DE102018219939A1

DE102018219939A1 - Kupplungsventil

Info

Publication number: DE102018219939A1
Application number: DE102018219939.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Staetter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Es wird ein Kupplungsventil (1) vorgeschlagen, welches eine integrierte Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion aufweist, wobei das Kupplungsventil (1) als 6/4-Wege federbelastetes Schieberventil ausgeführt ist, bei dem in einer ersten Ventilstellung eine mit dem Kupplungsventil (1) fluidtechnisch verbundene Kupplung (10) über einen großen Querschnitt zur Vorbefüllung entleert wird, in einer zweiten Ventilstellung die Entleerung der Kupplung (10) gestoppt wird, in einer dritten Ventilstellung ein Befüllvorgang der Kupplung (10) mit Systemdruck Pim Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt wird und in einer vierten Ventilstellung eine Schnellbefüllung der Kupplung (10) mit Systemdruck Pdurchgeführt wird, wobei die Ventilstellungen in Abhängigkeit eines vom einem Druckregler bereitgestellten Steuerdrucks Peinstellbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kupplungsventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Ventils.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zwischen einer Kupplung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs und einem Kupplungsventil eine Blende und ein Kugelrückschlagventil hydraulisch parallel anzuordnen. Hierbei erfolgt ein Befüllen der Kupplung in einem sogenannten Komfortmodus über die zum Zweck einer besseren Schaltqualität benötigte Blende, wobei das Kugelrückschlagventil geschlossen ist; eine Schnellentleerung der Kupplung wird durch ein Öffnen des Kugelrückschlagventils ermöglicht. In nachteiliger Weise ist hierbei keine Schnellbefüllung der Kupplung möglich, so dass schnelle Schaltungen unter Umständen nicht realisierbar sind.
Ferner ist aus dem Stand der Technik eine Ventilanordnung zum Befüllen und Entleeren einer Kupplung bekannt, welche ein vorzugsweise als ein Kugelrückschlagventil ausgeführtes Rückschlagventil, einen angefederten Ventilkolben und eine Blende sowie eine gemeinsame Druckmittel führende Eingangsleitung und eine gemeinsame Druckmittel führende Ausgangsleitung für das Rückschlagventil, den Ventilkolben und die Blende umfasst. Durch die bekannte Ventilanordnung ist eine Schnellbefüllung der Kupplung durch Öffnen des angefederten Ventilkolbens möglich, wobei zum Zweck einer Schnellentleerung der Kupplung das Rückschlagventil geöffnet und der Ventilkolben in seine geschlossene Ventilstellung gebracht wird. In nachteiliger Weise werden jedoch mehrere Einbauteile und Bauraum benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungsventil anzugeben. Eine Kupplung im Sinne der Erfindung ist ein hydraulisch betätigbares Schaltelement, welches auch als Bremse oder als Doppelkupplung ausgeführt sein kann. Ferner soll ein Verfahren zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Kupplungsventils angegeben werden.
Diese Aufgabe wird für ein Kupplungsventil durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Kupplungsventils ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Kupplungsventil vorgeschlagen, welches als 6/4-Wege federbelastetes Schieberventil ausgeführt ist, bei dem in einer ersten Ventilstellung eine mit dem Kupplungsventil fluidtechnisch verbundene Kupplung über einen großen Querschnitt zur Vorbefüllung entleert wird, in einer zweiten Ventilstellung die Entleerung der Kupplung gestoppt wird, in einer dritten Ventilstellung ein Befüllvorgang der Kupplung mit Systemdruck im Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt wird und in einer vierten Ventilstellung eine Schnellbefüllung der Kupplung mit Systemdruck durchgeführt wird, wobei die Ventilstellungen in Abhängigkeit eines vom einem Druckregler bereitgestellten Steuerdrucks P_EDS einstellbar sind. Das Kupplungsventil weist somit eine integrierte Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion auf.
