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Die Erfindung betrifft ein Ventil für ein Schaltelement eines Automatikgetriebes.
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Bei einem erneuten Motorstart (insbesondere im Zusammenhang mit einer Stopp-Start-Funktion) wird zum Einlegen eines Ganges sehr viel Ölvolumen zum Befüllen der Kupplungen benötigt. Damit werden relativ hohe Umdrehungszahlen benötigt, bis alle benötigten Kupplungen befüllt sind und das Getriebe mit einem eingelegten Gang startbereit ist. Derzeit wird in einem Automatikgetriebe zum Erreichen einer für den schnellen Wiederstart (MSA) notwendigen Kupplungsbefüllung ein hydraulischer Impulsspeicher oder eine elektrische Pumpe eingesetzt. Zum Halten der Kupplungsbefüllung nach einem Motor-Stopp kann auch ein zusätzliches Absperrventil verwendet werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, die Kupplungsbefüllung bzw. das Halten der Kupplungsbefüllung auf alternative Art und Weise bereitzustellen, wobei ein kleineres Ölvolumen bereitgestellt werden muss.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Ventil für ein Schaltelement eines Automatikgetriebes bereitgestellt. Das Automatikgetriebe kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Das Kraftfahrzeug kann von einem Motor angetrieben werden, beispielsweise von einem Verbrennungskraftmotor und/oder von einem Elektromotor. Eine Ausgangswelle des Motors kann eine Eingangswelle des Automatikgetriebes antreiben. Das Ventil für das Schaltelement des Automatikgetriebes kann einen Ventilkolben, ein Gehäuseelement, einen Schnellfüllkolben, eine Druckölquelle, und eine Sperrvorrichtung umfassen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, ein Ölvolumen innerhalb eines Schnellfülldruckraums des Ventils einzusperren, so dass es nicht von einer Kupplungsfeder bzw. Rückstellfeder ausgeschoben wird. Dadurch reichen geringe Umdrehungszahlen und ein geringes zusätzlich nach dem Wiederstart zugeführtes Ölvolumen aus, um den benötigten Druck innerhalb des Kupplungsraums aufzubauen.
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Unter den allgemeinen Begriff „Schaltelement“ oder „Kupplung“ fallen sowohl Getriebekupplungen, welche zwei drehbare Teile miteinander verbinden können, als auch so genannte Getriebebremsen, welche ein drehbares Antriebselement drehfest mit dem Getriebegehäuse verbinden können. Nachfolgend beschriebene Vorgänge, insbesondere die Befüllung einer Kupplung zur Druckbeaufschlagung treffen sowohl auf Getriebekupplungen als auch Getriebebremsen gleichermaßen zu.
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Das Schaltelement kann hydraulisch betätig werden und einen Kupplungskolben mit einer ersten hydraulischen Druckfläche sowie mehrere Reibkörper umfassen. Dabei kann die Druckfläche des Kupplungskolbens in einem Kupplungsdruckraum mit einem Kupplungsdruck aus der Druckölquelle mit einem Druck beaufschlagt werden. Das Schaltelement kann durch eine Erhöhung des Reibmoments oder durch die Herstellung von Haftreibung an den Reibkörpern geschlossen werden oder zumindest kann dessen Drehmomentübertragungsfähigkeit erhöht werden, indem die Reibkörper aneinandergedrückt werden. Hierbei kann zumindest zwischen den Reibkörpern im unbetätigten Zustand des Schaltelements ein Lüftspiel vorhanden sein.
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Die Druckquelle kann als hydraulisches Schaltgerät ausgebildet sein, welches Ventileinrichtungen und Druckstelleinrichtungen umfasst, mittels welchen ein von einer Getriebepumpe oder Hydraulikpumpe geförderter Volumenstrom zu verschiedenen Schaltelementen geleitet wird und ein Druck stromab des hydraulischen Schaltgeräts einstellbar ist.
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Der Schnellfüllkolben kann Teil einer Einrichtung zum Ausgleich des Lüftspiels sein, in welcher eine Kraft erzeugbar ist. Die Einrichtung kann derart angeordnet sein, dass die durch sie erzeugte Kraft in einer solchen Weise auf die Reibkörper wirksam ist, dass das Lüftspiel reduziert oder zu Null wird. Die Druckölquelle kann hierbei von einer Steuerungseinheit zur Einstellung der Drücke angesteuert werden. Die Einrichtung zum Ausgleich des Lüftspiels ermöglicht somit die Reduzierung bzw. Aufhebung des Lüftspiels. Weiterhin muss der Kupplungsdruckraum nicht mit einem hohen Volumenstrom von Betriebsmedium befüllt werden, sodass das Verdrängungsvolumen der Getriebepumpe reduziert werden kann. Unter dem „Aufheben“ des Lüftspiels ist zu verstehen, dass vollständig kein Spiel mehr zwischen den Lamellen vorhanden ist.
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Der Ventilkolben kann innerhalb des Gehäuseelements in eine erste Endanschlagstellung und in eine zweite Endanschlagstellung bewegbar sein. Wenn sich der Ventilkolben in der ersten Endanschlagstellung befindet, ist das Lüftspiel zwischen den Reibkörpern vorhanden und das Schaltelement befindet sich im unbetätigten Zustand, in welchem kein Drehmoment oder höchstens ein Schleppmoment zwischen den Reibkörpern übertragen werden kann. Wenn sich der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung befindet, ist das Schaltelement geschlossen, wobei die Reibkörper aneinandergedrückt werden, sodass das Reibmoment zwischen den Reibkörpern erhöht wird oder Haftreibung an den Reibkörpern entsteht oder zumindest die Drehmomentübertragungsfähigkeit zwischen den Reibkörpern erhöht wird. Wenn sich das Schaltelement im geschlossenen Zustand befindet, ist das Lüftspiel zwischen den Reibkörpern aufgehoben.
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Der Ventilkolben, das Gehäuseelement und der Schnellfüllkolben begrenzen einen Schnellfülldruckraum. Die Druckölquelle kann innerhalb des Schnellfülldruckraums einen Schnellfüllruck aufbauen. Der Schnellfülldruck erzeugt die Kraft, die derart auf die Reibkörper wirksam ist, dass das Lüftspiel reduziert oder zu Null wird. Wenn sich der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung befindet, ist der Schnellfülldruckraum durch den Ventilkolben zusammen mit dem Gehäuseelement und dem Schnellfüllkolben verschlossen. Wenn sich der Ventilkolben aus der zweiten Endanschlagstellung in die erste Endanschlagstellung bewegt, kann der Ventilkolben den Schnellfülldruckraum öffnen.
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Die Druckölquelle ist dazu eingerichtet, einen konstanten Rückstelldruck und einen Kupplungsdruck auszugeben. Der konstante Rückstelldruck ändert seinen Wert über die Zeit nicht. Der Kupplungsdruck kann beispielsweise stufenweise bis auf ca. 20 bar erhöht und abgesenkt werden. Der Ventilkolben bildet eine erste hydraulisch wirksame Fläche. Die Druckölquelle kann die erste hydraulisch wirksame Fläche mit dem konstanten Rückstelldruck beaufschlagen. Der Rückstelldruck ruft eine Rückstellkraft hervor. Die Rückstellkraft wirkt senkrecht auf die erste hydraulisch wirksame Fläche und drückt den Ventilkolben axial in Richtung der ersten Endanschlagstellung. Der Ventilkolben bildet weiterhin eine zweite hydraulisch wirksame Fläche. Die zweite hydraulisch wirksame Fläche ist der ersten hydraulisch wirksamen Fläche abgewandt angeordnet. Die Druckölquelle kann die zweite hydraulisch wirksame Fläche mit dem Kupplungsdruck beaufschlagen. Der Kupplungsdruck ruft eine entsprechende Kraft hervor, die senkrecht auf die zweite hydraulisch wirksame Fläche wirkt und den Ventilkolben axial in Richtung der zweiten Endanschlagstellung drückt.
