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Die Erfindung betrifft ein Schieberventil, insbesondere zur Steuerung eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, in dem mindestens zwei Anschlussbohrungen ausgebildet sind, die in einen Schieberkanal münden, und mit einem axial in dem Schieberkanal verlagerbaren Ventilschieber, der mindestens zwei Führungsabschnitte und wenigstens eine Steuerkante zum Freigeben oder Verschließen eines Durchströmungsquerschnitts aufweist, wobei eine erste der Anschlussbohrungen mit einem Verbraucher und eine zweite der Anschlussbohrungen mit einer Druckquelle wirkverbindbar sind.
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Stand der Technik
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Schieberventile der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Durch axiales Verschieben des Ventilschiebers in dem Schieberkanal wird mittels der wenigstens einen Steuerkante ein Durchströmungsquerschnitt freigegeben oder verschlossen beziehungsweise die Größe des Durchströmungsquerschnitts bestimmt. Der Ventilschieber wird dabei in dem Schieberkanal durch mindestens zwei Führungsabschnitte geführt, die gleichzeitig dichtend mit der Innenwand des Schieberkanals zusammenwirken. Der Ventilschieber ist somit kolbenähnlich aufgebaut und kann beispielsweise direkt elektromagnetisch oder über einen insbesondere hydraulischen Vorsteuerdruck betätigt werden. Für ein genaues Einstellen des Durchströmungsquerschnitts ist die Genauigkeit der Steuerkante von Bedeutung. Weiterhin ist es wichtig, dass der Ventilschieber sich mit geringem Kraftaufwand verschieben lässt und dazu insbesondere eine gleichmäßige Reibung über den gesamten Verschiebeweg aufweist. Um eine erhöhte Reibung oder ein Verkanten des Ventilschiebers durch den auf den Ventilschieber radial wirkenden hydraulischen Druck zu vermeiden, sind unterschiedliche Möglichkeiten zum Gewährleisten eines Druckausgleichs bekannt. So ist es beispielsweise aus den Druckschriften
DE 35 05 77 A1 oder
DE 43 24 589 C2 bekannt, im Bereich der Anschlussbohrungen umlaufende Hinterstiche in das Gehäuse einzudrehen und gegenüberliegende, miteinander fluchtende Bohrungen für die jeweilige Anschlussstelle vorzusehen und mit dem gleichen Druck zu beaufschlagen, sodass sich die Druckkräfte ausgleichen. Da hier jedoch der Druck beziehungsweise das Hydraulikmedium allen Bohrungen über entsprechende Leitungen zugeführt werden muss, führt dies zu einer komplizierten und vor allem Bauraum-fordernden Gestaltung des Gehäuses.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Schieberventil zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Anschlussbohrungen als Sacklochbohrung ausgebildet ist und sich über den Schieberkanal hinaus erstreckt, und dass zumindest ein die Steuerkante aufweisender erster der Führungsabschnitte der Sacklochbohrung zugeordnet ist und mindestens eine Ringnut in seiner Mantelaußenfläche aufweist. Unter einer Sacklochbohrung ist im Zusammenhang dieser Anmeldung. eine Bohrung zu verstehen, die sich nicht beidseitig offen ist, sondern innerhalb des Materials des Gehäuses endet. Vorliegend ist die Sacklochbohrung derart ausgebildet, dass sie sich durch den Schieberkanal hindurch erstreckt, und erst jenseits des Schieberkanals in dem Gehäuse endet. Dadurch wird auf der dem Anschluss gegenüberliegenden Seite des Schieberkanals eine Kammer gebildet. Der erste Führungsabschnitt, der der Sacklochbohrung zugeordnet ist und vorzugsweise in dieser zumindest bei verschlossenem Durchströmungsquerschnitt im Wesentlichen liegt, weist in seiner Mantelaußenfläche eine Ringnut auf. Die Ringnut zeichnet sich dadurch aus, dass sie sich über den gesamten Umfang des Bauteils, vorliegend über den gesamten Umfang des ersten Führungsabschnitts des kolbenartigen Ventilschiebers erstreckt. Während der Führungsabschnitt dichtend mit dem Gehäuse zusammenwirkt, bietet die Ringnut einen Kanal, durch welchen ein Medium, vorzugsweise das Hydraulikmedium, von der Anschlussseite der Sacklochbohrung zu der gegenüberliegenden Kammer gelangt. Dadurch ergibt sich auf der Anschlussseite und in der Kammer der Sacklochbohrung der gleiche Druck, der von gegenüberliegenden Seiten auf den ersten Führungsabschnitt wirkt. Da die Sacklochbohrung beidseitig des Schieberkanals bevorzugt den gleichen Durchmesser aufweist, wird ein Radialdruckausgleich gewährleistet, da die gleichen Druckkräfte beidseitig des Ventilschiebers wirken. Durch die vorteilhafte Ausbildung wird somit ein Schieberventil geboten, das geringe Reibungskräfte aufweist und sicher vor einem Verkanten des Ventilschiebers in dem Schieberkanal geschützt ist.
