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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Begrenzung von Druckspitzen in einem Hydrauliksystem eines Automatikgetriebes. Weiterhin betrifft die Erfindung ein hohlzylindrisches Überdruckventil für die vorgenannte Ventilanordnung.
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Automatikgetriebe weisen Systempumpen auf, z.B. geregelte Flügelzellenpumpen, welche Hydrauliksysteme innerhalb des Automatikgetriebes mit unter Druck stehendem Druckmittel, z.B. Hydrauliköl, versorgen. Problematisch ist, dass die Systempumpen Druckspitzen verursachen können, welche z.B. im Bereich von über 50 bar liegen und deutlich höher sind als ein gewünschter, maximaler Druck innerhalb des Hydrauliksystems, welcher beispielsweise im Bereich von ca. 23 bar liegt.
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Aus der
DE 10 2009 001 110 A1 ist ein Automatikgetriebe mit einem Hydrauliksystem bekannt, welches eine elektrisch angetriebene Pumpe und ein Rückschlagventil aufweist. Das Rückschlagventil öffnet ab einer bestimmten Höhe des Systemdrucks, um Schädigungen des Hydrauliksystems und der Pumpe zu vermeiden.
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Aus der
DE 44 04 358 A1 ist ein mehrstufiges Regelventil mit einem Zylinder und einem darin geführten Stellkolben bekannt, wobei der Kolben in Abhängigkeit vom Regeldruck mindestens eine Ausgangsöffnung in der Zylinderwand nicht, teilweise oder ganz freigibt und der Kolben aus mindestens zwei jeweils mit dem Regeldruck beaufschlagbaren Teilkolben besteht.
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Aus der
DE 199 55 083 A1 ist ein Druckbegrenzungsventil bekannt, dessen Kolben mit einer Flächendifferenz ausgeführt ist. Die den Kolben in Schließrichtung beaufschlagende Differenzfläche wird mit einem Druck beaufschlagt, der im Bereich einer den Öffnungsquerschnitt aufsteuernden Steuerkante abgegriffen wird.
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Schließlich ist aus der
DD 131 778 A1 ein Ventil zum Abbau von Druckspitzen und zur Begrenzung des Maximaldruckes in Hydraulikanlagen bekannt. Dieses Ventil umfasst in einem Gehäuse bewegliche druckbeaufschlagbare Stell- und Steuerkolben, welche von elastischen Kraftgliedern belastet sind. Der Stellkolben und der Steuerkolben sind dabei zu einem Druckeingang unmittelbar und parallel beaufschlagbar angeordnet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ventilanordnung bereit zu stellen, welche die Druckspitzen innerhalb des Hydrauliksystems begrenzt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Begrenzung von Druckspitzen in einem Hydrauliksystem eines Automatikgetriebes umfasst ein kolbenförmiges Systemventil und ein kolbenförmiges Überdruckventil, wobei das Überdruckventil in einem Innenraum des Systemventils axial beweglich angeordnet ist. Das Systemventil weist einen stirnseitigen Durchbruch auf, welcher den Innenraum des Systemventils mit einer ersten Umgebung des Systemventils verbindet. Das Überdruckventil ist dazu eingerichtet, den Durchbruch zu verschließen und zu öffnen, umfasst eine erste offene Stirnseite, eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende, teilweise geschlossene zweite Stirnseite sowie einen im Querschnitt kreisrunden Zapfen (14), welcher von der zweiten Stirnseite (13) in axialer Richtung des Überdruckventils (6) nach außen absteht, und weist einen weiteren Durchbruch auf, welcher den Innenraum des Systemventils mit einer zweiten Umgebung des Systemventils verbindet und einen Innenraum des Überdruckventils mit einer äußeren Umgebung des Überdruckventils verbindet.
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Das Systemventil und das Überdruckventil sind kolbenförmig, das heißt sie weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Das Systemventil und bevorzugt auch das Überdruckventil sind innen hohl ausgebildet, wobei entsprechende Innenräume des Systemventils und des Überdruckventils ebenfalls zylindrisch ausgestaltet sind. Bevorzugt sind das Systemventil und das Überdruckventil einseitig offen ausgestaltet, insbesondere auf der Stirnseite, welche dem Durchbruch des Systemventils gegenüberliegt. Eine derartig einseitig offene Ausgestaltung ermöglicht, das Druckmittel, welches über den Durchbruch des Systemventils in dessen Innenraum gelangen kann, besonders leicht in die zweite Umgebung der Ventilanordnung geleitet werden kann und weiterhin, dass wenigstens ein Rückstellelement, z.B. eine Druckfeder, zum Halten des Systemventils in einer Verschluss-Stellung und des Überdruckventils in einer Normaldruck-Stellung (siehe unten) besonders vorteilhaft angeordnet werden und wirken können. Außerdem ermöglicht eine einseitig offene Ausgestaltung des Systemventils, dass das Überdruckventil auf besonders einfache Weise in das Systemventil eingeführt werden kann.