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Das Ventil (insbesondere dessen hydraulisches Schaltgerät) ist ferner im Falle einer Energieunterbrechung dazu eingerichtet, den Kupplungsdruck länger aufrecht zu erhalten als den Rückstelldruck, sodass der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung verharrt oder in die zweite Endanschlagstellung bewegt wird. Dies liegt insbesondere daran, dass beispielsweise eine Tellerfeder den Kupplungskolben und den Schnellfüllkolben von dem Lamellenpaket wegbewegt, wodurch ein zusätzliches Volumen im hydraulischen Schaltgerät zur kurzzeitigen Aufrechterhaltung des Kupplungsdrucks bereitgestellt wird. Beide Drücke, der Kupplungsdruck und der konstante hydraulische Rückstelldruck (insbesondere ein Schmierdruck oder ein Reduzierdruck) werden über entsprechende Ventile im Schaltgerät bestimmt. Der Unterschied liegt darin, dass am Kupplungsventil das große Volumen des Kolbenraums hängt. Da dieses Volumen nur mit dem Druck einer Rückstellfeder ausgeschoben wird, bleibt dieser „geringe“ Druck länger stehen. Der Kupplungsdruck wirkt somit insbesondere nach einem Motor-Stopp länger auf die zweite hydraulisch wirksame Fläche als der konstante Rückführdruck auf die erste hydraulisch wirksame Fläche.
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Unter dem Merkmal „Energieunterbrechung“ kann insbesondere verstanden werden, dass die Druckölquelle für einen Zeitraum nicht mit Antriebsenergie versorgt wird. Die Antriebsenergie kann durch einen Motor eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Der Motor, insbesondere ein Verbrennungskraftmotor oder ein elektrischer Motor, kann die Druckölquelle, insbesondere in Form einer Hydraulikpumpe, antreiben. Dazu kann eine Ausgangswelle oder Abtriebswelle des Motors mit einer Eingangswelle der Hydraulikpumpe gekoppelt sein, sodass ein Drehmoment von der Abtriebswelle des Motors auf die Antriebswelle der Hydraulikpumpe übertragen werden kann. Wenn beispielsweise der Motor gestoppt wird, insbesondere durch eine Start-Stopp-Automatik, und sich dessen Abtriebswelle nicht länger dreht, wird kein Drehmoment mehr von dem Motor auf die Hydraulikpumpe übertragen, sodass eine Übertragung von Energie von dem Motor auf die Hydraulikpumpe unterbrochen ist.
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Die Sperrvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung zu verriegeln, wenn die Energiezufuhr zur Druckölquelle unterbrochen ist und insbesondere auch dann noch, wenn der Ventilkolben durch den Kupplungsdruck, der auch noch nach Abfallen des konstanten Rückstelldrucks wirkt, nicht länger in die zweite Endanschlagstellung gedrückt wird. Die Sperrvorrichtung kann einen Sperrschieber und eine Sperrschieberfeder umfassen. Der Sperrschieber kann in einer Sperrschieberbohrung axial beweglich geführt sein. Die Sperrschieberbohrung ist insbesondere senkrecht zu einer Ventilbohrungsachse angeordnet. Der Sperrschieber kann unter der Vorspannkraft der Sperrschieberfeder an einer Außenfläche und/oder Innenfläche des Ventilkolbens anliegen, wobei die genannte Außenfläche/Innenfläche eine Schräge aufweisen kann.
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Wenn der Ventilkolben mittels der Sperrvorrichtung in der zweiten Endanschlagstellung verriegelt ist, verschließt er den Schnellfülldruckraum, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Auf diese Weise kann bei einer Energieunterbrechung insbesondere ein Ölvolumen innerhalb des Schnellfülldruckraums eingesperrt werden. Dieses Ölvolumen steht insbesondere bei einem Wieder-Start des Motors bereits zur Verfügung, sodass der Schnellfülldruckraum nicht erneut befüllt werden muss. Es muss nur noch eine relativ kleine Ölmenge zur Druckerhöhung eingebracht werden. Der Kupplungsdruck kann dementsprechend auch deutlich schneller aufgebaut und das Schaltelement schneller geschlossen werden, sodass das Lüftspiel beseitigt und insbesondere ein Drehmoment durch die Reibkörper übertragen werden kann. Auf diese Weise kann ein getriebeseitiger Zeitverzug deutlich reduziert bzw. minimiert werden.
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Dadurch wird das üblicherweise bei Automatikgetriebenen auftretende Problem gelöst, dass eine relativ hohe Drehzahl der Hydraulikpumpe des hydraulischen Schaltgeräts benötigt wird, bis ein Systemdruck aufgebaut ist. Der Motor, der die Hydraulikpumpe antreibt, braucht typischerweise auch eine gewisse Zeit, um eine ausreichend hohe Drehzahl zu erreichen. Zum Abbau des Lüftspiels wird ferner eine relativ große Ölmenge benötigt. Diese Ölmenge kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei einem Motor-Stopp innerhalb des verschlossenen Schnellfülldruckraums gespeichert oder gehalten werden. Somit kann insbesondere auf Hilfsspeicher für Öl, zusätzliche Ventile oder elektrische Zusatzpumpen verzichtet werden.
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In einer Ausführungsform begrenzen die erste hydraulisch wirksame Fläche des Ventilkolbens und das Gehäuseelement einen Druckraum. Die Druckölquelle ist dabei dazu eingerichtet, den Rückstelldruck innerhalb des Druckraums aufzubauen, sodass die erste hydraulisch wirksame Fläche des Ventilkolbens mit dem konstanten Rückstelldruck beaufschlagt wird. Der Druckraum kann dazu über eine hydraulische Leitung mit der Druckölquelle verbunden sein. Der konstante Druck übt eine Rückstellkraft auf den Ventilkolben aus, welche den Ventilkolben in Richtung der ersten Endanschlagstellung drückt. Je nach Stellung des Ventilkolbens verändert sich das Volumen des Druckraums. So weist der Druckraum ein größeres erstes Volumen auf, wenn sich der Ventilkolben in der ersten Endanschlagstellung befindet. Der Druckraum weist ein kleineres zweites Volumen auf, wenn sich der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung befindet. Auf ein zusätzliches Rückstellelement, beispielsweise eine Rückstellfeder, kann durch Vorsehen des Druckraums verzichtet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein mechanisches Rückstellelement, insbesondere eine Rückstellfeder, innerhalb des Druckraums angeordnet sein. Das mechanische Rückstellelement kann eine mechanische Rückstellkraft auf die erste hydraulisch wirksame Fläche ausüben. Dabei kann sich das mechanische Rückstellelement an dem Druckraum abstützen, der durch das Gehäuse oder einem Teil davon gebildet wird. Die mechanische Rückstellkraft kann eine hydraulische Rückstellkraft verstärken. Die hydraulische Rückstellkraft wird - wie weiter oben beschrieben - durch den innerhalb des Druckraums durch die Druckölquelle herrschenden hydraulischen Rückführdruck hervorgerufen. Das Rückstellelement, insbesondere die vorgespannte Rückstellfeder, kann - im Vergleich zum Stand der Technik - kleiner bzw. schwächer dimensioniert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Ventilkolben eine Ausnehmung auf, wobei die Sperrvorrichtung dazu eingerichtet ist, in die Ausnehmung einzurasten. Die Ausnehmung ist derart angeordnet, dass der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung verriegelt wird, wenn die Sperrvorrichtung in die Ausnehmung eingerastet ist. Die Ausnehmung erstreckt sich in einer radialen Richtung des Ventilkolbens in dessen Inneres hinein.