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Vorzugsweise liegt die Ringnut in jeder Stellung des Ventilschiebers, insbesondere in jeder Verschiebestellung des Ventilschiebers, zumindest bereichsweise in der Sacklochbohrung beziehungsweise im Bereich der Sacklochbohrung. Dadurch wird gewährleistet, dass in jeder Stellung des Ventilschiebers der oben beschriebene Radialdruckausgleich erfolgt. Die Extremalstellungen des Ventilschiebers werden vorzugsweise durch Axialanschläge des Gehäuses gebildet, die von dem Gehäuse selbst oder beispielsweise auch von einem in den Schieberkanal eingebrachten Sicherungsring gebildet werden können.
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Bevorzugt ist der Durchmesser der Sacklochbohrung größer als der Durchmesser des Schieberkanals. Dies hat zur Folge, dass ein Radialdruckausgleich und ein großer Durchströmungsquerschnitt für das Ein- beziehungsweise Ausströmen des Fluids auf der Anschlussseite der Sacklochbohrung schnell erreicht werden.
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Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Schieberventil als druckgeregeltes Schieberventil ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist dazu in dem Schieber ein Druckausgleichskanal ausgebildet, der mindestens eine der Sacklochbohrung zugeordnete, insbesondere in die Ringnut mündende Radialbohrung und eine von einer axialen beziehungsweise endseitigen Stirnfläche des Schiebers zu der Radialbohrung führende Axialbohrung umfasst. Üblicherweise ist der Schieberkanal länger ausgebildet als der Ventilschieber, um dessen Verschiebebewegung zu ermöglichen. Üblicherweise wirken an einem Ende des Ventilschiebers die Mittel zum Betätigen des Ventilschiebers, während das andere des Ende des Ventilschiebers frei in dem Schieberkanal liegt. Durch den Druckausgleichskanal, der vorzugsweise zu der Stirnfläche des freien Endes des Ventilschiebers führt, wird ein Druckausgleich zwischen dem zwischen dem Schieber und dem Gehäuse gebildeten Raum, in welchen die Axialbohrung mündet, und dem Anschluss der Sacklochbohrung erfolgen. Ist die erste Anschlussbohrung als die Sacklochbohrung ausgebildet, so wird ein Druckregelventil beziehungsweise ein druckgeregeltes Schieberventil gebildet. Ist lediglich eine Radialbohrung vorgesehen, so erstreckt sich diese zweckmäßigerweise durch den gesamten Ventilschieber hindurch. Alternativ können auch zwei oder mehr Radialbohrungen vorgesehen sein, die in einem Winkel zueinander stehen und sich treffen. Sind beispielsweise zwei Radialbohrungen vorgesehen, so sind diese vorzugsweise um 90° zueinander versetzt ausgerichtet und treffen sich in der Axialbohrung, um den Druckausgleichskanal zu bilden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist in der Axialbohrung des Druckausgleichskanals ein Stift axial verlagerbar angeordnet, der einendig mit dem Gehäuse zusammenwirkt. Der Stift liegt wie die Führungsabschnitte des Ventilschiebers in dem Gehäuse vorzugsweise radial dichtend in der Axialbohrung ein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schieberventil um ein über einen Vorsteuerdruck gesteuertes Schieberventil, sodass der Ventilschieber auf der dem Raum gegenüberliegenden Seite mit dem insbesondere hydraulischen Vorsteuerdruck zum Betätigen beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist dabei die Querschnittsfläche des in der Axialbohrung verlagerbaren Stifts kleiner als die Querschnittsfläche der von dem Vorsteuerdruck beaufschlagten Stirnseite des Ventilschiebers, sodass das Kräftegleichgewicht am Ventilschieber durch ein dem Flächenverhältnis umgekehrt proportionalen Druckverhältnis erreicht wird, wodurch sich eine hydraulische Verstärkung zwischen dem Druck in der Sacklochbohrung und dem Vorsteuerdruck ergibt. Alternativ zu einem hydraulischen Vorsteuerdruck kann der Ventilschieber auch direkt beispielsweise von einem elektromagnetischen Aktor betätigt werden. Auch hier ist das Vorsehen einer hydraulischen Verstärkung wie oben beschrieben möglich. Besonders bevorzugt wird der Stift mittels eines Montagehilfselements, das vorzugsweise auf das freie Ende des Ventilschiebers aufklipsbar ist, in der Axialbohrung gehalten, sodass eine Verliersicherung für den Stift geboten wird, die die Montage des Schieberventils erleichtert.
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Vorzugsweise ist die erste Anschlussbohrung als Sacklochbohrung ausgebildet. Besonders bevorzugt wirkt die erste Anschlussbohrung mit der ersten Steuerkante zusammen, wobei – wie bereits gesagt – die erste Steuerkante an dem ersten Führungsabschnitt vorgesehen ist. Damit wird der freizugebende oder zu verschließende Durchströmungsquerschnitt für den Verbraucher durch die Überschneidungsposition des ersten Führungsabschnitts mit der ersten Anschlussbohrung bestimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine dritte Anschlussbohrung aufweist, die mit einer Drucksenke, insbesondere mit einem Hydrauliktank, wirkverbindbar ist, und die auf der der zweiten Anschlussbohrung gegenüberliegenden Seite der ersten Anschlussbohrung – in axialer Richtung betrachtet – liegt. Somit sind in dem Gehäuse drei Anschlussbohrungen vorgesehen, die – in axialer Richtung betrachtet – hintereinander liegen, wobei die erste Anschlussbohrung zwischen der zweiten und der dritten Anschlussbohrung liegt.