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Beispielsweise kann das Systemventil einen zylindrischen Innenraum ausbilden, welcher sich in einer Längsrichtung des Systemventils von einer ersten Stirnseite, welche den Durchbruch aufweist, bis zu einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden, offenen zweiten Stirnseite erstreckt. Innerhalb des Innenraums kann das Überdruckventil aufgenommen und in der Längsrichtung des Systemventils, das heißt in axialer Richtung, verschoben werden, wobei der Innenraum des Überdruckventils sich in einer Längsrichtung des Überdruckventils von einer ersten Stirnseite, welche der ersten Stirnseite des Systemventils zugewandt ist, bis zu einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden, offenen zweiten Stirnseite erstreckt.
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Der weitere Durchbruch des Überdruckventils verbindet den Innenraum des Systemventils mit der zweiten Umgebung des Systemventils. Das Überdruckventil ist somit derart ausgestaltet, dass Druckmittel, welches über den Durchbruch des Systemventils in dessen Innenraum zwischen das Systemventil und das Überdruckventil gelangt, die Ventilanordnung über den weiteren Durchbruch wieder verlassen kann. Solch ein weiterer Durchbruch kann beispielsweise an der ersten Stirnseite des Überdruckventils angeordnet sein. Der Durchbruch kann sich weiterhin auf einer Mantelfläche des kolbenförmigen Überdruckventils fortsetzen oder alternativ lediglich auf der Mantelfläche angeordnet sein.
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Die erste Umgebung grenzt von außen an diejenige Stirnseite des Systemventils an, welche den Durchbruch aufweist, wohingegen die zweite Umgebung von innen an diejenige Stirnseite des Überdruckventils angrenzt, welche dem Durchbruch zugewandt ist. Bei der ersten Umgebung und der zweiten Umgebung kann es sich, sofern die Ventilanordnung für sich betrachtet wird, um ein und dieselbe Umgebung handeln. Sofern die Ventilanordnung jedoch in ihrem vorgesehenen Einsatzgebiet in einem Automatikgetriebe mit einem Hydrauliksystem und einem Rückstellelementangeordnet ist, so handelt es sich bei der ersten Umgebung um einen unter Druck stehenden Teil bzw. einen mit Druck beaufschlagbaren Abschnitt des Hydrauliksystems und bei der zweiten Umgebung um eine drucklose Umgebung, z.B. eine mit einem Druckmittelreservoir verbundene Umgebung, oder zumindest eine Umgebung, in welcher ein geringerer Druck vorherrscht bzw. erzeugbar ist als in der ersten Umgebung.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung ermöglicht, dass unter Druck stehendes Druckmittel auf die erste Stirnseite des Systemventils wirken und bei überschreiten eines ersten Grenzwerts das Systemventil axial verschieben kann. Bei entsprechende Anordnung innerhalb eines Hydrauliksystems kann dadurch z.B. ein Kanal oder eine Passage innerhalb des Hydrauliksystems für einen Durchfluss von Druckmittel freigeben werden, welcher vor der Verschiebung des Systemventils verschlossen war.
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Das Überdruckventil kann derart innerhalb des Systemventils positioniert sein, dass der stirnseitige Durchbruch des Systemventils verschlossen ist und kein Druckmittel in den Innenraum des Systemventils gelangt. Dies ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dann der Fall, wenn das Überdruckventil maximal in das Systemventil eingefahren ist und ein Abstand zwischen den teilweise geschlossenen Stirnseiten des Systemventils und des Überdruckventils minimal ist (Beispiel einer Normaldruck-Schaltstellung des Überdruckventils, s.u.).