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Die Ausnehmung kann eine Schräge umfassen. Die zweite Schräge kann an einer zylindrischen Außenkontur des Ventilkolbens beginnen und an einem radial weiter innen liegenden Grund der Ausnehmung enden. Die Schräge ist insbesondere derart geneigt und angeordnet, dass die Sperrvorrichtung eine Schließkraft auf die Schräge ausübt, wenn die Sperrvorrichtung in der Ausnehmung eingerastet ist. Diese Schließkraft drückt den Ventilkolben in Richtung der zweiten Endanschlagstellung, sodass der Schnellfülldruckraum verschlossen bleibt. Die Schließkraft ist insbesondere größer als die vorstehend beschriebene mechanische Rückstellkraft, die durch das optionale Rückstellelement innerhalb des Druckraums auf die erste hydraulisch wirksame Fläche ausgeübt werden kann.
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Der Ventilkolben kann einen Verschlusskörper und einen Steuerkörper umfassen, wobei das Ventil eine Arretier-Vorrichtung bildet. Das Ventil ist zwischen der Druckölquelle und dem Schnellfülldruckraum sowie dem Kupplungsdruckraum angeordnet. Der Ventilkolben kann in der ersten Endanschlagstellung den Schnellfülldruckraum mit der Druckölquelle verbinden, wobei der Kupplungsdruckraum durch den Ventilkolben von der Druckölquelle getrennt ist. In der zweiten Endanschlagstellung ist der Schnellfülldruckraum vom Ventilkolben verschlossen und der Kupplungsdruckraum mit der Druckquelle verbunden. Hierbei sind der Schnellfülldruckraum und der Schnellfüllkolben derart ausgebildet, dass ein im Schnellfülldruckraum eingeschlossener Schnellfülldruck zumindest zweitweise konstant bleibt, wenn der Schnellfülldruckraum vom Ventilkolben verschlossen ist. Eine solche hydraulische Arretier-Vorrichtung bietet den Vorteil, dass diese in die Hydraulik des Automatikgetriebes integrierbar ist und die ohnehin vorhandene Druckquelle, welche den Kupplungskolben beaufschlagt, genutzt werden kann. Zudem kann das Ventil räumlich frei angeordnet werden, so dass kein oder kaum zusätzlicher Bauraum beansprucht wird, welcher über die Außenabmessungen des Automatikgetriebes hinausgeht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Verschlusskörper und der Steuerkörper einteilig miteinander verbunden, d.h. sie bilden gemeinsam ein und dasselbe Bauteil. Diese Ausführungsform ermöglicht einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau des Ventils. Alternativ kann können der Steuerkörper und der Verschlusskörper auch starr miteinander verbunden sein, ohne dass beide Elemente zwingend als ein und dasselbe Bauteil ausgeführt sein müssen.
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In einer alternativen Ausführungsform sind der Verschlusskörper und der Steuerkörper als getrennte Bauteile ausgeführt. Dabei können der Verschlusskörper und der Steuerkörper so miteinander gekoppelt sein, dass diese innerhalb der ersten und der zweiten Endanschlagstellung gegeneinander verschiebbar sind. Wenn sich der Ventilkolben in der ersten Endanschlagstellung befindet, so können der Steuerkörper und der Verschlusskörper von einer zwischen diesen eingespannten Spreizfeder auseinander gedrückt sein, wobei der Steuerkörper ein Steuerfenster verschließt, wodurch der Kupplungsdruckraum von der Druckquelle getrennt ist. Wenn sich der Ventilkolben in der zweiten Endanschlagstellung befindet, in welcher der Verschlusskörper an einem Ventilsitz anliegt und damit den Schnellfülldruckraum dicht verschließt und bis an einen Anschlag im Steuerkörper entgegen der Kraft der Spreizfeder in diesen eingeschoben ist, dann kann der Steuerkörper das Steuerfenster öffnen, wodurch der Kupplungsdruckraum mit der Druckquelle verbunden ist.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Schnellfülldruck im Schnellfülldruckraum sicher eingeschlossen ist, bevor sich auf der Gegenseite des Schnellfüllkolbens im Kupplungsdruckraum ein Druck aufbauen kann, da das Steuerfenster und damit der Zustrom von der Druckquelle zum Kupplungsdruckraum erst nach dem Verschließen des Schnellfülldruckraums geöffnet wird. Diese Ausführungsform ermöglicht somit, eine negative Überdeckung zu vermeiden. Insbesondere kann vermieden werden, dass für einen kurzen Moment sowohl der Schnellfülldruckraum als auch das Steuerfenster zum hydraulischen Schaltgerät hin geöffnet sind und dass somit die von diesem eingestellten Drücke zumindest kurzzeitig im Kupplungsdruckraum und im Schnellfülldruckraum gleich sind.
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In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem konstanten Druck um einen Reduzierdruck. Der Reduzierdruck kann beispielsweise Werte um 4,5 bar annehmen. Der Reduzierung dient zur Vorsteuerung von weiteren Ventilen bzw. Druckreglern und wird üblicherweise ohnehin durch das hydraulische Schaltgerät zur Verfügung gestellt und muss nicht zusätzlich erzeugt werden. Alternativ kann es sich bei dem konstanten Druck um einen Schmierdruck handeln. Der Schmierdruck kann beispielsweise Werte um 2 bar annehmen. Der Schmierdruck wird ohnehin durch das hydraulische Schaltgerät zur Schmierung des Automatikgetriebes bereitgestellt und muss nicht zusätzlich erzeugt werden. Weiterhin kann es sich bei dem konstanten Druck um einen Systemdruck handeln. Der Systemdruck kann beispielsweise Werte zwischen 4,5 bar und 21 annehmen. Der Systemdruck wird ohnehin durch das hydraulische Schaltgerät bereitgestellt und muss nicht zusätzlich erzeugt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltelement für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe bereitgestellt. Das Schaltelement umfasst ein Ventil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Schaltelement kann als Getriebebremse oder als Getriebekupplung ausgebildet sein. Insbesondere bei einer Ausbildung des Schaltelements als Getriebebremse ist es möglich, dass das Ventil in einem feststehenden Teil des Getriebes angeordnet ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Automatikgetriebe umfasst ein Schaltelement gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Der Volumenstrombedarf dieses Automatikgetriebes kann deutlich reduziert werden, wodurch sich die Leistungsaufnahme der Getriebepumpe verringert und der Wirkungsgrad des Automatikgetriebes gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das ein Automatikgetriebe gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines Teiles eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils für ein Schaltelement des Automatikgetriebes, und
- 2 eine Längsschnittdarstellung des Automatikgetriebes nach 1 mit einem alternativen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils für das Schaltelement des Automatikgetriebes.
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1 zeigt ein Ventil 103 für ein Schaltelement 100 eines Automatikgetriebes. Das Ventil 103 ist benachbart zu einem Kupplungskolben 101 und einem Schnellfüllkolben 102 angeordnet. Das Automatikgetriebe kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Das Kraftfahrzeug kann von einem Motor angetrieben werden, beispielsweise von einem Verbrennungskraftmotor und/oder von einem Elektromotor. Eine Ausgangswelle des Motors kann eine Eingangswelle des Automatikgetriebes antreiben.