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Bevorzugt ist der erste Führungsabschnitt des Ventilschiebers zwischen einem zweiten Führungsabschnitt und einem dritten Führungsabschnitt angeordnet und weist eine zweite Steuerkante zum Verschließen oder Freigeben eines weiteren Durchströmungsquerschnitts auf, die mit der ersten Anschlussbohrung zusammenwirkt. Der erste Führungsabschnitt weist somit sowohl die erste als auch die zweite Steuerkante auf, die jeweils mit der ersten Anschlussbohrung zusammenwirken. Je nach dem, in welche Richtung der erste Führungsabschnitt axial mittels des Ventilschiebers verlagert wird, wird entweder der eine oder der weitere Durchströmungsquerschnitt freigegeben beziehungsweise verschlossen. Die verbleibenden Führungsabschnitte dienen somit lediglich der Führung und der Dichtung und müssen keine besonderen Steuerkanten aufweisen, da der jeweilige Durchströmungsquerschnitt allein durch den ersten Führungsabschnitt beziehungsweise dessen Position bestimmt wird. Dadurch werden die Fertigung des Ventilschiebers und des gesamten Schieberventils vereinfacht und die Herstellungskosten verringert.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilschieber zwischen den Führungsabschnitten jeweils einen im Durchmesser verjüngten Verbindungsabschnitt aufweist, wobei der jeweilige Verbindungsabschnitt in jeder Stellung des Ventilschiebers zumindest bereichsweise im Bereich der zweiten beziehungsweise der dritten Anschlussbohrung liegt. Ist der Ventilschieber mit lediglich zwei Führungsabschnitten versehen, so liegt der die Führungsabschnitte verbindende Verbindungsabschnitt in jeder Stellung des Ventilschiebers zumindest bereichsweise im Bereich der zweiten Anschlussbohrung, sodass hier stets ein Radialdruckausgleich stattfindet. Entsprechendes gilt für die Ausführungsform mit drei Führungsabschnitten, bei denen dann ein Verbindungsabschnitt im Bereich der zweiten Anschlussbohrung und der andere Verbindungsabschnitt im Bereich der dritten Anschlussbohrung in jeder Stellung des Ventilschiebers zumindest bereichsweise liegt, um stets einen Radialdruckausgleich zu gewährleisten.
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Insgesamt wird somit ein kostengünstig und einfach herzustellendes Schieberventil geboten, das ein sicheres Verlagern beziehungsweise Verschieben des Ventilschiebers in dem Schieberkanal durch geringe und insbesondere gleichmäßige Reibungskräfte über den Verschiebeweg ermöglicht und nur einen geringen Bauraumbedarf aufweist. Durch das Vermeiden von gegenüberliegenden Bohrungen zum Gewährleisten eines Radialdruckausgleichs kann das Gehäuse insgesamt einfacher gestaltet werden, wobei insbesondere auf lediglich einer Seite des Gehäuses die Zuführungen zu den jeweiligen Anschlussbohrungen vorgesehen werden müssen. Durch das Vorsehen der Anschlussbohrungen liegen darüber hinaus Feinsteuerkanten vor, die dazu führen, dass bei Betätigen des Ventilschiebers zunächst nur ein kleiner Durchströmungsquerschnitt freigegeben wird.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1A und 1B ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schieberventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
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2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel des Schieberventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
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3A bis 3C ein drittes Ausführungsbeispiel des Schieberventils in unterschiedlichen Ansichten,
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4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel des Schieberventils in unterschiedlichen Ansichten und
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel des Schieberventils in unterschiedlichen Ansichten.
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1A und 1B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schieberventils 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen. Das Schieberventil 1 umfasst ein Gehäuse 2, das einen Schieberkanal 3 aufweist. Der Schieberkanal 3 ist als eine einfache Bohrung mit einem Durchmesser ausgebildet, sodass eine einfache und kostengünstige Herstellung des vorzugsweise mit kleinen Toleranzen ausgebildeten Schieberkanals 3 gewährleistet ist. In den Schieberkanal 3 münden zwei nebeneinander angeordnete Anschlussbohrungen 4, 5 vorzugsweise radial. Die Anschlussbohrung 4 ist mit einem Verbraucher wirkverbindbar und die Anschlussbohrung 5 mit einer Druckquelle für ein Hydraulikmedium. Die erste Anschlussbohrung 4 ist dabei als Sacklochbohrung 6 ausgebildet, die sich durch den Schieberkanal 3 hindurch derart erstreckt, dass sie im Material des Gehäuses 2 endet. Die Sacklochbohrung 6 beziehungsweise die erste Anschlussbohrung 4 bildet dabei auf einer Seite des Schieberkanals 3 eine Anschlussseite und auf der gegenüberliegenden Seite des Schieberkanals 3 eine Radialdruck-Ausgleichskammer 7, auf deren Funktion später näher eingegangen werden soll.