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Sofern der Druck des Druckmittels einen zweiten Grenzwert überschreitet, kann das Überdruckventil derart axial verschoben werden, dass es den stirnseitigen Durchbruch des Systemventils freigibt bzw. öffnet und somit Druckmittel in den Innenraum des Systemventils zwischen Systemventil und Überdruckventil gelangen kann. Dies ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dann der Fall, wenn sich das Überdruckventil aus seiner Normaldruck-Schaltstellung in seine Überdruck-Schaltstellung bewegt hat, in welcher das Überdruckventil nicht mehr maximal in das Systemventil eingefahren ist und ein Abstand zwischen den teilweise geschlossenen Stirnseiten des Systemventils und des Überdruckventils nicht mehr minimal ist. Über den weiteren Durchbruch des Überdruckventils kann das Druckmittel aus der Ventilanordnung abließen, beispielsweise über den Innenraum des Überdruckventils in einen Drucklosen Tank, welcher mit dem Innenraum des Überdruckventils verbunden ist. Vereinfacht und mit anderen Worten kann somit das kolbenförmige Überdruckventil in einem Ventilkolben eines Systemdruckrückhalteventils montiert sein, wobei das Überdruckventil die Überdruckfunktion wahrnimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Durchbruch des Systemventils eine axiale Bohrung umfasst und das Überdruckventil einen im Querschnitt kreisrunden Zapfen aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, die Bohrung abzudichten. Der Zapfen kann insbesondere senkrecht von der ersten Stirnseite des Überdruckventils abstehen und einen zu dem Innendurchmesser der Bohrung passenden Außendurchmesser haben, so dass der Zapfen in die Bohrung eintauchen und Letztere dadurch verschließen kann. Eine derartige Kombination aus Bohrung und Zapfen ermöglicht insbesondere, dass durch Dimensionierung der Bohrung und des Zapfens ein Ansprechverhalten des Überdruckventils definiert werden kann, das heißt es kann festgelegt werden, ab welchem Druck das Überdruckventil sich axial innerhalb des Systemventils von dessen Bohrung weg bewegt und damit die Bohrung freigibt bzw. öffnet. Weiterhin bietet der in die Bohrung eintauchende Zapfen den Vorteil, dass sich das Überdruckventil besonders leicht innerhalb des Innenraums des Systemventils zentrieren lässt.
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Der Durchmesser des Zapfens vergrößert sich bevorzugt in Richtung von der Bohrung weg konisch und geht in einen Absatz einer Stirnseite des Überdruckventils über. Mit anderen Worten weist der Zapfen eine frei auslaufende Stirnseite auf, welche in Richtung der stirnseitigen Bohrung des Systemventils orientiert ist. Der Durchmesser der frei auslaufenden Stirnseite des Zapfens ist bevorzugt kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung, so dass der konische Zapfen so weit in die Bohrung eintauchen kann bis er mit seiner konisch verlaufenden Mantelfläche an das Systemventil im Bereich der Bohrung anstößt und Letztere verschließt. Wenn die Bohrung durch das Überdruckventil bzw. dessen Zapfen verschlossen ist, dann kann Druckmittel innerhalb der Bohrung auf die frei auslaufende Stirnseite und einen kleinen Bereich der konisch verlaufenden Mantelfläche des Zapfens wirken. Sofern die Druckkraft des Druckmittels ausreicht, um das Überdruckventil mit seinem Zapfen aus der Bohrung zu schieben, dann vergrößert sich bei aus der Bohrung geschobenem Zapfen die hydraulisch wirksame Fläche des Zapfens, denn der Zapfen geht konisch in den Absatz über, welcher eine größere hydraulisch wirksame Fläche aufweist als die frei auslaufende Stirnseite des Zapfens. Dadurch wird ermöglicht, dass das Überdruckventil sehr schnell anspricht bzw. sich sehr zügig axial innerhalb des Innenraums des Systemventils von der Bohrung weg bewegt.
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Das Überdruckventil ist bevorzugt innerhalb von Systemventilen angeordnet, welche üblicherweise an Positionen innerhalb von Automatikgetrieben angeordnet werden, welche Quellen von potentiellen Druckspitzen darstellen.
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Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Systemventil ein Systemdruckrückhalteventil des Automatikgetriebes ist. Das Systemdruckrückhalteventil kann dabei beispielsweise ein Plattenventil sein, welches in einem Druckkanal einer Systempumpe, beispielsweise einer geregelten Flügelzellenpumpe zur Verbesserung des Anlauf- bzw. Kaltstartverhaltens der Pumpe angeordnet ist.