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Das Ventil 103 umfasst ein Ventilgehäuse, einen Ventilkolben 131 und eine Druckfeder 139. Als Ventilgehäuse ist hierbei ein Gehäuseelement 161 wirksam, in welchem eine Ventilbohrung 136 um eine Ventilbohrungsachse V als Stufenbohrung ausgebildet ist, welche einen ersten Bohrungsabschnitt 181, einen zweiten Bohrungsabschnitt 182 und einen dritten Bohrungsabschnitt 183 mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist. Der Innendurchmesser des ersten Bohrungsabschnitts 181 ist hierbei am größten und der Innendurchmesser des dritten Bohrungsabschnitts 183 am kleinsten. Der Übergang vom ersten 181 zum zweiten Bohrungsabschnitt 182 bildet einen Absatz 184 und der Übergang vom zweiten Bohrungsabschnitt 182 zum dritten Bohrungsabschnitt 183 einen Ventilsitz 185. Der dritte Bohrungsabschnitt 183 ist durch einen Verbindungskanal 186 mit einer Ringnut 165 verbunden. Der Verbindungskanal 186 kann beispielsweise als Bohrung, als umgossener Kanal oder als Einfräsung ausgebildet sein. Das Ventil 103 ist eine Kombination aus Sitzventil und Schieberventil. Es können mehrere Ventile auf den Umfang verteilt werden, um den Strömungsquerschnitt zu einem Schnellfülldruckraum 126 zu vergrößern, sowie um eine gleiche Verteilung eines Schnellfülldrucks pSF auf dem Umfang zu erreichen.
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Der Ventilkolben 131 umfasst in dem gezeigten Beispiel einen Verschlusskörper 132 und einen Steuerkörper 134, die in dem durch 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig miteinander verbunden sind. Die Außenkontur des Steuerkörpers 134 ist im Wesentlichen zylinderförmig. „Im Wesentlichen“ deshalb, weil die zylinderförmige Außenkontur von zwei sich radial nach innen erstreckenden Ausnehmungen 10, 11 unterbrochen wird. Eine erste Ausnehmung 10 ist dabei in der Richtung der Ventilbohrungsachse V näher an dem Verschlusskörper 132 angeordnet als die zweite Ausnehmung 11.
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Die Ausnehmungen 10, 11 erstrecken sich in einer radialen Richtung r des Steuerkörpers 134 in dessen Inneres hinein. Die erste Ausnehmung 10 umfasst eine erste Schräge 175. Die erste Schräge 175 beginnt an der zylindrischen Außenkontur bzw. Mantelfläche des Steuerkörpers 134 und endet an einem radial weiter innen liegenden ersten Grund der ersten Ausnehmung 10. Dabei verläuft die erste Schräge 175 in einem ersten Winkel α zu der radialen Richtung r, sodass die erste Schräge 175 (von der zylindrischen Außenkontur des Steuerkörpers 134 aus betrachtet) in Richtung des Verschlusskörpers 132 geneigt ist. Die zweite Ausnehmung 11 umfasst eine zweite Schräge 175'. Die zweite Schräge 175` beginnt ebenfalls an der zylindrischen Außenkontur des Steuerkörpers 134 und endet an einem radial weiter innen liegenden zweiten Grund der ersten Ausnehmung 10. Dabei verläuft die zweite Schräge 175` in einem zweiten Winkel β zu der radialen Richtung r, sodass die zweite Schräge 175` (von der zylindrischen Außenkontur des Steuerkörpers 134 aus betrachtet) in Richtung von dem Verschlusskörper 132 weg geneigt ist. Die erste Schräge 175 und die zweite Schräge 175` sind somit in einander entgegengesetzte Richtungen orientiert, sie divergieren.
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Ein Steuerkörperabschnitt 152 des Steuerkörpers 134 bildet ein dem Verschlusskörper 132 abgewandtes Ende des Ventilkolbens 131, wobei an dem äußersten Ende eine kreisförmig umlaufende Steuerkante 135 ausgebildet ist, welche eine Druckfläche A13 (hydraulisch wirksame Fläche) umschließt. Die Druckfläche A13 errechnet sich als Kreisfläche aus einem Außendurchmesser des Steuerkörperabschnitts 152.
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Der Verschlusskörper 132 weist an einem Ende einen zylindrischen Abschnitt mit einem dort ausgebildeten Sitzkegel 133 und am anderen Ende einen dort ausgebildeten zylindrischen Führungsbolzen 172 auf.
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Der Ventilkolben 131 ist mit dem Verschlusskörper 132 voran entgegen der Kraft der über den Verschlusskörper 132 geschobenen Druckfeder 139 in die Ventilbohrung 136 eingesetzt. Der Steuerkörper 134 ist im ersten Bohrungsabschnitt 181 und der Verschlusskörper 132 im zweiten Bohrungsabschnitt 182 geführt. Nach dem Einschieben des Ventilkolbens 131 in die Ventilbohrung 136 wird der Ventilkolben 131 mittels einer Verschlusswandung 187 gegen ein Ausschieben durch die Kraft der Druckfeder 139 gesichert, so dass die Druckfeder 139 zwischen dem Steuerkörper 134 und dem Absatz 184 vorgespannt ist. Der Ventilkolben 131 befindet sich so im drucklosen Zustand des Schaltelements 100 in einer ersten Schaltstellung, in welcher der Ventilkolben 131 an der Verschlusswandung 187 anliegt. Zwischen dem Absatz 184 und dem Steuerkörper 134 ist ein Druckraum 166 ausgebildet, innerhalb dessen die optionale Druckfeder 139 angeordnet ist. Im Folgenden wird der Druckraum 166 daher auch mit „Federraum 166“ bezeichnet. Der Federraum 166 kann entlüftet werden. Unter dem Begriff „entlüftet“ kann ein Raum eines hydraulischen Systems verstanden werden, welcher mit einem Bereich des Getriebes verbunden ist, in welchem Umgebungsdruck herrscht.
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Der Federraum 166 kann jedoch auch unter Druck gesetzt werden. Der Federraum 166 kann über eine Leitung 13 mit einem hydraulischen Schaltgerät 108 verbunden sein. Das hydraulische Schaltgerät ist als Druckölquelle wirksam und wird nachfolgend als solche bezeichnet wird. Die Druckölquelle 108 kann den Federraum 166 über die Leitung 13 mit einer Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Öl, befüllen, sodass sich innerhalb des Federraums 166 ein Rückstelldruck aufbaut, insbesondere ein konstanter Druck. Bei dem konstanten Druck kann es sich beispielsweise um einen Reduzierdruck handeln. Der Reduzierdruck kann beispielsweise ca. 4,5 bar betragen. Alternativ kann es sich auch um einen Schmierdruck handeln. Der Schmierdruck kann beispielsweise ca. 2 bar betragen.
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Der Steuerkörper 134 bildet eine hydraulisch wirksame Fläche 12. Bei der hydraulisch wirksamen Fläche 12 handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um eine ringförmige Stirnfläche. Die Druckfeder 139 stützt sich einerseits an der Stirnfläche 12 ab und andererseits an dem Absatz 184. Der innerhalb des Federraums 166 vorherrschende Druck wirkt auf die hydraulisch wirksame Stirnfläche 12 und übt eine entsprechende hydraulische Rückstellkraft auf die Stirnfläche 12 aus. Die hydraulische Rückstellkraft wirkt parallel zu der Ventilbohrungsachse V in Richtung des Steuerkörpers 134. Eine Federkraft (mechanische Rückstellkraft) der Druckfeder 139 wirkt in der gleichen Richtung auf die Stirnfläche 12 und verstärkt die hydraulische Rückstellkraft, die dem Druck innerhalb des Federraums 166 entspricht.