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In dem Schieberkanal 3 ist ein Ventilschieber 8 axial verlagerbar angeordnet. Der Ventilschieber 8 weist einen ersten Führungsabschnitt 9 sowie einen zweiten Führungsabschnitt 10 auf, die durch einen Verbindungsabschnitt 11 starr miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Führungsabschnitte 9 und 10 mit dem Verbindungsabschnitt 11 jeweils einstückig ausgebildet. Die Führungsabschnitte 9 und 10 weisen einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Schieberkanals 3 entspricht, sodass die Führungsabschnitte 9 und 10 führend und radial dichtend in dem Schieberkanal 3 liegen. Die Führungsabschnitte 9 und 10 sind bezüglich der Anschlussbohrungen 4 und 5 derart ausgebildet, dass sie weiter voneinander beabstandet sind als – in axialer Richtung betrachtet – die Anschlussbohrungen 4 und 5. Der Schieberkanal 3 ist einendig offen ausgebildet und weist an seinem anderen Ende einen Axialanschlag für den Ventilschieber 8 auf, der durch das Gehäuse 2 gebildet wird und den maximalen Hub des Ventilschiebers 8 in Richtung des Pfeils 12 begrenzt. An den Axialanschlag schließt sich dabei eine Bohrung mit verjüngtem Durchmesser an, sodass ein Raum 22 zwischen dem Ventilschieber 8 und dem Gehäuse 2 gebildet ist. In dem in 1A dargestellten Extremalzustand, in welchem der Ventilschieber 8 bis zu dem Axialanschlag des Gehäuses 2 in Richtung des Pfeils 12 verschoben ist, stehen die Anschlussbohrungen 4 und 5 fluidtechnisch miteinander in Verbindung. Der Verbindungsabschnitt 11 weist einen bezüglich der Führungsabschnitte 9 und 10 verkleinerten Durchmesser auf, sodass zwischen den Führungsabschnitten 9 und 10 eine ringförmige Kammer 13 gebildet ist, die in dem dargestellten Extremalzustand mit beiden Anschlussbohrungen 4 und 5 in Verbindung steht.
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An dem ersten Führungsabschnitt 9 ist eine erste Steuerkante 14 vorgesehen, die mit der ersten Anschlussbohrung 4 zum Freigeben oder Verschließen eines Durchströmungsquerschnitts zusammenwirkt. Wie dargestellt, wird dabei ein Durchströmungsquerschnitt zwischen der Anschlussbohrung 4 und dem Schieberkanal 3 entsprechend der axialen Stellung des Ventilschiebers 8 auf bekannte Art und Weise eingestellt.
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Der Führungsabschnitt 9 weist weiterhin eine Ringnut 15 auf, die derart in seiner Mantelaußenfläche ausgebildet ist, dass sie in jeder Stellung des Ventilschiebers 8 zumindest bereichsweise in der Sacklochbohrung 6 beziehungsweise in der ersten Anschlussbohrung 4 liegt. Dadurch ist stets eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Anschlussseite der Sacklochbohrung 6 sowie der Radialdruck-Ausgleichskammer 7 gewährleistet. Durch die Ringnut 15 sowie die Radialdruck-Ausgleichskammer 7 wird der Führungsabschnitt 9 somit von zwei gegenüberliegenden Seiten mit dem gleichen Druck beaufschlagt. Mit anderen Worten erfolgt durch die Ringnut 15 und die Radialdruck-Ausgleichskammer 7 ein Radialdruckausgleich für den Ventilschieber 8 und insbesondere für den Führungsabschnitt 9.
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Wird der Ventilschieber 8 entgegen der Richtung des Pfeils 12 verlagert, so wird der in 1A freigegebene Durchströmungsquerschnitt verkleinert, wie in 1B dargestellt, oder durch weiteres Verschieben verschlossen. Auch bei verschlossenem Durchströmungsquerschnitt wird durch die Ringnut 15 und die Radialdruck-Ausgleichskammer 7 der Radialdruck-Ausgleich für den Führungsabschnitt 9 gewährleistet. Durch die vorteilhafte Ausbildung des Schieberventils 1 wird insbesondere ein Verkanten des Ventilschiebers 8 in dem Schieberkanal 3 wirksam verhindert. Darüber hinaus werden die Reibungskräfte beim Verschieben des Ventilschiebers 8 über den gesamten Verschiebeweg beziehungsweise Hub gering gehalten. Durch die Ausbildung der Anschlussbohrung 4 als Sacklochbohrung 6, die sich über den Schieberkanal 3 hinaus erstreckt, ist es im Gegensatz zu bisher üblichen Lösungen nicht notwendig, beidseitig des Schiebkanals 3 gegenüberliegenden Bohrungen vorzusehen, zu denen dann jeweils auch eine Zuführleitung gelegt werden muss. Somit sind der Bauraumbedarf sowie der Herstellungsaufwand des vorliegenden Schieberventils 1 im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen vermindert.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schieberkanal 3 auf der dem Raum 22 gegenüberliegenden Seite durch einen Stopfen 16 dicht verschlossen, wobei zwischen dem Stopfen und dem Ventilschieber 8 eine Druckfeder 17 vorgespannt gehalten ist, welche vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet ist und den Ventilschieber 8 in Richtung des Pfeils 12 in seine Extremalposition drängt. Der Schieberkanal 3 ist im Bereich der Druckfeder 17 mittels Bohrungen, Kanälen oder Ähnlichem in bekannter Weise drucklos geschaltet beziehungsweise mit einem drucklosen Niveau, insbesondere mit dem Tank, verbunden, sodass sich durch Leckage am Führungsabschnitt 10 kein Druck im Schieberkanal 3 im Bereich der Druckfeder 17 aufbauen kann. Alternativ ist es auch denkbar, den Ventilschieber 8 mittels eines magnetischen oder hydraulischen Vorsteuerdrucks zu betätigen.
