DE102012222698A1

DE102012222698A1 - Hydraulikventil

Info

Publication number: DE102012222698A1
Application number: DE201210222698
Authority: DE
Inventors: Franz Benz; Hanjo Nissen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil, mit einem Kolben zur Ansteuerung von hydraulischen Leitungen und mit einem Vorsteuerventil zur hydraulischen Betätigung des Kolbens. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Hydraulikventil als direktlaufendes Ventil ausgebildet ist und das Vorsteuerventil axial vor dem Kolben angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für eine hydraulische Steuerung. Solche hydraulischen Steuerungen finden vielfältige Verwendung, beispielsweise in automatischen Getrieben für Fahrzeuge. Ein solches automatisches Getriebe kann ein sogenanntes Doppelkupplungsgetriebe sein. Mit der hydraulischen Steuerung wird unter anderem der Druck in den Teilgetrieben für Gangstelleraktoren und Kupplungen eingeregelt.
Hydraulische Steuerungen bestehen neben den genannten Hydraulikventilen aus weiteren hydraulischen Bauteilen wie beispielsweise Blenden, Drosseln, Filter, Kühler usw. Die einzelnen Bauteile sind in der Regel in oder an einer sogenannten Steuerplatte angeordnet, die mit entsprechenden Bohrungen und/oder Kanälen zur gesteuerten hydraulischen Verbindung der einzelnen Bauteile mit einer hydraulischen Quelle und den hydraulischen Verbrauchern dient.
Für den Verbau von Hydraulikventilen in eine Steuerplatte gibt es zwei geläufige Lösungen:
zum Einen kann der Ventilkolben des Hydraulikventils in einer Hülse laufen, die wiederum in eine Bohrung der Steuerplatte eingesteckt ist. Ein solches Ventil wird Cartridge-Ventil genannt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Ventilkolben direkt in einer Bohrung der Steuerplatte läuft. Diese Art Ventile wird direktlaufendes Ventil genannt.
Der Nachteil bei den genannten bekannten Ventilen ist, dass sie bei der Betätigung mittels eines mechanischen oder elektromagnetischen Aktors nur mit einem begrenzten Hub und einer begrenzten Betätigungskraft verstellt werden können. Sind bei hydraulischen Ventilen größere Hubwege oder größere Betätigungskräfte erforderlich, so müssten unverhältnismäßig große mechanische bzw. elektromagnetische Aktoren eingesetzt werden. Dadurch kann ein vorgegebener Bauraum oftmals nicht eingehalten werden. Außerdem sind große Aktoren kostenintensiv.
Alternativ zur Betätigung über einen mechanischen oder elektromagnetischen Aktor können die Ventilkolben in einem solchen Fall auch vorgesteuert werden. Dazu wird an einer anderen Stelle im System über ein separates hydraulisches Ventil der erforderliche Vorsteuerdruck eingeregelt und dann einer Wirkfläche des Kolbens, zum Beispiel der Stirnfläche, zugeführt. Diese Lösung erfordert aber das genannte zusätzliche Ventil im System, welches weiteren Bauraum für das Ventil selbst und die Kanäle zwischen Vorsteuer- und Hauptventil benötigt.
Ein weiterer Nachteil besteht in dem erhöhten Fertigungsaufwand, insbesondere für die zusätzliche Bohrbearbeitung.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 59 582 A1 ist eine Ventileinrichtung mit einem elektromotorisch ansteuerbaren Servoventil bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 012 967 A1 ist ein Cartridgeventil mit einem integrierten Rückschlagventil bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 048 324 A1 ist eine Ventilvorrichtung für ein hydraulisches Gangstellersystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Schieberaufnahme bekannt, die als eine für einen Kolbenschieber passgenaue Bohrung ausgebildet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hydraulikventil für große Ventilhübe und -kräfte mit einer bauraum- und kostensparenden Ventilansteuerung bereitzustellen.
Die erfinderische Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass ein Cartridge-Ventil und ein direktlaufendes Ventil in einer gemeinsamen Bohrung angeordnet sind. Das Cartridge-Ventil dient als Vorsteuerventil und wird von einem mechanischen oder elektromagnetischen Aktor angetrieben. Es ist axial direkt vor dem Hauptkolben des direktlaufenden Ventils angeordnet und regelt den Vorsteuerdruck für das Hauptventil ein.