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Eine Möglichkeit zur Schaffung eines axialen Anschlags und Verschlusses der Ventilbohrung 136 ist die Anordnung der Verschlusswandung 187. Diese kann beispielsweise mittels einer Verschlussschraube oder durch das Montieren des als Ventilgehäuse dienenden Gehäuseelements 161 in ein Getriebegehäuse 106 oder eines mit diesem fest verbundenen Element dargestellt werden, welches bündig mit der Ventilbohrung 136 abschließt. Die Verschlusswandung 187 der Ventilbohrung 136 dient nicht nur der mechanischen Fixierung des Ventilkolbens 131, sondern auch zur Abdichtung der Ventilbohrung 136 an dem Ende, welches dem Steuerkörper 134 zugewandt ist. Zwischen der Verschlusswandung 187 und dem Steuerkörper 134 ist ein Steuerdruckraum 176 ausgebildet. Zwischen dem zweiten Bohrungsabschnitt 182 und dem dritten Bohrungsabschnitt 183 ist ein Anschlussdruckraum 179 ausgebildet. Die Abmessungen der Ventilbohrung 136 und die Gesamtlänge des Ventilkolbens 131 sind so zueinander gewählt, dass beim Anliegen des Steuerkörpers 134 an der Verschlusswandung 187 (erste Endanschlagstellung des Ventilkolbens 131) der Sitzkegel 133 des Verschlusskörpers 132 nicht am Ventilsitz 185 anliegt (zweite Endanschlagstellung des Ventilkolbens 131).
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In dem Gehäuseelement 161 ist mindestens eine Sperrvorrichtung 150 angeordnet, welche eine Sperrschieberbohrung 155, einen Sperrschieber 156 und eine Druckfeder 157 umfasst. Die Druckfeder kann als zylinderförmige Spiralfeder, als Tellerfeder oder als Blattfeder ausgebildet sein. Der Sperrschieber 156 weist als bevorzugte Ausgestaltung einen zylindrischen Führungsteil und eine halbkugelförmige Spitze zur Verringerung der Reibung auf. In dem als Ventilgehäuse wirkenden Gehäuseelement 161 ist die radial gerichtete, zur Mittelachse der Ventilbohrung 136 senkrecht verlaufende Sperrschieberbohrung 155 ausgebildet, welche in den ersten Bohrungsabschnitt 181 mündet. In der Sperrschieberbohrung 155 ist der Sperrschieber 156 angeordnet, welcher von der Vorspannkraft der Druckfeder 157 gegen die Mantelfläche des Steuerkörpers 134 gedrückt wird. Die axiale Position der Sperrvorrichtung 150 ist so gewählt, dass in der ersten Schaltstellung der Sperrschieber 156 auf die erste Schräge 175 und auf den Grund der ersten Ausnehmung 10 gedrückt wird. Um eine resultierende Radialkraft des Sperrschiebers 156 auf den Ventilkolben 131 zu vermeiden, sind vorzugsweise mehrere Sperrvorrichtungen so um die Ventilbohrung 136 verteilt, dass sich die Radialkräfte der Sperrschieber kompensieren. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eine Sperrvorrichtung gezeigt. Die Steuerkante 135 befindet sich in der ersten Schaltstellung an der Verschlusswandung 187.
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Der Steuerdruckraum 176 ist durch eine Leitung 177 und der Anschlussdruckraum 179 durch eine Leitung 178 mit dem hydraulischen Schaltgerät 108 verbunden. Im Steuerdruckraum 176 herrscht ein hydraulischer Druck, der auf die Druckfläche A13 des Ventilkolbens 131 in axialer Richtung wirkt, sodass der Ventilkolben in Richtung des Ventilsitzes 185 gedrückt wird. Im Anschlussdruckraum 179 kann in der ersten Schaltstellung des Ventilkolbens 131 ein Druck axial auf eine Druckfläche A14 des Ventilkolbens 131 wirken, wobei die durch den Druck erzeugte Axialkraft der Druckkraft im Steuerdruckraum 176 entgegen gerichtet ist. Da sowohl der Anschlussdruckraum 179 als auch der Steuerdruckraum 176 direkt mit dem hydraulischen Schaltgerät 108 verbunden sind, sind die Drücke an beiden Druckflächen gleich. Die kreisförmige Druckfläche A14 ist die axiale Projektion des Sitzkegels 133 und errechnet sich aus dem Außendurchmesser da132 des Verschlusskörpers 132. Die Druckfläche A14 ist kleiner als die Druckfläche A13. Unter einer direkten Verbindung ist im Zusammenhang mit der Hydraulik zu verstehen, dass sich keine Einrichtung zum Absperren der Verbindung zwischen dem jeweiligen Druckraum und dem hydraulischen Schaltgerät 108 befindet, wie beispielsweise ein Ventil.
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Die primäre Druckölquelle ist eine nicht dargestellte Getriebepumpe, die das hydraulische Schaltgerät 108 mit einem Förderstrom versorgt und den Druck erzeugt, welcher im hydraulischen Schaltgerät 108 eingestellt wird. Zudem leitet das hydraulische Schaltgerät 108 je nach Schaltstellung das Betriebsmedium zu den jeweiligen gewünschten Schaltelementen. Üblicherweise ist das Betriebsmedium in einem Automatikgetriebe Getriebeöl. Im hydraulischen Schaltgerät 108 wird auch beispielsweise mittels eines nicht gezeigten Druckreglers der Druck eingestellt, welcher das Schaltelement 100 beaufschlagt. Der Druckregler wird nachfolgend auch als Druckstelleinrichtung bezeichnet. Unter einer Leitung oder einem Kanal kann in dieser Anmeldung jede Vorrichtung verstanden werden, die geeignet ist, eine Flüssigkeit zu leiten, beispielsweise ein Rohr, ein Schlauch, ein umgossener Kanal oder ein spanend (z.B. durch Bohren oder Fräsen) hergestellter Kanal.
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Im ersten Bohrungsabschnitt 181 ist ein Steuerfenster 137 als Öffnung in der Wandung der Ventilbohrung 136 ausgebildet. An das Steuerfenster 137 schließt sich eine Leitung 151 an, welche durch eine Außenkontur 164 in einen Kupplungsdruckraum 117 mündet, so dass der Kupplungsdruckraum 117 hydraulisch mit dem Steuerfenster 137 verbunden ist. Die axiale Lage des Steuerfensters 137 ist so gewählt, dass dieses in der ersten Anschlagstellung des Ventilkolbens 131 von dem Steuerkörperabschnitt 152 verschlossen wird. Damit besteht auch keine Verbindung von dem hydraulischen Schaltgerät 108 zum Kupplungsdruckraum 117.
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Eine zweite Endanschlagstellung des Ventilkolbens 131 ist dann erreicht, wenn der Verschlusskörper 132 mit seinem Sitzkegel 133 an dem Ventilsitz 185 anliegt. Der dritte Bohrungsabschnitt 183 und der Schnellfülldruckraum 126 sind damit von dem Sitzkegel 133 des Verschlusskörpers 132 abgeschlossen. In dieser Stellung ist am Verschlusskörper 132 eine kreisförmige Druckfläche A15 ausgebildet, deren Durchmesser einem Innendurchmesser di183 des Bohrungsabschnitts 183, bzw. des Ventilsitzes 185 entspricht. Die Druckfläche A15 ist von einem im Schnellfülldruckraum 126 herrschenden Schnellfülldruck pSF beaufschlagt. Eine kreisringförmige Druckfläche A16, welche im Anschlussdruckraum 179 von dem dort herrschenden Druck beaufschlagt werden kann, umgibt konzentrisch die Druckfläche A15 Die Summe der Flächeninhalte der Druckflächen A15 und A16 entsprechen dem Flächeninhalt der Druckfläche A14.
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Der Quotient aus den Druckflächen A15 und A13 ist das Flächenverhältnis a12 = A15/A13. Ein bevorzugter Wert des Flächenverhältnisses a12 ist ein Wert von a12 = 1:3,3 = 0,3. Bei dem durch 1 gezeigten Schaltelement ist ein Flächenverhältnis a11 größer ist als das Flächenverhältnis a12, wie nachfolgend erklärt wird.