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Weiterhin ist in dem Ventilschieber 8 ein Druckausgleichskanal 18 vorgesehen, der von mindestens einer Radialbohrung 19 durch den Führungsabschnitt 9 und einer in die Radialbohrung 19 mündenden Axialbohrung 20 gebildet wird. Die Axialbohrung 20 führt von der Radialbohrung 19 zu einer endseitigen Stirnfläche 21 des Ventilschiebers 8 beziehungsweise des Führungsabschnitts 9 und mündet dort in einen von dem Gehäuse 2 und dem Führungsabschnitt 9 gebildeten Raum 22. Die Radialbohrung 19 erstreckt sich durch den gesamten Ventilschieber 8 im Bereich der Ringnut 15 des Führungsabschnitts 9. Somit steht der Raum 22 über den Druckausgleichskanal 18 stets in Verbindung mit der Anschlussbohrung 4. Der Druck, der von der Anschlussbohrung 5 über die Kammer 13 zur Anschlussbohrung 4 geführt wird, erreicht über den Druckausgleichskanal 18 den Raum 22 und erzeugt hier eine Druckkraft, die der Kraft der Druckfeder 17 entgegengerichtet ist. Übersteigt diese Druckkraft die Kraft der Druckfeder 17, so verschließt der Führungsabschnitt 9 an der Steuerkante 14 die Anschlussbohrung 4. Sinkt der Druck, beispielsweise durch Leckage an der Anschlussbohrung 4, so sinkt der Druck im Raum 22, wodurch die Druckkraft reduziert wird und der Ventilschieber 3 durch die Kraft der Druckfeder 17 in Richtung des Pfeils 12 verschoben und dadurch an der Steuerkante 14 die Verbindung von der Anschlussbohrung 4 zu der Anschlussbohrung 5 geöffnet und der Druck in der Anschlussbohrung 4 wieder erhöht wird. Es liegt somit ein druckgeregeltes Schieberventil 1 vor.
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2A und 2B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Schieberventils 1, wobei im Folgenden aus den vorherigen Ausführungsbeispielen bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern auf die jeweils vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 mit einer dritten Anschlussbohrung 23 versehen, die auf der der Anschlussbohrung 5 gegenüberliegenden Seite der Anschlussbohrung 4 ausgebildet ist, sodass die Anschlussbohrung 4 zwischen den Anschlussbohrungen 5 und 23 liegt. Ferner weist der Ventilschieber 8 einen dritten Führungsabschnitt 24 auf, der über einen Verbindungsabschnitt 25 mit dem Führungsabschnitt 9, insbesondere einstückig verbunden ist. Die Axialbohrung 18 erstreckt sich dabei von der mindestens einen Radialbohrung 19 durch den Verbindungsabschnitt 25 und den Führungsabschnitt 24 hindurch. Über den Druckausgleichskanal 18 ist somit der Anschluss 4 weiterhin mit dem Raum 22 fluidtechnisch verbunden. In diesem Fall ist die endseitige Stirnfläche 21 jedoch an dem Führungsabschnitt 24 vorgesehen. Wie der Verbindungsabschnitt 11, so weist auch der Verbindungsabschnitt 25 einen im Vergleich zu den Führungsabschnitten 24 und 9 verkleinerten Durchmesser auf, sodass zwischen den Führungsabschnitten 24 und 9 eine ringförmige Kammer 26 gebildet ist. Der maximale Verschiebeweg des Ventilschiebers 8 wird wie zuvor beschrieben einendig durch einen Anschlag des Gehäuses und anderendig durch einen Sicherungsring 28 in dem Schieberkanal 3 begrenzt.