Die Hülse des Vorsteuerventils hat vorzugsweise den gleichen Außendurchmesser wie der Hauptkolben, so dass das Werkzeug zum Bearbeiten der Hauptventilbohrung nur etwas verlängert werden muss. Eine zusätzliche Bohrung für das Vorsteuerventil entfällt dadurch in der Steuerplatte, der zusätzlich vorzuhaltende Bauraum für das Vorsteuerventil ist auf die axiale Länge des Cartridge-Ventils beschränkt. Die Hülse kann auch einen größeren Außendurchmesser als der Hauptkolben aufweisen. Auch eine solche Stufenbohrung ist mittels eines Stufenbohrers in einem Arbeitsgang herstellbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerfläche an einem dem Vorsteuerventil zugewandten Ende des Kolbens ausgebildet ist. Das dem Vorsteuerventil abgewandte Ende des Kolbens ist vorzugsweise durch eine Feder beaufschlagt. Durch die Feder wird der Kolben vorzugsweise gegen das Vorsteuerventil vorgespannt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse des Vorsteuerventils an einem dem Kolben zugewandten Ende eine Abschlusswand mit mindestens einem Durchgangsloch aufweist, über das der Kolben mit dem Vorsteuerdruck beaufschlagt wird. Die Hülse des Vorsteuerventils hat vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels. Die Längsachse der Hülse fällt vorzugsweise mit der Längsachse des Kolbens zusammen. Das dem Kolben abgewandte Ende der Hülse ist vorzugsweise offen ausgeführt. Das dem Kolben zugewandte Ende der Hülse ist durch die Abschlusswand geschlossen. Das Durchgangsloch schafft eine Fluidverbindung zwischen der Vorsteuerfläche und einem Innenraum der Hülse.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikventils ist dadurch gekennzeichnet, dass das direkt laufende Ventil und das Vorsteuerventil in einem gemeinsamen Sackloch oder Durchgangsloch angeordnet sind, das über seine Länge unterschiedliche Durchmesser aufweist. Das gemeinsame Sackloch oder Durchgangsloch umfasst verschiedene Längenabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern. Die Durchmesser variieren über die Länge des Sacklochs oder Durchgangslochs, zum Beispiel stufenweise oder sich konisch erweiternd, von einem kleinsten zu einem größten Durchmesser. In dem Längenabschnitt mit dem kleinsten Durchmesser des Sacklochs oder Durchgangslochs ist vorzugsweise eine Feder angeordnet, durch die der Kolben des Hydraulikventils gegen das Vorsteuerventil vorgespannt ist. Ein Betätigungsaktor des Vorsteuerventils ist vorzugsweise in dem Längenabschnitt mit dem größten Durchmesser angeordnet. Die Hülse des Vorsteuerventils ist mit dem dem Vorsteuerventil zugewandten Ende des Kolbens des Hydraulikventils vorzugsweise in einem gemeinsamen Längenabschnitt des Sacklochs oder Durchgangslochs mit einem konstanten Durchmesser angeordnet. Der Durchmesser dieses gemeinsamen Längenabschnitts ist größer als der kleinste Durchmesser und kleiner als der größte Durchmesser des Sacklochs oder Durchgangslochs.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls des Weiteren ein Gehäuse, ein Vorsteuerventil und/oder einen Kolben für ein vorab beschriebenes Hydraulikventil. Das Gehäuse, das Vorsteuerventil und/oder der Kolben sind/ist separat handelbar.
Die Abbildungen zeigen in vereinfachter Darstellung in 1 ein bekanntes Cartridge-Ventil, in 2 ein bekanntes direktlaufendes Ventil und in 3 eine Ausführungsform eines Hydraulikventils mit integriertem Vorsteuerventil.
In 1 ist ein bekanntes Cartridge-Ventil 10 mit einem Kolben 1 und einer Hülse 2 im Längsschnitt dargestellt. In der Hülse 2 sind mehrere hydraulische Leitungen beziehungsweise Lamellen zum Anschluss von hydraulischen Leitungen vorgesehen.
In 2 ist ein bekanntes direkt laufendes Ventil 20 im Längsschnitt dargestellt. Das direkt laufende Ventil 20 ist in eine Steuerplatte 3 integriert, die das Gehäuse des direkt laufenden Ventils 20 darstellt. In einer Bohrung der Steuerplatte 3 ist ein Kolben 1’ hin und her bewegbar geführt. Im Bereich des Kolbens 1’ sind in der Steuerplatte 3 mehrere hydraulische Leitungen beziehungsweise Lamellen 4’ ausgespart. An einem Ende des Kolbens 1’ ist ein Betätigungsaktor 5 angeordnet. An dem anderen Ende des Kolbens 1’ ist eine Feder 6 angeordnet. Durch die Feder 6 ist der Kolben 1’ gegen den Betätigungsaktor 5 vorgespannt.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Hydraulikventil 30 im Längsschnitt dargestellt. In dem Hydraulikventil 30 ist ein direkt laufendes Ventil 25 mit einem als Cartridge-Ventil ausgeführten Vorsteuerventil 28 kombiniert. Dabei sind das direkt laufende Ventil 25 und das Vorsteuerventil 28 in einem gemeinsamen Gehäusekörper 32 untergebracht. Bei dem Gehäusekörper 32 handelt es sich vorzugsweise um eine Steuerplatte oder Steuerungsplatte. Der Gehäusekörper 32 kann aber auch zu einem Ventilgehäuse oder zu einem anderen Bauteil gehören.