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Weiterhin kann das Systemventil ein Regelventil einer Systempumpe, z.B. einer geregelten Flügelzellenpumpe, des Hydrauliksystems sein, wobei das Regelventil z.B. ein Durchflussventil sein kann.
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Ferner kann das Systemventil innerhalb eines hydraulischen Steuergeräts des Automatikgetriebes angeordnet sein und zur Regelung einer Pumpenfördermenge oder eines Systemdrucks des Hydrauliksystems eingerichtet sein. Dabei kann das Systemventil insbesondere durch ein Blendenventil oder ein Systemdruckventil gebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Hydrauliksystem mit einer vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ventilanordnung und mit einem Rückstellelement. Das Automatikgetriebe weist die im Folgenden beschriebenen Eigenschaften auf:
- Das Systemventil der Ventilanordnung ist dabei eingerichtet, in eine Verschluss-Schaltstellung und in eine Öffnungs-Schaltstellung bewegt zu werden, wobei das Systemventil in der Verschluss-Schaltstellung einen Durchgang innerhalb des Hydrauliksystems verschließt und in der Öffnungs-Schaltstellung den Durchgang öffnet.
- Um die genannte Bewegung des Systemventils innerhalb des Automatikgetriebes zu ermöglichen, kann das Automatikgetriebe z.B. eine zu dem Systemventil passende Bohrung aufweisen, innerhalb welcher das Systemventil in seiner axialen Richtung verschoben werden kann. Der Durchbruch des Systemventils verbindet das Hydrauliksystem mit einem drucklosen Innenraum des Systemventils. Das Überdruckventil ist innerhalb des Systemventils beweglich zwischen einer Normaldruck-Schaltstellung und einer Überdruck-Schaltstellung angeordnet, wobei das Überdruckventil in der Normaldruck-Schaltstellung den Durchbruch des Systemventils verschließt und in der Überdruck-Schaltstellung den Durchbruch öffnet. Das Rückstellelement ist dazu eingerichtet, eine Rückstellkraft auf das Systemventil und das Überdruckventil auszuüben, wobei die Rückstellkraft das Systemventil in seiner Verschluss-Schaltstellung und das Überdruckventil in seiner Normaldruck-Stellung hält. Das Systemventil ist dazu eingerichtet, sich entgegen der Rückstellkraft in seine Öffnungs-Schaltstellung zu bewegen, wenn ein in dem Hydrauliksystem vorherrschender Druck einen ersten Grenzwert überschreitet, und das Überdruckventil ist dazu eingerichtet, sich entgegen der Rückstellkraft in seine Überdruck-Schaltstellung zu bewegen, wenn der in dem Hydrauliksystem vorherrschende Druck einen zweiten Grenzwert überschreitet, welcher höher ist als der erste Grenzwert.
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Das erfindungsgemäße Automatikgetriebe ermöglicht, dass das Systemventil, z.B. ein Systemdruckrückhalteventil, bei Systemdrücken unterhalb des ersten Grenzwerts bzw. bei einer stillstehenden Systempumpe eine Passage bzw. einen Druckkanal des Hydrauliksystems, z.B. einen Druckkanal zwischen der Systempumpe und einem hydraulischen Steuergerät, verschließt. Dabei befindet sich das Systemventil in seiner Verschluss-Schaltstellung. Die Druckkraft, welche erforderlich ist, um das Systemventil aus seiner Verschluss-Schaltstellung in seine Öffnungs-Schaltstellung zu verschließen (erster Grenzwert), ist abhängig von der Rückstellkraft des Rückstellelements und der hydraulisch wirksamen Fläche, dass heißt der Fläche des Systemventils, welche mit Druckmittel beaufschlagt werden kann, so dass eine zu der Rückstellkraft entgegen gerichtete Öffnungskraft auf das Systemventil wirkt. Die hydraulisch wirksame Fläche wird insbesondere durch einen Teil der mit Druckmittel beaufschlagbaren ersten Stirnseite des Systemventils gebildet, welche die Passage bzw. den Druckkanal des Hydrauliksystems verschließt. In Verbindung mit den Rückstelleigenschaften des Rückstellmittels ergibt sich somit ein Öffnungsdruck des Systemventils (erster Grenzwert).