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Der Führungsabschnitt 9 weist weiterhin eine zweite Steuerkante 27 auf, die mit der Sacklochbohrung 6 zusammenwirkt, um einen weiteren Durchströmungsquerschnitt freizugeben oder zu verschließen. Der Ventilschieber 8 und insbesondere die Ringnut 15 sind derart angeordnet beziehungsweise ausgebildet, dass die Ringnut 15 stets im Bereich der Sacklochbohrung 6 liegt, sodass stets eine fluidtechnische Verbindung von der Anschlussseite zu der Druckkammer 7 gewährleistet wird. Die Führungsabschnitte 10 und 24 sind derart beabstandet von dem Führungsabschnitt 9 angeordnet, dass in jeder Betriebsstellung des Ventilschiebers 8 die Kammern 13 und 26 in Verbindung mit den Anschlussbohrungen 23 beziehungsweise 25 stehen.
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Eine endseitige Stirnfläche 29, die an dem der Stirnfläche 21 gegenüberliegenden Ende des Ventilschiebers 8 vorgesehen ist, steht mit einem Raum 30 in Verbindung, in welchem ein Vorsteuerdruck eingestellt werden kann, der vorzugsweise durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil geregelt wird.
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In der in 2A dargestellten Betriebsstellung ist die Anschlussbohrung 4 hydraulisch über die Kammer 26 mit der Anschlussbohrung 23 verbunden und über den Druckausgleichskanal 18 mit den Raum 22. Die Anschlussbohrung 23 ist mit der Drucksenke, insbesondere mit einem Hydrauliktank, wirkverbindbar. Somit sind die Anschlussbohrung 4 und der Raum 22 mit dem Tank verbunden, also drucklos geschaltet. In dem vorliegenden Fall herrscht im Raum 30 Umgebungsdruck. Der in der Anschlussbohrung 5 und in der Kammer 13 vorliegende Druck der Druckquelle wird durch die Führungsabschnitte 9 und 10 in dem Schieberkanal 3 mittels der jeweiligen Spaltdichtung abgedichtet. Eine Leckage über die Spaltdichtungen der Führungsabschnitte 9 und 10 kann zu dem Tank über die Anschlussbohrung 23 erfolgen. Da die Flächen in der Kammer 13 hydraulisch ausgeglichen sind, bewegt sich der Ventilschieber 8 durch den anliegenden Druck der Druckquelle nicht.
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Wird der Vorsteuerdruck in Raum 30 durch Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils erhöht, so wird über die entstehende Druckkraft der Ventilschieber 8 nach links in Richtung des Pfeils 12 verschoben. Hierbei wird zuerst durch die Steuerkante 27 des Führungsabschnitts 9 die Anschlussbohrung 4 von der Kammer 26 getrennt. Bei weiterem Verfahren in Richtung des Pfeils 12 fährt der Führungsabschnitt 9 mit seiner ersten Steuerkante 14 in dem Bereich der Anschlussbohrung 4 und verbindet dadurch die Anschlussbohrung 4 mit der Kammer 13, wie in 2B dargestellt. Dadurch wird die Druckquelle mit dem Verbraucher verbunden und der Druck in der Anschlussbohrung 4 steigt entsprechend dem von der Druckquelle bereitgestellten Druck an. Gleichzeitig wird dieser Druck über den Druckausgleichskanal 18 in den Raum 22 geleitet, sodass dort ebenfalls Druck aufgebaut wird. Der Druck im Raum 22 wirkt nun auf die Stirnfläche 21 des Führungsabschnitts 24 und erzeugt eine Kraft, welche den Ventilschieber 8 entgegen der Richtung des Pfeils 12 verschiebt, falls die durch den Vorsteuerdruck im Raum 30 auf die Stirnfläche 29 des Führungsabschnitts 10 ausgeübte Kraft geringer ist. Somit wird die Verbindung zwischen der Anschlussbohrung 4 und der Kammer 13 wieder verschlossen.
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Sollte sich zum Beispiel über Leckagewirkung der Druck in der Anschlussbohrung 4 reduzieren, so reduziert sich auch der Druck in dem Raum 22, was zu einem Kraftüberschuss am Ventilschieber 8 führt und diesen wieder in Richtung des Pfeils 12 verschiebt. Somit wird der Durchströmungsquerschnitt zwischen der Anschlussbohrung 4 und der Kammer 13 wieder geöffnet und eine Verbindung zu der Anschlussbohrung 5 beziehungsweise der Druckquelle erstellt und der Druck in der Anschlussbohrung 4 wieder erhöht. Sollte sich hingegen der Vorsteuerdruck im Raum 30 verringern, so ergibt dies einen Kraftüberschuss entgegen der Richtung des Pfeils 12, wodurch der Durchströmungsquerschnitt zwischen der Anschlussbohrung 4 und der Kammer 26 freigegeben und ein Druckausgleich zwischen der Anschlussbohrung 4 und dem Tank erfolgt. Das Öffnen und Schließen des weiteren Durchströmungsquerschnitts zu der Kammer 26 beziehungsweise des Durchströmungsquerschnitts zu der Kammer 13 ergibt somit eine Druckregelung des Drucks in der Anschlussbohrung 4. An der Anschlussbohrung 4 wird somit ein geregelter Druck als Arbeitsdruck zur Verfügung gestellt.