In dem Gehäusekörper 32 ist ein Sackloch 34 ausgespart, das zum Beispiel als Bohrung ausgeführt ist. Das Sackloch 34 umfasst drei Längenabschnitte 41, 42, 43 mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Längenabschnitt 41 ist in 3 ganz rechts angeordnet und hat den kleinsten Durchmesser. Der Längenabschnitt 43 ist in 3 ganz links angeordnet und hat den größten Durchmesser.
Der Längenabschnitt 42 ist zwischen dem Längenabschnitt 41 und dem Längenabschnitt 43 angeordnet. Der Übergang zwischen den Längenabschnitten 42 und 43 ist als Stufe oder Absatz ausgeführt. Der Übergang zwischen dem Längenabschnitt 41 und dem Längenabschnitt 42 ist als Konus ausgeführt, der sich von dem Längenabschnitt 41 zu dem Längenabschnitt 42 hin erweitert.
In das Sackloch 34 münden quer zu dem Sackloch 34 verlaufende Hydrauliklamellen 44, 444, die in dem Gehäusekörper 32 ausgespart sind. Die Hydrauliklamellen 44 sind dem direkt laufenden Ventil 25 zugeordnet. Die Hydrauliklamellen 444 sind dem Vorsteuerventil 28 zugeordnet. An die Hydrauliklamellen 44, 444 können hydraulische Leitungen angeschlossen werden. Über die hydraulischen Leitungen beziehungsweise Hydrauliklamellen 44, 444 können unterschiedliche Hydraulikdrücke bereitgestellt werden.
In den Längenabschnitten 41 und 42 des Sacklochs 34 ist ein Kolben oder Hauptkolben 7 des direkt laufenden Ventils 25 angeordnet. Das in 3 rechte Ende des Hauptkolbens 7 ist in dem Längenabschnitt 41 mit der Vorspannkraft einer Feder 66 beaufschlagt. Durch die Feder 66 ist der Hauptkolben 7 in seine in 3 dargestellte Stellung vorgespannt. An seinem in 3 linken Ende weist der Hauptkolben 7 eine Vorsteuerfläche 11 auf.
Das in 3 linke Ende des Hauptkolbens 7 mit der Vorsteuerfläche 11 ist zusammen mit einer Hülse 8 des als Cartridge-Ventil ausgeführten Vorsteuerventils 28 in dem Längenabschnitt 42 des Sacklochs 34 angeordnet. Die Hülse 8 umfasst einen Grundkörper 50, der die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels aufweist. Der Grundkörper 50 ist an seinem dem Hauptkolben 7 zugewandten Ende durch eine Abschlusswand 51 abgeschlossen. In der Abschlusswand 51 ist ein Durchgangsloch 53 vorgesehen. Über das Durchgangsloch 53 kann die Vorsteuerfläche 11 an dem Hauptkolben 7 mit einem Vorsteuerdruck beaufschlagt werden.
In der Hülse 8 ist ein Vorsteuerkolben 9 des Vorsteuerventils 28 hin und her bewegbar geführt. Die Hülse 8 ist im Bereich der Hydrauliklamellen 444 mit Durchgangslöchern versehen. Die Hydrauliklamellen 444 sind dem Vorsteuerventil 28 zugeordnet. An ihrem in 3 linken Ende ist die Hülse 8 des Vorsteuerventils 28 offen und durch einen Betätigungsaktor 55 angetrieben.
Der Betätigungsaktor 55 ist als mechanischer Aktor ausgeführt und umfasst einen Elektromagneten. Über den Betätigungsaktor 55 kann der Vorsteuerkolben 9 in 3 nach rechts, also auf den Hauptkolben 7 zu bewegt werden, um die Vorsteuerfläche 11 an dem Hauptkolben 7 über eine der Hydrauliklamellen 444, über entsprechende Bohrungen in dem Vorsteuerkolben 9 und über das Durchgangsloch 53 in der Abschlusswand 51 der Hülse 8 des Vorsteuerventils 28 mit dem Vorsteuerdruck zu beaufschlagen. So kann über das Vorsteuerventil 28 der Vorsteuerdruck für das direkt laufende Ventil 25 eingeregelt werden, das auch als Hauptventil oder Hydraulikventil bezeichnet wird.
