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Abschnitt (13) eine erste Steuerkante (47) aufweist, die in einer ersten Stellung des Ventilschiebers (5) die Eingangslamelle (53) von der ersten Ausgangslamelle (39) trennt.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, wobei der erste Abschnitt (13) eine zweite Steuerkante (51) aufweist, die in einer zweiten Stellung des Ventilschiebers (5) die Eingangslamelle (53) von der zweiten Ausgangslamelle (41) trennt.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilschieber (5) einen den zweiten Durchmesser D (27) aufweisenden zweiten Abschnitt (15) aufweist, der in einer Tankstellung des Ventilschiebers (5) die erste Ausgangslamelle (39) mit einer einem drucklosen Tank (31) zuordenbaren Tanklamelle (33) verbindet.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilbohrung (3) an die Abschnitte (13, 15, 17) des Ventilschiebers (5) angepasste unterschiedliche Innendurchmesser aufweist.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangslamelle (53) zwischen den Ausgangslamellen (39, 41) angeordnet ist.
Getriebeanordnung mit einem Getriebe (45), einer Hybridkupplung (43) und einer Hydrauliksteuerung (29), die ein Hydraulikventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.