Vorzugsweise erfolgt die Schnellbefüllung der Kupplung in der vierten Ventilstellung über zwei Leitungen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kupplungsventil vorgeschlagen, umfassend eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte und eine sechste Ventiltasche, dessen Ventilschieber gegen die Kraft eines Federelementes axial verschiebbar ist, wobei die erste Ventiltasche des Kupplungsventils mit einem Druckregler zur Bereitstellung eines Steuerdrucks fluidtechnisch verbunden ist, die Kupplung über eine erste Leitung umfassend eine Blende mit der zweiten Ventiltasche und über eine zweite Leitung mit der vierten Ventiltasche des Kupplungsventils fluidtechnisch verbunden ist, wobei die dritte Ventiltasche des Kupplungsventils der Versorgung des Ventils mit Systemdruck dient, wobei die fünfte Ventiltasche der Vorbefüllung der Kupplung dient und über ein hydraulisches Steuergerät mit einem Tank fluidtechnisch wirkverbunden ist, und wobei die sechste Ventiltasche mit dem Tank fluidtechnisch verbunden ist. Der Federeinbauraum des Kupplungsventils ist durch die fluidtechnische Verbindung mit dem Tank über die sechste Ventiltasche stets drucklos. Die Ventiltaschen sind vorzugsweise axial in der Reihenfolge erste Ventiltasche, zweite Ventiltasche, dritte Ventiltasche, vierte Ventiltasche, fünfte Ventiltasche, sechste Ventiltasche angeordnet.
Hierbei weist der Ventilschieber drei unterschiedliche Durchmesser auf, so dass zwei Differenzflächen entstehen, wobei der in der zweiten Ventiltasche anliegende Druck auf eine erste Differenzfläche und der in der vierten Ventiltasche anliegende Druck auf die zweite Differenzfläche wirkt.
Ohne Steuerdruck befindet sich das Kupplungsventil aufgrund der Kraft der Federeinrichtung des Ventils in der ersten Ventilstellung, bei der die vierte und fünfte Ventiltasche miteinander in Wirkverbindung stehen, so dass die Kupplung über einen großen Querschnitt über die zweite Leitung zur Vorbefüllung entleert wird, wobei, wenn der Steuerdruck größer als ein erster Schwellenwert und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil in der zweiten Ventilstellung befindet, bei der die Entleerung der Kupplung gestoppt wird.
Wenn der Steuerdruck größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, befindet sich das Kupplungsventil in der dritten Ventilstellung, bei der ein Befüllvorgang der Kupplung im Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt wird, wobei die zweite und dritte Ventiltasche miteinander fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht werden. Diese Ventilstellung entspricht der Regelposition bei befüllter Kupplung; bei befüllter Kupplung fließt nur wenig oder kein Öl zur Kupplung, wobei das Kupplungsventil den Kupplungsdruck nahezu linear über den Steuerdruck einstellt.
Wenn der Steuerdruck größer oder gleich dem dritten Schwellenwert ist, befindet sich das Kupplungsventil in der vierten Ventilstellung, bei der eine Schnellbefüllung der Kupplung durchgeführt wird, wobei die dritte Ventiltasche mit der zweiten und der vierten Ventiltasche fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile. Es zeigen:

1: Eine Schnittansicht eines gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ausgeführten Kupplungsventils mit integrierter Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion zur Veranschaulichung des Ventilaufbaus;
2: Eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Kupplungsventils in einer der Ausgangslage ohne Steuerdruck entsprechenden ersten Ventilstellung, bei der eine mit dem Kupplungsventil fluidtechnisch verbundene Kupplung zur Vorbefüllung entleert wird;
3: Eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Kupplungsventils in einer zweiten Ventilstellung, bei der die Entleerung der Kupplung gestoppt wird;
4: Eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Kupplungsventils in einer dritten Ventilstellung, die der Komfortbefüllung der Kupplung entspricht; und
5: Eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Kupplungsventils in einer vierten Ventilstellung, die der Schnellbefüllung der Kupplung entspricht.

Der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise von federbelasteten Schieberventilen sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass im Folgenden die Merkmale detailliert beschrieben werden, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1 ist ein gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ausgeführtes Kupplungsventil 1 mit integrierter Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion als 6/4-Wege federbelastetes Schieberventil ausgeführt, dessen mittels hydraulischem Druck gegen die Kraft eines Federelementes 3 axial verschiebbarer Ventilschieber mit 2 bezeichnet ist.
Das gezeigte Kupplungsventil 1 weist sechs Ventiltaschen 4, 5, 6, 7, 8, 9 auf, wobei eine erste Ventiltasche 4 mit einem Druckregler zur Bereitstellung eines Steuerdrucks P_EDS fluidtechnisch verbunden ist und wobei die Kupplung 10 über eine erste Leitung 11 umfassend eine Blende 12 mit einer zweiten Ventiltasche 5 und über eine zweite Leitung 13 mit einer vierten Ventiltasche 7 des Kupplungsventils 1 fluidtechnisch verbunden ist.
Ferner dient eine dritte Ventiltasche 6 der Versorgung des Ventils 1 mit Systemdruck P_SYS , wobei eine fünfte Ventiltasche 8 der Vorbefüllung der Kupplung 10 dient und über das hydraulische Steuergerät mit einem schematisch dargestellten Tank 14 fluidtechnisch wirkverbunden ist.
Das Kupplungsventil 1 weist eine sechste Ventiltasche 9 auf, welche mit dem Tank 14 fluidtechnisch verbunden ist, wobei der Federeinbauraum 15 des Kupplungsventils 1 durch die fluidtechnische Verbindung mit dem Tank 14 über die sechste Ventiltasche 9 stets drucklos ist. Die Ventiltaschen 4, 5, 6, 7, 8, 9 sind axial in Richtung auf das Federelement 3 betrachtet in der Reihenfolge erste Ventiltasche, zweite Ventiltasche, dritte Ventiltasche, vierte Ventiltasche, fünfte Ventiltasche, sechste Ventiltasche angeordnet.
Gemäß der Erfindung weist der Ventilschieber 2 drei unterschiedliche Durchmesser D1, D2, D3 auf, wobei eine erste Differenzfläche zwischen den Flächen mit den Durchmessern D3 und D2 und eine zweite Differenzfläche zwischen den Flächen mit den Durchmessern D2 und D1 entstehen, wobei der in der zweiten Ventiltasche 5 anliegende Druck auf die erste Differenzfläche und der in der vierten Ventiltasche 7 anliegende Druck auf die zweite Differenzfläche wirkt.
In 2 wird das Kupplungsventil 1 in einer Situation, bei der der Steuerdruck P_EDS Null ist, dargestellt. Hierbei befindet sich das Kupplungsventil 1 aufgrund der Kraft der Federeinrichtung 3 in einer ersten Ventilstellung, bei der die vierte und fünfte Ventiltasche 7, 8 miteinander fluidtechnisch in Wirkverbindung stehen; hierbei wird die Kupplung 10 über einen großen Querschnitt über die zweite Leitung 13 und die fünfte Ventiltasche 8 zur Vorbefüllung entleert. In vorteilhafter Weise sind im Entleerungspfad keine Engstellen bzw. Blenden und keine Rückschlagventile vorhanden, so dass eine Schnellentleerungsfunktion realisiert wird.
Wenn der Steuerdruck P_EDS größer als ein erster Schwellenwert und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wird in einer zweiten Ventilstellung durch eine entsprechende axiale Verschiebung des Ventilschiebers 2 gegen die Kraft der Federeinrichtung 3 die Entleerung der Kupplung 10 gestoppt, was anhand 3 veranschaulicht wird.
Wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, befindet sich das Kupplungsventil 1 in einer dritten Ventilstellung und es wird der Befüllvorgang der Kupplung 10 im Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt, wobei die zweite und dritte Ventiltasche 5, 6 miteinander fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht werden, wie anhand 4 veranschaulicht.
Hierbei wird die Kupplung 10 über die erste Leitung 11 und die Blende 12 befüllt. Diese Ventilstellung entspricht der Regelposition bei befüllter Kupplung 10, wobei bei befüllter Kupplung 10 nur wenig oder kein Öl zur Kupplung 10 fließt, wobei das Kupplungsventil 1 den Kupplungsdruck nahezu linear über den Steuerdruck einstellt. Hierbei gilt: P₁=P_KPL.
Wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem dritten Schwellenwert ist, befindet sich das Kupplungsventil 1 in einer vierten Ventilstellung und es wird eine Schnellbefüllung der Kupplung 10 durchgeführt, indem die dritte Ventiltasche 6 mit der zweiten und der vierten Ventiltasche 5, 7 fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht wird, so dass die Kupplung 10 über die erste und zweite Leitung 11, 13 befüllt wird. Diese Situation wird anhand 5 veranschaulicht.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein Kupplungsventil mit integrierter Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion geschaffen, welches einfach aufgebaut ist, mit geringem konstruktiven Aufwand herstellbar ist und geringen Bauraum benötigt. Das erfindungsgemäße Kupplungsventil ist vorzugsweise in einer hydraulischen Getriebesteuerung eingebaut, wobei eine hydraulische Getriebesteuerung zumindest ein erfindungsgemäßes Kupplungsventil aufweisen kann.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsventil
2: Ventilschieber
3: Federelement
4: erste Ventiltasche
5: zweite Ventiltasche
6: dritte Ventiltasche
7: vierte Ventiltasche
8: fünfte Ventiltasche
9: sechste Ventiltasche
10: Kupplung
11: erste Leitung
12: Blende
13: zweite Leitung
14: Tank
15: Federeinbauraum
D1: Durchmesser des Ventilschiebers 2
D2: Durchmesser des Ventilschiebers 2
D3: Durchmesser des Ventilschiebers 2