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In das Systemventil ist das Überdruckventil zur Abbildung der Überdruckfunktion integriert. In seiner Verschluss-Stellung dichtet das Überdruckventil den stirnseitigen Durchbruch des Systemventils ab, so dass bei Überschreiten des ersten Grenzwerts zwar der Druckkanal freigegeben wird, jedoch bei Systemdrücken unterhalb des zweiten Grenzwerts, welcher höher ist als der erste Grenzwert, kein Druckmittel über den stirnseitigen Durchbruch des Systemventils in dessen Innenraum gelangen kann. Auf den zweiten Grenzwert, bei dessen Überschreiten sich das Überdruckventil von dem stirnseitigen Durchbruch des Systemventils axial weg bewegt und den Durchbruch öffnet, kann z.B. durch die Größe des Durchbruchs, welcher insbesondere eine Bohrung umfassen kann, und die Rückstelleigenschaften des Rückstellmittels Einfluss genommen werden.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Automatikgetriebe eine oben beschriebene Ventilanordnung, wonach der Durchbruch des Systemventils eine axiale Bohrung umfasst, das Überdruckventil einen im Querschnitt kreisrunden Zapfen aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, die Bohrung axial abzudichten, wenn das Überdruckventil sich in seiner Normaldruck-Stellung befindet und sich der Durchmesser des Zapfens in Richtung der Bohrung weg konisch vergrößert und in einen Absatz einer Stirnseite des Überdruckventils übergeht. Dadurch wird ermöglicht, dass Druckmittel innerhalb der Bohrung auf die frei auslaufende Stirnseite und einen kleinen Bereich der konisch verlaufenden Mantelfläche des Zapfens wirken kann, wenn die Bohrung durch das Überdruckventil bzw. dessen Zapfen verschlossen ist. Sofern die Druckkraft des Druckmittels ausreicht, um das Überdruckventil mit seinem Zapfen entgegen der Rückstellkraft des Rückstellelements aus der Bohrung zu schieben, dann vergrößert sich bei aus der Bohrung geschobenem Zapfen die hydraulisch wirksame Fläche des Zapfens, denn der Zapfen geht konisch in den Absatz über, welcher eine größere hydraulisch wirksame Fläche aufweist als die frei auslaufende Stirnseite des Zapfens. Dadurch wird ermöglicht, dass das Überdruckventil sehr schnell anspricht bzw. sich sehr zügig axial innerhalb des Innenraums des Systemventils von der Bohrung weg bewegt. Durch eine geeignete Dimensionierung des Absatzes kann dabei Einfluss darauf genommen werden, ab welchem Systemdruck innerhalb des Hydrauliksystems das Überdruckventil durch die Rückstellkraft des Rückstellmittels wieder in seine Normaldruck-Stellung zurückkehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Automatikgetriebes ist vorgesehen, dass das Rückstellelement eine Druckfeder umfasst, welche sich an einer Innenwand des Automatikgetriebes und einer Innenwand des Überdruckventils abstützt. Auf diese Weise kann die Druckfeder besonders einfach und gleichzeitig auf das Überdruckventil und das Systemventil wirken.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass in der Verschluss-Schaltstellung des Systemventils ein Teil einer kreisrunden Stirnseite des Systemventils einen kreisrunden Druckkanal des Hydrauliksystems verschließt. Die kreisrunde Stirnseite ist diejenige Stirnseite, welche den Durchbruch zum Innenraum des Systemventils umfasst. Der Teil der kreisrunden Stirnseite, welcher den kreisrunden Druckkanal verschließt, kann mit Druckmittel beaufschlagt werden und dessen Größe definiert zusammen mit der Rückstellkraft den erforderlichen Öffnungsdruck des Systemventils (erster Grenzwert). Eine äußere Ringfläche der kreisrunden Stirnseite sitzt außerhalb des Druckkanals auf dessen Begrenzung. Sofern der Druck innerhalb des Druckkanals den ersten Grenzewert übersteigt, bewegt sich das Systemventil mit seiner kreisrunden Stirnseite axial von dem Druckkanal weg und hebt von seinem Sitz ab. Dadurch kann der Systemdruck auf die gesamte Fläche der kreisrunden Stirnseite wirken und der erforderliche Druck, um das Systemventil weiter in axialer Richtung von dem Druckkanal weg zu verschieben sinkt ab. Bei einem maximalen Hub in einem Endanschlag kann der erforderliche Druck zum axialen Verschieben des Systemventils innerhalb des Automatikgetriebes wieder ansteigen.