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Das Schaltelement 100 umfasst ein Lamellenpaket 104 und mehrere Kupplungsfedern 119. Die Kupplungsfedern 119 sind am Umfang des Kupplungskolbens 101 verteilt, wobei eine der Kupplungsfedern 119 in 1 zu sehen ist. Alternativ hierzu könnten die mehreren Kupplungsfedern 119 als eine einzige Tellerfeder ausgestaltet sein. Das Lamellenpaket 104 umfasst eine Wellfeder 147, fünf Außenlamellen 141 und eine Außenlamelle 142 sowie fünf Innenlamellen 143. Die Außenlamellen 141 und 142 sind drehfest mit einem Außenlamellenträger 145 gekoppelt, welcher an dem Getriebegehäuse 106 ausgebildet ist. Die Innenlamellen 143 sind drehfest mit einem Innenlamellenträger 146 gekoppelt, welcher an einem drehbaren Hohlrad 162 ausgebildet ist. Das Schaltelement 100 kann somit ein drehbares Getriebebauteil, nämlich das Hohlrad 162, mit dem Getriebegehäuse 106 drehfest verbinden, so dass das Schaltelement 100 als Getriebebremse ausgebildet ist.
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Der ebenfalls im Längsschnitt gezeigte Kupplungskolben 101 ist zwischen dem Gehäuseelement 161, welches fest mit dem Getriebegehäuse 106 verbunden ist, und dem Lamellenpaket 104 angeordnet. Unter einem Gehäuseelement ein Bauteil des Getriebes verstanden werden, welches an dem Getriebegehäuse ausgebildet oder fest mit diesem verbunden ist. Zwischen dem Kupplungskolben 101 und dem Lamellenpaket 104 sind die Kupplungsfedern 119 angeordnet. Der Kupplungskolben 101 ist axial, d.h. in Richtung seiner Mittelachse M, verschiebbar an dem Gehäuseelement 161 geführt. Die Mittelachse M ist identisch mit einer Drehachse A des Getriebegehäuses 106, um welche sich die Wellen des Automatikgetriebes drehen.
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In 1 sind Betätigungselemente, welche eine Kraft auf ein Lamellenpaket 104 übertragen können, dargestellt. Der Kupplungskolben 101 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch und ringförmig ausgebildet und erstreckt sich bundförmig nach zwei Seiten in axialer Richtung. In Richtung des Gehäuseelements 161 ist an dem Kupplungskolben 101 ein zumindest teilweise hohlzylindrisches Führungsstück 112, und in Richtung des Lamellenpakets 104 ein zumindest teilweise hohlzylindrisches Andruckstück 113 ausgebildet. Das Führungsstück 112 weist eine Innenkontur 118 mit einem Innendurchmesser di118 auf.
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Ein Mittelstück 114 des Kupplungskolbens 101 weist einen kreisförmigen Durchgang 115 mit einem Innendurchmesser di101 auf, wobei der Kupplungskolben 101 mit dem Durchgang 115 auf einer zylindrischen radialen Außenkontur 164 des Gehäuseelements 161 axial verschiebbar geführt ist. Der Kupplungskolben 101 weist in axialer Projektion eine kreisringförmige Druckfläche A11 auf, deren Innendurchmesser dem Innendurchmesser di101 und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser di118 der Innenkontur 118 entspricht. Der Flächeninhalt der Druckfläche A11 errechnet sich so zu A11 = π * (di118 - di101)2/4. An der Kontaktstelle zu der Außenkontur 164 ist an dem Kupplungskolben 101 ein Dichtelement angeordnet, welches in der gezeigten Ausgestaltung als O-Ring 191 ausgebildet ist.
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In axialer Richtung ist zwischen dem Kupplungskolben 101 und dem Gehäuseelement 161 der Schnellfüllkolben 102 angeordnet, welcher ebenfalls auf der Außenkontur 164 axial bewegbar geführt ist. Der Schnellfüllkolben 102 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung abgestuft, wobei der Schnellfüllkolben 102 nach deren radialer Lage einen Innenteil 121 und einen Außenteil 122 aufweist. Betreffend seine radiale Lage ist der Schnellfüllkolben 102 zwischen der Außenkontur 164 und einer Innenkontur 118 des Führungsstücks 112 des Kupplungskolbens 101 angeordnet.
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An dem radial äußeren Rand des Außenteils 122 ist ein als Dichtlippe 192 ausgebildetes Dichtelement angeordnet, welches an der Innenkontur 118 des Kupplungskolbens 101 anliegt. Der ringförmige, hohlzylindrische Innenteil 121 ist in der in dem Gehäuseelement 161 als axiale Eindrehung ausgebildeten Ringnut 165 axial bewegbar geführt und weist in axialer Projektion, d.h. in Richtung der Mittelachse des ringförmigen Schnellfüllkolbens 102 eine kreisringförmige Druckfläche A12 auf, welche sich aus einem Außendurchmesser da121 und einem Innendurchmesser des Innenteils 121 berechnet. Da sowohl der Schnellfüllkolben 102 als auch der Kupplungskolben 101 an der Außenkontur 164 geführt sind, weisen diese den gleichen Innendurchmesser di101 auf, so dass der Innendurchmesser des Innenteils 121 dem Innendurchmesser di101 entspricht. Somit errechnet sich der Flächeninhalt der Druckfläche A12 zu A12 = π * (da121 - di101)2/4. Die Druckfläche A12 ist kleiner als die Druckfläche A11. Der Quotient aus den Druckflächen A12 und A11 ist ein Flächenverhältnis a11 mit a11 = A12/A11. In der Praxis weist eine vorteilhafte Ausgestaltung ein Flächenverhältnis a11 von a11 = 1:2,95 = 0,34 auf.
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Radial nach außen und nach innen weist der Innenteil 121 in seiner Außen- bzw. Innenfläche jeweils ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement auf, welche an den Nutflanken der Ringnut anliegen. Die innere Nutflanke ist ein Abschnitt der Außenkontur 164 des Gehäuseelements 161. Zwischen einem Nutgrund, den Nutflanken und der Druckfläche A12 ist der Schnellfülldruckraum 126 ausgebildet, dessen Volumen sich mit der axialen Bewegung des Schnellfüllkolbens 102 ändert. Zwischen dem Schnellfüllkolben 102 und dem Kupplungskolben 101 ist ein Kupplungsdruckraum 117 ausgebildet, dessen Volumen bei einer axialen Relativbewegung von Schnellfüllkolben 102 und Kupplungskolben 101 zueinander veränderlich ist.
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Im nicht betätigten Zustand des Schaltelements 100 wird der Kupplungskolben 101 von den gegen das Getriebegehäuse 106 oder einem mit diesem fest verbundenen Getriebebauteil vorgespannten Kupplungsfedern 119 gegen den Schnellfüllkolben 102 und dieser wiederum gegen das Gehäuseelement 161 gedrückt. Der Kupplungskolben 101, der Schnellfüllkolben 102 und das Gehäuseelement 161 haben damit direkten mechanischen Kontakt. Die Volumina des Schnellfülldruckraums 126 und des Kupplungsdruckraums 117 erreichen in dieser Position jeweils ihr Minimum. Die Lamellen des Lamellenpakets 104 sind im nicht betätigten Zustand des Schaltelements 100 beabstandet oder liegen lose aneinander an, so dass sich die einzelnen Spielmaße insgesamt zu einem in axialer Richtung gemessenen Lüftspiel addieren. Das Andruckstück 113 des Kupplungskolbens 101 ist von dem Lamellenpaket 104 beabstandet oder liegt an dem Lamellenpaket an, ohne eine wesentliche Kraftwirkung auf dieses auszuüben. Ein Drehmoment ist im „nicht betätigten Zustand“ nicht übertragbar, es kann allenfalls ein Schleppmoment durch mechanische Reibung und/oder Scherkräfte des an den Lamellen haftenden Betriebsmediums auftreten. Es wirken keine Drücke auf das Schaltelement oder diese liegen unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes, welcher noch keine Betätigung ermöglicht.