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Der Führungsabschnitt 9 sowie die Anschlussbohrung 4 bilden sämtliche Steuerkanten 14, 27 des Schieberventils 1. Die Führungsabschnitte 10 und 24 sowie die Anschlussbohrungen 5 und 23 müssen hingegen nicht mit Steuerkanten versehen sein, sodass bei der Herstellung enge Toleranzen lediglich für die Anschlussbohrung 4 sowie die Steuerkanten 14 und 17 an dem Führungsabschnitt 9 beachtet werden müssen, wodurch die Herstellung vereinfacht und die Kosten verringert werden. Da beim Freigeben der Durchströmungsquerschnitte durch die Kreisform der Anschlussbohrung 4 zuerst nur eine kleine Kreisabschnittsfläche freigegeben wird und erst mit größerem Hub der Durchströmungsquerschnitt sich deutlich vergrößert, ergibt sich die Funktion von Feinsteuerkanten, ohne dass zusätzliche konstruktive oder fertigungstechnische Maßnahmen notwendig sind.
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Durch die Ringnut 15 und die Radialdruck-Ausgleichskammer 7 wird der Druck der Anschlussbohrung 4 stets ausgeglichen. Dieser Druckausgleich stellt sicher, dass der Druck in der Anschlussbohrung 4 nicht einseitig auf den Ventilschieber 8 wirkt und so über die entstehende Druckkraft ein Verkanten beziehungsweise eine erhöhte Normalkraft, und dadurch eine erhöhte Reibung erzeugt wird. Durch die vorteilhafte Ausbildung mit der Ringnut 15, die sich in jeder Betriebsstellung des Ventilschiebers 8 im Bereich der Sacklochbohrung 6 befindet, wird also eine einfache und kostengünstig darzustellende Druckausgleichsfunktion sichergestellt.
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Anhand von 2A und 2B sollen außerdem die Bedingungen für die Lage der Ringnut 15 näher erläutert werden. Wie in 2A dargestellt, müssen die Ringnut 15 und der Führungsabschnitt 9 derart dimensioniert sein, dass der Abstand s1 der Steuerkante 27 zu der Begrenzung der Anschlussbohrung 4 größer Null ist, wenn sich der Ventilschieber 8 im Anschlag an dem Sicherungsring 28 befindet. Damit die Druckregelung sicher gewährleistet wird, muss immer eine hydraulische Verbindung von der Anschlussbohrung 4 zu dem Raum 22 sichergestellt werden. Dazu mündet die Radialbohrung 19 zweckmäßigerweise in die Ringnut 15. Insbesondere in seiner anderen Extremalstellung, wenn sich der Ventilschieber 8 also an dem Anschlag des Gehäuses befindet, wie in 2B dargestellt, muss der Bohrungsdurchmesser D der Anschlussbohrung 4 so dimensioniert sein, dass er größer ist als die Summe aus der Breite s2 des zwischen der Anschlussbohrung 4 und der Ringnut 15 gebildeten Durchströmungsquerschnitts und der Breite I des verbleibenden Bereichs des Führungsabschnitts 9 von der Ringnut 15 bis zu der Steuerkante 14, sodass gilt: D > I + s2, mit s2 > 0
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 3A bis 3C dargestellt. Während die 3A das Schieberventil 1 wie bisher in einer vereinfachten Längsschnittansicht zeigt, stellt die 3B eine Draufsicht auf das Gehäuse auf die Anschlussbohrungen 4, 5 und 23 dar, und die 3C eine Querschnittsansicht durch das Schieberventil 1 im Bereich der Radialbohrung 19.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Anschlussbohrung 4 größer gewählt als der Durchmesser der den Schieberkanal 3 bildenden Bohrung. Dadurch wird der Raum für den Druckausgleich im Bereich der Ringnut 15 und auch die für das Ein- beziehungsweise Ausströmen des Fluids in Richtung der Anschlussbohrung 4 zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitte deutlich vergrößert, wie durch zusätzliche Raumbereiche 31a und 31b in 3B dargestellt. Es lässt sich somit eine verbesserte Druckausgleichsfunktion darstellen. Das Füllen oder Entleeren der Anschlussbohrung 4 und vorzugsweise an der Anschlussbohrung 4 angeschlossenen Kupplung des Kraftfahrzeugs wird durch diese großen Durchströmungsquerschnitte verbessert und insbesondere beschleunigt. Das schnelle Befüllen und Entleeren beziehungsweise der schnelle Druckaufbau und -abbau in der Anschlussbohrung 4 ist insbesondere bei der Funktion des Schieberventils in der Steuerung von Automatikgetrieben für Kraftfahrzeuge von hoher Bedeutung.