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Bezüglich Effekten, Vorteilen und vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Überdruckventils wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung sowie auf die folgende Figurenbeschreibung verwiesen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine Teil-Längsschnittdarstellung durch ein Automatikgetriebe mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung und mit einem Rückstellelement in einem ersten Betriebszustand,
- 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Überdruckventils nach 1,
- 3 eine Längsschnittdarstellung des Automatikgetriebes nach 1 in einem größeren Ausschnitt ohne Darstellung eines Rückstellelements,
- 4 eine Längsschnittdarstellung des Automatikgetriebes nach 3 in einem zweiten Betriebszustand und
- 5 eine Längsschnittdarstellung des Automatikgetriebes nach 3 in einem dritten Betriebszustand.
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1 zeigt einen Teil eines Automatikgetriebes 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, z.B. einen Pkw. Das Automatikgetriebe 1 umfasst ein Hydrauliksystem 2 mit unter Druck stehendem Hydrauliköl. Zur Begrenzung von Druckspitzen innerhalb des Hydrauliksystems 2 umfasst das Automatikgetriebe 1 weiterhin eine Ventilanordnung 3 sowie ein Rückstellelement in Form einer Druckfeder 4, welche in 1 durch eine Strichpunktlinie angedeutet und in 3 bis 6 lediglich zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Die Ventilanordnung 3 umfasst ein kolbenförmiges, hohlzylindrisches Systemventil 5 und ein ebenfalls kolbenförmiges, hohlzylindrisches Überdruckventil 6, welches in einem Innenraum 7 des Systemventils 5 axial beweglich angeordnet ist. Bei dem Systemventil handelt es sich um ein Systemdruckrückhalteventil des Automatikgetriebes 1, dessen Funktionsweise weiter unten näher erläutert wird. Alternativ kann es sich bei dem Systemventil 5 auch um ein Regelventil einer nicht gezeigten Systempumpe des Hydrauliksystems 2 handeln oder das Systemventil 5 kann innerhalb eines nicht gezeigten hydraulischen Steuergeräts des Automatikgetriebes 1 angeordnet sein und zur Regelung einer Pumpenfördermenge oder eines Systemdrucks des Hydrauliksystems 2 eingerichtet sein.
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Das Systemventil 5 umfasst eine offene erste Stirnseite 8, welche in den 1 sowie 3 bis 5 jeweils rechts dargestellt ist, und eine teilweise geschlossene zweite Stirnseite 9, welche in den 1 sowie 3 bis 5 jeweils links dargestellt ist. Die zweite Stirnseite 9 des Systemventils 5 weist einen Durchbruch in Form einer axialen Bohrung 10 auf, welcher den drucklosen Innenraum 7 des Systemventils 5 mit einer unter Druck stehenden ersten Umgebung 11 des Systemventils 5 innerhalb des Hydrauliksystems 2 verbinden kann, und zwar in Abhängigkeit davon, in welcher axialen Stellung relativ zu dem Systemventil sich das Überdruckventil 6 befindet. Die unter Druck stehende Umgebung 11 grenzt von außen an die zweite Stirnseite 9 des Systemventils 5 an, während der Innenraum 7 mit einem nicht dargestellten drucklosen Druckmittelreservoir verbunden ist.
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Das Überdruckventil 6 umfasst eine offene erste Stirnseite 12, welche in den 1 bis 5 jeweils rechts dargestellt ist, und eine teilweise geschlossene zweite Stirnseite 13, welche in den 1 bis 5 jeweils links dargestellt ist. Von der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 steht ein im Querschnitt kreisrunder Zapfen 14 axial nach außen in Richtung der axialen Bohrung 10 ab, wobei der Zapfen 14 passend zu der axialen Bohrung 10 ausgeführt und dazu eingerichtet ist, die Bohrung 10 axial abzudichten. Der Querschnitt bzw. der Durchmesser des Zapfens 14 verjüngt sich mit steigendem Abstand von der zweiten Stirnseite 13 bzw. er vergrößert sich konisch in Richtung von der axialen Bohrung 10 weg und geht in einen Flächenabschnitt bzw. Absatz 15 der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 über. Der Absatz 15 verläuft um den konischen Zapfen 14 herum und vergrößert dadurch eine hydraulisch wirksame Fläche der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6. Zwei weitere Durchbrüche 16, 17 in der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 grenzen an den Absatz 15 und begrenzen die hydraulisch wirksame Fläche (2). Weiterhin verbinden die weiteren Durchbrüche 16, 17 den Innenraum 7 des Systemventils 5 mit einer drucklosen zweiten Umgebung 18, welche von innen an die zweite Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 angrenzt und mit dem drucklosen Druckmittelreservoir verbunden ist. In ihrem weiteren Verlauf setzen sich die weiteren Durchbrüche 16, 17 auf einer Mantelfläche 19 des Überdruckventils 6 fort.