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Die Lage des Steuerfensters 137 ist in Verbindung mit den Abmessungen des Ventilkolbens 131 so gewählt, dass in der zweiten Endanschlagstellung des Ventilkolbens 131 der Steuerkörperabschnitt 152 nicht mehr das Steuerfenster 137 verdeckt, so dass der Steuerdruckraum 176 durch die Leitung 151 mit dem Kupplungsdruckraum 117 verbunden ist. Somit ist auch das hydraulische Schaltgerät 108 mit dem Kupplungsdruckraum 117 verbunden und kann einen Druck in diesem einstellen.
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Während sich der Ventilkolben 131 aus seiner ersten Endanschlagstellung in seine zweite Endanschlagstellung bewegt, gleitet der Endabschnitt des Sperrschiebers 156 entlang der ersten Schräge 175 in Richtung der zweiten Schräge 175` aus der ersten Ausnehmung 10 heraus. Anschließend gleitet der Sperrschieber 156 ein Stück weit entlang des Außenumfangs bzw. der Mantelfläche des Steuerkörperabschnitts 152 und schließlich entlang der zweiten Schräge 175, wo der Sperrschieber 156 zum Stillstand kommt, wenn der Ventilkolben 131 seine zweite Endanschlagstellung eingenommen hat. Dabei rastet der Sperrschieber 156 in der zweiten Ausnehmung 11 ein und verriegelt dadurch den Ventilkolben 131 in der zweiten Endanschlagstellung.
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1 zeigt das Schaltelement 100 im drucklosen Zustand vor einer Betätigung. Das Hohlrad 162 dreht sich noch frei gegenüber dem Getriebegehäuse 106. Das Lamellenpaket 104 ist offen, zwischen den Lamellen und dem Kupplungskolben 101 besteht in axialer Richtung das Lüftspiel. Die Wellfeder 147 ist entspannt. Sämtliche Drücke stromabwärts des hydraulischen Schaltgeräts 108 sind drucklos oder weisen einen Vorbefülldruckwert auf, welcher zu gering ist, um eine Wirkung auf das Schaltelement 100 hinsichtlich der Übertragung eines Drehmoments auszuüben, aber hoch genug ist um sicher zu stellen, dass alle mit Öl beaufschlagbaren Räume nicht leer sind. In der Praxis beträgt dieser Druck beispielsweise 0,5 bis 0,8 bar. Der Ventilkolben 131 des Ventils 103 befindet sich in seiner ersten Endanschlagstellung.
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Das hydraulische Schaltgerät 108 kann einen Betätigungsdruck oder Kupplungsdruck innerhalb des Steuerdruckraumes 176 aufbauen. Der Kupplungsdruck kann höher sein als der konstante hydraulische Druck, den das hydraulische Schaltgerät 108 innerhalb des Federraums 166 einstellt. Die auf die Druckfläche A13 wirkenden Kräfte können höher sein als die Rückstellkräfte (hydraulisch und mechanisch), die auf die erste hydraulisch wirksame Fläche 12 wirken. Auf diese Weise kann der Ventilkolben 131 in seine zweite Endanschlagstellung verschoben werden. Wenn der Ventilkolben 131 seine zweite Anschlagstellung erreicht hat, liegt der Sitzkegel 133 am Ventilsitz 185 an und verschließt den Schnellfülldruckraum 126. Durch die die Betätigung des als Getriebebremse ausgebildeten Schaltelements 100 soll das Hohlrad 162 drehfest mit dem Getriebegehäuse 106 verbunden werden.
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Zunächst werden dabei der Schnellfüllkolben 102 und der Kupplungskolben 101 um den Weg des Lüftspiels gegen das Lamellenpaket 104 verschoben. Dabei liegt das Andruckstück 113 des Kupplungskolbens 101 an der Wellfeder 147 des nun lüftspielfreien Lamellenpakets 104.
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Im normalen Fahrbetrieb bleibt der konstante Druck innerhalb des Federraums 166 erhalten und ruft eine Rückstellkraft hervor, die senkrecht auf die hydraulisch wirksame Fläche 12 wirkt und den Ventilkolben 131 in Richtung der ersten Endanschlagstellung drückt. Bei einem Motorstopp fällt der konstante Druck schneller ab als der Kupplungsdruck. Durch den Abfall des konstanten Drucks innerhalb des Federraums 166 entfällt die hydraulische Rückstellkraft und der noch für eine kurze Zeit länger erhaltene Kupplungsdruck schiebt den Ventilkolben 131 in die zweite Anschlagstellung bzw. hält den Ventilkolben 131 in der zweiten Endanschlagstellung.
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Auf dem Weg aus der ersten Endanschlagstellung in die zweite Anschlagstellung bewegt sich der Sperrschieber 156 zunächst entlang der ersten Schräge 175 aus der ersten Ausnehmung 10 heraus, wobei der Sperrschieber 156 entgegen der Kraft der Druckfeder 157 in die Sperrschieberbohrung 155 hinein gedrückt wird. Nachdem der Sperrschieber 156 anschließend ein Stück weit entlang der Mantelfläche des Steuerkörpers 134 bewegt worden ist, bewegt sich der Sperrschieber 156 durch die Kraft der Druckfeder 157 wieder aus der Sperrschieberbohrung 155 heraus und gleitet entlang der zweiten Schräge 175, bis der Ventilkolben 131 seine zweite Endanschlagstellung eingenommen hat.
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Dabei rastet der Sperrschieber 156 in der zweiten Ausnehmung 11 ein und verriegelt dadurch den Ventilkolben 131 in der zweiten Endanschlagstellung. Dort eingerastet ruft der Sperrschieber 156 eine Schließkraft oder Verriegelungskraft hervor. Die Schließkraft bewirkt, dass der Ventilkolben 131 in seiner zweiten Anschlagstellung verharrt, wenn auch der Kupplungsdruck nachlässt. Auf diese Weise kann der Schnellfülldruckraum 126 verschlossen bleiben, da in der zweiten Endanschlagstellung der Sitzkegel 133 am Ventilsitz 185 anliegt. Der Druck bleibt damit innerhalb des Schnellfülldruckraums 126 eingesperrt und konstant. Somit bleibt der Schnellfülldruckraum 126 auch nach einem Stoppen des Motors mit Hydrauliköl befüllt.
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2 zeigt eine alternative Ausführung des Ventils 103 als Ventil 203 für ein Schaltelement 200 des Automatikgetriebes nach 1. Das Ventil 203 nach 2 umfasst einen zweiteilig ausgeführten Ventilkolben 231, eine Spreizfeder 238 und eine Druckfeder 239. In 2 sind sowohl die Spreizfeder 238 als auch die Druckfeder 239 schematisch als Doppelpfeil dargestellt.
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Der zweiteilig ausgeführte Ventilkolben 231 umfasst einen Verschlusskörper 232, einen Steuerkörper 234 und eine zwischen diesen angeordnete Spreizfeder 238. Die Außenkontur des Steuerkörpers 234 nach 2 gleicht der Außenkontur des Steuerkörpers nach 1. Der Steuerkörper 234 weist einen Steuerkörperabschnitt 252 und eine zentrale Führungsbohrung 271 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Senkbohrung ausgebildet ist und in welcher der Führungsbolzen 272 des Verschlusskörpers 232 axial bewegbar geführt ist.