Claims

Kupplungsventil (1), dadurch gekennzeichnet, dass es eine integrierte Schnellbefüllungs- und Schnellentleerungsfunktion aufweist, wobei das Kupplungsventil (1) als 6/4-Wege federbelastetes Schieberventil ausgeführt ist, bei dem in einer ersten Ventilstellung eine mit dem Kupplungsventil (1) fluidtechnisch verbundene Kupplung (10) über einen großen Querschnitt zur Vorbefüllung entleert wird, in einer zweiten Ventilstellung die Entleerung der Kupplung (10) gestoppt wird, in einer dritten Ventilstellung ein Befüllvorgang der Kupplung (10) mit Systemdruck P_SYS im Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt wird und in einer vierten Ventilstellung eine Schnellbefüllung der Kupplung (10) mit Systemdruck P_SYS durchgeführt wird, wobei die Ventilstellungen in Abhängigkeit eines vom einem Druckregler bereitgestellten Steuerdrucks P_EDS einstellbar sind.
Kupplungsventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellbefüllung der Kupplung (10) über zwei Leitungen (11, 13) durchgeführt wird.
Kupplungsventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte und eine sechste Ventiltasche (4, 5, 6, 7, 8, 9) umfasst, die axial betrachtet in der Reihenfolge erste Ventiltasche (4), zweite Ventiltasche (5), dritte Ventiltasche (6), vierte Ventiltasche (7), fünfte Ventiltasche (8), sechste Ventiltasche (9) angeordnet sind, wobei die erste Ventiltasche (4) mit dem Druckregler zur Bereitstellung eines Steuerdrucks P_EDS fluidtechnisch verbunden ist, wobei die Kupplung (10) über eine erste Leitung (11) umfassend eine Blende (12) mit der zweiten Ventiltasche (5) und über eine zweite Leitung (13) mit der vierten Ventiltasche (7) fluidtechnisch verbunden ist, wobei die dritte Ventiltasche (6) der Versorgung des Ventils (1) mit Systemdruck P_SYS dient, wobei die fünfte Ventiltasche (8) der Vorbefüllung der Kupplung (10) dient und über ein hydraulisches Steuergerät mit einem Tank (14) fluidtechnisch wirkverbunden ist und wobei die sechste Ventiltasche (9) mit dem Tank (14) fluidtechnisch verbunden ist und wobei ein Federeinbauraum (15) des Kupplungsventils (1) durch eine fluidtechnische Verbindung mit dem Tank (14) über die sechste Ventiltasche (9) stets drucklos ist.
Kupplungsventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Ventilschieber (2) umfasst, der drei unterschiedliche Durchmesser D1, D2, D3 aufweist, wobei eine erste Differenzfläche zwischen den Flächen mit den Durchmessern D3 und D2 und eine zweite Differenzfläche zwischen den Flächen mit den Durchmessern D2 und D1 entstehen, wobei der in der zweiten Ventiltasche (5) anliegende Druck auf die erste Differenzfläche und der in der vierten Ventiltasche (7) anliegende Druck auf die zweite Differenzfläche wirkt.
Kupplungsventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ventil ohne Steuerdruck P_EDS aufgrund der Kraft einer Federeinrichtung (3) in der ersten Ventilstellung befindet, bei der die vierte und fünfte Ventiltasche (7, 8) miteinander fluidtechnisch in Wirkverbindung stehen, wobei in der ersten Ventilstellung die Kupplung (10) über einen großen Querschnitt über die zweite Leitung (13) und die fünfte Ventiltasche (8) zur Vorbefüllung entleert wird, wobei wenn der Steuerdruck P_EDS größer als ein erster Schwellenwert und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil (1) in der zweiten Ventilstellung befindet, bei der durch eine entsprechende axiale Verschiebung des Ventilschiebers (2) gegen die Kraft der Federeinrichtung (3) die Entleerung der Kupplung (10) gestoppt wird, wobei wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil (1) in der dritten Ventilstellung befindet, bei der der Befüllvorgang der Kupplung (10) im Rahmen einer Komfortbefüllung durchgeführt wird, wobei die zweite und dritte Ventiltasche (5, 6) miteinander fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht werden, so dass die Kupplung (10) über die erste Leitung (11) und die Blende (12) befüllt wird und wobei, wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem dritten Schwellenwert ist, sich das Ventil in der vierten Ventilstellung befindet, bei der wird eine Schnellbefüllung der Kupplung (10) durchgeführt wird, wobei die dritte Ventiltasche (6) mit der zweiten und der vierten Ventiltasche (5, 7) fluidtechnisch in Wirkverbindung gebracht wird, so dass die Kupplung (10) über die erste und zweite Leitung (11, 13) befüllt wird.
Verfahren zur Ansteuerung eines Kupplungsventils nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kupplungsventil (1) ohne Steuerdruck P_EDS in der ersten Ventilstellung befindet, wobei wenn der Steuerdruck P_EDS größer als ein erster Schwellenwert und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil (1) in der zweiten Ventilstellung befindet, wobei wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil (1) in der dritten Ventilstellung befindet und wobei, wenn der Steuerdruck P_EDS größer oder gleich dem dritten Schwellenwert ist, sich das Kupplungsventil (1) in der vierten Ventilstellung befindet.
Hydraulische Getriebesteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Kupplungsventil (1) nach einem der Ansprüche 1-6 aufweist.