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Das Überdruckventil 6 kann derart axial innerhalb des Systemventils 5 verschoben werden, dass der Zapfen 14 des Überdruckventils 6 die axiale Bohrung 10 des Systemventils 5 verschließt. Dies ist dann der Fall, wenn das Überdruckventil 6 in seine durch 1 sowie 3 und 4 maximal in das Systemventil 5 eingefahrene Position verschoben wird, in welcher der Abstand zwischen der zweiten Stirnseite 9 des Systemventils 5 und der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 minimal ist. Weiterhin kann das Überdruckventil 6 derart axial innerhalb des Systemventils 5 verschoben werden, dass der Zapfen 14 des Überdruckventils 6 die axiale Bohrung 10 des Systemventils 5 öffnet. Dies ist dann der Fall, wenn das Überdruckventil 6 aus seiner durch 1 sowie 3 und 4 maximal in das Systemventil eingefahrenen Position bewegt wird, so dass der Abstand zwischen der zweiten Stirnseite 9 des Systemventils 5 und der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 erhöht wird, wie dies durch 5 gezeigt ist.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Ventilanordnung 3 innerhalb des Automatikgetriebes 1 näher erläutert, wobei sich die Druckfeder 4 mit ihren einander entgegengesetzten Enden an einer Innenwand 20 des Automatikgetriebes 1 und an einer Innenwand 21 der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 abstützt (1). Dadurch kann die Druckfeder eine Rückstellkraft auf das Systemventil 5 und das Überdruckventil 6 ausüben, wobei die Rückstellkraft das Systemventil 5 in seiner im Folgenden erläuterten Verschluss-Schaltstellung und das Überdrückventil 6 in seiner ebenfalls im Folgenden erläuterten Normaldruck-Schaltstellung hält. Weiterhin ist das Systemventil 5 in einer passenden Bohrung 22 des Automatikgetriebes 1 axial beweglich angeordnet. Durch diese axiale Verschiebbarkeit kann das Systemventil 5 in eine Verschluss-Schaltstellung (1 und 3) und in eine Öffnungs-Schaltstellung (4 und 5) bewegt werden, wobei das Systemventil 5 in der Verschluss-Schaltstellung einen Durchgang 23 innerhalb des Hydrauliksystems 2 verschließt und in der Öffnungs-Schaltstellung den Durchgang 23 öffnet.
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Bei dem Durchgang 23 handelt es sich um einen Druckkanal zwischen einer Systempumpe des Hydrauliksystems 2 und einem hydraulischen Steuergerät des Automatikgetriebes 1. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Systemventil 5 z.B. einen Außendurchmesser von 21,6 mm haben und gegen eine Bohrungsstufe 24 abdichten, welche beispielsweise einen Durchmesser von 17 mm aufweist, wobei sich die Bohrungsstufe 24 an die Bohrung 22 zur Führung des Systemventils 5 anschließt und einen Sitz 25 für das Systemventil 5 ausbildet, wobei das Systemventil 5 in seiner Verschluss-Schaltstellung mit einer äußeren ringförmigen Auflagefläche seiner zweiten Stirnseite 9 gegen den Sitz 25 anstößt. Somit verschließt in der Verschluss-Schaltstellung des Systemventils 5 ein Teil der kreisrunden Stirnseite 9 des Systemventils 5 einen kreisrunden Abschnitt des Druckkanals des Hydrauliksystems 2.
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In Verbindung mit der Druckfeder 4 kann das Systemventil 5 z.B. einen erstmaligen Öffnungsdruck von ca. 0,8 bar aufweisen, das heißt bei in der Bohrungsstufe 24 vorherrschenden Drücken unterhalb dieses Druckwerts befindet sich und verbleibt das Systemventil 5 in seiner Verschluss-Schaltstellung (1 und 3) und bei Erreichen dieses Druckwerts innerhalb der Bohrungsstufe 24 bewegt sich das Systemventil 5 aus seiner Verschluss-Stellung in seine Öffnungs-Schaltstellung (4 und 5), wobei es von dem Sitz 25 abhebt.