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Der Außendurchmesser des Führungsbolzens 272 ist kleiner als der Außendurchmesser da232, welcher der größte Außendurchmesser des Verschlusskörpers 232 ist, so dass im stufenförmigen Übergang der beiden Außendurchmesser ein bundförmiger Spreizfederanschlag 273 ausgebildet ist. Der Führungsbolzen 272 ist in der Führungsbohrung 271 zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlag axial bewegbar geführt, wobei Führungsbolzen 272 und Führungsbohrung 271 eine Spielpassung zueinander bilden. Zwischen dem Spreizfederanschlag 273 und einer dem Verschlusskörper 232 zugewandten Seite des Steuerkörpers 234 ist im zusammengebauten Zustand des Ventilkolbens 231 die Spreizfeder 238 vorgespannt angeordnet. Die Vorspannkraft der Spreizfeder 238 drückt den Verschlusskörper 232 in die erste Anschlagstellung. Der Verschlusskörper 232 ist gegen die Kraft der Spreizfeder 238 so weit in den Steuerkörper 234 bewegbar, bis der Verschlusskörper 232 bzw. der Führungsbolzen 272 die zweite Anschlagstellung erreicht.
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Die Anschläge des Führungsbolzens 272 im Steuerkörper 234 sind wie folgt ausgestaltet: In dem Führungsbolzen 272 des Verschlusskörpers 232 ist ein Langloch 258 ausgebildet, welches in Längsrichtung des Führungsbolzens 272 ausgerichtet ist. Durch den Steuerkörper 234 verläuft eine radial gerichtete Durchgangsbohrung. In dieser Durchgangsbohrung ist ein Bolzen 224 angeordnet, der im zusammengebauten Zustand durch das Langloch 258 geschoben ist, und so den Verschlusskörper 232 mit dem Steuerkörper 234 koppelt.
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So wird beispielsweise beim Zusammenfügen von Verschlusskörper 232 und Steuerkörper 234 zum Ventilkolben 231 zunächst die Spreizfeder 238 über den Führungsbolzen 272 geschoben und dann in die Führungsbohrung 271 eingeführt, wobei die Spreizfeder 238 am Verschlusskörper 232 an dem Spreizfederanschlag 273 anliegt und gegen den Steuerkörper 234 zusammengedrückt wird. Beim Eindrücken in den Steuerkörper 234 erreicht der Führungsbolzen 272 seine zweite Anschlagstellung, wenn er an einem Bohrungsgrund 223 der Führungsbohrung 271 anstößt. In der zweiten Anschlagstellung ist die Länge des Ventilkolbens 231 minimal. Im vorgespannten Zustand der Spreizfeder 238 kann nun durch die radial gerichtete Durchgangsbohrung, welche den gesamten Steuerkörper 234 - und damit auch die Führungsbohrung 271 im rechten Winkel - durchdringt, ein Bolzen 224 durch das Langloch 258 in die gegenüberliegende Fortsetzung der Durchgangsbohrung geschoben werden. Wenn sich die Feder entspannt, bewegt sich der Führungsbolzen 272 so weit aus dem Steuerkörper 234, bis das dem Steuerkörper 234 zugewandte Ende des Langlochs 258 an dem Bolzen 224 anstößt. Hierdurch ist der Führungsbolzen 272 in dem Steuerkörper 234 so gesichert, dass dieser nicht mehr aus diesem herausgleiten kann und somit im Steuerkörper 234 gefangen ist.
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Eine alternative Ausgestaltung wäre das Fangen des Verschlusskörpers durch die Montage eines Sprengrings am Ende des Führungsbolzens. Dieser wäre der Anschlag im drucklosen Zustand des Ventils, welcher die maximale Länge des Ventilkolbens begrenzt. Entgegen der Kraft der Spreizfeder ist der Verschlusskörper bzw. dessen Führungsbolzen in den Steuerkörper so weit verschiebbar, bis ein Absatz des Führungsbolzens am Verschlusskörper anliegt bevor die Spreizfeder auf Block geht.
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Der Ventilkolben 231 kann aus der ersten Endanschlagstellung in die zweite Anschlagstellung verschoben werden, in welcher der Verschlusskörper 232 mit seinem Sitzkegel 233 an dem Ventilsitz 185 anliegt, ähnlich wie dies im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben ist. Dabei kann der Führungsbolzen 272 entgegen der Kraft der Spreizfeder 238 so weit in den Steuerkörper 234 eingeschoben ist, dass das Ende des Führungsbolzens 272 am Bohrungsgrund 223 der Führungsbohrung 271 des Steuerkörpers 234 anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- α
- erster Winkel
- β
- zweiter Winkel
- da132
- Außendurchmesser Verschlusskörper
- da232
- Außendurchmesser Verschlusskörper
- r
- radiale Richtung
- 10
- erste Ausnehmung
- 11
- zweite Ausnehmung
- 12
- erste hydraulisch wirksame Fläche
- 13
- Leitung
- 22
- erste hydraulisch wirksame Fläche
- 100
- Schaltelement
- 101
- Kupplungskolben
- 102
- Schnellfüllkolben
- 103
- Ventil
- 104
- Lamellenpaket
- 106
- Getriebegehäuse
- 108
- hydraulisches Schaltgerät, Druckölquelle
- 112
- Führungsstück
- 113
- Andruckstück
- 114
- Mittelstück
- 115
- Durchgang
- 117
- Kupplungsdruckraum
- 118
- Innenkontur
- 119
- Kupplungsfeder, Druckfeder
- 121
- Innenteil
- 122
- Außenteil
- 126
- Schnellfülldruckraum
- 131
- Ventilkolben
- 132
- Verschlusskörper
- 133
- Sitzkegel
- 134
- Steuerkörper
- 135
- Steuerkante
- 136
- Ventilbohrung
- 137
- Steuerfenster
- 139
- Druckfeder
- 141
- Außenlamellen
- 142
- Außenlamelle
- 143
- Innenlamellen
- 145
- Außenlamellenträger
- 146
- Innenlamellenträger
- 147
- Wellfeder
- 150
- Sperrvorrichtung
- 151
- Leitung
- 152
- Steuerkörperabschnitt
- 155
- Sperrschieberbohrung
- 156
- Sperrschieber
- 157
- Druckfeder
- 161
- Gehäuseelement
- 162
- Hohlrad
- 164
- Außenkontur des Gehäuseteils
- 165
- Ringnut
- 166
- Druckraum/Federraum
- 172
- Führungsbolzen
- 175
- erste Schräge
- 175`
- zweite Schräge
- 176
- Steuerdruckraum
- 177
- Leitung
- 178
- Leitung
- 179
- Anschlussdruckraum
- 181
- erster Bohrungsabschnitt
- 182
- zweiter Bohrungsabschnitt
- 183
- dritter Bohrungsabschnitt
- 184
- Absatz
- 185
- Ventilsitz
- 186
- Verbindungskanal
- 187
- Verschlusswandung
- 191
- O-Ring, Dichtelement (Kupplungskolben)
- 192
- Dichtlippe, Dichtelement
- 200
- Schaltelement
- 203
- Ventil
- 223
- Bohrungsgrund
- 224
- Bolzen
- 232
- Verschlusskörper
- 233
- Sitzkegel
- 234
- Steuerkörper
- 238
- Spreizfeder
- 239
- Druckfeder
- 252
- Steuerkörperabschnitt
- 258
- Langloch
- 266
- Druckraum/Federraum
- 271
- Führungsbohrung
- 272
- Führungsbolzen
- 273
- Spreizfederanschlag