Die Hülse 8 des Vorsteuerventils 28 hat den gleichen Außendurchmesser wie der Hauptkolben 7 des direkt laufenden Ventils 25. Das liefert den Vorteil, dass zur Bearbeitung des Sacklochs 34, das auch als Hauptventilbohrung bezeichnet wird, das gleiche Bohrwerkzeug verwendet werden kann, wie bei einem herkömmlichen direkt laufenden Ventil. Das Bohrwerkzeug muss zum Bearbeiten der erfindungsgemäßen Hauptventilbohrung 34 nur etwas verlängert werden. Eine separate Bohrung für das Vorsteuerventil 28 wird nicht benötigt. Für das Vorsteuerventil 28 wird in dem Gehäusekörper 32 lediglich etwas mehr axialer Bauraum als bei einem herkömmlichen direkt laufenden Ventil benötigt.
Das erfindungsgemäße Hydraulikventil kann bei allen Ventilen Anwendung finden, die konzeptbedingt eine Vorsteuerung erfordern und über den erforderlichen zusätzlichen Axialbauraum verfügen.
Mit der dargestellten Erfindung ist es möglich, einen Ventilkolben mit erhöhten Betätigungskräften und Hubwegen zu betreiben, ohne erheblichen Bauraum für einen großen Aktor oder ein separates räumlich getrenntes Vorsteuerventil in der Steuerplatte vorsehen zu müssen. Für diese Lösung ist nur geringer zusätzlicher axialer Bauraum vor dem Hauptventil und für die Fertigung ein entsprechend verlängertes Bohrwerkzeug erforderlich. Ein zusätzlicher Bearbeitungsvorgang für eine weitere Ventilbohrung fällt nicht an.
Bezugszeichenliste

1: Kolben
1’: Kolben
2: Hülse
3: Steuerplatte
4: hydraulische Leitung, Lamelle
4’: hydraulische Leitung, Lamelle
5: Betätigungsaktor
6: Feder
7: Hauptkolben
8: Hülse
9: Vorsteuerkolben
10: Cartridge-Ventil
11: Vorsteuerfläche
20: direkt laufendes Ventil
25: direkt laufendes Ventil
28: Vorsteuerventil
30: Hydraulikventil
32: Gehäusekörper
34: Sackloch
41: Längenabschnitt
42: Längenabschnitt
43: Längenabschnitt
44: hydraulische Leitung, Lamelle
50: Grundkörper
51: Abschlusswand
53: Durchgangsloch
55: Betätigungsaktor
66: Feder
444: hydraulische Leitung, Lamelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10259582 A1 [0007]
DE 102007012967 A1 [0007]
DE 102007048324 A1 [0007]

Claims

Hydraulikventil, mit einem Kolben (7) zur Ansteuerung von hydraulischen Leitungen (44) und mit einem Vorsteuerventil (28) zur hydraulischen Betätigung des Kolbens (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (30) als direktlaufendes Ventil (25) ausgebildet ist und das Vorsteuerventil (28) axial vor dem Kolben (7) angeordnet ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorsteuerfläche (11) des Kolbens (7) mit einem mittels des Vorsteuerventils (28) einstellbarem Vorsteuerdruck beaufschlagbar ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerfläche (11) an einem dem Vorsteuerventil (28) zugewandten Ende des Kolbens (7) ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) und das Vorsteuerventil (28) in einer gemeinsamen Bohrung (34) angeordnet sind.
Hydraulikventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (28) als Cartridge-Ventil mit einem in einer Hülse (8) angeordneten Vorsteuerkolben (9) ausgebildet ist.
Hydraulikventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) des Vorsteuerventils (28) an einem dem Kolben (7) zugewandten Ende eine Abschlusswand (51) mit mindestens einem Durchgangsloch (53) aufweist, über das der Kolben (7) mit dem Vorsteuerdruck beaufschlagt wird.
Hydraulikventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) des Vorsteuerventils (28) und der Kolben (7) des Hydraulikventils (30) in einer gemeinsamen Bohrung (34) angeordnet sind.
Hydraulikventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) und der Kolben (7) einen Bereich mit einem im Wesentlichen gleichen Durchmessers aufweisen.
Hydraulikventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das direkt laufende Ventil (25) und das Vorsteuerventil (28) in einem gemeinsamen Sackloch (34) oder Durchgangsloch angeordnet sind, das über seine Länge unterschiedliche Durchmesser aufweist.
Gehäuse (32), Vorsteuerventil (28) und/oder Kolben (7) für ein Hydraulikventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.