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Das Systemventil 5 ist somit dazu eingerichtet, sich entgegen der Rückstellkraft der Druckfeder 4 in seine Öffnungs-Schaltstellung zu bewegen, wenn ein in dem Hydrauliksystem 2 vorherrschender Druck einen ersten Grenzwert, in diesem Falle der erstmalige Öffnungsdruck von ca. 0,8 bar, überschreitet. In Folge des Abhebens des Systemventils 5 von dem Sitz 25 kann der Druck innerhalb des Hydrauliksystems 2 auf den vollen Durchmesser der zweiten Stirnseite 9 des Systemventils 5 wirken und der Druck zum axialen Verschieben des Systemventils 5 innerhalb der Bohrung 22 fällt ab, z.B. auf 0,5 bar. Bei Erreichen eines maximalen Hubes im Endanschlag steigt der Druck zum axialen Verschieben des Systemventils 5 innerhalb der Bohrung 22 wieder an, beispielsweise auf 0,8 bar.
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Das Überdruckventil 6 ist innerhalb des Systemventils 5 axial beweglich zwischen einer Normaldruck-Schaltstellung (1, 3 und 4) und einer Überdruck-Schaltstellung (5) angeordnet, wobei das Überdruckventil 6 in der Normaldruck-Schaltstellung die axiale Bohrung 10 des Systemventils 5 verschließt und in der Überdruck-Schaltstellung die axiale Bohrung 10 öffnet. Die axiale Bohrung 10 des Systemventils 5 kann beispielsweise einen Durchmesser von 3,1 mm aufweisen. In der durch 1, 3 und 4 gezeigten Schaltstellung der Ventilanordnung 3 dichtet der Zapfen 14 des Überdruckventils axial gegen die zweite Stirnseite 9 des Systemventils 5 und damit die axiale Bohrung 10. Der Durchmesser der axialen Bohrung 10 und die Steifigkeit der Druckfeder 4 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgelegt, dass bei in seine Öffnungs-Schaltstellung verschobenem Systemventil 5 das Überdruckventil bei ca. 35 bar anspricht und nach einem geringfügigem Öffnen der axialen Bohrung 10 des Systemventils 5 der Druck innerhalb des Hydrauliksystems 2 auf den Absatz 15 auf der zweiten Stirnseite 13 des Überdruckventils 6 wirkt. Durch die daraus resultierende Vergrößerung der hydraulisch wirksamen Fläche spricht das Überdruckventil 6 sehr schnell an. Die Größe des Absatzes 15 kann insbesondere derart gewählt werden, dass das Überdruckventil 6 wieder schließt, sobald der Druck innerhalb des Hydrauliksystems 2 wieder auf Werte knapp über einem maximalen Druck innerhalb des Hydrauliksystems 2 abgefallen ist, z.B. 23 bar.
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Somit wird das Überdruckventil 6 entgegen der Rückstellkraft der Druckfeder 4 aus seiner Normaldruck-Schaltstellung in seine Überdruck-Schaltstellung bewegt, wenn sich das Systemventil 5 in seiner Öffnungs-Schaltstellung befindet und der Druck innerhalb des Hydrauliksystems 2 einen zweiten Grenzwert, in diesem beispielhaften Fall ca. 35 bar, überschreitet, wobei der zweite Grenzwert (ca. 35 bar) höher ist als der erste Grenzwert (ca. 0,8 bar, s.o.).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Automatikgetriebe
- 2
- Hydrauliksystem
- 3
- Ventilanordnung
- 4
- Druckfeder
- 5
- Systemventil
- 6
- Überdruckventil
- 7
- Innenraum des Systemventils
- 8
- erste Stirnseite des Systemventils
- 9
- zweite Stirnseite des Systemventils
- 10
- axiale Bohrung
- 11
- unter Druck stehende erste Umgebung des Systemventils
- 12
- erste Stirnseite des Überdruckventils
- 13
- zweite Stirnseite des Überdruckventils
- 14
- Zapfen
- 15
- Absatz
- 16
- weiterer Durchbruch
- 17
- weiterer Durchbruch
- 18
- drucklose zweite Umgebung des Systemventils
- 19
- Mantelfläche
- 20
- Innenwand des Automatikgetriebes
- 21
- Innenwand der zweiten Stirnseite des Überdruckventils
- 22
- Bohrung des Automatikgetriebes
- 23
- Durchgang innerhalb des Hydrauliksystems
- 24
- Bohrungsstufe
- 25
- Sitz