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4A und 4B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schieberventils 1, das sich insbesondere von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass zwar die dritte Anschlussbohrung 23 vorgesehen ist, jedoch kein dritter Führungsabschnitt 24. 4A zeigt das Schieberventil 1 wiederum in einer Längsschnittdarstellung, während die 4B einen Querschnitt durch das Schieberventil 1 entlang der Linie B-B zeigt. In der Axialbohrung 20 des Druckausgleichkanals 18 ist weiterhin ein Stift 32 axial verschiebbar gelagert, welcher in Verbindung mit der Axialbohrung 20 eine Spaltdichtung zwischen der Anschlussbohrung 4 und dem Raum 22 bildet, in welchen vorliegend auch die Anschlussbohrung 23 mündet. Da die eine Stirnseite des Stifts 32 im Raum 22 mit Umgebungsdruck beziehungsweise Tankdruck beaufschlagt wird und/oder an dem Gehäuse anliegt, und die andere Stirnseite des Stifts 32 mit dem in der Anschlussbohrung 4 befindlichen Druck, wird eine Druckkraft auf den Ventilschieber 8 entgegen der Richtung des Pfeils 12 erzeugt, die sich aus dem Druck in der Anschlussbohrung 4 beziehungsweise in der Radialbohrung 19 multipliziert mit der Querschnittsfläche des Stifts 32 errechnen lässt. Da die Querschnittsfläche des Stifts 32 kleiner ist als die Querschnittsfläche des Führungsabschnitts 10 des Ventilschiebers 8, wird das Kräftegleichgewicht an dem Ventilschieber 8 durch ein im Flächenverhältnis umgekehrt proportionalem Druckverhältnis erreicht. Es ergibt sich somit eine hydraulische Verstärkung zwischen dem Druck in der Anschlussbohrung 4 zu dem Druck im Raum 30.
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Durch diese hydraulische Verstärkungsfunktion ist es insbesondere möglich, den Ventilschieber 8 nicht nur durch einen von einem Elektromagnetventil eingeregelten Vorsteuerdruck im Raum 30 auszulenken beziehungsweise zu betätigen, sondern auch durch einen direkt auf den Ventilschieber wirkenden elektromagnetischen Aktor, das heißt, es lässt sich auch eine Direktsteuerung des Ventilschiebers 8 darstellen. Hierzu übt vorzugsweise auf die Stirnfläche 29 ein Magnetanker direkt mechanisch eine Kraft analog zur Druckkraft des Vorsteuerdrucks aus. In diesem Fall ist der Raum 30 dann mit einem drucklosen Niveau (Tank) verbunden, damit durch Leckage am Führungsabschnitt 10 kein Druck im Raum 10 aufgebaut werden kann, der eine Störgröße zur Magnetkraft bilden würde. Diese Ausführungsform ist natürlich auch für die in den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben Schieberventile ohne hydraulische Verstärkung einsetzbar.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Schieberventils 1, das sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass ein Montagehilfselement 33 vorgesehen ist. Das Montagehilfselement ist becherförmig ausgebildet und mit Spiel auf das freie Ende 34 des Ventilschiebers 8 aufklipsbar. Dazu weist das freie Ende des Ventilschiebers 8 einen radialen Rastvorsprung 35 auf und das Montagehilfselement einen entsprechenden radialen Gegenrastvorsprung 36. Vorzugsweise ist das Montagehilfselement 33 zumindest im Bereich des Gegenrastvorsprungs 36 elastisch verformbar, sodass der Gegenrastvorsprung 36 über den Rastvorsprung 35 schiebbar ist und dahinter in eine Hintergriffsposition gelangt. Das Montagehilfselement 33 hat die Funktion einer Verliersicherung für den Stift 32 vor und während der Montage des Ventilschiebers 8. Der Ventilschieber 8, der Stift 32 und das Montagehilfselement 33 bilden eine Vormontagegruppe, die in den Schieberkanal 3 eingeschoben wird. Das Montagehilfselement 33 ist vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgeführt. Beim Einschieben in den Schieberkanal 3 wird das Montagehilfselement 33 in einem Bereich 37 mit verringertem Bohrungsdurchmesser eingeschoben und über die freie endseitige Stirnfläche des Ventilschiebers 8 bis auf den Grund des Schieberkanals 3, wie in 5 dargestellt, geschoben beziehungsweise positioniert. Das Montagehilfselement 33 sowie der Bereich 37 weisen Durchmesser auf, die eine Presspassung bilden, sodass das Montagehilfselement 33 in der dargestellten Position kraftschlüssig fixiert wird. Der Ventilschieber 8 kann sich aufgrund des Spiels zwischen dem Montagehilfselement 33 und dem Ventilschieber 8 in der oben beschriebenen Art und Weise axial verschieben, ohne dass Reibungskräfte zwischen Montagehilfselement 33 und Ventilschieber 8 auftreten. Daher wird eine Beeinflussung der Funktion des Montagehilfselements 33 auf den Ventilschieber 8 ausgeschlossen. Das axiale Spiel wird dabei durch die Länge des von dem Führungsabschnitt 9 abstehenden Ende des Ventilschiebers 8 sowie der Tiefe des becherförmigen Montagehilfselements 33 bestimmt.
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Das hier beschriebene Schieberventil 1 in den unterschiedlichen Ausführungsformen wird bevorzugt in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen, insbesondere in elektrohydraulischen Steuerungsmodulen dieser eingesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 350577 A1 [0002]
- DE 4324589 C2 [0002]
